(57)【要約】  【課題】  ロードスイッチＯＮにして、アンテナコイルの両端間を負荷で短絡させる。このため、回路内部への電力供給が小さくなり電源電圧が降下する。  【解決手段】  データ送信時、送信データが“１”の場合、すなわちスイッチ部がＯＦＦ（ロードスイッチＯＦＦ）の期間中は、主制御部１９を動作させ、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部１０の負荷が小の期間中は、主制御部１９の動作を抑制する主制御部動作抑制手段３１を備えることにより、データ送信時の電源電圧低下の抑制と処理時間の短縮を両立させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーダライタとの間で情報および電力の伝送を行う手段と、
アンテナ部を介して受信した搬送波を整流し、レギュレータを介して安定化して動作電力を得る手段と、
受信した情報に従って処理を実行する主制御部と、
前記リーダライタへの送信時には前記アンテナ部の負荷を可変して信号を伝送する手段とを備えた非接触ＩＣカードにおいて、
前記リーダライタへの送信時の前記アンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の動作を抑制する手段を備えたことを特徴とする非接触ＩＣカード。
【請求項２】
リーダライタとの間で情報および電力の伝送を行う手段と、
アンテナ部を介して受信した搬送波を整流し、レギュレータを介して安定化して動作電力を得る手段と、
受信した情報に従って処理を実行する主制御部と、
前記リーダライタへの送信時には前記アンテナ部の負荷を可変して信号を伝送する手段とを備えた非接触ＩＣカードにおいて、
前記リーダライタへの送信時の前記アンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の全動作を停止する手段を備えたことを特徴とする非接触ＩＣカード。
【請求項３】
リーダライタとの間で情報および電力の伝送を行う手段と、
アンテナ部を介して受信した搬送波を整流し、レギュレータを介して安定化して動作電力を得る手段と、
受信した情報に従って処理を実行する主制御部と、
前記リーダライタへの送信時には前記アンテナ部の負荷を可変して信号を伝送する手段とを備えた非接触ＩＣカードにおいて、
前記リーダライタへの送信時の前記アンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の一部の動作を停止する手段を備えたことを特徴とする非接触ＩＣカード。
【請求項４】
リーダライタとの間で情報および電力の伝送を行う手段と、
アンテナ部を介して受信した搬送波を整流し、レギュレータを介して安定化して動作電力を得る手段と、
受信した情報に従って処理を実行する主制御部と、
前記リーダライタへの送信時には前記アンテナ部の負荷を可変して信号を伝送する手段とを備えた非接触ＩＣカードにおいて、
前記リーダライタへの送信時の前記アンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の動作用クロックの周波数を低減する手段を備えたことを特徴とする非接触ＩＣカード。
【請求項５】
リーダライタとの間で情報および電力の伝送を行う手段と、
アンテナ部を介して受信した搬送波を整流し、レギュレータを介して安定化して動作電力を得る手段と、
受信した情報に従って処理を実行する主制御部と、
前記リーダライタへの送信時には前記アンテナ部の負荷を可変して信号を伝送する手段とを備えた非接触ＩＣカードにおいて、
前記リーダライタへの送信時の前記アンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の消費電力を平均化する手段を備えたことを特徴とする非接触ＩＣカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波によって電力供給され、ロードスイッチ方式により送信データの変調を行う非接触ＩＣカードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の非接触ＩＣカードシステムについて図１０を参照しながら説明する。
【０００３】
非接触ＩＣカードシステムは、図１０のようにリーダライタ（Ｒ／Ｗ）１とＩＣカード２から構成され、無線でデータをやりとりするシステムである。
【０００４】
リーダライタ１は、ＩＣカード２との間で情報の送受信を行うアンテナ部３、受信信号を復調する復調部４、復調した信号を復号化して情報を得る復号部５、送信する情報を符号化する符号部６、符号化した信号を変調する変調部７、受信した情報に従って処理を実行する処理部８、外部の制御装置との間での通信を行うインターフェース（Ｉ／Ｆ）部９から構成される。
【０００５】
ＩＣカード２は、リーダライタ１との間で情報および電力の伝送を行うアンテナ部１０、搬送波を整流してＩＣカード動作用の電力を得る整流部１１、受信信号を復調する復調部１２、復調した信号を復号化して情報を得る復号部１３、送信する情報を符号化する符号部１４、符号化した信号を変調する変調部１５、搬送波からクロックを生成するクロック部１６、通信動作を制御する通信制御部１７、通信データを一時格納する通信バッファ部１８、および、受信した情報に従って処理を実行する主制御部１９から構成される。
【０００６】
主制御部１９は、命令を実行するＣＰＵ２０、暗号処理を実行する暗号部２１、ＣＰＵ２０の演算データを一時格納するＳＲＡＭ２２、および、カード情報を記憶する不揮発性メモリ２３から構成される。
【０００７】
ＩＣカード２からリーダライタ１へのデータ送信方法はロードスイッチ方式を用いる。
【０００８】
ロードスイッチ方式について図１１を参照しながら説明する。
【０００９】
ロードスイッチシステムは、図１１のようにアンテナ部１０、変調部１５、整流部１１から構成される。アンテナ部１０は、アンテナコイル４１、共振容量４２から構成される。整流部１１はブリッジ整流器４３、レギュレータ４４から構成され、アンテナ部１０を介して受信した搬送波をブリッジ整流器４３で整流し、レギュレータ４４を介して安定化して動作電力を供給する。変調部１５はスイッチ部４５、負荷４６から構成され、送信データ４７によりアンテナコイル４１の両端間の負荷インピーダンスを可変して信号を伝送する。例えば、送信データ４７が“１”の場合は、スイッチ部４５は非接続（ＯＦＦ）状態だが、送信データ４７が“０”の場合は、スイッチ部４５を接続（ＯＮ）状態にして、アンテナコイル４１の両端間に接続されている共振容量４２に負荷４６を追加する。負荷４６が追加されるとアンテナコイル４１の共振周波数が変わるので、ＩＣカード２側の電力を受信するインピーダンスが変化し、電磁結合しているリーダライタ１側のアンテナ部３の負荷が変化する。その変化をリーダライタ１の復調部４で検出することで、ＩＣカード２からリーダライタ１へデータを送信する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２３３６６号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように電源を電波によって供給され、ロードスイッチ方式により送信データの変調を行う従来の非接触ＩＣカードの課題について、図１２を参照にして説明する。
【００１１】
図１２はＩＣカード２の送信時の負荷スイッチのＯＮ／ＯＦＦによる電源電圧の変化を示す。
【００１２】
ＩＣカード２からリーダライタ１へのデータ送信時、送信データ４７が“０”の場合は、スイッチ部４５をＯＮ状態（ロードスイッチＯＮ）にして、アンテナコイル４１の両端間を負荷で短絡させる。このため、回路内部への電力供給が小さくなり電源電圧が降下する。長距離通信時は、電波によってアンテナ部から受信する電力が少なくなるため、データ送信時のロードスイッチＯＮ状態でＩＣカード２が動作できなくなる。
【００１３】
この問題を解決する方法として、ＩＣカード２からリーダライタ１へのデータ送信期間中、主制御部１９を停止させる方法も考えられるが、この場合、送信中に主制御部１９が並行動作できないため、処理時間が長くなる欠点がある。
【００１４】
本発明は、電波によって電力供給され、ロードスイッチ方式により送信データの変調を行う非接触ＩＣカードにおいて、データ送信時の電源電圧低下の抑制と処理時間の短縮の両立を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を講じる。
【００１６】
本発明による非接触ＩＣカードは、
リーダライタとの間で情報および電力の伝送を行う手段と、
アンテナ部を介して受信した搬送波を整流し、レギュレータを介して安定化して動作電力を得る手段と、
受信した情報に従って処理を実行する主制御部と、
前記リーダライタへの送信時には前記アンテナ部の負荷を可変して信号を伝送する手段とを備えた非接触ＩＣカードにおいて、
前記リーダライタへの送信時の前記アンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の動作を抑制する手段（主制御部動作抑制手段）を備えたものである。
【００１７】
この構成によると、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部の動作を抑制するため、電源電圧の低下を抑制でき、ロードスイッチＯＦＦ状態の期間中は、主制御部を動作させるため、処理時間を短縮できる。
【００１８】
上記のアンテナ部の負荷が小の期間に主制御部の動作を抑制する主制御部動作抑制手段については、いくつかの方式があり、以下に説明する。
【００１９】
第１の主制御部動作抑制手段は、前記リーダライタへの送信時の前記アンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の全動作を停止する手段（全回路停止制御部）である。
【００２０】
この構成によると、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部の全動作を停止させるため、電源電圧の低下を抑制でき、ロードスイッチＯＦＦ状態の期間中は、主制御部を動作させるため、処理時間を短縮できる。
【００２１】
第２の主制御部動作抑制手段は、前記リーダライタへの送信時の前記アンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の一部の動作を停止する手段（一部回路停止制御部）である。
【００２２】
この構成によると、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部の一部の動作を停止させるため、電源電圧の低下を抑制できる。ロードスイッチＯＦＦ状態の期間中は、主制御部全体を動作させる。さらに、ロードスイッチＯＮ状態の期間中であっても、主制御部の一部は動作させるため、ロードスイッチＯＮ状態の期間中に主制御部全体を停止させる場合より処理時間を短縮できる。
【００２３】
第３の主制御部動作抑制手段は、前記リーダライタへの送信時のロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の動作用クロックの周波数を低減する手段（クロック周波数制御部）である。
【００２４】
この構成によると、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部の動作用クロックの周波数を低減するため、電源電圧の低下を抑制できる。ロードスイッチＯＦＦ状態の期間中は、主制御部全体を動作させ、さらに、ロードスイッチＯＮ状態の期間中であっても、主制御部を低い周波数クロックで動作させるため、ロードスイッチＯＮ状態の期間中に主制御部全体を停止させる場合より処理時間を短縮できる。
【００２５】
第４の主制御部動作抑制手段は、前記リーダライタへの送信時のロードスイッチＯＮ状態で前記アンテナ部の負荷が小の期間に同期して、前記主制御部の消費電力を平均化する手段（消費電力平均化制御部）である。
【００２６】
この構成によると、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部を構成する各部の動作を制御し、消費電力を平均化し、動作可能な限界電源電圧を超えて低下しないようにできる。ロードスイッチＯＦＦ状態の期間中は、主制御部全体を動作させ、さらに、ロードスイッチＯＮ状態の期間中であっても、主制御部の消費電力を平均化するように動作させるため、ロードスイッチＯＮ状態の期間中に主制御部全体を停止させる場合より処理時間を短縮できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、電波によって電力供給され、ロードスイッチ方式により送信データの変調を行う非接触ＩＣカードにおいて、ロードスイッチＯＦＦの期間中は主制御部を動作させ、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は主制御部の動作を抑制する構成にしたため、データ送信時の電源電圧低下の抑制と処理時間の短縮を両立させることができる。
【００２８】
主制御部動作抑制手段は動作クロックの停止または周波数の変更であり、ロードスイッチＯＮ／ＯＦＦ信号としては送信データをそのまま利用できる。したがって、特別なタイミング制御は不要であり、この方式を実現するために、大幅に回路を追加する必要はない。
【００２９】
電波によって電力供給される非接触ＩＣカードでは、長距離通信時、リーダライタから送信される電力波が弱くなるので、電源電圧低下の抑制が必要である。また、鉄道改札の通過などに使用される電子乗車券では、人間が移動しながら通信するので、通信距離の確保とともに、処理時間内に通信を完了させる必要がある。以上の点から、データ送信時の電源電圧低下の抑制と処理時間の短縮を両立させることができる本発明の効果は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明にかかわる非接触ＩＣカードの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（基本の実施の形態）
図１は本発明の基本の実施の形態における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図である。図１において、２はＩＣカード、１０はアンテナ部、１１は整流部、１２は復調部、１３は復号部、１４は符号部、１５は変調部、１６はクロック部、１７は通信制御部、１８は通信バッファ部、１９は主制御部、２０はＣＰＵ、２１は暗号部、２２はＳＲＡＭ、２３は不揮発性メモリであり、これらの構成要素は、図１０に示す従来技術の場合と同様であるので、詳しい説明は省略する。４７は従来技術の図１０、図１１に示す送信データであり、この送信データ４７に基づいてロードスイッチＯＮ／ＯＦＦ信号２５が得られる。３１は、データ送信時に、送信データ４７が“１”の場合でロードスイッチＯＦＦの期間中は、主制御部１９を動作させ、送信データ４７が“０”の場合でロードスイッチＯＮの期間中は、主制御部１９の動作を抑制する主制御部動作抑制手段である。
【００３２】
主制御部動作抑制手段３１の具体例には次に説明する実施の形態１〜４がある。
【００３３】
（実施の形態１）
図２は本発明の実施の形態１における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図である。本実施の形態では、図１の主制御部動作抑制手段３１が全回路停止制御部６１として構成されている。すなわち、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部１９の全回路動作を停止させる方式となっている。図３は動作図である。
【００３４】
この構成によると、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部１９の動作を停止させるため、電源電圧の低下を抑制できる。
【００３５】
従来例では、送信時、ロードスイッチＯＮ／ＯＦＦに関わりなく、主制御部１９の動作を停止させるため、処理時間が長くかかる。これに対して、本実施の形態で提案する方式では、図３に示すように、送信期間中であっても、ロードスイッチＯＦＦ状態の期間中は主制御部１９を動作させる。そのため、送信中に並行動作ができ、従来例に比べて処理時間を短縮できる。
【００３６】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図である。本実施の形態では、図１の主制御部動作抑制手段３１が一部回路停止制御部７１として構成されている。すなわち、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部１９の一部の回路の動作を停止させる方式となっている。図５は動作図である。
【００３７】
この構成によると、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部１９の一部の動作を停止させるため、電源電圧の低下を抑制できる。
【００３８】
実施の形態１で提案する方式では、送信時、ロードスイッチＯＮ期間中、主制御部１９の全動作を停止させるため、処理時間が長くかかるが、図５に示すように、本実施の形態２で提案する方式は、送信時、ロードスイッチＯＮ期間中であっても、主制御部１９の一部回路を動作させるため、送信中に並行動作ができ、その結果、実施の形態１で提案する方式に比べて、処理時間を短縮できる。
【００３９】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図である。本実施の形態では、図１の主制御部動作抑制手段３１がクロック周波数制御部８１として構成されている。すなわち、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部１９の動作用クロックの周波数を低減する方式となっている。図７は動作図である。
【００４０】
この構成によると、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部１９の動作用クロックの周波数を低減するため、電源電圧の低下を抑制できる。
【００４１】
実施の形態１で提案する方式では、送信時、ロードスイッチＯＮ期間中、主制御部１９の全動作を停止させるため、処理時間が長くかかるが、図７に示すように、本実施の形態３で提案する方式は、送信時、ロードスイッチＯＮ期間中であっても、主制御部１９を低周波数クロックで動作させるため、送信中に並行動作ができ、その結果、ロードスイッチＯＮ期間中は全く並行動作ができない実施の形態１で提案する方式に比べて、処理時間を短縮できる。
【００４２】
（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図である。本実施の形態では、図１の主制御部動作抑制手段３１が消費電力平均化制御部９１として構成されている。すなわち、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部１９の消費電力を平均化する方式となっている。図９は動作図である。
【００４３】
この構成によると、データ送信時、ロードスイッチＯＮ状態でアンテナ部の負荷が小の期間中は、主制御部１９を構成する各部の動作を制御し、消費電力を平均化し、動作可能な限界電源電圧を超えて低下しないようにできる。
【００４４】
図９は、ＣＰＵ２０の動作電力が２ｍＷ、暗号部２１と不揮発性メモリ２３とＳＲＡＭ２２の動作電力が１ｍＷであり、通信距離１０ｃｍでのロードスイッチＯＮ期間中の動作可能な限界電源電力が４ｍＷの場合の動作図である。送信データは、不揮発性メモリ２３からデータを読出し、暗号化して生成する。従来は、送信すべき全データの生成を行った後、その暗号データを送信するため、処理時間が長くかかる。これに対して、本実施の形態４で提案する方式では図９に示すように、データ読出し動作中は、不要な暗号部２１を停止することにより消費電力を４ｍＷ以内に抑え、暗号化動作中は、暗号部２１が主体的に動作し、ＣＰＵ２０の負担が減少するので、低速動作させることにより消費電力を４ｍＷ以内に抑えている。このように消費電力を平均化し、動作可能な限界電源電圧を超えて低下しないようにしているので、送信中に、送信データの逐次生成ができるため、処理時間を短縮できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、データ送信時の電源電圧低下の抑制と処理時間の短縮を両立させることができるので、移動しながら通信する非接触ＩＣカード等として有用である。通信距離の確保とともに、人が改札を通過する時間内に通信処理を完了させる必要がある電子乗車券の用途に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の基本的な実施の形態における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１における非接触ＩＣカードの動作を示すタイミングチャート
【図４】本発明の実施の形態２における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態２における非接触ＩＣカードの動作を示すタイミングチャート
【図６】本発明の実施の形態３における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態３における非接触ＩＣカードの動作を示すタイミングチャート
【図８】本発明の実施の形態４における非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態４における非接触ＩＣカードの動作説明図
【図１０】従来の非接触ＩＣカードの構成を示すブロック図
【図１１】従来のロードスイッチ方式の構成を示すブロック図
【図１２】従来のロードスイッチ方式の動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
【００４７】
２  ＩＣカード
１０  アンテナ部
１１  整流部
１２  復調部
１３  復号部
１４  符号部
１５  変調部
１６  クロック部
１７  通信制御部
１８  通信バッファ部
１９  主制御部
２０  ＣＰＵ
２１  暗号部
２２  ＳＲＡＭ
２３  不揮発性メモリ
２５  ロードスイッチＯＮ／ＯＦＦ信号
３１  主制御部動作抑制手段
４５  スイッチ
４６  負荷
４７  送信データ
６１  全回路停止制御部
７１  一部回路停止制御部
８１  クロック周波数制御部
９１  消費電力平均化制御部
【図１】
2006172300.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006172300.tif 000013
【図１２】
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