(57)【要約】【課題】本来特定の距離において発生するヌル現象が防止でき、その結果安定で信頼性の高いＩＣカード通信を実現することが可能な通信装置および情報機器、並びに通信方法を提供する。【解決手段】共振回路を含むアンテナ回路１１９と、アンテナ回路に接続された負荷素子１１３と、アンテナ回路１１９に接続された複数の変調制御用負荷素子１１４，１１５と、負荷変調区間において、負荷変調オン時と負荷変調オフ時のアンテナ回路１１９に接続される変調制御用負荷素子数を変更して負荷変調ポイントを最適化する制御部１１６，１１７，１１８とを有する。【選択図】図９
2008147912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷変調方式のデータ伝送機能を有する通信装置であって、
共振回路を含むアンテナ回路と、
上記アンテナ回路に接続された負荷素子と、
上記アンテナ回路に接続される複数の変調制御用負荷素子と、
負荷変調区間において、負荷変調オン時と負荷変調オフ時の上記アンテナ回路に接続される変調制御用負荷素子数を変更して負荷変調ポイントを最適化する制御部と
を有する通信装置。
【請求項２】
第１の変調制御用負荷素子と第２の変調制御用負荷素子と、を含み、
上記制御部は、
上記第１の変調制御用負荷素子の上記アンテナ回路への接続、非接続を切り替え負荷変調に寄与するかを選択するための第１のスイッチと、
上記第１の変調制御用負荷素子の上記アンテナ回路への接続、非接続を切り替え負荷変調に寄与するかを選択するための第２のスイッチと、
上記第１のスイッチと上記第２のスイッチのオン、オフを制御する制御回路と、を有する
請求項１記載の通信装置。
【請求項３】
上記制御部は、
無変調区間においては、上記負荷素子が上記アンテナ回路に接続されるように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオフ状態に制御し、
負荷変調区間において、負荷変調オン時には上記負荷素子、上記第１の変調制御用負荷素子、および第２の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオン状態に制御し、
負荷変調区間において、負荷変調オフ時には上記負荷素子、および第２の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチをオフ状態に、上記第２のスイッチをオン状態に制御する
請求項２記載の通信装置。
【請求項４】
上記制御部は、
無変調区間においては、上記負荷素子、上記第１の変調制御用負荷素子、および第２の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続されるように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオン状態に制御し、
負荷変調区間において、負荷変調オン時には上記負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオフ状態に制御し、
負荷変調区間において、負荷変調オフ時には上記負荷素子、および第１の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチをオフ状態に、上記第２のスイッチをオン状態に制御する
請求項２記載の通信装置。
【請求項５】
情報処理機能を有する情報機器であって、
リーダライタ機能部およびカード機能部を有する通信装置を含み、
上記通信装置は、
共振回路を含むアンテナ回路を、上記リーダライタ機能部およびカード機能部で共用し、
上記カード機能部は、
上記アンテナ回路に接続された負荷素子と、
上記アンテナ回路に接続される複数の変調制御用負荷素子と、
負荷変調区間において、負荷変調オン時と負荷変調オフ時の上記アンテナ回路に接続される変調制御用負荷素子数を変更して負荷変調ポイントを最適化する制御部と、を有する
情報機器。
【請求項６】
第１の変調制御用負荷素子と第２の変調制御用負荷素子と、を含み、
上記制御部は、
上記第１の変調制御用負荷素子の上記アンテナ回路への接続、非接続を切り替え負荷変調に寄与するかを選択するための第１のスイッチと、
上記第１の変調制御用負荷素子の上記アンテナ回路への接続、非接続を切り替え負荷変調に寄与するかを選択するための第２のスイッチと、
上記第１のスイッチと上記第２のスイッチのオン、オフを制御する制御回路と、を有する
請求項５記載の情報機器。
【請求項７】
上記制御部は、
無変調区間においては、上記負荷素子が上記アンテナ回路に接続されるように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオフ状態に制御し、
負荷変調区間において、負荷変調オン時には上記負荷素子、上記第１の変調制御用負荷素子、および第２の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオン状態に制御し、
負荷変調区間において、負荷変調オフ時には上記負荷素子、および第２の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチをオフ状態に、上記第２のスイッチをオン状態に制御する
請求項６記載の情報機器。
【請求項８】
上記制御部は、
無変調区間においては、上記負荷素子、上記第１の変調制御用負荷素子、および第２の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続されるように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオン状態に制御し、
負荷変調区間において、負荷変調オン時には上記負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオフ状態に制御し、
負荷変調区間において、負荷変調オフ時には上記負荷素子、および第１の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチをオフ状態に、上記第２のスイッチをオン状態に制御する
請求項６記載の情報機器。
【請求項９】
アンテナ回路に接続された負荷素子と、上記アンテナ回路に接続される複数の変調制御用負荷素子とを用いた負荷変調方式の通信方法であって、
負荷変調区間において、負荷変調オン時と負荷変調オフ時の上記アンテナ回路に接続される変調制御用負荷素子数を変更して負荷変調ポイントを最適化する
通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型ＩＣカードと通信可能な通信装置、およびパーソナルコンピュータや携帯電話機等の情報機器、並びに通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のＩＣカード技術の発展は目覚しいものがあり、鉄道の乗車券、物品の購入、入退出管理等、様々な分野で便利に利用されてきている。
【０００３】
これらのシステムにおいては、ＩＣカード側には電池を持たず、リーダ／ライタ（以下、Ｒ／Ｗと記す）側から送出された電磁波による非接触給電によりＩＣカードを動作させているものが多い（たとえば特許文献１，２，３参照）。
【０００４】
上記アプリケーションのシステムでは、Ｒ／ＷからＩＣカード(下り)方向とＩＣカードからＲ／Ｗ(上り)方向の双方向のデータ伝送が必要である。
そして、下り方向については、Ｒ／Ｗから送出するキャリアを振幅変位キーイング（ＡＳＫ：Amplitude sift keying）変調することにより目的を果たしている。
【０００５】
一方、上り方向については、ＩＣカードは電源を持っておらず、それ自体からキャリアを送出する機能を有していない。
このため、ＩＣカードは、Ｒ／Ｗから送出されたキャリアをインダクタＬとキャパシタＣの同調回路に接続された負荷抵抗で受け、送出データの"1"/"0"に対応させてその負荷抵抗の値を変化させる、いわゆる「負荷変調方式」によりデータ伝送機能を実現している。
【０００６】
Ｒ／Ｗ側では、ＩＣカード側の負荷抵抗の値の変化に応じて生じるアンテナコイルの電圧変化として検出し、上りデータを再生する。
【特許文献１】特許３４８８１６６号公報
【特許文献２】特開２００４−３５６７６５号公報
【特許文献３】特開２００５−１３６９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記「負荷変調方式」は、電池を搭載していないＩＣカードからでも簡易な構成で上り方向のデータ伝送が実現できる長所を持っているが、一方、Ｌ・Ｃ結合回路の負荷を切替える方法であるため、原理的に、特定の距離で負荷変調がかからなくなる、いわゆる「ヌル（Ｎｕｌｌ）現象」が発生し、上り方向の通信ができなくなるという不都合が発生していた。
以下ヌル現象について図面に関連付けて説明する。
【０００８】
図１は、ＩＣカードとＲ／Ｗとの原理的な構成例を示したものである。
【０００９】
ＩＣカード１は、アンテナコイル１１、アンテナコイル１１に並列に接続されたキャパシタ１２、アンテナコイル１１とキャパシタ１２に並列に接続された抵抗値Ｒ１の負荷抵抗１３、抵抗値Ｒ２の負荷変調用抵抗１４、および負荷変調用抵抗１４に直列に接続されたスイッチ（ＳＷ）１５を有する。
また、Ｒ／Ｗ２は、図１に示すように、アンテナコイル２１、アンテナコイル２１に並列に接続されたキャパシタ２２、キャパシタ（整合回路）２３、キャリア信号源（ＯＳＣ）２４、およびＡＳＫ復調器を含む受信回路２５を有する。
【００１０】
Ｒ／Ｗ２側のＯＳＣ２４は、たとえば発振周波数ｆｃが１３．５６ＭＨｚのキャリア信号源であり、整合回路２３を介してアンテナコイル２１とキャパシタ２２の並列共振回路を駆動している。
【００１１】
ＩＣカード１側のアンテナコイル１１とＲ／Ｗ２側のアンテナコイル２１とは結合係数ｋで電磁的に結合されている。
結合係数ｋはＩＣカード１とＲ／Ｗ２との距離に依存する値であり、距離＝∞のときｋ＝０となる。
【００１２】
ＩＣカード１側においては、アンテナコイル１１とキャパシタ１２による並列共振回路によりＲ／Ｗ２から送られてくるキャリアを抽出し、負荷抵抗１３および１４で終端している。
ＩＣカード１に設けられたスイッチ１５は、負荷変調用の切替スイッチであり、負荷変調信号ＬＭＳの入力の“１”／“０”に従って“オン（ＯＮ）”／“オフ（ＯＦＦ）”動作を行う。
すなわち、スイッチ１５が“ＯＮ”の時には負荷抵抗は抵抗１３，１４になり、“ＯＦＦ”のときには負荷抵抗１３のみに変化することから、Ｒ／Ｗ２側から見たＩＣカード１側の負荷インピーダンスが変化し、その変化分がアンテナコイル２１の両端の電圧Ｖ１の変化となって検出される。
ただし、負荷抵抗の変化とアンテナコイル１１の両端の電圧Ｖ１の変化の関係は一律とはならず、距離∝結合係数ｋの値に大きく依存する。
【００１３】
すなわち、図１に示す負荷変調方式においては、Ｒ／Ｗ２のアンテナ２１から出力された磁界はＩＣカード１側のアンテナ１１の中を通過することでアンテナ端に電圧が生じる。このアンテナ端に負荷抵抗１３（抵抗１３はカード側全体の負荷としている）を接続するとアンテナ端には電流が流れ、Ｒ／Ｗ２のアンテナ２１からの磁界とは逆方向の反転磁界が生じる。
通常、ＩＣカード１側の全体の負荷抵抗１３は数ｋΩと大きいため大きな反転磁界は生じないが、ＩＣカード１からの信号を返信（負荷変調）する場合は、負荷変調制御用抵抗１４をＯＮ／ＯＦＦ(カード側の負荷を可変）することで、Ｒ／Ｗ２側から出力している磁界が変化しているように観測される。この変化をＲ／Ｗ２側の受信回路２５が検出しカードからの返事を認識している。
【００１４】
次に、図２に関連付けてヌル点に関して説明する。
図２において、横軸がＩＣカード１とＲ／Ｗ２との距離を示し、縦軸がＲ／Ｗ２とＩＣカード１との通信結果を示している。
【００１５】
図２の例においては、Ｒ／Ｗ２からの送信信号に対してＩＣカード１から正常な返信があった場合を通信ＯＫとし、たとえば１００回通信を行った場合、１００回通信ＯＫの時を１００％としている。
現在、非接触ＩＣカードおよびＲ／Ｗは多くの機種があるため、組み合わせによっては、図２のＢで示すような通信ＮＧポイント（ヌル点）が発生する。
【００１６】
図３は、ヌル点におけるＲ／Ｗ側の受信波形を示す図である。
【００１７】
たとえば、負荷変調時にＩＣカード１におけるスイッチ（ＳＷ）１５をＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦと制御した場合、Ａの波形はＯＮ時に小さくなっている（図２のＡの区間）が、Ｃの波形はＯＦＦ時のほうが小さくなっている（図２のＣ区間）。そのため、ＡからＣに変化する場合は、Ｂのような負荷変調を行っても、Ｒ／Ｗ２側の受信電圧が変化しないポイントが生じてしまう。このポイントは負荷抵抗１３（抵抗値Ｒ１）と負荷変制御調用抵抗１４（抵抗値Ｒ２）によって変化する。
【００１８】
図４は、ＩＣカード側の負荷抵抗を可変させた場合のＲ／Ｗの受信電圧Ｖ１（図１）を示す図である。
図４において、横軸が負荷抵抗の抵抗値を、縦軸が受信電圧Ｖ１をそれぞれ表している。
【００１９】
図４に示すように、抵抗を可変させた場合の特性曲線が凹んでいるため、図４中のＰ１，Ｐ２で示す２ポイントで抵抗値を変化させても、Ｒ／Ｗ２側のアンテナ端電圧は変わらないことを示している。
【００２０】
図５は、負荷変調時(ＳＷ：ＯＮ)および無変調時(ＳＷ：ＯＦＦ)にＲ／Ｗ２側のアンテナ端電圧が変化しないポイントが発生しないように負荷抵抗値を最適に設定した場合を示している。
しかしこの場合、無変調時にも負荷抵抗１３の抵抗値Ｒ１を小さくしているため、通信特性に悪影響を及ぼしてしまう。
以下、この通信特性への悪影響に関して説明する。
【００２１】
図６は、ＩＣカード１の受信回路を含めた構成例を示す図である。
【００２２】
負荷抵抗１３の抵抗値Ｒ１を小さくした場合、アンテナ１１の端電圧が小さくなってしまうため、受信回路１６に入力される電圧Ｖ２も小さくなり、遠方での通信距離が劣化する。
【００２３】
図７は、Ｒ／Ｗにおける影響を説明するための図である。
【００２４】
近年、カード機能とＲ／Ｗ機能を備えた携帯機器なども実用に供されている。
そこで、負荷抵抗２７（抵抗値Ｒ１）を小さくした場合、Ｒ／Ｗ２Ａの送信信号Ｖｒｗからの電流は、アンテナ２１端以外に抵抗２７にも流れてしまい、その結果、アンテナ２１に流れる電流が減少し、アンテナ２１から放射される磁界も減少し、Ｒ／Ｗ２Ａの通信特性に影響を与えてしまう。
【００２５】
以上説明したように、今提案されている方式では、ＩＣカードとＲ／Ｗとの組み合わせによってヌル点が発生するという不利益がある。
また、負荷抵抗および負荷変調制御用抵抗を最適な値に変更してもカードの受信特性やＲ／Ｗ時の特性に悪影響を与えてしまう。
【００２６】
本発明は、本来特定の距離において発生するヌル現象が防止でき、その結果安定で信頼性の高いＩＣカード通信を実現することが可能な通信装置および情報機器、並びに通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の第１の観点は、負荷変調方式のデータ伝送機能を有する通信装置であって、共振回路を含むアンテナ回路と、上記アンテナ回路に接続された負荷素子と、上記アンテナ回路に接続される複数の変調制御用負荷素子と、負荷変調区間において、負荷変調オン時と負荷変調オフ時の上記アンテナ回路に接続される変調制御用負荷素子数を変更して負荷変調ポイントを最適化する制御部とを有する。
【００２８】
好適には、第１の変調制御用負荷素子と第２の変調制御用負荷素子と、を含み、上記制御部は、上記第１の変調制御用負荷素子の上記アンテナ回路への接続、非接続を切り替え負荷変調に寄与するかを選択するための第１のスイッチと、上記第１の変調制御用負荷素子の上記アンテナ回路への接続、非接続を切り替え負荷変調に寄与するかを選択するための第２のスイッチと、上記第１のスイッチと上記第２のスイッチのオン、オフを制御する制御回路と、を有する。
【００２９】
好適には、上記制御部は、無変調区間においては、上記負荷素子が上記アンテナ回路に接続されるように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオフ状態に制御し、負荷変調区間において、負荷変調オン時には上記負荷素子、上記第１の変調制御用負荷素子、および第２の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオン状態に制御し、負荷変調区間において、負荷変調オフ時には上記負荷素子、および第２の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチをオフ状態に、上記第２のスイッチをオン状態に制御する。
【００３０】
好適には、上記制御部は、無変調区間においては、上記負荷素子、上記第１の変調制御用負荷素子、および第２の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続されるように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオン状態に制御し、負荷変調区間において、負荷変調オン時には上記負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチおよび上記第２のスイッチをオフ状態に制御し、負荷変調区間において、負荷変調オフ時には上記負荷素子、および第１の変調制御用負荷素子が上記アンテナ回路に接続され負荷変調に寄与するように上記第１のスイッチをオフ状態に、上記第２のスイッチをオン状態に制御する。
【００３１】
本発明の第２の観点は、情報処理機能を有する情報機器であって、リーダライタ機能部およびカード機能部を有する通信装置を含み、上記通信装置は、共振回路を含むアンテナ回路を、上記リーダライタ機能部およびカード機能部で共用し、上記カード機能部は、上記アンテナ回路に接続された負荷素子と、上記アンテナ回路に接続される複数の変調制御用負荷素子と、負荷変調区間において、負荷変調オン時と負荷変調オフ時の上記アンテナ回路に接続される変調制御用負荷素子数を変更して負荷変調ポイントを最適化する制御部と、を有する。
【００３２】
本発明の第３の観点は、アンテナ回路に接続された負荷素子と、上記アンテナ回路に接続される複数の変調制御用負荷素子とを用いた負荷変調方式の通信方法であって、負荷変調区間において、負荷変調オン時と負荷変調オフ時の上記アンテナ回路に接続される変調制御用負荷素子数を変更して負荷変調ポイントを最適化する。
【００３３】
本発明によれば、ヌル点を回避するため、制御部により、負荷変調区間において、負荷変調オン時と負荷変調オフ時のアンテナ回路に接続される変調制御用負荷素子数が変更される。
このようにして、負荷変調区間時と無変調時のインピーダンスをそれぞれ調整可能として、負荷変調ポイントを最適化する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、本来特定の距離において発生するヌル現象が防止でき、その結果安定で信頼性の高いＩＣカード通信を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
【００３６】
図８は、本発明の実施形態に係る非接触型ＩＣカードおよび携帯情報機器としての携帯電話機が適用される通信システムの構成例を示す図である。
【００３７】
図８に示す通信システム１００は、通信装置としての非接触型ＩＣカード１１０と、携帯電話機１２０と、基地局１３０と、通信網１４０と、サーバ１５０とにより構成されている。
【００３８】
本実施形態のＩＣカード１１０は、携帯電話機１２０の搭載されたＲ／Ｗ(リーダライタ)機能部から送出されたキャリアをインダクタＬとキャパシタＣの同調回路に接続された負荷抵抗で受け、送出データの"1"/"0"に対応させてその負荷抵抗の値を変化させる、いわゆる「負荷変調方式」によりデータ伝送機能を実現している。
【００３９】
図９は、本実施形態に係るＩＣカードの構成例を示す回路図である。
【００４０】
ＩＣカード１１０は、アンテナコイル１１１、アンテナコイル１１１に並列に接続されたキャパシタ１１２、アンテナコイル１１１とキャパシタ１１２に並列に接続された負荷抵抗１１３，１１４，１１５、負荷抵抗１１４の一端側に接続された第１のスイッチ（ＳＷ１）１１６、負荷抵抗１１５の一端側に接続された第２のスイッチ（ＳＷ２）１１７、および制御回路１１８を有する。
アンテナコイル１１１とキャパシタ１１２により並列共振回路であるアンテナ回路１１９が構成されている。また、抵抗１１４により第１の変調制御用負荷素子が構成され、抵抗１１５により第２の変調制御用負荷素子が構成されている。
なお、負荷抵抗１１３の抵抗値はＲ１、負荷抵抗１１４の抵抗値はＲ２、負荷抵抗１１５の抵抗値はＲ３にそれぞれ設定されている。
そして、各抵抗値は、Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ１の関係を満足するように設定されている。
【００４１】
ＩＣカード１１０のアンテナコイル１１１は、携帯電話機１２０の通信装置２００（１２６）におけるアンテナコイル２１１と結合係数ｋで電磁的に結合されている。
結合係数ｋは、ＩＣカード１１０と携帯電話機１２０の通信装置２００（Ｒ／Ｗ）側との距離に依存する値であり、距離＝∞のときｋ＝０となる。
【００４２】
ＩＣカード１１０側においては、アンテナコイル１１１とキャパシタ１１２による並列共振回路により通信装置２００（Ｒ／Ｗ）から送られてくるキャリアを抽出し、負荷抵抗１１３、１１４、および１１５で終端している。
ＩＣカード１１０に設けられたスイッチ１１６，１１７は、負荷変調用の切替スイッチである。
【００４３】
制御回路１１８は、無変調区間においては、スイッチ１１６，１１７がオフとなるように制御する。この場合の負荷抵抗は１１３のみとなり、その抵抗値はＲ１である。
制御回路１１８は、負荷変調区間においては、スイッチ(ＳＷ２)１１７をオンとなるように制御し、スイッチ１１７がオンしている期間に、負荷変調信号ＬＭＳの入力の“１”／“０”に従ってスイッチ(ＳＷ１)１１６の“オン（ＯＮ）”／“オフ（ＯＦＦ）”動作を制御する。
すなわち、スイッチ１１６がオフで、スイッチ１１７がオンのときには、負荷抵抗１１３と１１５となり、その全体の負荷抵抗値は、負荷抵抗１１３の抵抗値Ｒ１と負荷抵抗１１５の抵抗値Ｒ３の並列抵抗値となる。
スイッチ１１６，１１７がオンのときには、負荷抵抗は１１３，１１４，１１５となり、その全体の負荷抵抗値は、負荷抵抗１１３の抵抗値Ｒ１と、負荷抵抗１１４の抵抗値Ｒ２と、負荷抵抗１１５の抵抗値Ｒ３との並列抵抗値となる。
【００４４】
このように、本実施形態のＩＣカード１１０においては、Ｒ／Ｗ側との距離を可変させた場合にヌル状態が発生することを回避するために、複数のスイッチ（ＳＷ１）１１６、スイッチ（ＳＷ２）１１７を設け、負荷変調“オン（ＯＮ）”時の負荷抵抗と負荷変調“オフ（ＯＦＦ）”時の負荷抵抗をそれぞれ制御するように構成されている。
【００４５】
すなわち、近接形ＩＣカードの上り方向(ＩＣカードからＲ／Ｗ方向)通信では、カード内の負荷抵抗値を切替えることによりＲ／Ｗのアンテナコイル端の電圧を変化させてデータ通信を行ういわゆる負荷変調を採用しているが、理論的に負荷変調がかからなくなる距離(ヌル点)が存在する。
本実施形態において、このヌル現象の影響を回避するため、複数のスイッチ（ＳＷ１）１１６、スイッチ（ＳＷ２）１１７を設け、負荷変調“オン（ＯＮ）”時の負荷抵抗と負荷変調“オフ（ＯＦＦ）”時の負荷抵抗をそれぞれ制御するように構成して通信品質を向上させている。
【００４６】
スイッチ（ＳＷ１）１１６，スイッチ（ＳＷ２）１１７が“ＯＮ”のときには、負荷抵抗は抵抗１１３，１１４，１１５になり、スイッチ１１７のみが“ＯＮ”のときには、負荷抵抗は抵抗１１３，１１５になり、スイッチ１１６，１１７の両者が“ＯＦＦ”のときには、負荷抵抗は抵抗１１３のみに変化することから、Ｒ／Ｗ側から見たＩＣカード１１０側の負荷インピーダンスが変化し、その変化分がアンテナコイル２１１の両端の電圧Ｖ１の変化となって検出される。
ただし、負荷抵抗の変化とアンテナコイル２１１の両端の電圧Ｖ１の変化の関係は一律とはならず、距離∝結合係数ｋの値に大きく依存する。
【００４７】
図１０は、近接ＩＣカード通信に適用されるパケットデータのフォーマット例を示す図である。
【００４８】
このパケット３００は、少なくとも４８ビットの論理０のデータを含む前置符号（プリアンブル）領域（Preamble）３１０、２バイトの同期符号領域（ＳＹＮＣ）３２０、ペイロードの長さがセットされる８ビットのレングス領域(Length)３３０、ｎ個のバイト領域を含むペイロード領域(Payload)３４０、および巡回冗長検査領域（ＣＲＣ：Cyclic Redundancy Check）３５０を含んで形成されている。
【００４９】
本実施形態の携帯電話機１２０は、たとえばＲ／Ｗ（リーダライタ）機能、またさらにＩｃカード機能を内蔵しており、搭載されたＲ／Ｗ機能は、外部の非接触型ＩＣカード１１０からの応答(信号)を受信すると、この非接触型ＩＣカード１１０との間で無線通信を行って、コネクションを確立させる。
非接触型ＩＣカード１１０とのコネクションが確立すると、携帯電話機１２０は、所定の通信方式に従った無線通信により基地局１３０から通信網１４０を経由してサーバ１５０に接続し、非接触型ＩＣカード１１０とサーバ１５０との通信を中継する。
両者の相互認証が成功すると、携帯電話機１２０に搭載されたＲ／Ｗ機能は、サーバ１５０からの指示に従って、非接触型ＩＣカード１１０に格納される情報を読出す処理や、非接触型ＩＣカード１１０に新たな情報を書き込む処理を行う。
【００５０】
図１１は、本実施形態に係る携帯電話機の基本的な構成例を示すブロック図である。
【００５１】
本携帯電話機１２０は、図１１に示すように、通信網１４０を介してサーバ１５０との無線通信処理を行う無線通信部１２１、液晶表示デバイス(ＬＣＤ)等により構成される表示部１２２、テンキー等の操作キーを含む操作部１２３、マイクロフォンやスピーカを有し音声入力処理または音声出力処理を行う音声処理部１２４、プログラムやメッセージデータ、アドレスデータ、ＩＣカード用データ等を記憶するメモリ部１２５、Ｒ／Ｗ機能を実現するためのフロントエンド回路部を形成する通信装置１２６、および携帯電話機１２０の全体的な機能制御やＲ／Ｗ機能およびカード機能を実現するためのモード制御や送信データＴＤ、受信データＲＤに対する所定の処理やそれに応じたメモリ部１２５へのアクセスを行う制御部（ＣＰＵ）１２７を有する。
【００５２】
無線通信部１２１、表示部１２２、操作部１２３、音声処理部１２４、メモリ部１２５、および制御部１２７により、通常の携帯電話としての電話部が構成される。
また、通信装置１２６、メモリ部１２５、および制御部１２７によりＲ／Ｗ機能およびＩＣカード機能を実現するカード機能部が構成される。
また、モードの指定、切り替え等は操作部１２４の操作に応じて制御部１２７の制御により行うように構成可能である。
この際、制御部１２７は、通信装置１２６に対して、たとえば制御信号と送信データＴＤを出力し、受信データＲＤを受けてメモリ部１２５への格納処理等を行う。メモリ部１２５は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含んで構成される。
なお、制御部１２７は、電話部とカード機能部とで個別に設けるような構成にすることも可能である。
【００５３】
図１２は、本発明の実施形態に係る携帯電話機に搭載されるＲ／Ｗ機能およびカード機能を内蔵した通信装置の一構成例を示す図である。
なお、図１２においては、図１１の通信装置１２６を符号２００を用いて表している。
【００５４】
通信装置２００は、図１２に示すように、アンテナ回路（アンテナ・フロントエンド）２１０、発振周波数ｆｃが１３．５６ＭＨｚのキャリアを発生するキャリア信号源（ＯＳＣ）等を含む送信系回路２２０、ＡＳＫ復調器を含む受信回路２３０、負荷変調ブロック２４０、抵抗２５０、およびダイオード２６０，２７０を有し、これらの構成要素によりＲ／Ｗ機能およびカード機能の一部を実現している。
【００５５】
アンテナ回路２１０は、図１２に示すように、アンテナコイル２１１、アンテナコイル２１１に並列に接続されたキャパシタ２１２、キャパシタ２１３（整合回路）、およびスイッチ（ＳＷ３）２１４を有する。
【００５６】
アンテナコイル２１１の一端、キャパシタ２１１の第１電極、およびキャパシタ２１３の第１電極が接続されてノードＮＤ２１１が形成されている。
キャパシタ２１３の第２電極とスイッチ２１４の作動接点の接続点によりノードＮＤ２１２が形成され、アンテナコイル２１１の他端、キャパシタ２１２の第２電極、およびスイッチ２１４の固定接点ａが接続されてノードＮＤ２１３が形成されている。
ノードＮＤ２１１は、ダイオード２６０、抵抗２５０を介して受信回路２３０の入力に接続され、ダイオード２７０を介して負荷変調ブロック(返信回路)２４０に接続されている。また、ノードＮＤ２１２が送信系回路２２０の正相の第１出力端子２２１に接続され、ノードＮＤ２１３が逆相の第２出力端子２２２に接続されている。
なお、ダイオード２６０，２７０は、負電圧が入力されないように整流素子として接続されている。
【００５７】
アンテナ回路２１０は、Ｒ／Ｗ(リーダライタ)モードのときは、スイッチ２１４がたとえば制御部１２７によりオフ状態に制御され、直列共振回路を形成する。
また、アンテナ回路２１０は、カードモードのときは、スイッチが制御部１２７によりオン状態に制御され、並列共振回路を形成する。
【００５８】
送信系回路２２０は、正相の第１出力端子２２１と逆相の第２出力端子２２２を有し、図示しない送信バッファによるキャリアを、制御部１１７から転送された送信データＴＤによって、ＡＳＫ変調して第１および第２の出力端子２２１，２２３からアンテナ回路２１０に出力する。
【００５９】
受信回路２３０は、カード機能使用（カードモード）時の受信回路とリーダライタ機能使用（リーダライタモード）時の受信回路として兼用されている。
受信回路２３０は、カード機能時とリーダライタ機能時において受信した情報を復調して、制御部１２７に受信データＲＤを出力する。
【００６０】
負荷変調ブロック（返信回路）２４０は、カードモード時において、制御部１２７においてメモリ部１２５から読み出された返信データを負荷変調し、アンテナ回路２１０のノードＮＤ２１１に印加する。
【００６１】
負荷変調ブロック２４０は、たとえばダイオード２７０を介しノードＮＤ２１１に対して並列に接続された負荷抵抗２４１，２４２と、負荷抵抗２４１の一端側に接続されたスイッチ（ＳＷ１）２４３と、負荷抵抗２４２の一端側に接続されたスイッチ（ＳＷ２）２４４とを有している。負荷抵抗２４１の抵抗値はＲ２に、負荷抵抗２４３の抵抗値はＲ３に設定されている。
負荷変調ブロック２４０では、制御部１２７により、負荷変調区間においては、スイッチ(ＳＷ２)２４４がオンとなるように制御され、スイッチ２４４がオンしている期間に、負荷変調信号ＬＭＳの入力の“１”／“０”に従ってスイッチ(ＳＷ１)２４３の“オン（ＯＮ）”／“オフ（ＯＦＦ）”動作が制御される。
すなわち、負荷変調ブロック２４０は、一部省略されているが、図９に関連付けて説明したＩＣカード１１０と同様の負荷変調のための構成および機能を有している。したがって、ここではその詳細は省略する。
【００６２】
このように、本実施形態の通信装置２００においては、Ｒ／Ｗ側との距離を可変させた場合にヌル状態が発生することを回避するために、複数のスイッチ（ＳＷ１）２４３、スイッチ（ＳＷ２）２４４を設け、負荷変調“オン（ＯＮ）”時の負荷抵抗と負荷変調“オフ（ＯＦＦ）”時の負荷抵抗をそれぞれ制御するように構成されている。
【００６３】
リーダライタ（Ｒ／Ｗ）モードの時は、モード制御信号によりアンテナ回路２１０のスイッチ２１４がオフ状態に制御され、アンテナ回路２１０を直列共振回路となるようにしている。
アンテナ回路２１０を直列共振回路とすることにより、送信、受信に使用するキャリアの周波数、たとえば１３．５６ＭＨｚでインピーダンスがゼロとなり、アンテナコイル２１１に流れる電流が最大となり、受信、送信距離が伸び、また読み出し／書き込みの効率が向上する。
【００６４】
上述した共振回路を切り換えるスイッチ２１４としては、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）、メカスイッチなどがある。
【００６５】
外部カードに対して受信時（リードモード）、たとえば外部の非接触カードからの負荷変調信号がアンテナコイル２１１において誘起され、その誘起された信号が受信回路２３０に供給され、データ復調、データの保存などが行われる。
一方、送信時（ライトモード）、変調回路においてキャリアが記録データで変調され、その変調されたキャリアが送信系回路２２０を介して、アンテナ回路２１０のキャパシタ２１３およびアンテナコイル２１１の直列共振回路に供給される。そして、アンテナコイル２１１を介してキャリアが放射され、外部の非接触型ＩＣカードなどに出力される。
このときアンテナ回路２１０を構成するキャパシタ２１３とアンテナコイル２１１は使用周波数において、直列共振状態で、そのインピーダンスはゼロであり、アンテナコイル２１１に流れる電流は最大となる。その結果、送信効率は上がり、また電波の到達距離は延びる。
【００６６】
カードモード時、送信系回路２２０の正相と逆相のそれぞれの出力端子２２１，２２２はＨｉＺ（ハイインピーダンス）に設定されていて、アンテナ回路２１０に影響を及ぼさないように設定されている。なお、送信系回路２２０の出力端子２２１，２２２は同相のＬｏＺ（ローインピーダンス）に設定されるように構成することも可能である。
すなわち、カードモード時になると、制御部１２７からモード制御信号が供給され、アンテナ回路２１０のスイッチ２１４がＯＮになり、送信系回路２２０の出力の正相と逆相の出力端子２２１と２２２との間がショートされる。
その結果、アンテナ回路２１０において、キャパシタ２１３とアンテナコイル２１１で並列共振回路を構成する。またこれと並行して、負荷変調ブロック（返信回路）２４０に送信データ（返信データ）ＴＤが供給される。
【００６７】
このような構成において、たとえば外部のリーダライタ装置から送信された信号はアンテナコイル２１１とキャパシタ２１３の並列共振回路で共振し、そこで抽出された信号は受信回路２３０に入力される。このとき、送信系回路２２０の出力端子２２１と２２２はショートされているので、送信系回路２２０からは信号は出力されないし、または送信系回路２２０の動作を停止するようにしている。
受信回路２３０において、復調回路で同上の受信した磁界からリーダライタ装置の送信信号（情報）を抽出し、デコードしてＣＰＵ等の制御部１２７に出力される。
この制御部１２７においては、デコードされたデータが処理され、またメモリ部１２５へデータの記憶または読み出しが行われ、あるいはメモリ部１２５から読み出されたデータがエンコードされる。
この送信データは、リーダライタ装置からのキャリア信号に対して、負荷変調ブロック（返信回路）２４０にて負荷変調が行われる。
【００６８】
このように、本例においては、カードとして使用する場合、スイッチ２１４をＯＮし、アンテナコイル２１１とキャパシタ２１３が並列接続の回路構成となり、それと同時にフロントエンドを比較的高インピーダンスになるようにし、より遠距離においてもカード機能を満たせるようにしている。
【００６９】
なお、受信回路２３０は、カードモード専用の受信系回路とリーダライタモード時の専用の受信系回路を別々に構成することもできる。
【００７０】
次に、本実施形態のＩＣカード１１０または携帯電話機１２０の通信装置２００におけるヌル発生の回避制御について、ＩＣカード１１０を例に、図１３および図１４に関連付けてさらに詳述する。
【００７１】
図１３は、本実施形態のＩＣカードの負荷抵抗を可変させた場合のＲ／Ｗ側の受信電圧Ｖ１を示す図である。
図１３において、横軸が負荷抵抗の抵抗値を、縦軸が受信電圧Ｖ１をそれぞれ表している。
また、図１４は、本実施形態のＩＣカードのスイッチ制御のタイミングとＲ／Ｗ受信波形との関係を通常構成と比較して示す図である。
【００７２】
負荷変調ＯＮのポイントＰ３と負苛変調ＯＦＦのポイントＰ２は図１３に示すように、最適に設定するが、ポイントＰ２は、スイッチ（ＳＷ２）１１７を用いて制御を行う。
スイッチ（ＳＷ１）１１６をＯＦＦにしたまま、スイッチ(ＳＷ２)１１７をＯＮすることで全体の負荷抵抗は抵抗１１３の抵抗値Ｒ１と抵抗１１５の抵抗値Ｒ３の並列抵抗値となる。また、この状態でスイッチ（ＳＷ１）１１６をＯＮすると全体の負荷抵抗値は、抵抗１１３の抵抗値Ｒ１、抵抗１１４の抵抗値Ｒ２、および抵抗１１５の抵抗値Ｒ３の並列抵抗値Ｒ１//Ｒ２//Ｒ３となりポイントＰ３へ移動する。
ここでの抵抗値の関係は  Ｒ２＜Ｒ３  となる。
【００７３】
負荷変調を行わない区間であるカード受信時などでは、スイッチ１１６(ＳＷ１)とスイッチ１１７（ＳＷ２）はＯＦＦとするため、全体の負荷抵抗値は抵抗１１３の抵抗値Ｒ１となりポイントＰ１となる。
【００７４】
次に、スイッチのタイミングとＲ／Ｗ側の受信波形の関係を説明する。
Ｒ／Ｗからの信号を受信した後にカードから負荷変調を行うため、負荷変調区間の前後では無変調区間が存在する。
通常の構成で負荷抵抗が最適化されていない場合（図４の場合）、負荷変調区間にスイッチＳＷをＯＮ／ＯＦＦしてもＲ／Ｗ側のアンテナ端の波形は変化していないことを示している。
次に、通常構成で負荷抵抗を最適化した場合（図５の場合）であるが、無変調状態（ＳＷがＯＦＦ）での負荷抵抗を小さくしているため、無変調区間での波形も小さくなっている。
複数のスイッチ（ＳＷ１）１１６、スイッチ（ＳＷ２）１１７を設けた本実施形態においては、負荷変調区間のみＯＮするスイッチ（ＳＷ２）１１７を使用することで、無変調区間の信号を劣化せず、負荷変調区間は最適な負荷変調が行われていることを示している。
【００７５】
なお、上記した実施形態では、負荷変調制御用の複数の抵抗を並列に接続した例について説明したが、図１５に示すように、負荷変調制御用の抵抗を直列に接続してもよい。
この場合、スイッチ（ＳＷ１）１１６は抵抗１１４の両端間に接続され、スイッチ（ＳＷ２）１１７は抵抗１１５の両端間に接続されている。
【００７６】
図１５のＩＣカード１１０Ａにおいては、以下に示すように制御することで３箇所の負荷状態を変化させることが可能である
【００７７】
通常状態（無変調）  の抵抗      =  R1  ＋  R2  ＋  R3、
負荷変調区間（OFF）  の抵抗    =  R1  ＋  R2、
負荷変調区間（ON）    の抵抗    =  R1      
【００７８】
すなわち、通常状態時には、スイッチ（ＳＷ１）１１６，スイッチ（ＳＷ２）１１７共にＯＦＦであり、そのときの負荷抵抗値は、抵抗１１３の抵抗値Ｒ１、抵抗１１４の抵抗値Ｒ２、および抵抗１１５の抵抗値Ｒ３の直列抵抗値となる。
負荷変調ＯＦＦのときは、スイッチ（ＳＷ２）１１７がＯＮになり抵抗１１５はバイパスされ、そのときの負荷抵抗値は、抵抗１１３の抵抗値Ｒ１、および抵抗１１４の抵抗値Ｒ２の直列抵抗値となる。
負荷変調ＯＮときは、スイッチ（ＳＷ２）１１７およびスイッチ（ＳＷ１）１１６がＯＮになり抵抗１１４、１１５はバイパスされ、そのときの負荷抵抗値は、抵抗１１３の抵抗値Ｒ１となる。
【００７９】
この場合も、上記したと同様に、距離を可変させた場合に発生するヌルを回避できる。
【００８０】
以上のように、近接形ＩＣカードの上り方向(ＩＣカードからＲ／Ｗ方向)通信では、カード内の負荷抵抗値を切替えることによりＲ／Ｗのアンテナコイル端の電圧を変化させてデータ通信を行ういわゆる負荷変調を採用しているが、理論的に負荷変調がかからなくなる距離(ヌル点)が存在する。
本実施形態において、このヌル現象の影響を回避するため、複数のスイッチ（ＳＷ１）１１６、スイッチ（ＳＷ２）１１７を設け、負荷変調“オン（ＯＮ）”時の負荷抵抗と負荷変調“オフ（ＯＦＦ）”時の負荷抵抗をそれぞれ制御するように構成して通信品質を向上させている。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態によれば、距離を可変させた場合に発生するヌルを回避できるため、安定で信頼性の高い通信が可能となる。
制御回路やスイッチ等をＬＳＩに内蔵化できるため、実装面積を小さくでき、部品コストも低く抑えることが可能である。
また、抵抗とスイッチを追加する、簡易な構成で実現可能である。
また、受信系やＲ／Ｗ側へ影響などが無いように、また対向する組み合わせが多い場合の煩雑な調整が不要となり、調整が容易となる利点がある。
【００８２】
なお、上記した例では、負荷変調に抵抗を用いたが、負荷として容量などを用いる容量負荷変調などでも同様に適用することが可能であり、負荷抵抗の場合と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態ではアンテナに対して、負荷抵抗を並列と直列に接続した場合について説明したが、接続する位置に関しては特に限定しない。
【００８３】
また、本実施形態においては、情報機器として携帯電話機を一例として説明したが、本発明は携帯電話機の他の携帯端末（ＰＤＡ等）、あるいはパーソナルコンピュータ等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】ＩＣカードとＲ／Ｗとの原理的な構成例を示したものである。
【図２】ヌル点に関して説明するための図である。
【図３】ヌル点におけるＲ／Ｗ側の受信波形を示す図である。
【図４】ＩＣカード側の負荷抵抗を可変させた場合のＲ／Ｗの受信電圧Ｖ１（図1）を示す図である。
【図５】負荷変調時(ＳＷ：ＯＮ)および無変調時(ＳＷ：ＯＦＦ)にＲ／Ｗ２側のアンテナ端電圧が変化しないポイントが発生しないように負荷抵抗値を最適に設定した場合を示す図である。
【図６】一般的なＩＣカードの受信回路を含めた構成例を示す図である。
【図７】Ｒ／Ｗにおける影響を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態に係る非接触型ＩＣカードおよび携帯情報機器としての携帯電話機が適用される通信システムの構成例を示す図である。
【図９】本実施形態に係るＩＣカードの構成例を示す回路図である。
【図１０】近接ＩＣカード通信に適用されるパケットデータのフォーマット例を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る携帯電話機の基本的な構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る携帯電話機に搭載されるＲ／Ｗ機能およびカード機能を内蔵した通信装置の一構成例を示す図である。
【図１３】本実施形態のＩＣカードの負荷抵抗を可変させた場合のＲ／Ｗ側の受信電圧Ｖ１を示す図である。
【図１４】本実施形態のＩＣカードのスイッチ制御のタイミングとＲ／Ｗ受信波形との関係を通常構成と比較して示す図である。
【図１５】本実施形態に係るＩＣカードの他の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８５】
１００・・・通信システム、１１０・・・ＩＣカード、１１１・・・アンテナコイル、１１２・・・キャパシタ、１１３，１１４，１１５・・・負荷抵抗、１１６（ＳＷ１）・・・スイッチ、１１７（ＳＷ２）・・・スイッチ、１１８・・・制御回路、１１９・・・アンテナ回路、１２０・・・携帯電話機、１２５・・・メモリ部、１２６・・・通信装置、１２７・・・制御部、１３０・・・基地局、１４０・・・通信網、１５０・・・サーバ、２００・・・通信装置、２１０・・・アンテナ回路、２１１・・・アンテナコイル、２１２，２１３・・・キャパシタ、２１４・・・スイッチ、２２０・・・送信系回路、２３０・・・受信回路、２４０・・・負荷変調ブロック（返信回路）、２４１，２４２・・・抵抗、２４３，２４４・・・スイッチ。
【図１】
2008147912.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】
2008147912.tif 000011
【図１０】
2008147912.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2008147912.tif 000014
【図１３】
2008147912.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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