(57)【要約】【課題】電源電圧及び復調回路へ入力される電圧を許容値以内とし、また通信距離の変化によらず安定してデータを復調することができる半導体集積回路を提供する。【解決手段】本発明の半導体集積回路は、アンテナコイル６２によって受信された受信信号を整流し、シャント回路１１０によって所定の電圧に設定された電源電圧を発生させる電源電圧発生部と、復調部８３Ａとを備える。そして、復調部８３Ａは、入力された信号を復調する復調回路８３と、アンテナコイル６２の一端に接続された抵抗３と、アノードが抵抗３の他端に接続され、カソードが復調回路８３の入力側のノードに接続されたダイオード１と、抵抗３とダイオード１とが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された容量５と、ダイオード１と復調回路８３とが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された容量２とを有する。【選択図】　　図５
2004102798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナコイルによって受信された受信信号を整流し、レギュレータによって所定の電圧に設定された電源電圧を発生させる電源電圧発生部と、
復調部とを備え、
前記復調部は、
入力された信号を復調して出力する復調回路と、
前記アンテナコイルの一端に接続された抵抗と、
アノードが前記抵抗の他端に接続され、カソードが前記復調回路の入力側のノードに接続されたダイオードと、
前記抵抗と前記ダイオードとが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された第１の容量と、
前記ダイオードと前記復調回路とが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された第２の容量とを有するものである
ことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体集積回路において、
前記抵抗は、ポリシリコン配線によって形成されている
ことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項３】
搬送波がディジタルデータでＡＳＫ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｓｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）変調されたＡＳＫ信号を受信するアンテナコイルと、
前記アンテナコイルによって受信されたＡＳＫ信号を整流し、レギュレータによって所定の電圧に設定された電源電圧を発生させる電源電圧発生部と、
復調部とを備え、
前記復調部は、
入力された信号を復調する復調回路と、
前記アンテナコイルの一端に接続された抵抗と、
アノードが前記抵抗の他端に接続され、カソードが前記復調回路の入力側のノードに接続されたダイオードと、
前記抵抗と前記ダイオードとが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された第１の容量と、
前記ダイオードと前記復調回路とが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された第２の容量とを有するものである
ことを特徴とする非接触型情報媒体。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体集積回路において、
前記抵抗は、ポリシリコン配線によって形成されている
ことを特徴とする半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路及びこの半導体集積回路を搭載した非接触型情報媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コイルの相互誘導現象を利用して電波による電力の供給を行うとともにデータの送受信を行うＩＣカードなどの非接触型情報媒体が実用段階に入っている。
【０００３】
非接触型情報媒体の一例としてのＩＣカードは、ＩＣカードと電波の送受信を行うリーダライタとの間の通信距離が０〜２ｍｍの密着型、通信距離が０〜１０ｃｍの近接型、通信距離が０〜７０ｃｍの近傍型、通信距離が０〜１０ｍのマイクロ波型に大別される。それぞれについての国際標準規格も整いつつある。通信距離が長くなればなるほど技術的な困難を伴うのであるが、密着型は、既に広く普及している接触型ＩＣカードと比べてその特徴において大差がなく、非接触型ＩＣカードのメリットを充分に出しているとは言えない。したがって、接触型ＩＣカードの次に普及していくと予想されるのは、近接型の非接触型ＩＣカードである。
【０００４】
リーダライタから０ｃｍ〜１０ｃｍ程度までの距離で用いることが可能な近接型のＩＣカードは、例えば定期券などの用途に用いるとすれば、駅の改札口などで定期入れからＩＣカードを取り出すことなく、リーダライタとの非接触状態での情報のやり取りによって改札口のゲートの開閉制御を行うことも可能になるなど、きわめて広い範囲で適用できる可能性を有するものである。
【０００５】
そして、広い範囲で適用されるためにはＩＣカードの小型軽量化が重要となり、適用範囲が広がる程ＩＣカードの取り扱いが乱雑になる場合も増加すると予想される。そのため、乱雑な取り扱いに対する故障の生じにくさなども考慮して、ＩＣカードなどの非接触型情報媒体には、複雑な回路を小さい面積に収めた半導体集積回路が搭載されるのが通常となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
非接触型ＩＣカード用の半導体集積回路として要求される性能は、リーダライタから０ｃｍ〜１０ｃｍ程度の距離においても、内部のディジタル回路（ロジック回路）や不揮発性メモリが安定に動作するために必要な電源電圧を発生させ、安定した復調信号を得ることである。つまり、リーダライタから非接触型ＩＣカードまでの距離が０ｃｍと密接している近距離の場合、非接触型ＩＣカードに搭載された集積回路では、内部のディジタル回路や不揮発性メモリへの電源電圧を規格以内の電圧（例えば、５ボルト系の集積回路であれば５．５ボルト以下）として供給しなければ、集積回路自体が破壊されてしまう。また、安定した復調信号を得るためには、復調回路への入力電圧が過電圧状態になることを防ぐ必要がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、復調回路へ入力される電圧を許容値以内とし、また、通信距離の変化によらず安定してデータを復調することができる半導体集積回路を提供することである。その結果、必要な電源電圧の確保を可能とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の半導体集積回路は、アンテナコイルによって受信された受信信号を整流し、レギュレータによって所定の電圧に設定された電源電圧を発生させる電源電圧発生部と、復調部とを備え、前記復調部は、入力された信号を復調して出力する復調回路と、前記アンテナコイルの一端に接続された抵抗と、アノードが前記抵抗の他端に接続され、カソードが前記復調回路の入力側のノードに接続されたダイオードと、前記抵抗と前記ダイオードとが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された第１の容量と、前記ダイオードと前記復調回路とが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された第２の容量とを有するものであるものである。
【０００９】
請求項１の発明によると、復調回路への入力電圧が過電圧状態とならず、また、通信距離の変化によらずに安定してデータを復調することができる半導体集積回路を提供することができる。その結果、必要な電源電圧の確保が可能になる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の半導体集積回路において、前記抵抗は、ポリシリコン配線によって形成されているものとする。
【００１１】
請求項２の発明によると、半導体製造工程を簡易化することができる。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、請求項３に記載の非接触型情報媒体は、搬送波がディジタルデータでＡＳＫ変調されたＡＳＫ信号を受信するアンテナコイルと、前記アンテナコイルによって受信されたＡＳＫ信号を整流し、レギュレータによって所定の電圧に設定された電源電圧を発生させる電源電圧発生部と、復調部とを備え、前記復調部は、入力された信号を復調する復調回路と、前記アンテナコイルの一端に接続された抵抗と、アノードが前記抵抗の他端に接続され、カソードが前記復調回路の入力側のノードに接続されたダイオードと、前記抵抗と前記ダイオードとが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された第１の容量と、前記ダイオードと前記復調回路とが互いに接続されたノードと接地線との間に接続された第２の容量とを有するものである。
【００１３】
請求項３の発明によると、復調回路への入力電圧が過電圧状態とならず、また、通信距離の変化によらずに安定してデータを復調することができる非接触型情報媒体を提供することができる。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の半導体集積回路において、前記抵抗は、ポリシリコン配線によって形成されているものとする。
【００１５】
請求項４の発明によると、半導体製造工程を簡易化することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
まず、半導体集積回路を搭載した非接触型ＩＣカードの一般的な構成例について説明する。
【００１８】
図１は、非接触型ＩＣカードとリーダライタとの一般的な構成例を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示す非接触型ＩＣカード６０は、非接触型ＩＣカード６０用のＬＳＩ６１（以下、「集積回路６１」と称す）と、アンテナコイル６２と、同調用の容量６３（以下、「同調容量６３」と称す）とを備えている。
【００２０】
集積回路６１は、アナログ回路部７０、ロジック回路部７１、メモリ回路部７２などによって構成されている。集積回路６１のパッド９０及び９１には、アンテナコイル６２が接続されている。アンテナコイル６２とリーダライタ６４に備えられたアンテナコイル６５との間で、アンテナコイル６５から送出される電波６６の送受信が行われる。アンテナコイル６２は、図示するように同調容量６３にも接続されている。アンテナコイル６２は、リーダライタ６４から、搬送波がディジタルデータでＡＳＫ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｓｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）変調されたＡＳＫ信号（電波６６）を受けると、アンテナコイル６２の両端（パッド９０とパッド９１との間）に交流電圧を発生させる。アンテナコイル６２の両端に発生した交流電圧は、集積回路６１内のアナログ回路部７０に与えられる。
【００２１】
アナログ回路部７０は、整流回路８０、電源回路８１、クロック発生回路８２、復調部８３Ｂ、変調回路８４などによって構成されている。アナログ回路部７０において、整流回路８０及び電源回路８１は、ロジック回路部７１を動作させるための電源電圧Ｌ、及びメモリ回路部７２を動作させるための電源電圧Ｈを発生する。
【００２２】
クロック発生回路８２は、アンテナコイル６２の両端に発生した交流電圧を入力信号としてクロックＣＬＫを生成する。ロジック回路部７１及びメモリ回路部７２は、クロックＣＬＫによって動作する。
【００２３】
非接触型ＩＣカード６０とリーダライタ６４との間で送受信されるデータは、電波（交流電圧）に重畳して送信される。そのため、非接触型ＩＣカード６０がリーダライタ６４からのデータを受信する場合には、非接触型ＩＣカード６０内の復調部８３Ｂで受信したデータを復調して復調されたデータＲＸＤＡＴＡを得る。一方、非接触型ＩＣカード６０がリーダライタ６４にデータを送信する場合には、変調回路８４で送信すべきデータＴＸＤＡＴＡを変調する。
【００２４】
このように非接触型ＩＣカード６０とリーダライタ６４との間で送受信されるデータは、ロジック回路部７１で解釈され、アドレスやデータを指定してメモリ回路部７２に蓄えられ、アドレスを指定して読み出される。
【００２５】
図２は、アナログ回路部７０内の整流回路８０、電源回路８１、及び復調部８３Ｂについて具体的に説明するための図である。
【００２６】
図２に示すように、アンテナコイル６２の両端に発生した交流電圧はパッド９０及びパッド９１を介して整流回路８０に入力される。整流回路８０は、ダイオード１００とダイオード１０１とを備えており、倍電圧整流回路となっている。
【００２７】
また、電源回路８１は、シャント回路１１０（レギュレータに対応する）と、平滑容量１１１と，平滑容量１１２とを備えており、シャント回路１１０は電源電圧Ｈを所定の電圧にクランプする。
【００２８】
図３は、整流回路８０の動作原理を説明するための図である。
【００２９】
図３（ａ）は、非接触型ＩＣカード６０の通信に用いられる通信周波数１３．５６ＭＨｚでＡＳＫ変調されたデータをリーダライタ６４から送信している時のアンテナコイル６２に発生する交流電圧１２０（なお、パッド９０を基準とした電圧を電圧１２１として示している）を示す図である。
【００３０】
ディジタルデータをＡＳＫ変調し、符号化方式ＮＲＺでリーダライタ６４からデータが送信されている場合を考える。すなわち、リーダライタ６４が”Ｈ”レベルのデータを送信するときは、アンテナコイル６２の両端に発生する交流電圧１２０は高いレベルとなる。また、リーダライタ６４が”Ｌ”レベルのデータを送信するときは、アンテナコイル６２の両端に発生する交流電圧１２０は低いレベルとなる。
【００３１】
ここで、アンテナコイル６２の両端に発生した交流電圧１２０によって、電源電圧がどのようにして発生するかについて説明する。なお、説明の簡易化のため、パッド９０の端子に発生する電圧１２１を基準電圧として考える。
【００３２】
整流回路８０内のダイオード１００によってマイナス成分の電圧１２２（電源電圧Ｌ）が発生する。電源電圧Ｌは平滑容量１１１によって平滑化される。また、整流回路８０内のダイオード１０１によってプラス成分の電圧１２３（電源電圧Ｈ）が発生する。電源電圧Ｈは平滑容量１１２によって平滑化される。
【００３３】
非接触型ＩＣカード６０は、リーダライタ６４との距離が変化するため、リーダライタ６４から送出される電波６６が一定の場合でも、アンテナコイル６２の両端（パッド９０とパッド９１との間）に発生する交流電圧１２０は変化する。すなわち、リーダライタ６４と非接触型ＩＣカード６０とが密接する場合、交流電圧１２０のレベルは増加し、また、リーダライタ６４と非接触型ＩＣカード６０とが離れる場合、交流電圧１２０のレベルは低下する。
【００３４】
例えば、非接触型ＩＣカードの国際規格であるＩＳＯ１４４４３（近接型の非接触ＩＣカード：通信距離約１０ｃｍ程度の規格）の場合を考える。リーダライタ６４のアンテナコイル６５と非接触型ＩＣカード６０のアンテナコイル６２との形状にも依存するが、非接触型ＩＣカード６０が受信する電波６６の強度は、通信距離が約１０ｃｍである場合と比べて密接した状態では５倍から１０倍になる。そのため、集積回路６１の消費電力が電圧によらずに一定であると仮定すると、電源電圧は５倍から１０倍に変化する。
【００３５】
すなわち、非接触型ＩＣカード６０とリーダライタ６４との距離が１０ｃｍの場合に電圧１２３が約４ボルトである場合に、非接触型ＩＣカード６０とリーダライタ６４との距離が０ｃｍに近接すると、電源電圧１２３は２０ボルト以上になって内蔵された集積回路６１は破壊する。
【００３６】
そこで、集積回路６１の破壊を防止するため、シャント回路１１０を用いて、電源電圧１２３をクランプし、集積回路６１の消費電流を見かけ上大きくしている。
【００３７】
図４は、シャント回路１１０の電圧−電流特性を示す図である。
【００３８】
シャント回路１１０において、電圧−電流特性を決定する最終段トランジスタとしてＭＯＳトランジスタを用いた場合、所定の閾値電圧以上になると、電圧の２乗関数で表される電流が流れる。また、バイポーラトランジスタを用いた場合、所定の閾値電圧以上になると、電圧の指数関数で表される電流が流れる。図４の場合、シャント回路１１０において、電源電圧１２３が４ボルトのときはほとんど電流は流れないが、電源電圧１２３が５ボルトになると１０ｍＡの電流が流れる。すなわち、シャント回路１１０は、シャント回路１１０に大きな電流が流れている場合には、電源電圧の変化は小さくなる電源−電圧特性を有している。
【００３９】
また、図３（ｂ）は、通信可能な遠距離での電源電圧の変化を示す図である。
【００４０】
リーダライタ６４から”Ｈ”レベルのデータが送信されるときには、電源電圧Ｈは高いレベル（約５ボルト）になり、一方、”Ｌ”レベルのデータが送信されるときには、電源電圧Ｈは低いレベル（約４ボルト）になる。
【００４１】
また、図３（ｃ）は、通信可能な近距離での電源電圧の変化を示す図である。
【００４２】
リーダライタ６４から”Ｈ”レベルのデータが送信されるときには、電源電圧Ｈは高いレベル（約５．５ボルト）になり、一方、”Ｌ”レベルのデータが送信されるときには、電源電圧Ｈは低いレベル（約５．３ボルト）になる。
【００４３】
すなわち、図５に示したように、シャント回路１１０は、電源電圧Ｈが大きくなると電源電流を大きく流す。そのため、電源電圧Ｈが高くなると、シャント回路１１０の電流を流す能力が増加し、電源電圧Ｈの変動を押さえ込み、電源電圧Ｈが過電圧状態になることを防ぐ。
【００４４】
加えて、図２に示すように、整流回路８０の入力部に抵抗４を挿入することによってシャント回路１１０による電源電圧の押さえ込みを強化する。また、復調部８３Ｂの入力部に抵抗３を挿入することによって、復調回路８３への入力電圧を所定の電圧以下に設定することができる。
【００４５】
このように、近距離において、非接触型ＩＣカード６０が安定した動作を行えるように、レギュレータとしてのシャント回路１１０で電源電圧が大きくならないように電源電圧Ｈの電圧の上限を押さえ、さらに抵抗４を用いて整流用のダイオード１０１の電流供給能力を抑えることによって、電源電圧範囲を許容値以下に抑えることができる。
【００４６】
また、復調部８３Ｂの入力部に、抵抗３を挿入することによって、復調回路８３への入力電圧を所定の電圧以下に設定できるが、復調回路８３へ入力されるデータ信号成分が減衰するため、復調回路８３で安定したデータの復調が困難である。また、復調回路８３の入力部へ与えられる電圧を低く抑えるためには、復調部８３Ｂの入力後に直流電流を流さなければならない。そのため、リーダライタ６４から送信される電力を無駄に消費することになり、その結果、電源回路８１に流れる電流が減少するので、遠距離での電源電圧の確保が困難となる。このように、一般的な構成の集積回路では、いまだ安定したデータの復調と電源電圧の確保とが十分ではない。
【００４７】
そこで、以下では、以上を踏まえて、本発明の一実施形態に係る集積回路について説明する。
【００４８】
図５は、本発明の一実施形態における非接触型情報媒体としての非接触型ＩＣカード６０内の半導体集積回路６１を説明するためのブロック図であり、アナログ回路部７０内の整流回路８０、電源回路８１、復調部８３Ａを具体的に示している。なお、図１及び図２と共通の構成要素には同一の符号を付している。
【００４９】
図５に示す復調部８３Ａは、上記図３に示した復調部８３Ｂと比較して、復調回路８３の入力部において、抵抗３とダイオード１との相互接続点と接地線との間に容量５を備えている点が相違する。
【００５０】
詳しくは、図１に示すように、集積回路６１のパッド９１は、抵抗４の片側のノードａと接続され、もう片側のノードｂはダイオード１００のカソードとダイオード１０１のアノードに接続される。また、この相互に接続されるノードａには、復調部８３Ａの入力側が接続されている。つまり、ノードａには、抵抗３の片側のノードが接続され、抵抗３のもう片側のノードには容量５が接続されている。
【００５１】
また、復調部８３Ａにおける抵抗３は、ポリシリコンなどの配線を用いて形成している。そうすることによって、半導体集積回路の製造工程を簡易化することができる。
【００５２】
リーダライタ６４から送信された電波６６は、復調部８３Ａに入力されると、抵抗３と容量５とで形成されたローパスフィルターによって、高周波成分（１３．５６ＭＨｚ）が遮断され、データ成分の周波数（１０６ｋｂｐｓ）が通過するように設定する。これにより、データ成分だけが、ダイオード１を経由し、平滑容量２で平滑にされ、復調回路８３に入力する。
【００５３】
このように、抵抗３及び容量５の受動態素子によってローパスフィルターを形成することによって、データ成分は減衰されないため、安定した復調信号を得ることができる。また、高周波成分（１３．５６ＭＨｚ）を取り除いて、復調回路８３の入力部に生じる過電圧を所定の電圧以下に任意に設定することができるため、復調回路８３の入力電圧が過電圧状態になることを防ぐことができる。その結果、復調部８３Ａに直流電流を流さなくても良いので、電源回路８１において遠距離における電源電圧の確保を十分可能にする。
【００５４】
以上のように本実施形態によると、復調回路８３の入力部において、抵抗３と容量５とからなるローパスフィルターを形成したため、復調回路８３へ入力されるデータ信号の振幅が減衰することを防ぎ、安定したデータの復調を可能にする。さらに、高周波成分を取り除いて、復調回路８３の入力部に与えられる電圧を許容値以下にすることを可能にする。
【００５５】
その結果、非接触型ＩＣカード６０は、近距離から遠距離までにおいて、電源電圧及び復調回路８３への入力電圧を許容値以下に抑えることができる。このように、電源電圧が過電圧状態とならず、また、通信距離の変化によらず安定してデータを復調することができる半導体集積回路を提供することが可能になる。
【００５６】
なお、本実施形態では、整流回路８０が倍電圧整流回路を構成している場合について説明したが、全波整流回路や半波整流回路を構成する場合であっても、本発明は同様に実施可能である。
【００５７】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る半導体集積回路は、復調回路への入力電圧が過電圧状態とならず、また、通信距離の変化によらず安定してデータを復調することができる。その結果、電源電圧の確保を十分に可能にする。また、大幅な回路規模を必要とせずに半導体集積回路全体を安定に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非接触型ＩＣカードの一般的な構成例を示すブロック図である。
【図２】非接触型ＩＣカードにおける半導体集積回路の一般的な構成例を示すブロック図である。
【図３】整流回路の動作を説明するためのブロック図である。
【図４】シャント回路の電圧電流特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における半導体集積回路を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１　　　　　　ダイオード
２、５　　容量
３　　　　　　抵抗
６０　　　　非接触型ＩＣカード（非接触型情報媒体）
６１　　　　半導体集積回路
６２　　アンテナコイル
８０　　　　整流回路（電源電圧発生部に含まれる）
８１　　電源回路（電源電圧発生部に含まれる）
８３　　　　復調回路
８３Ａ　復調部
１１０　シャント回路（レギュレータ）
【図１】
2004102798.tif 000003
【図２】
2004102798.tif 000004
【図３】
2004102798.tif 000005
【図４】
2004102798.tif 000006
【図５】
2004102798.tif 000007