(57)【要約】【課題】カードＩＣ機能部が他のリーダ／ライタと通信中に同一チップ内のリーダ／ライタ機能部の電流逆流を好適に防止する。【解決手段】電源ラインの逆流を防止するショットキー・バリア・ダイオードと、前記電源ラインの電圧が所定値以上に上昇することを防止するツェナ・ダイオードとを備える。ショットキー・バリア・ダイオードは、電圧降下が低いので、周辺回路への影響が少なくて済む。ツェナ・ダイオードは、電源ラインとグラウンドとを並列的に連結し、所定値以上の電圧が印加されると逆流を起こすことから、電源ラインの電圧が上昇すると接地して、電圧の上昇を防ぐ。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を搬送波として質問信号を送出するとともにこれに対する応答信号を受信するリーダ／ライタ機能と、搬送波を整流して直流電源を生成して内部回路を駆動させ、質問信号に対する応答信号に応じて自身のアンテナ間の負荷を変化させることによってリーダ／ライタの受信回路に現れる信号に振幅変調をかけて通信を行なうカードＩＣ機能とが一体化されたＩＣモジュールであって、
前記リーダライタの送信回路の駆動用電源を供給する電源ラインと、
前記電源ラインの逆流を防止する逆流防止手段と、
前記電源ラインの電圧が所定値以上に上昇することを防止する電圧上昇防止手段と、
を備えることを特徴とするＩＣモジュール。
【請求項２】
前記逆流防止手段は前記電源ライン上に直列的に挿入されたショットキー・バリア・ダイオードで構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のＩＣモジュール。
【請求項３】
前記電圧上昇防止手段は、前記電源ラインとグラウンドとを並列的に連結するツェナ・ダイオードで構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のＩＣモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波からなる質問信号に対する応答信号に応じて自身のアンテナ間の負荷を変化させることによってリーダ／ライタの受信回路に現れる信号に振幅変調をかけて通信を行なうＩＣカード又はＩＣチップなどのＩＣモジュールに係り、特に、リーダ／ライタ機能とカードＩＣ機能が単一の半導体回路チップ上に一体化して構成されるＩＣモジュールに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、ＭＯＳプロセスによりカードＩＣ機能とリーダ／ライタ機能が一体化されたＩＣモジュールに係り、特に、カードＩＣ機能部が他のリーダ／ライタと通信中に同一チップ内のリーダ／ライタ機能部の電流逆流を防止するＩＣモジュールに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来から、本人確認や認証処理のために暗証番号やパスワードを用いたさまざまな装置が考案され、実用に供されている。例えば、銀行やその他の金融機関において、キャッシュ・カードやクレジット・カードを使用する際には、キャッシュ・ディスペンサやその他の金融端末上で、本人認証の手段として、暗証番号やパスワードの入力を使用者に対して促し、使用者から正しい暗証番号やパスワードが入力されたことを確認してから、入出金動作を行なうようになっている。
【０００４】
１枚のキャッシュ・カード上に配設されている磁気ストライプなどの記憶媒体の中には、その銀行に対してのみ使用可能な記憶領域しか設けられていない。したがって、上述したような暗証番号あるいはパスワードの入力は、この単一の記憶領域へのアクセスに過ぎないので、偽造や盗用に対する保護は充分とは言い難い。
【０００５】
このため、偽造防止などの観点から、キャッシュ・カードやクレジット・カードなどに電気的な接点を持った接触式ＩＣカードや、無線データを介して非接触でデータの読み書きを行なう非接触ＩＣカードが携帯型の認証媒体としてよく使われるようになってきている。非接触方式のＩＣカードの場合、リーダ／ライタからは電磁波からなる質問信号が送出され、ＩＣカード側ではこの搬送波を整流して直流電源を生成して内部回路を駆動させ、質問信号に対する応答信号に応じて自身のアンテナ間の負荷を変化させることによってリーダ／ライタの受信回路に現れる信号に振幅変調をかけて通信を行なう。
【０００６】
例えば、キャッシュ・ディスペンサやコンサート会場の出入口、駅の改札口などに設置されたＩＣカード・リーダ／ライタは、利用者がかざしたＩＣカードに非接触でアクセスすることができる。
【０００７】
また、大容量メモリ付きのＩＣカードによれば、複数のアプリケーションを同時に格納しておくことができるので、１枚のＩＣカードを複数の用途に利用することができる。例えば、１枚のＩＣカード上に、電子決済を行なうための電子マネーや、特定のコンサート会場に入場するための電子チケットなど、２以上のアプリケーションを格納しておき、１枚のＩＣカードをさまざまな用途に適用させることができる。
【０００８】
利用者が暗証番号をＩＣカード・リーダ側に入力して、入力された暗証番号をＩＣカード上に格納された暗証番号と照合することで、ＩＣカードとＩＣカード・リーダ／ライタ間で本人確認又は認証処理が行なわれる。そして、本人確認又は認証処理に成功した場合には、例えば、ＩＣカード内に保存されているアプリケーションの利用が可能となる。ここで、ＩＣカードが保持するアプリケーションとしては、例えば、電子マネーや電子チケットなどの価値情報を挙げることができる。（ＩＣカード・アクセス時に使用する暗証番号のことを、特にＰＩＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｎｕｍｂｅｒ）と呼ぶ。）
【０００９】
最近では、実装技術の進歩により、ＩＣカード機能とその読み書き装置を一体化して単一の半導体回路チップとして構成することが可能となってきている。このようなＩＣチップは、電磁波検出によりＩＣカードとして起動し、通常のパワーオン操作により読み書き装置として起動することができる。
【００１０】
さらに、ＩＣカードがカード用リーダ／ライタ（カード読み書き装置）との非接触インターフェースの他に、外部機器と接続するための有線インターフェースを備えることにより、ＩＣカードを携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）やパーソナル・コンピュータなどの情報処理端末に接続しあるいは内蔵して用いることができる（但し、端末に内蔵される多くの場合、ＩＣカードはワンチップ化して構成される。以下では、ＩＣカード及びＩＣチップを総称して単に「ＩＣカード」と呼ぶことにする）。
【００１１】
このような場合、ＩＣカードを利用したさまざまなアプリケーション・サービスを、情報処理端末上で実行することができる。例えば、情報処理端末上のキーボードやディスプレイなどのユーザ・インターフェースを用いてＩＣカードに対するユーザ・インタラクションを情報処理端末上で行なうことができる。また、ＩＣカードが携帯電話機と接続されていることにより、ＩＣカード内に記憶された内容を電話網経由でやり取りすることもできる。さらに、携帯電話機からインターネット接続して利用したサービスの代金をＩＣカードで支払うことができる。
【００１２】
勿論、ＩＣカード上に電子マネーや電子チケットなどの価値情報を格納している場合には、情報処理端末は、電子決済などの価値情報の処理や、その他のさまざまなサービスを実現することができる。さらに、ＩＣカードとカード読み書き装置間のデータ転送のフェーズに応じた処理や、ＩＣカードの内部状態に応じた処理を提供することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなＩＣカードに関連するさまざまな機能を複数のＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を用いて実現することは比較的容易であるが、コスト面や信頼性の面で問題が多い。また、バイポーラ・プロセスを利用したＬＳＩでは１チップ化は比較的容易に実現することができるが、この場合もコスト面の問題が大きい。
【００１４】
従来の非接触ＩＣカード用チップは、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）プロセスを用いて上述した機能の１チップ化を実現したものである。但し、ＩＣカード機能は、基本的に、外部のリーダ／ライタからの搬送波を整流して直流電源を生成しこれを内部のプロセッサやメモリなどの回路の駆動用電源とするものであり、携帯機器などの電源を持った装置に内蔵してもその装置電源を利用することができない。また、このＩＣカード用チップ自体は電波送出器を備えていないので、自らリーダ／ライタとなって他のＩＣカードに対してアクセスを行なうことはできない。また、チップの駆動電源を搬送波にのみ依存しているので、ＩＣカードとして動作するときにリーダ／ライタとの距離が大きくなると通信が困難になる。
【００１５】
一方、リーダ／ライタ機能とカードＩＣ機能が単一の半導体回路チップ上に一体化して構成した場合、実装面積を節減することができるので、携帯電話などの小型機器に搭載するのに有利である。このようなＩＣモジュール・チップの各入出力端子にリーダ／ライタ用のアンテナと、カードＩＣ用のアンテナを接続して、外部のＩＣカード又は外部のリーダ／ライタと非接触通信を行なうことが可能になる。
【００１６】
携帯機器などでは小型化が強く要求されている。このため、リーダ／ライタ機能とカードＩＣ機能を一体化した半導体回路チップをこの種の機器に搭載する場合、リーダ／ライタ用及びカードＩＣ用の２つのアンテナを重ねて、あるいは同一のアンテナを共用するように構成することが好ましいと思料される。
【００１７】
しかしながら、このようなアンテナ構成では、カードＩＣ機能を使用する際、外部のリーダ／ライタから空中電力が供給されたときに、リーダ／ライタ側の送信回路にもこれが入力されて（図１を参照のこと）、電源電圧が上昇してしまうという現象が生じる。
【００１８】
これは、ＭＯＳの構造上起こり得る現象である。図２には、一般的なＭＯＳ構造の断面を模式的に示している。ＭＯＳ　ＦＥＴには、キャリアが電子であるｎチャネルのもの（ｎ−ＭＯＳ）と、キャリアが正孔であるｐチャネルのもの（ｐ−ＭＯＳ）とがある。
【００１９】
ｎ−ＭＯＳでは、ゲートＧがソースＳに対して高電位（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）になると、ソースとドレインＤ間にｎ型チャネルが形成され、その間の抵抗値が減少する。これがスイッチ・オンに相当する。また、ゲートがソースに対して低電位（ｎｅｇａｔｉｖｅ）になると、チャネルが形成されず、ソースとドレイン間の抵抗は大となり、これがスイッチ・オフに相当する。一方、ｐ−ＭＯＳでは、ゲートがソースより低電位になると、ソースとドレイン間にｐ型チャネルが形成され、トランジスタはオンとなる。また、ゲートがソースより高電位になると、チャネルは形成されず、トランジスタはオフとなる。
【００２０】
図２に示すように、ｐ−ＭＯＳ及びｎ−ＭＯＳそれぞれのソース及びドレイン電極には寄生ダイオードが形成されている。
【００２１】
ＭＯＳゲートを用いた回路構造は、図３に示す通りとなるが、これにソース及びドレイン電極に形成された寄生ダイオードを書き加えると、図４に示す通りとなる。但し、現実の電流方向から、ソース電極に形成された寄生ダイオードは有効に作用しないことから、図４に示した回路は実際には図５に示したものと等価である。図示の通り、ｐ−ＭＯＳ及びｎ−ＭＯＳの各ドレイン電極に形成された寄生ダイオードが直列的に接続された構造を含んでいる。
【００２２】
ここで、図５に示したＭＯＳゲートを、リーダ／ライタ用送信回路の出力バッファに当てはめると、図６に示す通りとなる。同図に示すように、出力バッファは、２つのＭＯＳゲートが並列して同じ電源電圧に接続される構成となっている。また、各ＭＯＳゲートは、２個の直列接続された寄生ダイオードを含んでいるが、出力バッファにおいては、これらがグラウンドを介してさらに直列的に接続され、この結果、図７に示すように、４個の寄生ダイオードからなる全波整流回路が形成されることになる。
【００２３】
この全波整流回路は、送受信アンテナと並列接続するとともに、点Ａにてリーダ／ライタ用送信回路の電源ラインに結線される。ここで、送受信アンテナに空中電力が供給されると、全波整流回路によって整流されて、リーダ／ライタ送信回路の電源端子に電圧を生じさせ、点Ａの電圧が電源電圧よりも上昇することがある。
【００２４】
このように上昇した電圧が、ＩＣチップの電源電圧よりも高くなったときには、電流の逆流が起こる。また、ＩＣの動作保証ができず、ＩＣの破壊を招く可能性もある。
【００２５】
本発明は上述したような技術的課題を鑑みたものであり、その主な目的は、リーダ／ライタ機能とカードＩＣ機能がＭＯＳプロセスによって単一の半導体回路チップ上に一体化して構成される、優れたＩＣモジュールを提供することにある。
【００２６】
本発明のさらなる目的は、カードＩＣ機能部が他のリーダ／ライタと通信中に同一チップ内のリーダ／ライタ機能部の電流逆流を好適に防止することができる、優れたＩＣモジュールを提供することにある。
【００２７】
本発明のさらなる目的は、カードＩＣ機能部が他のリーダ／ライタと通信中に、リーダ／ライタ送信回路で形成される全波整流回路による電圧の上昇を防ぐとともに電流の逆流を防ぎ、小面積でリーダ／ライタ機能及びカードＩＣ機能の各アンテナを構成することができる、優れたＩＣモジュールを提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、電磁波を搬送波として質問信号を送出するとともにこれに対する応答信号を受信するリーダ／ライタ機能と、この搬送波を整流して直流電源を生成して内部回路を駆動させ、質問信号に対する応答信号に応じて自身のアンテナ間の負荷を変化させることによってリーダ／ライタの受信回路に現れる信号に振幅変調をかけて通信を行なうカードＩＣ機能とが一体化されたＩＣモジュールであって、
前記リーダライタの送信回路の駆動用電源を供給する電源ラインと、
前記電源ラインの逆流を防止する逆流防止手段と、
前記電源ラインの電圧が所定値以上に上昇することを防止する電圧上昇防止手段と、
を備えることを特徴とするＩＣモジュールである。
【００２９】
本発明に係るＩＣモジュールは、ＭＯＳプロセスを利用して、カードＩＣ機能とリーダ／ライタ機能が単一の半導体回路チップ上で一体化して構成されている。また、リーダ／ライタ用及びカードＩＣ用の２つのアンテナを重ねて、あるいは同一のアンテナを共用するように構成されている。
【００３０】
このような場合、カード機能を動作させるために、外部からの空中電力を供給すると、その電力はカードＩＣ用アンテナで受信するだけでなく、リーダ／ライタ用のアンテナでも受信し、送信用端子にも入力される。リーダ／ライタ用アンテナに入力された電力は、ＭＯＳの構造上寄生するダイオードで構成された全波整流回路によって整流されて、リーダ／ライタ送信回路の電源端子に電圧を生じさせる。
【００３１】
本発明によれば、電源ラインの逆流を防止する逆流防止手段と、電源ラインの電圧が所定値以上に上昇することを防止する電圧上昇防止手段とを備えているので、カードＩＣ機能部が他のリーダ／ライタと通信中に、リーダ／ライタ送信回路で形成される全波整流回路による電圧の上昇を防ぐとともに電流の逆流を防ぎ、小面積でリーダ／ライタ機能及びカードＩＣ機能の各アンテナを構成することができる。
【００３２】
ここで、前記逆流防止手段は前記電源ライン上に直列的に挿入されたショットキー・バリア・ダイオードで構成することができる。一般にダイオードは一方向にのみ電流を通過させる特性を持つが、ショットキー・バリア・ダイオードは、電圧降下が低いので、周辺回路への影響が少なくて済む。
【００３３】
また、前記電圧上昇防止手段は、前記電源ラインとグラウンドとを並列的に連結するツェナ・ダイオードで構成することができる。ツェナ・ダイオードは、所定値以上の電圧が印加されると逆流を起こすことから、電源ラインの電圧が上昇すると接地して、電圧の上昇を防ぐことができる。
【００３４】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３６】
本発明に係るＩＣモジュールは、電磁波を搬送波として質問信号を送出するとともにこれに対する応答信号を受信するリーダ／ライタ機能と、この搬送波を整流して直流電源を生成して内部回路を駆動させ、質問信号に対する応答信号に応じて自身のアンテナ間の負荷を変化させることによってリーダ／ライタの受信回路に現れる信号に振幅変調をかけて通信を行なうカードＩＣ機能とが、ＭＯＳプロセスを利用して、単一の半導体回路チップ上で一体化して構成されている。
【００３７】
このようなＩＣモジュールにおいては、各入出力端子にリーダ／ライタ用のアンテナと、カードＩＣ用のアンテナを接続して、外部のＩＣカード又は外部のリーダ／ライタと非接触通信を行なうことが可能になる。
【００３８】
リーダ／ライタ用及びカードＩＣ用の２つのアンテナを重ねて、あるいは同一のアンテナを共用するように構成している場合、カード機能を動作させるために、外部からの空中電力を供給すると、その電力はカードＩＣ用アンテナで受信するだけでなく、リーダ／ライタ用のアンテナでも受信し、送信用端子にも入力される。
【００３９】
リーダ／ライタ用アンテナに入力された電力は、ＭＯＳの構造上寄生するダイオードで構成された全波整流回路（図７を参照のこと）によって整流されて、リーダ／ライタ送信回路の電源端子に電圧を生じさせる。
【００４０】
そして、現れた電圧が、リーダ／ライタ送信回路の電源電圧よりも高くなった場合、電流が逆方向に流れ、電源電圧としての電池を破壊する。また、送信回路の動作保証電圧を超えると、保証された特性が得られなくなる。また、現れた電圧がリーダ／ライタ送信回路の絶対最大定格を超えた場合には、機器の破壊を招来する。
【００４１】
図８には、本発明の一実施形態に係るＩＣモジュールの構成を模式的に示している。このＩＣモジュールは、同図に示すように、ＭＯＳプロセスを利用してカードＩＣ機能とリーダ／ライタ機能が単一の半導体回路チップ上で一体的に構成されているが、説明の便宜上、リーダ／ライタ送信回路１１並びにその電源ラインのみを描いている。
【００４２】
既に述べたように、リーダ／ライタ送信回路１１の出力端ＴＰ，ＴＭには、ＭＯＳの構造上寄生するダイオードで構成された全波整流回路によって整流されて、リーダ／ライタ送信回路の電源端子（点Ａ）に電圧を生じさせる。
【００４３】
図示の通り、本実施形態では、リーダ／ライタ送信回路の電源ラインには、逆流を防止する逆流防止手段と、電源ラインの電圧が所定値以上に上昇することを防止する電圧上昇防止手段とを備えている。
【００４４】
したがって、カードＩＣ機能部が他のリーダ／ライタと通信中に、リーダ／ライタ送信回路で形成される全波整流回路による電圧の上昇を防ぐとともに電流の逆流を防ぎ、小面積でリーダ／ライタ機能及びカードＩＣ機能の各アンテナを構成することができる。
【００４５】
ここで、逆流防止手段は電源ライン上に直列的に挿入されたショットキー・バリア・ダイオード１２で構成することができる。一般にダイオードは一方向にのみ電流を通過させる特性を持つが、ショットキー・バリア・ダイオード１２は、電圧降下が低いので、周辺回路への影響が少なくて済む。
【００４６】
また、電圧上昇防止手段は、電源ラインとグラウンドとを並列的に連結するツェナ・ダイオード１３で構成することができる。ツェナ・ダイオード１３は、所定値以上の電圧が印加されると逆流を起こすことから、電源ラインの電圧が上昇すると接地して、電圧の上昇を防ぐことができる。
【００４７】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、リーダ／ライタ機能とカードＩＣ機能がＭＯＳプロセスによって単一の半導体回路チップ上に一体化して構成される、優れたＩＣモジュールを提供することができる。
【００４９】
また、本発明によれば、カードＩＣ機能部が他のリーダ／ライタと通信中に同一チップ内のリーダ／ライタ機能部の電流逆流を好適に防止することができる、優れたＩＣモジュールを提供することができる。
【００５０】
また、本発明によれば、カードＩＣ機能部が他のリーダ／ライタと通信中に、リーダ／ライタ送信回路で形成される全波整流回路による電圧の上昇を防ぐとともに電流の逆流を防ぎ、小面積でリーダ／ライタ機能及びカードＩＣ機能の各アンテナを構成することができる、優れたＩＣモジュールを提供することができる。
【００５１】
本発明によれば、電源となるバッテリに負担をかけることなく、リーダ／ライタ用アンテナとカードＩＣ用アンテナを重ねて、あるいは一つのアンテナで構成することによって、実装面積を小さくすることができる。また、ＩＣの動作特性を変えることなく、リーダ／ライタ用アンテナとカードＩＣ用アンテナを重ねて、あるいは１つのアンテナで構成することによって、実装面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リーダ／ライタ機能とカードＩＣ機能を一体化したＩＣモジュールのカードＩＣ機能を使用する際、外部のリーダ／ライタから空中電力が供給されたときに、リーダ／ライタ側の送信回路にもこれが入力される様子を示した図である。
【図２】一般的なＭＯＳ構造の断面を模式的に示した図である。
【図３】ＭＯＳゲートの回路構造を示した図である。
【図４】ソース及びドレイン電極に形成された寄生ダイオードを書き加えＭＯＳゲートの回路構造を示した図である。
【図５】図４に示した回路の等価回路を示した図である。
【図６】図５に示した等価回路を当てはめて構成されるリーダ／ライタ用送信回路の出力バッファの回路構成を示した図である。
【図７】各ＭＯＳゲートに含まれる寄生ダイオードが直列的に接続されて全波整流回路が構成される様子を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るＩＣモジュールの構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１１…リーダ／ライタ送信回路
１２…ショットキー・バリア・ダイオード
１３…ツェナ・ダイオード
【図１】
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【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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