(57)【要約】【課題】  高機能化が図られた負荷の大きい非接触ＩＣカードとの非接触通信を行うリーダライタを、同リーダライタとＵＳＢ(Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ)インタフェースで接続されたホストコンピュータからのＵＳＢバスパワードによる電源供給により駆動する。【解決手段】  非接触ＩＣカード９と通信を行うリーダライタ２において、電気二重層コンデンサ５及びアナログスイッチ４、６を設け、ＭＰＵ３により、非接触ＩＣカード９との通信期間にアナログスイッチ４／６をそれぞれＯＦＦ／ＯＮとし、かつ、非通信期間にアナログスイッチ４／６をそれぞれＯＮ／ＯＦＦとするように制御することにより、送受信回路７の電源を非接触ＩＣカード９との通信期間のみ電気二重層コンデンサ５からの放電電流により供給し、かつ、非通信期間に電気二重層コンデンサ５を充電する。【選択図】  図１
2005165712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触データキャリアとの間で電磁誘導結合による通信を行う無線通信回路と、前記無線通信回路へ電力を供給する電源回路とを備えたリーダライタであって、
前記電源回路にコンデンサを設け、前記無線通信回路と前記非接触データキャリア間の非通信時に前記コンデンサを充電し、かつ、前記無線通信回路と前記非接触データキャリア間の通信時に前記コンデンサからの放電電流により前記無線通信回路に電力が供給されるようにしたことを特徴とするリーダライタ。
【請求項２】
前記コンデンサの放電期間が前記無線通信回路と前記非接触データキャリア間の最大通信時間の長さとなるように設定し、前記放電期間以外を前記コンデンサの充電期間とすることを特徴とする請求項１記載のリーダライタ。
【請求項３】
前記コンデンサは、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１または２記載のリーダライタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触ＩＣカードなどの非接触データキャリアと通信を行うリーダライタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来のリーダライタについて図２を参照しながら説明する。
【０００３】
図２は従来のリーダライタの回路構成およびリーダライタシステムの全体構成を示す図である。
【０００４】
リーダライタ１２は、ホストコンピュータ１のＵＮＩＶＥＲＳＡＬ  ＳＥＲＩＡＬ  ＢＵＳ（以下、ＵＳＢと称する）デバイスとして存在し、このＵＳＢインタフェースを通じてホストコンピュータ１により非接触ＩＣカード１３との通信動作を制御されるものである。
【０００５】
リーダライタ１２の回路は、ＭＩＣＲＯ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＵＮＩＴ（以下、ＭＰＵと称する）３と、送受信回路７と、リーダライタアンテナ８とにより構成されている。
【０００６】
一方、非接触ＩＣカード１３の回路は、カードアンテナ１４とカードチップ１５とにより構成されている。
【０００７】
リーダライタ１２と非接触ＩＣカード１３との間では、リーダライタ１２のリーダライタアンテナ８と、非接触ＩＣカード１３のアンテナ１４とを電磁誘導結合させることにより、リーダライタ１２から非接触ＩＣカード１３への電力供給、およびリーダライタ１２と非接触ＩＣカード１３との双方向データ通信を行っている。
【０００８】
リーダライタ１２と非接触ＩＣカード１３との通信では、リーダライタ１２から非接触ＩＣカード１３へのコマンドの送信と、上記コマンドに対するレスポンスとしての非接触ＩＣカード１３からリーダライタ１２へのレスポンスの返信が行われている。
【０００９】
カードチップ１５は、カードアンテナ１４での受信信号より、カードチップ１５の内部回路の駆動電力を得るとともに、上記受信信号を復調し、リーダライタ１２から送信されたコマンド内容を認識し、このコマンドの内容に応じた判断、処理、およびレスポンス生成を行うものである。生成されたレスポンスは、カードアンテナ１４を通してからリーダライタ１２へ返信されて行く。
【００１０】
一方、リーダライタ１２とホストコンピュータ１とは、ＵＳＢ１．０規格で規定された信号線であるＶＢＵＳ信号線Ａと、（ＤＡＴＡ−）信号線Ｂと、（ＤＡＴＡ＋）信号線Ｃと、ＧＮＤ信号線Ｄとにより接続されている。
【００１１】
リーダライタ１２は、ホストコンピュータ１よりバスパワードによる電源供給を受けており、ＶＢＵＳ信号線Ａより電源を供給されている。この電源は、ＭＰＵ３および送受信回路７に供給されている。
【００１２】
リーダライタ１２では、ＭＰＵ３に上記（ＤＡＴＡ−）信号線Ｂと（ＤＡＴＡ＋）信号線Ｃが接続されており、ＭＰＵ３は、ホストコンピュータ１からコマンドデータを送信されるとともに、ホストコンピュータ１により上記コマンドデータに対応するレスポンスデータを参照されるものである。
【００１３】
これに対応して、ＭＰＵ３は、上記コマンドデータの内容に基づいたデータの演算、処理、および送受信回路７を介した非接触ＩＣカード１３との通信を行う。
【００１４】
非接触ＩＣカード１３へのコマンド送信では、ＭＰＵ３は、上記コマンドデータを非接触ＩＣカード１３との通信規格に適合したデータ内容および符号化方式に変換したコマンド信号Ｇを生成し、さらに送受信回路７がこのコマンド信号Ｇを上記通信規格に適合した変調方式で変調し、リーダライタアンテナ８から送信している。
【００１５】
一方、非接触ＩＣカード１３からのレスポンス受信では、リーダライタアンテナ８で受信された信号を送受信回路７で上記通信規格に適合した復調方式で復調してレスポンス信号Ｈを抽出し、さらにこのレスポンス信号ＨをＭＰＵ３で上記通信規格に適合した復号方式でレスポンスデータを読み取っている。
【００１６】
上記一連の動作により、リーダライタ１２はホストコンピュータ１に制御されながら非接触ＩＣカード１３と通信を行うものである。
【特許文献１】特開２００３−６７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記従来のリーダライタ１２は、ホストコンピュータ１とのＵＳＢ接続によるＵＳＢバスパワードによる電源供給を受けているため、ＵＳＢ１．０規格に規定された最大供給電力規定によりその消費電力が制限される。
【００１８】
しかしながら、非接触ＩＣカードの市場においては、処理機能の多様化、メモリ容量の増大など高機能化が図られており、これに伴って非接触ＩＣカードの消費電力も増大傾向にある。
【００１９】
これに対して、上記従来のリーダライタの回路構成では、上記高機能化された非接触ＩＣカードとの通信に対応しようとすると、ＵＳＢバスパワードによる電源供給能力が満たせなくなる問題が生じる。これは、ＵＳＢバスパワードによるＵＳＢデバイスとして専用電源機器が不要である手軽さを維持しつつ、上記高機能化された非接触ＩＣカードに対応できる使い勝手の良いリーダライタの実現が不可能となることを意味する。
【００２０】
以下、具体的な数値を示しながら説明する。
【００２１】
従来の非接触ＩＣカード１３の最大消費電力は１００μＷである。
【００２２】
この非接触ＩＣカード１３と通信を行うリーダライタ１２では、電力はＭＰＵ３と送受信回路７とで消費されている。
【００２３】
ＭＰＵ３および送受信回路７の消費電力はそれぞれ２００ｍＷおよび２００ｍＷである。従って、従来のリーダライタ１２の消費電力は、
２００＋２００＝４００〔ｍＷ〕
となる。
【００２４】
この値は、ＵＳＢ１．０規格で規定された、ＵＳＢデバイスとしてホストコンピュータ１から供給可能なＵＳＢバスパワードによる最大供給電力が５００ｍＷであることに対して問題のない値である。
【００２５】
次に従来のリーダライタ１２による高機能化が図られた非接触ＩＣカードの駆動について検討する。
【００２６】
高機能化が図られた非接触ＩＣカードの最大消費電力は５０ｍＷである。
【００２７】
この非接触ＩＣカードと通信を行うリーダライタでは、送受信回路７の最大電力効率が７０％となり、かつリーダライタアンテナからカードアンテナへの無線通信による電力供給での最大供給効率が２０％となる。従って、この条件下での送受信回路７に必要な供給電力は、
５０÷０．２÷０．７＝３５７〔ｍＷ〕
となる。
【００２８】
ＭＰＵ３の消費電力は従来と同様で２００ｍＷである。
【００２９】
これより、上記高機能化が図られた非接触ＩＣカードを駆動するために必要なリーダライタの電力は、
２００＋３５７＝５５７〔ｍＷ〕
となる。
【００３０】
この値は、上記のＵＳＢ１．０規格で規定された最大供給電力５００ｍＷを超えてしまう。すなわち、従来のリーダライタの回路構成では、高機能化が図られた非接触ＩＣカードとの通信をホストコンピュータからのＵＳＢバスパワードによる電力供給により行うことができない。
【００３１】
本発明の目的は、高機能化が図られた負荷の大きい非接触データキャリア（非接触ＩＣカード等）との通信をＵＳＢバスパワードによる電力供給で行うことができるリーダライタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記課題を解決するために本発明のリーダライタは、非接触データキャリアとの間で電磁誘導結合による通信を行う無線通信回路と、無線通信回路へ電力を供給する電源回路とを備えたリーダライタであって、電源回路にコンデンサを設け、無線通信回路と非接触データキャリア間の非通信時にコンデンサを充電し、かつ、無線通信回路と非接触データキャリア間の通信時にコンデンサからの放電電流により無線通信回路に電力が供給されるようにしている。
【００３３】
本発明において、コンデンサの放電期間が無線通信回路と非接触データキャリア間の最大通信時間の長さとなるように設定し、放電期間以外をコンデンサの充電期間とするように構成できる。
【００３４】
また、本発明において、コンデンサは、電気二重層コンデンサであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のリーダライタは、電源回路に電気二重層コンデンサを設け、無線通信回路と非接触データキャリア間の非通信時に電気二重層コンデンサを充電し、かつ、無線通信回路と非接触データキャリア間の通信時に電気二重層コンデンサからの放電電流により無線通信回路に電力が供給されるようにしたことにより、リーダライタの消費電力ピークを抑制し、リーダライタの消費電力を、ＵＳＢ１．０規格で規定されたホストコンピュータからＵＳＢバスパワードにより供給可能な最大電力５００ｍＷを満たす値に抑制することができる。この結果、高機能化が図られた負荷の大きい非接触ＩＣカードとの通信をＵＳＢバスパワードによる電力供給で行うことができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図１を参照しながら説明する。
【００３７】
図１は本発明の実施の形態のリーダライタの回路構成およびリーダライタシステムの全体構成を示す図である。
【００３８】
ホストコンピュータ１は従来と同様のものであり、非接触ＩＣカード９は従来の非接触ＩＣカード１３を高機能化したものであり、従来の非接触ＩＣカード１３と比較して負荷が大きいものである。
【００３９】
ホストコンピュータ１とリーダライタ２との通信動作は従来と同様である。また、非接触ＩＣカード９とリーダライタ２との通信規格および通信動作は従来と同様であり、コマンド信号Ｇ、レスポンス信号Ｈ、および送受信回路７の動作も従来と同様である。
【００４０】
リーダライタ２は、従来と同様に、ホストコンピュータ１にＵＳＢデバイスとして接続されており、このＵＳＢインタフェースを通じてホストコンピュータ１により非接触ＩＣカード９との通信動作を制御されるものである。
【００４１】
リーダライタ２と非接触ＩＣカード９との間では、リーダライタ２のリーダライタアンテナ８と、非接触ＩＣカード９のカードアンテナ１０とを電磁誘導結合させることにより、リーダライタ２から非接触ＩＣカード９への電力供給、およびリーダライタ２と非接触ＩＣカード９との双方向のデータ通信を行っている。
【００４２】
本実施の形態のリーダライタ２は、ＭＰＵ３と、第１アナログスイッチ４と、電気二重層コンデンサ５と、第２アナログスイッチ６と、送受信回路７と、リーダライタアンテナ８とにより構成されている。なお、このリーダライタ２内の電源回路は、ＶＢＵＳ信号線Ａ及びＧＮＤ信号線Ｄに加え、電気二重層コンデンサ５とアナログスイッチ４、６とで構成される。また、電気二重層コンデンサ５は、通常の電解コンデンサに比べ、単位容積当たりの容量が非常に高いコンデンサであり、静電容量が例えば０．０１ファラッド以上のものを用いることができる。
【００４３】
リーダライタ２と非接触ＩＣカード９との通信では、リーダライタ２から非接触ＩＣカード９へのコマンドの送信と、上記コマンドに対するレスポンスとしての非接触ＩＣカード９からリーダライタ２へのレスポンスの返信が行われている。
【００４４】
次にリーダライタ２の動作について説明する。
【００４５】
本実施の形態のリーダライタ２では、ＭＰＵ３でふたつのアナログスイッチ４、６のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、電気二重層コンデンサ５の充電/放電制御を行っている。ここでは、ＭＰＵ３から出力される第１アナログスイッチ制御信号Ｅにより第１アナログスイッチ４を制御し、かつ、同様にＭＰＵ３から出力される第２アナログスイッチ制御信号Ｆにより第２アナログスイッチ６を制御している。
【００４６】
このリーダライタ２では、上記アナログスイッチ４、６のＯＮ／ＯＦＦ制御手段（ＭＰＵ３内の機能）を用いて、リーダライタ２と非接触ＩＣカード９との通信期間に第１アナログスイッチ４および第２アナログスイッチ６をそれぞれＯＦＦ状態およびＯＮ状態とし、かつ、非通信期間にそれぞれＯＮ状態およびＯＦＦ状態としている。
【００４７】
上記動作を行うことにより、リーダライタ２では、ＩＣカード９との通信期間に電気二重層コンデンサ５からの放電電流により送受信回路７を駆動し、かつ、非通信期間に電気二重層コンデンサ５を充電し、次の通信期間における通信のための電力を蓄えることができるようになる。さらに、この非通信期間では、送受信回路７に電力が供給されないため、無駄な電力消費を抑えることもできるようになる。
【００４８】
上記の回路構成では、ＭＰＵ３により、通信期間の長さと非通信期間の長さの割合を調整することにより、送受信回路７の電源電流Ｍに対して電気二重層コンデンサ５への充電電流Ｌ１を小さくすることが可能となる。その結果、ＭＰＵ３の電源電流Ｋと充電電流Ｌ１との和であるリーダライタ２の電源電流Ｊを抑制することができるので、ホストコンピュータ１からのＵＳＢバスパワードによる電源供給が可能となる。
【００４９】
以下、具体的数値を示しながら、リーダライタ２の消費電力について説明する。
【００５０】
ＵＳＢバスパワードにより供給される電源電圧は５Ｖであり、ＭＰＵ３の消費電力は従来と同様の２００ｍＷ、ＭＰＵ３の電源電流Ｋは４０ｍＡである。一方、電気二重層コンデンサ５への充電電流Ｌ１の最大値は５０ｍＡである。
上記非通信期間におけるＵＳＢバスパワードによるリーダライタ２の電源電流Ｊは、ＭＰＵ３のリーダライタ２の電源電流Ｋと電気二重層コンデンサ５への充電電流Ｌ１との和であるので、電源電流Ｊの最大値は、
４０＋５０＝９０〔ｍＡ〕
となる。ＵＳＢバスパワードにより供給される電源電圧は５Ｖであるので、リーダライタ２の最大消費電力は、
９０×５＝４５０〔ｍＷ〕
となり、ＵＳＢ１．０規格で規定されたＵＳＢバスパワードの供給可能な最大電力５００ｍＷを満たすことになる。
【００５１】
一方、上記通信期間におけるＵＳＢバスパワードによるリーダライタ２の電源電流Ｊは、ＭＰＵ３の電源電流Ｋのみの４０ｍＡとなり、従って、リーダライタ２の消費電力は、
４０×５＝２００〔ｍＷ〕
となるので、同様に上記のＵＳＢ１．０規格で規定された最大電力５００ｍＷを満足する。
【００５２】
非接触ＩＣカード９との通信期間では、電気二重層コンデンサ５から最大１５０ｍＡの放電電流Ｌ２が取り出され送受信回路７へ供給される。
【００５３】
高機能化が図られた非接触ＩＣカード９の最大消費電力は５０ｍＷであり、この非接触ＩＣカード９と通信を行うリーダライタの送受信回路７の最大電力効率が７０％となり、かつリーダライタアンテナ８からカードアンテナ１０への無線通信による電力供給での最大供給効率が２０％となる。従って、この条件下での送受信回路７に必要な供給電力は、
５０÷０．２÷０．７＝３５７〔ｍＷ〕
となる。この電力は、電気二重層コンデンサ５から供給される最大１５０ｍＡの放電電流Ｌ２（すなわち１５０×５＝７５０〔ｍＷ〕）によって十分まかなえる。
【００５４】
リーダライタ２では、上記の第１アナログスイッチ４および第２アナログスイッチ６それぞれのＯＮ／ＯＦＦ制御手段（ＭＰＵ３内の機能）を用いて、電気二重層コンデンサ５の充電期間と放電期間の制御を行っている。
【００５５】
ＭＰＵ３は、リーダライタ２と非接触ＩＣカード９との最大通信時間を認識しており、この最大通信時間を通信期間の長さとして電気二重層コンデンサ５からの放電電流で送受信回路７を駆動し、かつ、この放電による電気二重層コンデンサ５の蓄積電荷の減少を修復するように上記通信期間と交互に設けられた非通信期間で電気二重層コンデンサ５への充電を行うように制御するものである。
【００５６】
上記の如く非通信期間における充電電流Ｌ１の最大値は５０ｍＡであり、かつ、通信期間における放電電流Ｌ２の最大値は１５０ｍＡである。これに対して、ＭＰＵ３は、放電期間の長さを上記最大通信期間に設定し、かつ、充電期間の長さを、上記最大通信時間の通信を非通信期間を挟んで交互に繰り返し行うことができる値に設定している。
【００５７】
上記一連の動作により、リーダライタ２は、５０ｍＷの負荷が大きい非接触ＩＣカード９との通信を行いながらホストコンピュータ１からのＵＳＢバスパワードによる電源供給により動作することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明にかかるリーダライタは、高機能化が図られた負荷の大きい非接触ＩＣカードなどの非接触データキャリアと通信を行うリーダライタ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態のリーダライタの回路構成およびリーダライタシステムの全体構成を示す図
【図２】従来のリーダライタの回路構成およびリーダライタシステムの全体構成を示す図
【符号の説明】
【００６０】
１    ホストコンピュータ
２    リーダライタ
３    ＭＰＵ
４    第１アナログスイッチ
５    電気二重層コンデンサ
６    第２アナログスイッチ
７    送受信回路
８    リーダライタアンテナ
９    非接触ＩＣカード
１０  非接触ＩＣカード９のアンテナ
１１  非接触ＩＣカード９のチップ
１２  従来のリーダライタ
１３  非接触ＩＣカード
１４  非接触ＩＣカード１３のアンテナ
１５  非接触ＩＣカード１３のチップ
Ａ    ＶＢＵＳ信号線
Ｂ    （ＤＡＴＡ−）信号線
Ｃ    （ＤＡＴＡ＋）信号線
Ｄ    ＧＮＤ信号線
Ｅ    第１アナログスイッチ４の制御信号
Ｆ    第２アナログスイッチ６の制御信号
Ｇ    コマンド信号
Ｈ    レスポンス信号
Ｊ    リーダライタの電源電流
Ｋ    ＭＰＵ３の電源電流
Ｌ１  電気二重層コンデンサ５の充電電流
Ｌ２  電気二重層コンデンサ５の放電電流
Ｍ    送受信回路７の電源電流
【図１】
2005165712.tif 000003
【図２】
2005165712.tif 000004