(57)【要約】【課題】簡単な構成でデータの送受信を行う回路を内蔵する非接触型ＩＣカード（非接触情報媒体）の小型化を可能とし、かつ、高速で通信が安定してできる。【解決手段】変調回路は、アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するときに、アンテナコイルの両端電圧に重畳する変調信号波形をなまらせる機能を有する。このようにデータ処理した結果を変調して送出する変調回路によるコイル端子間電圧の遷移時間をなまらせることにより、ＬＳＩ内部電力消費によるノイズをリーダーライタが誤復調するのを防ぎ、通信距離の範囲を増大させ、安定した通信を実現できる。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。この半導体集積回路を用いることにより、近々普及すると見込まれている近接型（通信距離０〜１０ｃｍ）の非接触型ＩＣカードを実現することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーダーライタと、アンテナコイルを有するデータキャリアとを備え、前記リーダーライタから送られた信号を前記アンテナコイルにより受信して前記データキャリアの側で認識し、応答する信号を前記リーダーライタに返信する非接触型情報システムの前記データキャリアに使用される半導体集積回路であって、
前記リーダーライタから送信された搬送波を整流し、電源電圧を発生する整流回路と、
前記搬送波に重畳されたデータを内部回路で処理した結果を、前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調して前記リーダーライタへ送信する変調回路とを有し、
前記変調回路は、前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するときに、前記アンテナコイルの両端電圧に重畳する変調信号波形をなまらせる機能を有することを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記半導体集積回路の変調回路において、前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタのゲートに容量を付加する請求項１記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタのゲートを駆動するバッファのトランジスタと直列に抵抗を挿入することにより前記バッファのオン抵抗を増加させる請求項２記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタのゲートを駆動するバッファのトランジスタと直列に、バイアス電圧をゲート入力するトランジスタを接続することにより前記バッファのオン抵抗を増加させる請求項２記載の半導体集積回路。
【請求項５】
請求項１，２，３または４記載の半導体集積回路を搭載した非接触型情報媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型情報システムにおいて使用される、半導体集積回路および当該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。
【背景技術】
【０００２】
近年、コイルの相互誘導現象を利用して、所定波長の電波を用いて電力の供給を行うとともにデータの送受信を行うようにした、非接触ＩＣカードなどのデータキャリアが実用段階に入っている。この非接触ＩＣカードは、非接触ＩＣカードとの間で電波の送受信を行うリーダーライタと当該非接触ＩＣカードとの間で通信が可能な距離によって大きく分けて、密着型、近接型、近傍型などに分類されており、それぞれについての標準規格も整いつつある。
【０００３】
特に、リーダーライタから１０ｃｍ程度までの距離で用いることが可能な近接型の非接触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非接触ＩＣカードを取り出すことなく、リーダーライタとの非接触状態での情報のやり取りに基づいて改札口のゲートの開閉制御を行うことも可能となるなど、きわめて広い範囲で適用する可能性を有するものである。
【０００４】
以下、従来の半導体集積回路搭載の非接触型ＩＣカードに関する技術について、図５〜図８を用いて説明する。
【０００５】
図５は非接触ＩＣカードシステムの概要を示す。
【０００６】
非接触型ＩＣカード１とリーダーライタ２との通信は、非接触型ＩＣカード１がリーダーライタ２に近づくと、電磁波を用いて電力伝送と信号のやり取りとを非接触で行い、非接触型ＩＣカード１の情報をリーダーライタ２はホスト機３に送受信する。
【０００７】
非接触型ＩＣカード１は図６に示すように構成されている。
【０００８】
非接触型ＩＣカード１は、非接触ＩＣカード用ＬＳＩ１１とアンテナコイル１２と同調用容量１３により構成されている。非接触型ＩＣカード用ＬＳＩ１１は、アナログ回路部２０とロジック回路部２１とメモリ回路部２２などにより構成されている。
【０００９】
非接触ＩＣカード用ＬＳＩ１１のパッド３６，３７には、リーダーライタ２のアンテナコイル４より出力する電磁波５の送受信を行うためのアンテナコイル１２が接続される。アンテナコイル１２には同調用容量１３が接続されている。アンテナコイル１２は、リーダーライタ２からの電磁波５を受け、アンテナコイル１２の両端（パッド３６−パッド３７間）に交流電圧が発生する。
【００１０】
アンテナコイル１２の両端に発生した交流電圧は、アナログ回路部２０に入力される。アナログ回路部２０は、整流回路３０，電源回路３１，クロック発生回路３２，復調回路３３，変調回路３４などにより構成されている。整流回路３０および電源回路３１によって、ロジック回路部２１，不揮発性メモリ回路部２２を動作させるための電源電圧を発生する。
【００１１】
クロック発生回路３２は、アンテナコイル１２の両端に発生した交流信号から、ロジック回路部２１およびメモリ回路部２２を動作させるクロックを生成させる。
【００１２】
非接触型ＩＣカード１とリーダーライタ２の間で送受信されるデータは、交流電磁波５に重畳され、復調回路３３で復調（非接触型ＩＣカード１がリーダーライタ２からのデータを受信する場合）あるいは、変調回路３４で変調（非接触型ＩＣカード１がリーダーライタ２にデータを送信する場合）される。
【００１３】
非接触型ＩＣカード１とリーダーライタ２の間で送受信されるデータは、ロジック回路部２１で処理され、アドレスやデータを指定して不揮発性メモリ回路部２２に読み出しおよび書き込みを行う。
【００１４】
上記構成の変調回路３４は、リーダーライタ２から送信される交流電磁波５を変調することによりリーダーライタ２にデータを送信する。
【００１５】
図７に従来の非接触型ＩＣカードの負荷変調型の変調回路３４と整流回路３０の構成図を示す。１００，１０１は整流ダイオードである。リーダーライタ２より送出される電磁波５をＩＣカード１のアンテナコイル１２で受信し、アンテナコイル１２の両端に発生した交流電圧を変調用トランジスタ１１１で変化させ、リーダーライタ２から観測するＩＣカード１の負荷を変化させ、ＩＣカード１からリーダーライタ２に返答を返す（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３６１７４９１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
リーダーライタ２はキャリア成分である１３．５６ＭＨｚをローパスフィルタにより除去した信号を、微分し、微分信号が閾値以上で信号のハイ/ローを判定することによりＩＣカード１より送信した信号の受信を行う。
【００１７】
このデータ送信時の各信号波形を図８に示す。
【００１８】
ロジック部で発生されるＩＣカード１からリーダーライタ２への返信信号ＴＸＤＡＴＡがＬｏｗ期間で、変調回路３４の変調スイッチ用トタンジスタ１１１がオンし、コイル端子間電圧を低下させる。ロジック回路部２１や不揮発性メモリ回路部２２の動作する場合、動作による消費電流が流れ、電源電圧の低下が引き起こされる。ロジック回路部２１などのようにアナログ回路部２０内部のクロック発生回路３２によるクロック（ＣＬＫ）により絶えず動作する場合には電源電圧に現れる電源電圧の低下はほぼ一定であるが、不揮発性メモリ回路部２２のように読み出し時にしか動作しない回路ブロックの消費電力は局所的に発生し、電源の低下が局所的に顕著になる。電源電圧の低下が局所的に発生した場合、図８に示すように電源電圧の落ち込みが発生し、アンテナコイル１２の両端（パッド３６−パッド３７間）に現れるコイル端子間電圧の波形をひずませることになる。コイル端子間電圧が局所的に変化することにより、リーダーライタ２の受信信号を微分し、復号化した信号も誤復調することになる。
【００１９】
特に、カード１とリーダーライタ２の距離が近接している場合（通常、２〜３ｃｍ程度）、カード１のアンテナ１２とリーダーライタ２のアンテナ４の結合が強まる。アンテナ間の結合が強まると、リーダーライタ２から出力される磁界エネルギーがカード１の内部に入り整流回路３０を介して、電源回路３１でエネルギーを熱などに変換することにより消費する。この場合、整流回路３０に内蔵されているトランジスタはオン状態となる期間が増大することによりＬＳＩ１１のインピーダンス変化がコイル端子３６，３７に現れやすくなる。
【００２０】
すなわち、ＬＳＩ１１が動作することにより流れる動作電流によりコイル端子間電圧がひずみ、ＩＣカード１からリーダーライタ２への通信は、ＬＳＩは正常な動作をしているにもかかわらず、局所的なＬＳＩの電力消費の影響により、リーダーライタ２の復調回路が誤復調することにより、安定した通信が出来なくなることになる。
【００２１】
したがって、本発明の目的は、簡単な構成でデータの送受信を行う回路を内蔵する非接触型ＩＣカード（非接触情報媒体）の小型化を可能とし、かつ、高速で通信が安定してできる半導体集積回路および非接触情報媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明のデータキャリア用の半導体集積回路は、データ処理した結果を変調して送出する変調回路によるコイル端子間電圧の遷移時間をなまらせることにより、ＬＳＩ内部電力消費によるノイズをリーダーライタが誤復調するのを防ぐ機能を設けた。
【００２３】
すなわち本発明の請求項１記載の半導体集積回路は、リーダーライタと、アンテナコイルを有するデータキャリアとを備え、前記リーダーライタから送られた信号を前記アンテナコイルにより受信して前記データキャリアの側で認識し、応答する信号を前記リーダーライタに返信する非接触型情報システムの前記データキャリアに使用される半導体集積回路であって、前記リーダーライタから送信された搬送波を整流し、電源電圧を発生する整流回路と、前記搬送波に重畳されたデータを内部回路で処理した結果を、前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調して前記リーダーライタへ送信する変調回路とを有し、前記変調回路は、前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するときに、前記アンテナコイルの両端電圧に重畳する変調信号波形をなまらせる機能を有する。
【００２４】
請求項２記載の半導体集積回路は、請求項１記載の半導体集積回路において、前記半導体集積回路の変調回路において、前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタのゲートに容量を付加する。
【００２５】
請求項３記載の半導体集積回路は、請求項２記載の半導体集積回路において、前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタのゲートを駆動するバッファのトランジスタと直列に抵抗を挿入することにより前記バッファのオン抵抗を増加させる。
【００２６】
請求項４記載の半導体集積回路は、請求項２記載の半導体集積回路において、前記アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタのゲートを駆動するバッファのトランジスタと直列に、バイアス電圧をゲート入力するトランジスタを接続することにより前記バッファのオン抵抗を増加させる。
【００２７】
請求項５記載の非接触型情報媒体は、請求項１，２，３または４記載の半導体集積回路を搭載したものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の請求項１記載の半導体集積回路によれば、変調回路は、アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するときに、アンテナコイルの両端電圧に重畳する変調信号波形をなまらせる機能を有するので、データ処理した結果を変調して送出する変調回路によるコイル端子間電圧の遷移時間をなまらせることにより、ＬＳＩ内部電力消費によるノイズをリーダーライタが誤復調するのを防ぎ、通信距離の範囲を増大させ、安定した通信を実現できる。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。この半導体集積回路を用いることにより、近々普及すると見込まれている近接型（通信距離０〜１０ｃｍ）の非接触型ＩＣカードを実現することができる。
【００２９】
請求項２では、半導体集積回路の変調回路において、アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタのゲートに容量を付加するので、アンテナコイルの両端電圧に重畳する変調信号波形をなまらせることができる。
【００３０】
請求項３では、アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタのゲートを駆動するバッファのトランジスタと直列に抵抗を挿入することによりバッファのオン抵抗を増加させるので、アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタに付加した容量値を減らして、変調回路の消費電力を低下させることができる。
【００３１】
請求項４では、アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するトランジスタのゲートを駆動するバッファのトランジスタと直列に、バイアス電圧をゲート入力するトランジスタを接続することによりバッファのオン抵抗を増加させても、同様に変調回路の消費電力を低下させることができる。
【００３２】
本発明の請求項５記載の非接触型情報媒体によれば、請求項１，２，３または４記載の半導体集積回路を搭載したので、小型化を可能とし、かつ安定した通信を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図１〜図４に基づいて説明する。
【００３４】
なお、従来例を示す図６，７と同様の構成、作用をなすものには同一の符号を付けて説明を省略する。
【００３５】
図１は本発明の実施形態１における非接触型ＩＣカード１のＬＳＩ１１のブロック構成図を示す。また、図２は図８に示した従来の非接触型ＩＣカード１のデータ送信時の各信号波形に代わる本実施形態の信号波形を示す。図３は本発明の実施形態１の変調回路の構成を示す。
【００３６】
本実施形態の特長はデータ処理した結果を変調して送出する変調回路によるコイル端子間電圧の遷移時間をなまらせることにより、ＬＳＩ内部電力消費によるノイズをリーダーライタ２が誤復調するのを防ぐことである。
【００３７】
図２、図３を参照しながら説明を以下に行う。
【００３８】
図１および図３に示すように、リーダーライタ２から送られた信号をアンテナコイル（ループコイル）１２により受信してデータキャリアである非接触型ＩＣカード１の側で認識し、応答する信号をリーダーライタ２に返信する非接触型情報システムにおいて、非接触型ＩＣカード１は、リーダーライタ２から送信された搬送波を整流し、電源電圧を発生する整流回路３０と、搬送波に重畳されたデータを内部回路で処理した結果を、アンテナコイルの両端電圧を負荷変調してリーダーライタ２へ送信する変調回路３４とを有する。変調回路３４は、アンテナコイルの両端電圧を負荷変調するときに、アンテナコイルの両端電圧に重畳する変調信号波形をなまらせる機能を有する。
【００３９】
この場合、ＩＣカード１からリーダーライタ２に返答を行う場合、ロジック回路部２１より送信信号であるＴＸＤＡＴＡをアナログ部２０の変調回路３４に入力を行う。本実施形態の場合、ＴＸＤＡＴＡがＬｏｗ期間中は、変調用トランジスタ１１１により、コイル端子３６，３７間を接続することにより、コイル端子間電圧(ＶＢ−ＶＡ)は低下する。
【００４０】
図２に示すように、不揮発性メモリ回路部２２のように非定常的にしか動作しない回路ブロックが動作することにより電源の低下が局所的に発生することになる。ＩＣ動作による電源電圧低下が引き起こされことにより、コイル端子間電圧も波形の抱絡線もひずんだ形状になる。このひずんだ形状をリーダーライタ２が受信し、ローパスフィルタによりキャリア成分である１３．５６ＭＨｚを除去し、微分信号を閾値以上で判定することによりＩＣカード１より送信した信号の受信を行う。
【００４１】
ここで、図３に示すように容量１１３をコイル端子３６，３７間をスイッチするトランジスタ１１１のゲートに接続することにより、トランジスタ１１１を駆動するバッファ１１０のオン抵抗と容量１１３の積に現される時定数分の波形の鈍りが発生する。
【００４２】
変調回路３４内部のトランジスタ１１１のゲート信号波形をどの程度なまらせれば良いかを以下に考察する。
【００４３】
非接触ＩＣカードの国際規格ISO/IEC14443  TypBにおける変調周波数は８４８ｋＨｚであるため１．１８μ秒/２、すなわち、０．５９μ秒以下のわずかな時定数を持たせればよい。バッファ１１０のオン抵抗を５９ｋΩとすれば、容量は１０ｐＦとなる。
【００４４】
以上のように本発明の実施形態の半導体集積回路は、変調時にコイル端子３６，３７間をスイッチするトランジスタ１１１のゲートに入力する信号に時定数を持たせることにより、コイル端子間電圧の遷移時間をなまらせ、ＬＳＩ内部電力消費によるノイズをリーダーライタ２が誤復調するのを防ぐことにより、通信距離の範囲を増大させ、安定した通信を実現できる。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、リーダーライタ２から電力の供給を受け電源電圧を内部発生する非接触ＩＣカード用の半導体集積回路として有用である。
【００４５】
なお、この実施の形態では、倍電圧整流回路とコイル端子間電圧を変調する変調回路について説明を行ったが、全波整流回路や半波整流回路で電波を整流する整流回路でも有効であり、また、電源電圧を変調する変調回路についても同様に有効である。
（実施の形態２）
本発明の実施形態２を図４に基づいて説明する。
【００４６】
図４は本発明の実施形態２の変調回路の構成を示す。
【００４７】
上記、実施の形態１では、変調回路３４内部のトランジスタ１１１のゲート信号波形をなまらせるために追加する容量は１０ｐＦとなる。１０ｐＦの容量に電荷を充電、放電すると、その充放電電流Ｉは電源電圧５Ｖ、波形の遷移時間０．５９μ秒の場合
Ｉ＝ｄＱ/ｄｔ＝ｄ（ＣＶ）/ｄｔ＝１０ｐＦ＊５Ｖ/０．５９μｓ
＝８４．７μＡとなる。
【００４８】
変調回路の消費電力としてはＰ＝Ｖ＊Ｉ＝０．４２ｍＷとなる。
【００４９】
通常、ISO/IEC14443  TypBで通信距離を１０ｃｍ程度とする場合、ＩＣの消費電力は約２ｍＷ程度であるため、アナログ回路２０の変調回路３４のみで、０．４２ｍＷ消費すると全体消費の５分の１となり非常に大きな、消費電力となる。
【００５０】
波形をなまらせるために追加した容量１１３は１０ｐＦが大きいことが問題である。
そこで、容量値を減らすためには、変調回路３４内部のトランジスタ１１１を駆動するバッファのオン抵抗を大きくすれば良い。バッファのオン抵抗を大きくするためには、図４に示すように、抵抗１１４を挿入すればよい。容量値を１ｐＦとすれば、バッファのオン抵抗は５６０ｋΩにすればよい。
Ｉ＝ｄＱ/ｄｔ＝ｄ（ＣＶ）/ｄｔ＝１ｐＦ＊５Ｖ/０．５９μｓ
＝８．４７μＡとなる。
【００５１】
変調回路の消費電力としてはＰ＝Ｖ＊Ｉ＝０．０４ｍＷとなる。
【００５２】
抵抗を半導体内部に形成する場合、ポリシリコン抵抗を使用すればよい。また、オン抵抗を増加するためには、バイアス電圧をゲート入力したトランジスタを使用し定電流源と回路構成にしても良い。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明にかかる半導体集積回路は、ＬＳＩ内部電力消費によるノイズをリーダーライタが誤復調するのを防ぐことができることで、通信距離の範囲を増大させ、安定した通信を実現できる効果を有し、リーダーライタから電力の供給を受け電源電圧を内部発生する非接触ＩＣカード用の半導体集積回路として有用である。また前記半導体集積回路を搭載した非接触型情報媒体等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体集積回路のＬＳＩブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の半導体集積回路のデータ送信時の各信号波形図である。
【図３】本発明の実施の形態１の半導体集積回路の変調回路構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２の半導体集積回路の変調回路構成図である。
【図５】非接触型ＩＣカードシステムの概要図である。
【図６】従来の非接触型ＩＣカードとリーダーライタとのブロック構成図である。
【図７】従来の非接触型ＩＣカードの変調回路の構成図である。
【図８】従来の非接触型ＩＣカードのデータ送信時の各信号波形図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  非接触型ＩＣカード
２  リーダーライタ
１１  非接触ＩＣカード用ＬＳＩ
１２  アンテナコイル
３０  整流回路
３４  変調回路
１１０  バッファ
１１１  トランジスタ
１１３  容量
【図１】
2007133734.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】
2007133734.tif 000008
【図７】
2007133734.tif 000009
【図８】
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