(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ動作クロック及び電源電力の供給を契機に動作する複数のＩＣ要素と、
受信した外来信号に含有される電力成分、クロック成分、データ成分を抽出する成分抽出手段と、
抽出した前記データ成分に含まれる命令データの種類を判別し、判別結果に応じて、パフォーマンスが異なる複数の動作モードのいずれかを形成するための制御信号を生成する主制御手段と、
抽出した前記電力成分から前記電源電力を生成するとともに前記複数のＩＣ要素のうち電力供給すべき一部または全部のＩＣ要素との間にそれぞれ前記制御信号により形成される動作モードに応じた経路の電力供給路を形成する電力制御手段と、
抽出した前記クロック成分から前記動作クロックを生成してこの動作クロックを前記複数のＩＣ要素に供給可能にするとともに前記制御信号に基づいて当該動作クロックの周波数を決定するクロック制御手段とを一枚のカード媒体上に配して成り、
前記電力制御手段から電力供給されるＩＣ要素の数及び前記クロック制御手段から供給される前記動作クロックの周波数が前記動作モードに応じて動的に変化することを特徴とするＩＣ搭載カード。
【請求項２】
外部装置との間で送受されるデータの伝送速度を前記制御信号に基づいて動的に変化させる伝送制御手段を有することを特徴とする、
請求項１記載のＩＣ搭載カード。
【請求項３】
前記電力成分の受電状態を表す電力状態情報を所定のメモリ領域に更新自在に格納するとともに、格納中の受電状態情報を前記外来信号の送信元へ通知する電力状態管理手段を有することを特徴とする、請求項１または２記載のＩＣ搭載カード。
【請求項４】
前記電力状態管理手段は、複数時点間の受電量を検出し、検出した受電量が一定値以上であるか否かをパターン信号化して前記電力状態情報を生成することを特徴とする、請求項３記載のＩＣ搭載カード。
【請求項５】
所定の処理プログラムを実行させるための実行形式の命令データかそれ以外の命令データかを判別する命令判別手段と、実行形式の命令データの場合に当該命令データに基づく処理プログラムの実行が終了するまで前記電源電力の供給及び動作クロックの周波数をロックするロック手段とを有することを特徴とする、
請求項１または２記載のＩＣ搭載カード。
【請求項６】
前記複数のＩＣ要素は、特定処理を他の集積回路と協同して実行する集積回路を含み、協同動作する集積回路が前記制御信号に基づいて選択されるものであることを特徴とする、
請求項１または２記載のＩＣ搭載カード。
【請求項７】
前記複数のＩＣ要素は、それぞれ計算量の異なる処理を単独で実行する集積回路を含み、そのいずれかが前記制御信号に基づいて選択されるものであることを特徴とする、請求項１または２記載のＩＣ搭載カード。
【請求項８】
前記制御信号に基づいて、最大パフォーマンスで動作する通常電力モードと、最小消費電力のもとで動作する省電力モードのいずれか一方が形成されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかの項記載のＩＣ搭載カード。
【請求項９】
高セキュリティ性が要求されるサービス用の第１アプリケーションプログラムと、汎用性の高いサービス用の第２アプリケーションプログラムを格納する処理命令格納手段と、  前記通常電力モード時には前記第１アプリケーションプログラムを読み出して実行し、他方、前記省電力モード時には前記第２アプリケーションプログラムを読み出して実行する実行手段とを有することを特徴とする、請求項８記載のＩＣ搭載カード。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかの項に記載されたＩＣ搭載カードとの間でデータ通信を行うカードリーダであって、
前記ＩＣ搭載カードにそれぞれパフォーマンスが異なる複数の動作モードのいずれかを形成させるための命令コードを生成する命令データ生成手段と、
前記命令コードの成分をＩＣ搭載カード宛の搬送波に反映させるデータ変調手段と、
前記ＩＣ搭載カード側の動作モードに応じた速度でのデータ通信を行うデータ処理手段とを有することを特徴とするカードリーダ。
【請求項１１】
前記ＩＣ搭載カードからの前記電磁波からの搬送波を受信して当該搬送波に重畳されているデータ成分を復調する復調手段を有し、
前記命令コード生成手段は、前記復調されたデータ成分の内容に応じて前記命令コードを生成することを特徴とする、請求項１０記載のカードリーダ。
【請求項１２】
ＩＣチップを搭載したＩＣ搭載カードとの間で電磁波を用いたデータ通信を行うカードリーダを有するカードシステムであって、
前記ＩＣ搭載カードは、
前記ＩＣチップ上に、それぞれ動作クロック及び電源電力の供給を契機に動作する複数のＩＣ要素と、受信した前記電磁波に含有される電力成分、クロック成分、データ成分を抽出する成分抽出手段と、抽出した前記データ成分に含まれる命令データの種類を判別し、判別結果に応じて、パフォーマンスが異なる複数の動作モードのいずれかを形成するための制御信号を生成する主制御手段と、抽出した前記電力成分から前記電源電力を生成するとともに前記複数のＩＣ要素のうち電力供給すべき一部または全部のＩＣ要素との間にそれぞれ前記制御信号により形成される動作モードに応じた経路の電力供給路を形成する電力制御手段と、抽出した前記クロック成分から前記動作クロックを生成してこの動作クロックを前記複数のＩＣ要素に供給するとともに前記制御信号に基づいて当該動作クロックの周波数を決定するクロック制御手段と、前記カードリーダとの間で送受されるデータの通信速度を前記制御信号に基づいて動的に変化させる伝送制御手段とを形成して成り、且つ、前記電力制御手段から電力供給されるＩＣ要素の数及び前記クロック制御手段から供給される前記動作クロックの周波数が前記動作モードに応じて動的に変化するものであり、
前記カードリーダは、
前記ＩＣ搭載カード側の受電状態に応じて、前記制御信号を生成させるための命令コードを生成する命令コード生成手段と、
前記命令コードの成分を前記ＩＣ搭載カード宛の搬送波に反映させるデータ変調手段と、
前記ＩＣ搭載カード側の動作モードに応じた速度でのデータ通信を行うデータ処理手段とを有することを特徴とするカードシステム。
【請求項１３】
ＩＣチップを搭載したＩＣ搭載カードとの間で電磁波を用いたデータ通信を行うカードリーダを有し、前記ＩＣチップが前記カードリーダ側から電源電力と動作クロックの供給を受けるカードシステムにおけるデータ通信方法であって、
前記ＩＣ搭載カードが、受電状態が所定値以下の場合に前記カードリーダ宛にその旨を通知する過程と、
前記通知を受信したカードリーダが、動作のパフォーマンス変更を要求する命令コマンドを前記電磁波に反映して前記ＩＣ搭載カードに向けて送信する過程と、
前記要求コマンドを受領したＩＣ搭載カードが、当該要求コマンドを識別して自律的且つ動的に前記ＩＣチップの動作のパフォーマンスを変更する過程とを含むことを特徴とするデータ通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部装置から非接触で電力成分、クロック成分、データ成分を受領して動作するＩＣ搭載カード及びこのＩＣ搭載カードを含んで構成されるカードシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、図示しないカードリーダライタ（以下、Ｒ／Ｗと略称する）と電磁波を通じて通信を行う非接触型のＩＣ搭載カード、例えばＩＣカードの構成図である。このＩＣカード３において、アンテナ１０は、特定周波数、例えば１３．５６ＭＨｚで共振するように構成され、Ｒ／Ｗから受信した電磁波を交流電力に変換して送受信制御回路４０に入力する。送受信制御回路４０は、アンテナ１０から受け取った交流電力を、電力成分、クロック成分、データ成分に分離する。抽出された電力成分は、例えば５Ｖの電圧をもつ直流電力に整流され、ＩＣチップ内の回路（ＩＣ要素）にＶｃｃラインを通じて送られる。クロック成分は、１３．５６ＭＨｚの信号成分を分周及び整流して３．３９ＭＨｚの方形波で各ＩＣ要素にＣｌｏｃｋラインを通じて送られる。データ成分には、初期応答要求情報のほか、命令データやデータ情報が含まれており、それぞれＩ／ＯラインＬ及びバスを通じて中央処理装置（以下、ＣＰＵ）５０または数値演算回路（以下、ＮＤＰ）５４に送られる。
【０００３】
ＣＰＵ５０は、読み出し専用記憶回路（以下、ＲＯＭ）５２から処理命令を読み出し、その処理命令に従って、揮発性記憶回路の一例であるＲＡＭ５１や不揮発性記憶回路の一例であるＥＥＰＲＯＭ５３とデータバスＢを通じてデータ情報の読み書きを行ったり、ＮＤＰ５４や送受信制御回路４０とＩ／ＯラインＬを通じてデータ授受を行ったりする。
【０００４】
ＮＤＰ５４は、Ｉ／ＯラインＬを通じて送られたデータ情報をもとに高度な数値演算処理、例えば暗号化処理等を高速に行うものであり、演算結果は、Ｉ／ＯラインＬを通じてＣＰＵ５０に送られる。ＥＥＰＲＯＭ５３には、カード識別用ＩＤやＣＰＵ５０の処理途中結果等が記憶される。
なお、ＣＰＵ５０、ＲＡＭ５１、ＲＯＭ５２、ＥＥＰＲＯＭ５３、ＮＤＰ５４は、一つのＩＣチップ内に形成される。
【０００５】
上記ＩＣカード３とＲ／Ｗによるデータ通信は、以下のようにして行われる。
【０００６】
Ｒ／Ｗは、常に特定周波数の搬送波（電磁波）をＲ／Ｗの通信エリアに送っており、また、一定間隔で搬送波に対して初期応答要求情報をもとに変調をかけている。ここで、Ｒ／Ｗの通信エリアにＩＣカード３が入ると、アンテナ１０は、Ｒ／Ｗからの搬送波を交流電力に変換して送受信制御回路４０に送る。送受信制御回路４０は、その交流電力を直流電力に変換し、各ＩＣ要素へ電力を供給する。送受信制御回路４０は、また、その交流電力を復調し、初期応答要求情報を取り出して保存しておく。ＣＰＵ５０は、送受信制御回路４０から初期応答要求情報を受け取り、この初期応答要求情報とＥＥＰＲＯＭ５３に保存された初期認証情報とが一致することを確認した場合、同じくＥＥＰＲＯＭ５３内にあるカードＩＤを送受信制御回路４０に送る。送受信制御回路４０は、このカードＩＤをもとに送信対象データを作成する。そしてアンテナ１０のインピーダンスを変化させてＲ／Ｗからの搬送波の反射率を変え（変調し）、これによって送信対象データをＲ／Ｗ側へ送る。
【０００７】
Ｒ／Ｗは、ＩＣカード３からの反射波を受け取り、これを復調して送信対象データ（この場合、カードＩＤ）を取り出す。カードＩＤが正しいものであることを確認すると、以降は、このカードＩＤを命令データの先頭に付加してデータ通信を行う。
【０００８】
ＩＣカード３では、Ｒ／Ｗからの搬送波を送受信制御回路４０で復調し、データ成分を取り出して保存する。ＣＰＵ５０は、Ｉ／ＯラインＬを通じて受け取ったデータ成分に含まれるカードＩＤがＥＥＰＲＯＭ５３に格納されたものと一致するかどうかを確認し、一致すれば以降の命令データに基づく処理をＥＥＰＲＯＭ５３、ＮＤＰ５４を使いながら実行する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ＮＤＰ５４や各種メモリ５１〜５３の規模が大きくなったり、データ処理量が増加したり、データ通信速度を速くすると、それにつれて消費電力も増加する。そのため、従来の非接触型のＩＣカードでは、機能を高機能化・高速化しようとすると、Ｒ／Ｗとの間で通信可能となる距離が短くなってしまう。通信可能距離を一定値以上に維持したまま高電力を得るためにはＲ／Ｗから発する搬送波の出力を上げれば良いが、電波法の規制があるため、出力を上げることについては限界がある。そのため、長い通信距離をもち、かつ大きな電力を消費するような高機能・高速・大容量の非接触型のＩＣカードを製造するのは困難であった。
【００１０】
また、長い通信距離でも動作するＩＣカードの場合、通信品質の問題や消費電力の問題で、低速の通信速度になってしまうという問題があった。
さらに、非接触型か接触型かを問わず、従来のＩＣカードには、動作クロックやＩＣ要素の規模、データ通信速度を動的に変化して電力消費量を制御することは行われていなかった。
【００１１】
そこで本発明の課題は、パフォーマンスや消費電力を用途に応じて動的に変更することができるＩＣ搭載カード及びこのＩＣ搭載カードを用いたカードシステムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のＩＣ搭載カードは、それぞれ動作クロック及び電源電力の供給を契機に動作する複数のＩＣ要素と、受信した外来信号に含有される電力成分、クロック成分、データ成分を抽出する成分抽出手段と、抽出した前記データ成分に含まれる命令データの種類を判別し、判別結果に応じて、パフォーマンスが異なる複数の動作モードのいずれかを形成するための制御信号を生成する主制御手段と、抽出した前記電力成分から前記電源電力を生成するとともに前記複数のＩＣ要素のうち電力供給すべき一部または全部のＩＣ要素との間にそれぞれ前記制御信号により形成される動作モードに応じた経路の電力供給路を形成する電力制御手段と、抽出した前記クロック成分から前記動作クロックを生成してこの動作クロックを前記複数のＩＣ要素に供給可能にするとともに前記制御信号に基づいて当該動作クロックの周波数を決定するクロック制御手段とを一枚のカード媒体上に配して成り、前記電力制御手段から電力供給されるＩＣ要素の数及び前記クロック制御手段から供給される前記動作クロックの周波数が前記動作モードに応じて動的に変化することを特徴とする。
【００１３】
本発明のある実施の態様では、上述した構成のＩＣ搭載カードにおいて、外部装置との間で送受されるデータの伝送速度を前記制御信号に基づいて動的に変化させる伝送制御手段を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明のある実施の態様では、上述した構成の搭載カードにおいて、さらに、前記電力成分の受電状態を表す電力状態情報を所定のメモリ領域に更新自在に格納するとともに、格納中の受電状態情報を前記外来信号の送信元へ通知する電力状態管理手段を有することを特徴とする。この電力状態管理手段は、例えば、複数時点間の受電量を検出し、検出した受電量が一定値以上であるか否かをパターン信号化して前記電力状態情報を生成するように構成される。
【００１５】
本発明のある実施の態様では、上述した構成のＩＣ搭載カードにおいて、さらに、所定の処理プログラムを実行させるための実行形式の命令データかそれ以外の命令データかを判別する命令判別手段と、実行形式の命令データの場合に当該命令データに基づく処理プログラムの実行が終了するまで前記電源電力の供給及び動作クロックの周波数をロックするロック手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
前記複数のＩＣ要素は、例えば特定処理を他の集積回路と協同して実行する集積回路を含み、協同動作する集積回路が前記制御信号に基づいて選択されるものである。
【００１７】
あるいは、前記複数のＩＣ要素は、それぞれ計算量の異なる処理を単独で実行する集積回路を含み、そのいずれかが前記制御信号に基づいて選択されるものである。
【００１８】
制御信号によって形成される動作モードは、例えば、最大パフォーマンスで動作する通常電力モードと、最小消費電力のもとで動作する省電力モードのいずれか一方とする。そして、好ましくは、高セキュリティ性が要求されるサービス用の第１アプリケーションプログラムと、汎用性の高いサービス用の第２アプリケーションプログラムを格納する処理命令格納手段と、  前記通常電力モード時には前記第１アプリケーションプログラムを読み出して実行し、他方、前記省電力モード時には前記第２アプリケーションプログラムを読み出して実行する実行手段とを設けるようにする。これにより、動作モードに応じた処理形態を自律的に形成できるようになる。
【００１９】
本発明は、また、上述した構成のＩＣ搭載カードとの間で電磁波を用いたデータ通信を行うカードリーダを提供する。このカードリーダは、前記ＩＣ搭載カードに、パフォーマンスが異なる複数の動作モードのいずれかを形成させるための命令コードを生成する命令データ生成手段と、前記命令コードの成分をＩＣ搭載カード宛の搬送波に反映させるデータ変調手段と、前記ＩＣ搭載カード側の動作モードに応じた速度でのデータ通信を行うデータ処理手段とを少なくとも備えて構成される。前記ＩＣ搭載カードからの前記電磁波からの搬送波を受信して当該搬送波に重畳されているデータ成分を復調する復調手段を有し、前記命令コード生成手段は、前記復調されたデータ成分の内容に応じて前記命令コードを生成するものとしても良い。
【００２０】
本発明は、また、ＩＣチップを搭載したＩＣ搭載カードとの間で電磁波を用いてデータ通信を行うカードリーダを有するカードシステムを提供する。
このカードシステムにおいて、前記ＩＣ搭載カードは、前記ＩＣチップ上に、それぞれ動作クロック及び電源電力の供給を契機に動作する複数のＩＣ要素と、受信した前記電磁波に含有される電力成分、クロック成分、データ成分を抽出する成分抽出手段と、抽出した前記データ成分に含まれる命令データの種類を判別し、判別結果に応じて、パフォーマンスが異なる複数の動作モードのいずれかを形成するための制御信号を生成する主制御手段と、抽出した前記電力成分から前記電源電力を生成するとともに前記複数のＩＣ要素のうち電力供給すべき一部または全部のＩＣ要素との間にそれぞれ前記制御信号により形成される動作モードに応じた経路の電力供給路を形成する電力制御手段と、抽出した前記クロック成分から前記動作クロックを生成してこの動作クロックを前記複数のＩＣ要素に供給するとともに前記制御信号に基づいて当該動作クロックの周波数を決定するクロック制御手段と、前記カードリーダとの間で送受されるデータの通信速度を前記制御信号に基づいて動的に変化させる伝送制御手段とを形成して成り、且つ、前記電力制御手段から電力供給されるＩＣ要素の数及び前記クロック制御手段から供給される前記動作クロックの周波数が前記動作モードに応じて動的に変化するものである。
また、前記カードリーダは、前記ＩＣ搭載カード側の受電状態に応じて、前記制御信号を生成させるための命令コードを生成する命令コード生成手段と、前記命令コードの成分を前記ＩＣ搭載カード宛の搬送波に反映させるデータ変調手段と、前記ＩＣ搭載カード側の動作モードに応じた速度でのデータ通信を行うデータ処理手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明は、また、ＩＣチップを搭載したＩＣ搭載カードとの間で電磁波を用いたデータ通信を行うカードリーダを有し、前記ＩＣチップが前記カードリーダ側から電源電力と動作クロックの供給を受けるカードシステムにおけるデータ通信方法を提供する。この方法は、前記ＩＣ搭載カードが、受電状態が所定値以下の場合に前記カードリーダ宛にその旨を通知する過程と、前記通知を受信したカードリーダが、動作のパフォーマンス変更を要求する命令コマンドを前記電磁波に反映して前記ＩＣ搭載カードに向けて送信する過程と、前記要求コマンドを受領したＩＣ搭載カードが、当該要求コマンドを識別して自律的且つ動的に前記ＩＣチップの動作のパフォーマンスを変更する過程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＩＣ搭載カードの一例として、非接触型のＩＣカードを用いたカードシステムの実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
本実施形態によるカードシステムは、ＩＣカードと、カードリーダライタ（以下、Ｒ／Ｗ）とを含んで構成される。Ｒ／Ｗの基本的なハードウエア構成は従来型システムと同じであり、ソフトウエアによって、新たな機能ブロックを形成した点が異なる。この機能ブロックは、具体的には、通信相手となるＩＣカード側の動作モードを自律的に変更させるための命令コードを生成する命令コード生成部と、命令コードの成分をＩＣカード宛の搬送波に反映させるデータ変調部と、ＩＣカード側の現在の動作モードに応じた速度でのデータ通信を行うデータ処理部である。これらの機能ブロックの作り込み自体は、公知のプログラミング手法を用いることができる。
ここでは、ＩＣカードを省電力モードと通常動作モードの二つの動作モードで動作させる場合の例を挙げる。通常動作モードは、Ｒ／ＷとＩＣカードとの間の通信可能距離は短くなるがＩＣカードを最大パフォーマンスで動作させることができるモードであり、省電力動作モードは、ＩＣカードを最小消費電力のもとで動作させるモードである。この省電力モードでは、Ｒ／ＷとＩＣカードとの間の通信可能距離は長くとれるが、機能は最小限に抑えられる。
ＩＣカードは、例えば、図１に示すように構成される。
すなわち、本実施形態のＩＣカード１は、Ｒ／Ｗとの間で電磁波の送受信を行うアンテナ１０と、アンテナ１０の送受信を制御する送受信制御回路２０と、送受信制御回路２０からの供給電力や動作クロック等に基づいて動作する複数のＩＣ要素、すなわち、中央処理装置（ＣＰＵ）３０、二つの揮発性記憶回路（ＲＡＭ＃１，＃２）３１，３２、読み出し専用記憶回路（ＲＯＭ）３３、不揮発性記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）３４、二つの数値演算回路（ＮＤＰ＃１，＃２）３５，３６とをそれぞれカード媒体の所定位置に配置して構成される。
送信制御回路２０は、後述するデータ処理部２１、電力制御部２２、クロック生成部２３、Ｉ／Ｏ制御部２４、メモリバッファ２５の機能を備えたものである。
【００２３】
ＲＡＭ３１，３２、ＲＯＭ３３、ＥＥＰＲＯＭ３４は、それぞれデータバスＢを通じてＣＰＵ３０に接続されている。データ成分は、Ｉ／ＯラインＬを通じて送受信制御回路２０、ＣＰＵ３０、ＮＤＰ３５，３６と相互に送受できるようになっている。動作クロックは、「Ｃｌｏｃｋ」ラインを通じて各ＩＣ要素に供給されるようになっている。
【００２４】
各ＩＣ要素への電源電力の供給は、送受信制御回路２０から２系統で行われるようになっている。すなわち、ＲＡＭ（＃２）３２、ＲＯＭ３３、ＥＥＰＲＯＭ３４、ＮＤＰ（＃２）３６及びＣＰＵ３０へは、「ＶccＬ」ラインを通じて所定値の直流電力が供給され、ＲＡＭ（＃１）３１及びＮＤＰ（＃１）へは、「ＶccＨ」ラインを通じて所定値の直流電力が供給される。送受信制御回路２０とＣＰＵ３０は、「Ａｃｔｉｖｅ」ラインで結ばれており、ＣＰＵ３０は、この「Ａｃｔｉｖｅ」ラインの信号レベルに応じて動作を停止したり、再開できるようになっている。
なお、ＣＰＵ３０の停止または再開は、「Ｃｌｏｃｋ」ラインからの動作クロックが停止状態のときに変更可能となる。
【００２５】
Ｒ／ＷとＩＣカード１とは、例えば１３．５６ＭＨｚの搬送波を変調した電磁波を用いて通信を行うものとする。搬送波の変調方式は、例えばＡＳＫ１０％であり、ビットコーディングは、ＮＲＺ（Non Retaurn to Zero）である。ＩＣカード１は、Ｒ／Ｗからの電磁波をアンテナ１０で受信して交流電力を起こし、これを送受信制御回路２０に送る。
【００２６】
送受信制御回路２０は、アンテナ１０から受け取った交流電力をデータ処理部２１で電力成分、クロック成分、データ成分に分離する。
【００２７】
データ処理部２１は、データ成分をメモリバッファ２５に格納するとともに、その内容判別、例えばＩＣカード１に蓄積されるべきデータ情報か命令データ（コマンド）か、命令データの場合は実行形式の命令データか非実行形式の命令データかの判別を行い、判別結果に応じて制御信号を生成するとともに必要な処理を行う。
実行形式のコマンドは省電力モード用／通常電力モード用の処理プログラムを実行するためのコマンドであり、非実行形式のコマンドは、例えば省電力モードに変更するための省電力変更コマンド、通常動作モードに変更するための通常電力変更コマンド等である。データ処理部２１は、このようなコマンドの種類に応じて制御信号を生成し、この制御信号をもとに「Ａｃｔｉｖｅ」ラインの信号レベルを制御してＣＰＵ３０に通知するとともに、「Ｉ／Ｏ」ラインＬを通じてＣＰＵ３０から受け取った動作モード変更命令に応じて動作モードを変更する。
データ処理部２１は、また、動作モードに応じたデータ通信速度の制御も行う。例えば、省電力モードのときは、１２８個の波の数で１ビットのデータ情報を認識し、Ｒ／Ｗとの間のデータ通信速度を１０５．９５３Ｋｂｐｓに制御する。通常動作モードのときは、６４個の波で１ビットのデータ情報を認識し、データ通信速度を２１１．８７５Ｋｂｐｓに制御する。
さらに、Ｉ／ＯラインＬを通じてＣＰＵ３０からＲ／Ｗへの送信命令を受け、メモリバッファ２５内のデータに従ってアンテナ１０の反射率を変化させることにより、Ｒ／Ｗに向けてデータ等を送信させる。
【００２８】
電力制御部２２は、上述の電力成分から例えば５Ｖの直流電力を生成する。そして、上述の動作モードに応じた形態でこの直流電力を該当ＩＣ要素に供給する。例えば動作モードが通常動作モードであれば、「ＶｃｃＨ」ラインと「ＶｃｃＬ」ラインの双方を通じて全ＩＣ要素に直流電力を供給し、省電力モードであれば、「ＶｃｃＬ」ラインのみを通じて一部のＩＣ要素に直流電力を供給する。
【００２９】
クロック生成部２３は、アンテナ１０から受け取った交流電力を分周して方形波を生成し、「Ｃｌｏｃｋ」ラインを通じてすべてのＩＣ要素へ動作クロックを供給する。その周波数は、動作モードが通常動作モードであれば１３．５６ＭＨｚを２分周した６．７５ＭＨｚ、省電力モードであれば１３．５６ＭＨｚを４分周した３．３９ＭＨｚである。
【００３０】
Ｉ／Ｏ制御部２４は、アンテナ１０及び各ＩＣ要素との間の入出力を制御するものであり、メモリバッファ２５は、現在の動作モードを表す動作モード設定フラグやデータ処理部２１で生成されたデータ情報、あるいはこれから送信するデータ情報を保持するものである。
【００３１】
ＲＡＭ３１，３２は、ＣＰＵ３０からデータバスＢを通じて利用される揮発性の記憶回路であり、ＣＰＵ３０の処理途中結果の記憶等に利用される。ＲＡＭ３１，３２は、記憶動作に必ず直流電力が必要となるため、これを２種類のＲＡＭ、すなわち記憶容量の大きいＲＡＭ（＃１）３１と、記憶容量の小さなＲＡＭ（＃２）３２とに分け、動作モードに応じて単独、または同時に使用できるようになっている。
【００３２】
ＲＯＭ３３は、ＣＰＵ３０が使用する処理命令、具体的にはアプリケーションプログラムやパラメータ等を記憶した不揮発性の記憶回路である。アプリケーションプログラム等は、例えば電子マネーのような高セキュリティ性が要求されるサービス用のものや、共通交通乗車券のような汎用性の高いサービス用のものを同時に記憶し、Ｒ／Ｗからの実行形式の要求コマンド（通常電力モード用コマンド／省電力モード用コマンド）を受信したときにＣＰＵ３０から任意に選択して読み出せるようにしておく。通常、高セキュリティ性が要求されるサービス用のアプリケーションプログラム等は通常電力モード用コマンドのもとで読み出されて実行され、汎用性の高いサービス用のアプリケーションプログラム等は省電力モード用コマンドのもとで読み出されて実行される。
【００３３】
ＮＤＰ３５，３６は、ＣＰＵ３０からＩ／ＯラインＬを通じて送られたデータ情報及び指示に基づいて高度な数値演算を高速に行うものであり、それぞれの演算結果は、要求に応じてＣＰＵ３０に送られるようになっている。ＮＤＰ（＃１）３５は、例えばＲＳＡによる非対称暗号の処理を行うためのものであり、比較的大規模な回路である。一方、ＮＤＰ（＃２）３６は、例えばＤＥＳによる対称暗号の処理を行うためのものであり、比較的小規模な回路である。本例では、省電力モード時にはＮＤＰ（＃１）３５のみ、通常動作モード時にはＮＤＰ（＃１）３５とＮＤＰ（＃２）３６とを協同で実行できるようにするが、それぞれ単独で選択的に使用できるようにしても良い。
ＥＥＰＲＯＭ３４には、各種カードサービスの提供時に読み出されるカード識別用ＩＤやＣＰＵ３０の処理途中結果等が記憶されるようにする。
【００３４】
次に、上記カードシステムによるデータ通信方法について説明する。
まず、図２を参照して、カード立ち上げ処理について説明する。
初期立ち上げ時、ＩＣカード１は、省電力モードで動作するものとする。すなわち、Ｒ／Ｗからの１３．５６ＭＨｚの電磁波をアンテナ１０で受信すると（ステップＳ１０１）、送受信制御回路２０は交流電力を受け取り、１３．３９ＭＨｚの動作クロックを生成して各ＩＣ要素へ送る（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）。また、電力成分を「ＶｃｃＬ」ラインを通じて該当するＩＣ要素へ供給し（ステップＳ１０４）、メモリバッファ２５の動作モード設定フラグを省電力モードにする（ステップＳ１０５）。ＣＰＵ３０は、ＲＯＭから該当命令を読み出して省電力モード時の所要処理を実行する（ステップＳ１０６）。
【００３５】
次に、図３を参照して、ＩＣカード１における動作モードの変更処理について説明する。
Ｒ／Ｗからの１３．５６ＭＨｚの電磁波をアンテナ１０で受信すると、送受信制御回路２０は、アンテナ１０から交流電力を受け取り、データ成分を抽出して、メモリバッファ２５に記憶する（ステップＳ２０１）。ＣＰＵ３０は、メモリバッファ２５からデータ成分を読み出し（ステップ２０２）、コマンドの種類を判定する。
コマンドが通常動作モード変更コマンドであり、現在の動作モードが省電力モードであった場合は、送受信制御回路２０へ通常動作モードへの変更を依頼し、レスポンスを生成する（ステップＳ２０３：Yes、Ｓ２０４：Yes、Ｓ２０５）。コマンドが省電力モード変更コマンドであり、現在の動作モードが通常動作モードであった場合は、送受信制御回路２０へ省電力モードでの変更を依頼し、レスポンスを生成する（ステップＳ２０３：No、Ｓ２０７：Yes、Ｓ２０８：Yes、Ｓ２０９）。
通常動作モード変更コマンドでなく、省電力モード変更コマンドでもない場合は、通常コマンド処理（動作モードの変更処理がなかった場合の処理）を実行する（ステップＳ２０３：No、Ｓ２０７：No、Ｓ２１０）。その後、Ｒ／Ｗに対して処理結果やレスポンスを返信する（ステップＳ２１１）。以上の処理を、ＩＣカード１がＲ／Ｗの通信エリアにある間繰り返す。
【００３６】
ステップＳ２０５において、動作モードを現在の省電力モードから通常動作モードに変更する手順は、具体的には図４（ａ）に示すとおりである。
すなわち、ＣＰＵ３０から「Ｉ／Ｏ」ラインＬを通じて送受信制御回路２０へ通常動作モードへの変更を通知する（ステップＳ３０１）。送受信制御回路２０は、「Ａｃｔｉｖｅ」ラインの信号レベルをＬｏｗにし、ＣＰＵ３０の動作を一時停止させる（ステップＳ３０２）。そして、各ＩＣ要素へ供給する動作クロックの周波数を６．７８ＭＨｚに上げ（ステップＳ３０３）、「ＶｃｃＨ」ラインへの電力供給を開始する（ステップＳ３０４）。送受信制御回路内の動作モード設定フラグを通常動作モードに変更した後（ステップＳ３０５）、「Ａｃｔｉｖｅ」ラインの信号レベルをＨｉｇｈにし、ＣＰＵ３０の動作を再開させる（ステップＳ３０６）。
【００３７】
一方、ステップＳ２０９において、動作モードを通常動作モードから省電力モードに変更する手順は、図４（ｂ）に示すとおりである。すなわち、ＣＰＵ３０から「Ｉ／Ｏ」ラインＬを通じて送受信制御回路２０へ省電力モードの変更を通知する（ステップＳ４０１）。送受信制御回路２０は、「Ａｃｔｉｖｅ」ラインの信号レベルをＬｏｗにし、ＣＰＵ３０の動作を一時停止させる（ステップＳ４０２）。そして、各ＩＣ要素へ供給する動作クロックの周波数を３．３９ＭＨｚに下げ（ステップＳ４０３）、それまで「ＶｃｃＨ」ラインに供給していた直流電力の供給を止める（ステップＳ４０４）。そして送受信制御回路内の動作モード設定フラグを省電力モードに変更した後（ステップＳ４０５）、「Ａｃｔｉｖｅ」ラインの信号レベルをＨｉｇｈにしてＣＰＵ３０の動作を再開させる（ステップＳ４０６）。
【００３８】
図５は、実行形式のコマンド処理の手順図である。Ｒ／Ｗからは、通常動作モード用コマンドと省電力モード用コマンドの２種類が選択的に送信される。ＩＣカード１側では、これらのコマンドの種類を判別し、所要のアプリケーションプログラム等をＲＯＭ３３から読み出して実行する。すなわち、通常動作モード用コマンドの場合はそのコマンド処理を実行し、レスポンスを生成する（ステップＳ５０１：Yes、Ｓ５０２、Ｓ５０３）。省電力モード用コマンドの場合は、そのコマンド処理を実行し、レスポンスを生成する（ステップＳ５０１：No、Ｓ５０４：Yes、Ｓ５０５、Ｓ５０６）。通常動作モード用コマンドでも省電力モード用コマンドでもない場合は、モードエラーレスポンスを生成する（ステップＳ５０１：No、Ｓ５０４：No、Ｓ５０７）。
【００３９】
このように、本実施形態のカードシステムでは、ＩＣカード１における電力消費量の増加の要因であるＩＣ要素の規模と動作クロックとを動的に変化させるために通常動作モードと省電力モードの２つの動作モードを設け、Ｒ／Ｗからのコマンドに基づいてＩＣカード１がいずれかの動作モードを切り換えられるようにしたので、例えば短い通信距離では高速の通信速度、処理速度、そして高機能を確保することができ、長い通信距離でも最低限の動作を保証することができるようになる。
【００４０】
また、ＲＯＭ３３内に、複数のアプリケーションプログラム等を格納し、これを動作モードに応じて読み出して実行するようにしたので、利便性に優れたＩＣカード及びカードシステムを実現することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
上述のＩＣカード１は、Ｒ／Ｗ側からのコマンドで動作モードを変更するものであったため、通常動作モードで動作できるほどの電力をＲ／Ｗから受け取れない場合は、誤動作してしまう可能性がある。そこで、この実施形態では、ＩＣカードの方から現在の受電状態をＲ／Ｗへ提示し、この提示に基づいて動作モードを変更する場合の例を挙げる。この場合、Ｒ／Ｗは、命令コード生成部が、通信相手となるＩＣカードの受電状態を検出し、検出した受電状態に応じて上記命令コードを生成するように、機能の一部を変更する。
ＩＣカード側の構成も一部変更する。具体的には、図６に示すように、ＩＣカード１に、送受信制御回路２０とＣＰＵ３０とを「ＩＮＴライン」でつなぐ部分を追加してＩＣカード２を構成する。
クロック生成部２３が、一定時間毎に「ＩＮＴライン」の信号レベルをＨｉｇｈにする機能を有する点、ＣＰＵ３０の内部メモリまたはＥＥＰＲＯＭ３４に電力状態メモリを形成し、「ＩＮＴライン」の信号レベルがＬｏｗからＨｉｇｈになったときに、動作中の処理に割り込みをかけて電力状態メモリの特定アドレスの領域を書き換える機能を有する点も図１のＩＣカード１と異なっている。なお、便宜上、各構成要素については、第１実施形態のものと同一符号を付してある。
【００４２】
Ｒ／Ｗからのデータ成分には、第１実施形態で使用したデータ情報や各種コマンドに加えて状態確認コマンドが追加される。この状態確認コマンドは、Ｒ／ＷがＩＣカード２の受電状態を確認したいときに使用するコマンドである。ＩＣカード２は、現在の受電状態に応じて、省電力モード、通常動作モード、あるいはこれらの動作モードが利用可能か否かをレスポンスとして返す。
【００４３】
ＣＰＵ３０は、受電電力量を定期的に送受信制御回路２０のメモリバッファ２５より読み出し、図８に示すデータ形式で電力状態メモリに保存する。この場合のデータ長は例えば１バイトであり、「ｂ１」から「ｂ８」までの８ビットで、それぞれのビット瞬間での電力状態をパターン信号化して表すようにしている。個々のビットが“１”であれば、通常動作モードでの動作に十分な電力を受けていることを表し、“０”であれば電力不十分であることを表すものとする。「ｂ１」が最も最新の電力状態となり、「ｂ８」が最も古い電力状態となる。
【００４４】
この実施形態によるＩＣカード２のカード立ち上げ処理及び動作モード変更処理は、第１実施形態の場合と同様である。
実際のコマンド処理は、図７に示す手順で行われる。すなわち、Ｒ／Ｗからの電磁波をアンテナ１０で受信した後、送受信制御回路２０で、データ成分を抽出してメモリバッファ２５に記憶するとともに（ステップＳ６０１）、それを読み出してコマンドの種類を判別する（ステップＳ６０２，Ｓ６０３）。
【００４５】
コマンドが状態確認コマンドであった場合は、電力状態確認コマンド処理を実行する（ステップＳ６０３：YesＳ６０４）。
コマンドが通常動作モード変更コマンドであり、現在の動作モードフラグが省電力モードであった場合は、送受信制御回路２０へ通常動作モードへの変更を依頼し、レスポンスを生成する（ステップＳ６０３：No、Ｓ６０５：Yes、Ｓ６０６：Yes、Ｓ６０７）。
【００４６】
コマンドが省電力モード変更コマンドであり、現在の動作モードフラグが通常動作モードであった場合は、送受信制御回路２０へ省電力モードへの変更を依頼し、レスポンスを生成する（ステップＳ６０３：No、Ｓ６０５：No、Ｓ６０９：Yes、Ｓ６１０：Yes、Ｓ６１１）。
【００４７】
コマンドが通常動作モード変更コマンドであるが現在の動作モードフラグが通常動作モードであった場合またはコマンドが省電力モード変更コマンドであるが、現在の動作モードフラグが省電力モードであった場合は、モード無変更レスポンスを生成する（ステップＳ６０６：No、Ｓ６１０：No、Ｓ６０８）。
【００４８】
コマンドが状態確認コマンドでなく、且つ通常動作モード変更コマンドや省電力モード変更コマンドでもない場合は、通常コマンド処理を実行する（ステップＳ６０３：No、Ｓ６０５：No、Ｓ６０９：No、Ｓ６１２）。その後、Ｒ／Ｗに対して処理結果や各種レスポンスを返信する（ステップＳ６１３）。以上の処理をＲ／Ｗの通信エリア内にある間繰り返す。
【００４９】
ステップＳ６０４における電力状態確認コマンド処理は、電力状態メモリの内容を読み出し、電力が十分供給されているかチェックして、その結果を表すレスポンスを生成する処理である。ここでは全てのビットが“１”、すなわち、“ＦＦｈ”のときのみ通常動作モードで動作可能であるとする。
具体的には、図９に示すように、状態確認コマンドを受け取り、（ステップＳ７０１）、電力状態メモリを確認する。電力状態メモリが“ＦＦｈ”の場合は通常動作可能レスポンスを生成する（ステップＳ７０２：Yes、Ｓ７０３）。電力状態メモリが“ＦＦｈ”以外の場合は省電力動作可能レスポンスを生成する（ステップＳ７０２：No、Ｓ７０４）。
【００５０】
次に、電力状態メモリの更新処理の手順を図１０を参照して説明する。
ＣＰＵ３０が、一定間隔で「ＩＮＴライン」を通じて受ける割り込みにより、送受信制御回路２０のメモリバッファ２５から現在の電力量を読み出し（ステップＳ８０１）、一定の電力量以上かをチェックする（ステップＳ８０２）。一定の電力量を越える場合は、電力状態メモリを上位に１ビットシフトし、“１”を下位１ビットに追加する（ステップＳ８０２：Yes、Ｓ８０３）。一定の電力量以下の場合は、電力状態メモリを上位に１ビットシフトし、“０”を下位１ビットに追加する（ステップＳ８０２：No、Ｓ８０４）。
【００５１】
このように、第２実施形態では、ＩＣカード２が、一定間隔で現在の受電状態を表す情報を読み出してそれに応じたレスポンスをＲ／Ｗに提示するようにしたので、電力量が足りない場合に通常動作モードになる事態が回避され、誤動作の発生を有効に防止できるようになる。
【００５２】
（第３実施形態）
第３実施形態では、ＩＣカードにおける実行形式のコマンド処理の安定化を図るとともに、受電状態に応じて自律的に動作モードを変更する場合の例を挙げる。
この場合のＩＣカードは第２実施形態で示したものと基本的に同一構成となるが、動作状態メモリを例えばＲＡＭ（＃２）３２に形成した点が第２実施形態の場合と異なる。動作状態メモリのデータは、コマンド実行中の動作モードの変更を制限するためのデータである。データ長は例えば１バイトであり、コマンド実行中は“０１ｈ”、実行していないときは“００ｈ”となる。
【００５３】
カード立ち上げ処理及び動作モード変更処理は、第２実施形態の場合と同様である。実際のコマンド処理では、第２実施形態の処理のほかに、状態ロック・アンロックの処理が追加される。具体的には、図１１に示す手順でコマンド処理が実行される。
【００５４】
すなわち、Ｒ／Ｗからの電磁波をアンテナ１０で受信した後、送受信制御回路２０で、データ成分を抽出してメモリバッファ２５に記憶するとともに（ステップＳ９０１）、ＣＰＵ３０でそれを読み出してコマンドの種類を判別する（ステップＳ９０２，Ｓ９０３）。
【００５５】
コマンドが状態確認コマンドであった場合は、電力状態確認コマンド処理を実行する（ステップＳ９０３：Yes、Ｓ９０４）。この電力状態確認コマンド処理は第２実施形態の場合と同じである。
【００５６】
コマンドが状態確認コマンドでない場合は、動作状態メモリのデータを「状態ロック」にする（ステップＳ９０３：No、Ｓ９０５）。そして、省電力モード用コマンドであった場合（通常動作モード用コマンドでなかった場合）は省電力モード用コマンド処理を実行する（ステップＳ９０６：No、Ｓ９０７）。通常動作モード用コマンドであり、且つ現在の動作モードが通常動作モードであった場合は通常動作モード用コマンド処理を実行し（ステップＳ９０６：Yes、Ｓ９０８：Yes、Ｓ９０９）、通常動作モードでなければ電力不足エラーレスポンスを生成する（ステップＳ９０６：Yes、Ｓ９０８：No、Ｓ９１０）。その後、各処理結果またはレスポンスを返信し、動作状態メモリのデータを「状態アンロック」に戻す（ステップＳ９１１，Ｓ９１２）。この処理をＲ／Ｗの通信エリア内にある間繰り返す。このようにすれば、実行形式のコマンド処理の安定性を確保できるようになる。
【００５７】
次に、動作状態メモリ及び電力状態メモリの更新処理について説明する。
この更新処理の内容は図１２に示したとおりであり、第２実施形態での処理に加えて動作モード変更処理が入る。また、受電時間を例えばＣＰＵ内のタイマで計測し、タイムアップした場合のみ動作モード変更処理を可能にする点が第２実施形態と異なる。
【００５８】
すなわち、割り込み処理を開始して電力状態メモリを上位に１ビットシフトし、“１”または“０”を下位１ビットに追加する点は第２実施形態のステップＳ８０１〜Ｓ８０４の処理と同じである（ステップＳ１００１〜Ｓ１００４）。
この実施形態では、受電時間の計数値ｉがタイマ最大値を越えていた場合は、計数値ｉを“０”に戻して動作状態メモリのデータを確認する（ステップＳ１００６，Ｓ１００７）。ロック状態となっていなければ、電力状態メモリのデータに応じて動作モードを自律的に設定（または変更）する（ステップＳ１００７：No）。例えば電力状態メモリが“ＦＦｈ”であれば通常動作モードに設定（変更）し（ステップＳ１００９）、“ＦＦｈ”でなければ省電力モードに設定（変更）する（ステップＳ１０１０）。一方、計測値ｉがタイマ最大値以下の場合は「ｉ」を「ｉ＋１」にして割り込み処理を終える（ステップＳ１００５：No、Ｓ１０１１）。
ステップＳ１００７において動作状態メモリのデータがロックされていた場合は、直ちに割り込み処理を終える（ステップＳ１００７：Yes）。
【００５９】
このように、第３実施形態では、状態確認コマンド以外の場合には、該当コマンド処理を実行してレスポンスを返信するまで動作状態メモリをロックし、動作モードを変更できなくしたので、実行形式のコマンド処理の安定化を図ることが可能になり、しかも、受電状態に応じて自律的に動作モードを変更できるようになる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ＩＣ搭載カードとカードリーダとの間で、短い通信距離では高速の通信速度と処理速度で高機能で動作し、長い通信距離でも最低限の動作を保証することができる。従って、一枚のＩＣ搭載カードで、短い通信距離で高いセキュリティが要求される使用環境と、スピードや長い通信距離を要求される使用環境の２つをカバーできるので、従来は不可能であった高額の電子マネーや共通交通乗車券等、幅広いアプリケーションサービスでＩＣ搭載カードを使用することができ、利便性が上がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る非接触型ＩＣカードの構成図。
【図２】カード立ち上げ処理の手順説明図。
【図３】動作モード変更処理の手順説明図。
【図４】（ａ）は通常電力モードへの変更処理の手順説明図、（ｂ）は省電力モードへの変更処理の手順説明図。
【図５】通常コマンド処理の手順説明図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る非接触型ＩＣカードの構成図。
【図７】第２実施形態による動作モード変更処理の手順説明図。
【図８】電力状態を表すデータの構造説明図。
【図９】電力状態確認コマンド処理の手順説明図。
【図１０】電力状態メモリ書換処理の手順説明図。
【図１１】本発明の第３実施形態の非接触型ＩＣカードによる動作モード変更処理の手順説明図。
【図１２】第３実施形態による割り込み処理の手順説明図。
【図１３】従来の非接触型ＩＣカードの構成図。
【符号の説明】
１，２，３  非接触型ＩＣカード
１０  アンテナ
２０  送受信制御回路
２１  データ処理部
２２  電力制御部
２３  クロック生成部
２４  Ｉ／Ｏ制御部
２５  メモリバッファ
３０  ＣＰＵ
３１，３２  ＲＡＭ
３３  ＲＯＭ
３４  ＥＥＰＲＯＭ
３５，３６  ＮＤＰ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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