(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触によって外部装置から電力供給するとともに、該外部装置との間で非接触によるデータ通信を行う半導体装置の動作制御方法であって、
上記半導体装置が動作している期間において、上記半導体装置における内部動作を制御する制御手段の動作を規定するクロック周波数であって、上記半導体装置が備える不揮発性メモリ部に対して情報の書き込み処理および／または消去処理を行う期間における上記クロック周波数を、コマンドを送受信する期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換え、
上記半導体装置におけるパワーオンリセット期間、および／またはウォーミングアップ期間における上記クロック周波数を、上記コマンドを送受信する期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換えることを特徴とする半導体装置の動作制御方法。
【請求項２】
上記半導体装置と上記外部装置との間で相互に通信相手を認識する相互認識通信期間における上記クロック周波数を、上記コマンドを送受信する期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の動作制御方法。
【請求項３】
ＣＰＵによるＯＳの読み出しおよび起動処理のときのクロック周波数を、コマンドを送受信する期間における上記クロック周波数よりも高い値となるように切り換えることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の動作制御方法。
【請求項４】
上記相互認識通信期間が、上記外部装置からの準備要求コマンドを受信する受信期間と、上記外部装置に対してのリクエスト応答コマンドを送信する送信期間とを含んでおり、上記受信期間中において、受信した信号を復調する処理を行う復調回路を動作させる一方、上記送信期間では、上記復調回路の動作を停止させることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の動作制御方法。
【請求項５】
上記データ送受信期間が、上記外部装置からデータを受信する受信期間と、上記外部装置に対してデータを送信する送信期間とを含んでおり、上記受信期間中において、受信した信号を復調する処理を行う復調回路を動作させる一方、上記送信期間では、上記復調回路の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の動作制御方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体装置の動作制御方法をコンピュータに実行させる半導体装置動作制御プログラム。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体装置の動作制御方法をコンピュータに実行させる半導体装置動作制御プログラムを記録した記録媒体。
【請求項８】
非接触によって外部装置から電力供給するとともに、該外部装置との間で非接触によるデータ通信を行う半導体装置であって、
上記半導体装置における内部動作を制御する制御手段を備え、
上記制御手段が、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体装置の動作制御方法を実行することを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
上記外部装置から受信した信号に基づいて、上記クロック周波数を規定するクロック信号を生成するクロック信号生成手段と、上記クロック信号生成手段によって生成されるクロック信号のクロック周波数を切り換えるクロック切換手段とをさらに備え、
上記制御手段が、上記クロック切換手段に対して指示を行うことによって、上記クロック周波数の変更を行うことを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
上記外部装置から受信した信号を復調する処理を行う復調回路と、上記復調回路の動作を制御する復調回路制御手段とを備え、
上記復調回路制御手段が、上記外部装置から復調処理が必要な信号を受信しているときにのみ上記復調回路が動作するように制御を行うことを特徴とする請求項８または９記載の半導体装置。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の半導体装置を備えたことを特徴とするＩＣカード。
【請求項１２】
非接触によって外部装置から電力供給するとともに、該外部装置との間で非接触によるデータ通信を行う半導体装置の動作制御方法であって、
上記半導体装置が動作している期間において、上記半導体装置における内部動作を制御する制御手段の動作を規定するクロック周波数であって、上記半導体装置が備える不揮発性メモリ部に対して情報の書き込み処理および／または消去処理を行う期間における上記クロック周波数を、コマンドを送受信する期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換え、
上記半導体装置と上記外部装置との間で相互に通信相手を認識する相互認識通信期間における上記クロック周波数を、上記コマンドを送受信する期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換えることを特徴とする半導体装置の動作制御方法。
【請求項１３】
非接触によって外部装置から電力供給するとともに、該外部装置との間で非接触によるデータ通信を行う半導体装置の動作制御方法であって、
上記半導体装置が動作している期間において、上記半導体装置における内部動作を制御する制御手段の動作を規定するクロック周波数であって、上記半導体装置が備える不揮発性メモリ部に対して情報の書き込み処理および／または消去処理を行う期間における上記クロック周波数を、コマンドを送受信する期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換え、
ＣＰＵによるＯＳの読み出しおよび起動処理のときのクロック周波数を、コマンドを送受信する期間における上記クロック周波数よりも高い値となるように切り換えることを特徴とする半導体装置の動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電磁波などを介して非接触で外部の電力供給源から電力を取得するＩＣカードなどに用いられる半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラスチック製のカードに、不揮発性メモリやＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などからなるＩＣチップなどを埋め込んだＩＣカードが普及しつつある。このようなＩＣカードは、現在広く利用されている磁気カードと比較して、より大量のデータを扱うことが可能であること、およびセキュリティに優れていることなどの利点を有しており、次世代のカードとして注目を集めている。また、ＩＣカードは、現在の磁気カードで行われているような様々なアプリケーションを実現するだけでなく、技術的な制限から磁気カードの機能として利用することができなかったアプリケーションにも広く応用することができることから、急速に普及しつつある。
【０００３】
ＩＣカードは、接触型と非接触型とに分類される。接触型ＩＣカードは、その表面に金属製の端子を設け、この端子を、ＩＣカードに対して情報の読み書きを行うリーダライタ装置に設けられた端子とを接続することによって、電力の供給およびデータの送受信を行うものである。非接触型ＩＣカードは、その内部にアンテナコイルを設け、電磁誘導技術を用いてリーダライタ装置が発生する磁場の中にアンテナコイルを進入させることによって、電波（例えば、数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度のキャリア周波数）を介して電力の供給およびデータの送受信を行うものである。非接触型ＩＣカードでは、アンテナコイルによって受信された電力は、ダイオードブリッジによって整流された後に各機能ブロックに供給されることになる。
【０００４】
また、非接触型ＩＣカードは、その通信距離に応じて、さらに近接型、近傍型などに分類される。これらは、現在ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３およびＩＳＯ／ＩＥＣ１０５３６においてそれぞれ標準化が進められている。
【０００５】
非接触型ＩＣカードは、外部装置との接続端子を持たないので、接続端子の接点部の破損などが生じる心配がなく、また、リーダライタ装置に対して近づけるだけで電力の供給およびデータの送受信を行うことが可能となっている。よって、非接触型ＩＣカードは、メンテナンスコストの低減、取り扱いの容易性、処理の高速性などの利点を有することになる。したがって、このような非接触型ＩＣカードを、例えば鉄道やバスなどの乗車券に適用し、非接触型ＩＣカードを改札ゲートにかざしてデータ処理を行ったり（かざし処理）、改札ゲートに瞬間的に接触させてデータ処理を行ったり（タッチ＆ゴー処理）する利用方法が考えられている。
【０００６】
しかしながら、非接触型ＩＣカードは、電波という媒体を介して電力供給を行うものであることにより、常時安定した電力を受けることができるとは限らないという性質を有している。また、アンテナから得られる電源電圧は、電力を供給するリーダライタ装置などの外部装置との距離に左右されることになる。したがって、非接触型ＩＣカードを設計する上で、非接触通信の品質を確保することや、通信距離を確保することは困難となっている。
【０００７】
このような問題に対して、例えば特開平１１−２９６６２７号公報には、電流を検出することによって、通信距離を改善する方法が開示されている。この従来技術以前では、非接触ＩＣカードには消費電流を制御する回路が設けられていなかったので、非接触ＩＣカードにおける消費電流は常時一定となっていた。これにより、例えば非接触ＩＣカードとリーダライタ装置との通信距離が変更されて、送受信アンテナに誘起される電流量が減少すると、非接触ＩＣカードの全構成要素が動作付加となるような事態が生じていた。このような課題に対して、上記従来技術では、送受信アンテナによって受信された変調波が誘起する電流量を検出し、その電流値に応じてＣＰＵに供給する動作クロックの周期を制御する手法がとられている。
【０００８】
図６に、この従来技術において示されている構成例を示す。この構成例では、リーダライタ装置４１との間で電力の供給および通信を行う非接触ＩＣカードが示されている。この非接触ＩＣカードは、送受信アンテナ４２、電流検出回路４３、変調回路４４、復調回路４５、整流電圧制御回路４６、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)４７、クロック発振回路４８、ＣＰＵ４９、コ・プロセッサ５０、および不揮発性メモリ５１を備えた構成となっている。ここで、コ・プロセッサ５０は、データの暗号化処理に用いられる演算部を示している。
【０００９】
上記の構成において、送受信アンテナ４２において変調波が受信されると、整流電圧制御回路４６によって受信された変調波が整流され、非接触ＩＣカードの全構成要素に供給するための電力が生成される。復調回路４５は、変調波からデータを復調し、これをＵＡＲＴ４７に出力する。ＵＡＲＴ４７は、ＣＰＵ４９に対してパラレルデータを出力し、ＣＰＵ４９は、このパラレルデータを解析し、コマンドとして理解して動作を行う。
【００１０】
このようなシステムにおいて、リーダライタ装置４１と非接触ＩＣカードとの通信距離が長くなると、誘起される電力が減少し、非接触ＩＣカードの全構成要素に必要な電力の供給が不可能になる場合がある。そこで、上記の構成では、電流検出回路４３によって送受信アンテナ４２に流れる電流値を検出し、その電流値に応じて、クロック発振回路４８がＣＰＵ４９の動作クロック周波数を増減している。また、電流検出回路３４は、変調波が誘起した電流値を検出し、その電流値に応じて電力供給手段による電力供給対象が制御されるように構成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平１１−２９６６２７号公報に開示されている構成では、電流に応じて動作クロックを切り替える方式を採用しているが、この方式は、マイコンシステムなどの比較的安定した電源電圧の供給が可能なシステムで一般的に用いられている電力節電方法である。しかしながら、非接触で電力を供給するシステムにおいては、供給される電力は電力源との距離に大きく依存している。すなわち、電力源との距離が離れるに従って給電電流が減少し、これに伴って、動作クロックが低速化されることになる。ここで、動作クロックは、ＣＰＵのみならず非接触ＩＣカード内の全ての構成における動作を規定するクロックであるので、電力源との距離が離れると、非接触ＩＣカードの全パフォーマンスが低下してしまうという問題がある。
【００１２】
また、プログラムに基づいた処理が行われている最中に、非接触ＩＣカードとリーダライタ装置との通信距離が変化した場合には、プログラムの動作処理中に動作クロックが変更される可能性があることになる。この場合、プログラムの処理が誤動作する可能性があるという問題がある。
【００１３】
ここで、非接触ＩＣカードにおける通信距離および供給電力に関係する課題について詳細に説明する。上記したように、近接型の非接触ＩＣカードの通信方式は、ＩＳＯ１４４４３ｔｙｐｅＢ規格（ＡＳＫ１０％）で規格化されており、いわゆる低深度変調による変調方式が採用されている。ここで、低深度変調とは、通信に使用される信号の変調率が例えば１０％程度の低い値となっている変調方式のことである。上記の変調率は、通信に使用される信号の最大幅Ａｍａｘおよび最小幅Ａｍｉｎに基づいて、
変調率＝（Ａｍａｘ−Ａｍｉｎ）／（Ａｍａｘ＋Ａｍｉｎ）
という式によって定義される。
【００１４】
一般的に、低深度変調は、信号の振幅幅が小さく、搬送波自身に大きな振幅を確保する必要がないので、消費電流の点では有利な通信であるといえる。しかしながら、低深度変調においては、信号の振幅幅が小さいことによって、電圧の変動に対して敏感となり、ＣＰＵ動作などによる僅かな電圧変動が通信品質に影響を与えることになる。このため、整流された電圧は、通常レギュレータなどによって定電圧化し、ＣＰＵ動作などの電力消費による電圧変動が生じても定電圧が保持されるように設計されている。
【００１５】
しかしながら、供給電力に対してＣＰＵ動作時の電力消費が顕著になり、これによる電圧低下が定電圧回路による補正可能な範囲を超えてくると、通信に影響を与えるようになる。すなわち、非接触ＩＣカードとリーダライタ装置との距離が離れてくると、過度に供給電圧能力が低下し、この結果、通信品質を低下させる原因となるという問題が生じることになる。
【００１６】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、処理能力を低下させることなく、通信品質を確保することが可能な半導体装置の動作制御方法、半導体装置動作制御プログラム、半導体装置動作制御プログラムを記録した記録媒体、半導体装置、およびＩＣカードを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、非接触によって外部装置から電力供給するとともに、該外部装置との間で非接触によるデータ通信を行う半導体装置の動作制御方法であって、上記半導体装置が動作している期間において、上記半導体装置における内部動作を制御する制御手段の動作を規定するクロック周波数を、少なくとも、通信処理が行われている第１の期間の方が、通信処理が行われていない第２の期間よりも低い値となるように切り換えることを特徴としている。
【００１８】
非接触によって外部装置との間で通信処理を行う際には、半導体装置内での内部電源の電圧レベルがある程度高くなっている方が、通信可能距離を確実に確保することができ、通信品質を向上させることが可能となる。ここで、上記の方法では、まず、通信処理が行われている期間と、通信処理が行われていない期間とを区別し、これらの期間の間で、制御手段の動作を規定するクロック周波数を切り換えるような動作制御が行われている。すなわち、通信処理が行われている期間でクロック周波数を低くすれば、制御手段における消費電流が減少することになり、制御手段の電流消費による内部電源の電圧レベルの低下の程度を抑制することができる。
【００１９】
また、通信処理が行われていない期間では、例えば制御手段によって何らかの処理動作が行われていることが考えられるので、クロック周波数を高くすることによって、制御手段による処理能力を向上させることができる。
したがって、上記の方法によれば、半導体装置における処理能力を低下させることなく、通信時における通信品質を高い状態に保つことが可能となる。
【００２０】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記の方法において、上記第１の期間が、上記半導体装置と上記外部装置との間で相互に通信相手を認識する相互認識通信期間を含んでいる方法としてもよい。
【００２１】
上記の方法では、クロック周波数を低くする期間である第１の期間として、半導体装置と外部装置との間で相互に通信相手を認識する相互認識通信期間を設定している。この期間において、通信品質が劣化するなどの不具合が生じると、的確に通信相手を認識することができなくなる。この場合、通信相手の認識に必要以上の時間がかかることによって、非接触通信処理における処理時間が長くなり、操作性の低下を招くことになる。これに対して、上記の方法のように、相互認識通信期間では、制御手段の動作を規定するクロック周波数を低くすることによって、通信品質を確保することによって、上記のような問題が発生することを抑制することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記の方法において、上記第１の期間が、データの送受信を行うデータ送受信期間を含んでいる方法としてもよい。
【００２３】
上記の方法では、クロック周波数を低くする期間である第１の期間として、データの送受信を行う期間を設定している。この期間において、通信品質が劣化するなどの不具合が生じると、的確なデータ通信を行うことができなくなる。この場合、例えばデータの再送処理などが繰り返されることによって、非接触通信処理における処理時間が長くなり、操作性の低下を招くことになる。これに対して、上記の方法のように、データ送受信期間では、制御手段の動作を規定するクロック周波数を低くすることによって、通信品質を確保することによって、上記のような問題が発生することを抑制することが可能となる。
【００２４】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記の方法において、上記半導体装置におけるパワーオンリセット期間、および／またはウォーミングアップ期間における上記クロック周波数を、上記第２の期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換える方法としてもよい。
【００２５】
上記の方法では、クロック周波数を低くする期間として、さらにパワーオンリセット期間、および／またはウォーミングアップ期間を設定している。パワーオンリセット期間において動作するパワーオンリセット回路は、クロック周波数の影響を受けることがない回路であるので、クロック周波数を低くしても問題なく動作を行うことが可能である。また、ウォーミングアップ期間では、例えばウォーミングアップカウンタやモード切り換えスイッチなどが動作するのみであり、制御手段は動作する必要はないので、クロック周波数を低くしても、処理能力はほとんど変化しないものとなる。
【００２６】
したがって、この期間においてクロック周波数を低速化することによって制御手段における消費電流を低減することが可能となり、これによって制御手段の動作に関わる電力の負荷を減らすことによって電源の立ち上がりを早くすることが可能となる。すなわち、上記のような方法によれば、電源の立ち上がりが早くなることによって、パワーオンリセット期間、および／またはウォーミングアップ期間の短縮を図ることが可能となり、半導体装置における処理時間の短縮が可能となる。
【００２７】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記の方法において、上記半導体装置が備える不揮発性メモリ部に対して情報の書き込み処理および／または消去処理を行う期間における上記クロック周波数を、上記第２の期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換える方法としてもよい。
【００２８】
上記の方法では、クロック周波数を低くする期間として、さらに不揮発性メモリ部に対して情報の書き込み処理および／または消去処理を行う期間を設定している。不揮発性メモリ部に対する情報の書き込み処理および消去処理は、電流の消費量が極めて大きいものとなる。よって、これらの処理が開始されると、消費電流の増大によって、内部電源の電圧レベルがある程度低下することになる。一方、不揮発性メモリ部に対するデータの書き込み処理および消去処理が行われている最中では、制御手段によって行われる処理は比較的少ない状態となる。
【００２９】
すなわち、上記の方法のように制御すれば、制御手段における消費電流が低減されることによって、内部電源の電圧レベルの低下を抑制することが可能となる。したがって、不揮発性メモリ部における書き込み処理および消去処理を行うことによる電流消費の増大によって、内部電源の電圧レベルが著しく低下し、これによる動作異常の発生を抑制することが可能となる。また、このような制御によるパフォーマンスの低下もほとんど発生しない。
【００３０】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記の方法において、上記相互認識通信期間が、上記外部装置からの準備要求コマンドを受信する受信期間と、上記外部装置に対してのリクエスト応答コマンドを送信する送信期間とを含んでおり、上記受信期間中において、受信した信号を復調する処理を行う復調回路を動作させる一方、上記送信期間では、上記復調回路の動作を停止させる方法としてもよい。
【００３１】
上記の方法では、準備要求コマンドの受信期間では復調回路を動作させる一方、リクエスト応答コマンドの送信期間では復調回路の動作を停止させる制御を行っている。このような制御によれば、復調動作が必要なときにのみ復調回路が動作することになるので、例えば送信期間中において、何らかの要因によって内部電源の電圧レベルが変動し、これによって復調回路に対してノイズが入力された場合でも、復調回路の動作は停止されているので、復調回路から不要な出力が行われることを防止することができる。このような復調回路からの不要な出力は、例えば復調回路からの出力に基づいて動作する制御手段の誤動作を招くことになるので、上記のようにノイズの影響を防止することによって、半導体装置の誤動作を防止することができる。
【００３２】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記の方法において、上記データ送受信期間が、上記外部装置からデータを受信する受信期間と、上記外部装置に対してデータを送信する送信期間とを含んでおり、上記受信期間中において、受信した信号を復調する処理を行う復調回路を動作させる一方、上記送信期間では、上記復調回路の動作を停止させる方法としてもよい。
【００３３】
上記の方法では、データの受信期間では復調回路を動作させる一方、データの送信期間では復調回路の動作を停止させる制御を行っている。このような制御によれば、復調動作が必要なときにのみ復調回路が動作することになるので、上記と同様に、ノイズの影響を防止することによって、半導体装置の誤動作を防止することができる。
【００３４】
また、本発明に係る半導体装置動作制御プログラムは、上記の半導体装置の動作制御方法をコンピュータに実行させることを特徴としている。
【００３５】
上記プログラムを半導体装置が備えるコンピュータシステムにロードすることによって、上記半導体装置の動作制御方法を実現することが可能となる。
【００３６】
また、本発明に係る半導体装置動作制御プログラムを記録した記録媒体は、上記の半導体装置の動作制御方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録していることを特徴としている。
【００３７】
上記記録媒体に記録されたプログラムを半導体装置が備えるコンピュータシステムにロードすることによって、上記半導体装置の動作制御方法を実現することが可能となる。
【００３８】
また、本発明に係る半導体装置は、非接触によって外部装置から電力供給するとともに、該外部装置との間で非接触によるデータ通信を行う半導体装置であって、上記半導体装置における内部動作を制御する制御手段を備え、上記制御手段が、上記の半導体装置の動作制御方法を実行することを特徴としている。
【００３９】
上記の構成によれば、上記した半導体装置の動作制御方法を制御手段が実行するので、上記した動作制御方法による作用効果が実現された半導体装置を提供することができる。すなわち、処理能力を低下させることなく、通信時における通信品質を高い状態に保つことが可能な半導体装置を提供することができる。
【００４０】
また、本発明に係る半導体装置は、上記の構成において、上記外部装置から受信した信号に基づいて、上記クロック周波数を規定するクロック信号を生成するクロック信号生成手段と、上記クロック信号生成手段によって生成されるクロック信号のクロック周波数を切り換えるクロック切換手段とをさらに備え、上記制御手段が、上記クロック切換手段に対して指示を行うことによって、上記クロック周波数の変更を行う構成としてもよい。
【００４１】
上記の構成によれば、クロック信号は、外部装置から受信した信号に基づいてクロック信号生成手段によって生成され、クロック周波数の切換は、クロック切換手段によって行われることになる。このようなクロック信号生成手段およびクロック切換手段自体は、比較的入手が容易であるので、本発明の動作制御方法を容易に実現することが可能となる。
【００４２】
また、本発明に係る半導体装置は、上記の構成において、上記外部装置から受信した信号を復調する処理を行う復調回路と、上記復調回路の動作を制御する復調回路制御手段とを備え、上記復調回路制御手段が、上記外部装置から復調処理が必要な信号を受信しているときにのみ上記復調回路が動作するように制御を行う構成としてもよい。
【００４３】
上記の構成によれば、復調回路制御手段による制御によって、外部装置から復調処理が必要な信号の受信期間にのみ、復調回路が動作する一方、それ以外の期間では、復調回路の動作が停止する。このような制御によれば、復調動作が必要なときにのみ復調回路が動作することになるので、例えば送信期間中において、何らかの要因によって内部電源の電圧レベルが変動し、これによって復調回路に対してノイズが入力された場合でも、復調回路の動作は停止されているので、復調回路から不要な出力が行われることを防止することができる。このような復調回路からの不要な出力は、例えば復調回路からの出力に基づいて動作する制御手段の誤動作を招くことになるので、上記のようにノイズの影響を防止することによって、半導体装置の誤動作を防止することができる。
【００４４】
また、本発明に係るＩＣカードは、上記の半導体装置を備えたことを特徴としている。
【００４５】
上記のような半導体装置をＩＣカードに適用することによって、例えば、外部の電力供給源からの距離に応じて電力供給の程度が変化する非接触型ＩＣカードにおいても、処理能力を低下させることなく、通信時における通信品質を高い状態に保つことが可能となる。したがって、使い勝手がよく、応用範囲が広いＩＣカードを実現することができる。
【００４６】
また、例えば、上記のような非接触型ＩＣカードに、接触型の端子を設けるなどをすれば、非接触型および接触型を兼用したＩＣカードを実現することも可能である。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００４８】
図３は、本実施形態に係る半導体回路装置の概略構成を示すブロック図である。この半導体回路装置は、非接触ＩＣカードに内蔵されるものである。
【００４９】
この半導体回路装置は、電磁波を用いた通信を行うＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１Ａ、各種論理演算を行う論理回路を複数備えたロジック部１Ｂ、不揮発性メモリ部８、電圧制御回路部９などを備えた構成となっている。ロジック部１Ｂは、データ処理用のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）（制御手段）２、暗号を高速処理するためのセキュリティ用プロセッサ３、演算処理における作業領域としてのワークＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４、起動時に用いられるブートＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）５、プロトコル制御回路６、リセット回路７、クロック切換レジスタ（クロック切換手段）１０、復調制御回路レジスタであるＲＥＣＥＮ（復調回路制御手段）１１、および動作クロック生成ブロックであるＣＧ（クロック信号生成手段）１２、などを備えた構成となっている。
【００５０】
また、ＲＦ部１Ａは、電磁誘導を起動させるアンテナコイル１３、アンテナコイル１３の接続端子およびショットキーダイオードなどから構成される整流回路１４、変調回路１５、復調回路１６、クロック抽出回路１７、およびパワーオンリセット回路１８を備えた構成となっている。
【００５１】
まず、上記の構成における動作の概要を説明する。リーダライタ装置から送信されたキャリア波は、給電に最適に構成されたアンテナコイル１３によって受信される。アンテナコイル１３における電磁誘導によって生じた電力は、整流回路１４によって整流される。整流回路１４によって全波整流された電源電圧であるＶＣＣ電源は、電圧制御回路部９に入力され、この電圧制御回路部９において各ブロックに最適な電圧が生成され、各ブロックに供給される。また、整流回路１４からの搬送波形がクロック抽出回路１７によって抽出され、クロック信号が生成される。
【００５２】
さらに、変調回路１５および復調回路１６によって、振幅変調により双方向でデータ通信が行われる。受信した信号は、復調回路１６によって復調信号に変換されてプロトコル制御回路６に入力され、ＣＰＵ２によって処理される。またＣＰＵ２において送信信号が生成されると、この送信信号がプロトコル制御回路６から変調回路１５に入力され、変調回路１５において送信に適した信号に変換された後に、アンテナコイル１３から送信される。プロトコル制御回路６は、詳細は後述するが、初期応答の処理、および非接触で通信するデータを適切なデータ転送フォーマットへ変換する処理などをハードウェアで実行する回路である。
【００５３】
なお、本実施形態において用いられる非接触ＩＣカード、およびこの非接触ＩＣカードに対応したリーダライタ装置は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３ｔｙｐｅＢ規格に準拠するものとしている。また、ＲＦ部１Ａは、リーダライタ装置が送信する１３．５６ＭＨｚのキャリア波を受信し、変調回路１５および復調回路１６は、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）１０％振幅変調によってキャリア波に重畳されたデータを変復調するものとしている。
【００５４】
また、動作クロック生成ブロックとしてのＣＧ１２は、クロック抽出回路１７で抽出されたクロックを発振源として動作クロックを生成している。このＣＧ１２は、クロック切換レジスタ１０において設定されているクロック周波数の分周設定に基づいて動作クロックを生成している。
【００５５】
クロック切換レジスタ１０は、上記のように、クロック周波数の分周設定の値を格納するレジスタである。このクロック切換レジスタ１０に格納される値は、ＣＰＵ２からの指示によって変更可能となっている。本実施形態では、クロック抽出回路１７によって抽出されたクロック周波数に対して、１／１、１／２、１／４、１／８分周の切り換えが可能となるように、クロック切換レジスタ１０が設定されている。
【００５６】
また、復調制御回路レジスタとしてのＲＥＣＥＮ１１は、復調回路１６の動作を制御する値を格納するレジスタである。例えば、ＲＥＣＥＮ１１のレジスタにおける所定の１ビットに“１”データを書き込むことによって復調回路を動作させ、“０”データを書き込むことによって復調回路の動作を停止させるように制御することが可能となっている。このＲＥＣＥＮ１１に格納させる値は、ＣＰＵ２からの指示によって変更可能となっている。
【００５７】
また、不揮発性メモリ部８は、例えばＥＥＰＲＯＭ(electrically erasable/programmable read only memory)などによって構成されるメモリである。なお、この不揮発性メモリ部８としては、ＥＥＰＲＯＭに限定されるものではなく、不揮発性のメモリであればどのようなメモリを用いてもよい。
【００５８】
以上のように、本実施形態における半導体回路装置は、ＣＰＵ２によって、クロック切換レジスタ１０およびＲＥＣＥＮ１１に格納されている値を適切な値に設定することによって、動作クロックの切り換えと、復調回路１６の動作の制御を行うことが可能となっている。
【００５９】
次に、本実施形態における半導体回路装置の制御方法について説明する。まず最初に、ＩＳＯ１４４４３規格に規定されている非接触通信におけるデータ転送フォーマットについて図４（ａ）および図４（ｂ）を参照しながら説明する。
【００６０】
非接触通信におけるデータ転送フォーマットは、図４（ａ）に示すように、ＳＯＦ（スタートファイル）、キャラクタデータ、およびＥＯＦ（エンドファイル）の３つのデータ転送領域によって構成されたものとなっている。ＳＯＦは、１０〜１１ｅｔｕの期間からなる論理レベルがＬとなるデータ転送領域である。なお、１ｅｔｕは、１ｂｉｔデータを転送するのに必要とされる時間を示している。このＳＯＦを受信することによって、非接触ＩＣカードあるいはリーダライタ装置は、データの送信が開始されたことを認識する。ＥＯＦは、ＳＯＦと同様に、１０〜１１ｅｔｕの期間からなる論理レベルがＬとなるデータ転送領域である。このＥＯＦを受信することによって、非接触ＩＣカードあるいはリーダライタ装置は、データの送信が終了したことを認識する。
【００６１】
キャラクタデータは、例えばコマンドや各種データによって構成されるデータ転送領域である。このキャラクタデータ内には、図４（ｂ）に示すように、スタートビットから始まる８ビットデータ、およびストップビットからなるバイトデータが複数含まれている。
【００６２】
次に、半導体回路装置における初期応答動作について図５を参照しながら説明する。図５は、ＩＳＯ１４４４３ｔｙｐｅＢに規定されている初期応答動作の処理の流れを示すフローチャートである。この初期応答では、上記したデータ通信フォーマットに則ったデータ通信が行われる。
【００６３】
まず、ステップ１（以降、Ｓ１のように称する）は、半導体回路装置の電源がＯＦＦとなっている状態を示している。その後、電源が立ち上がると、Ｓ２において、半導体回路装置は、ＲＥＱＢコマンドまたはＷＡＩＴコマンドの受信の待機状態となる。ＲＥＱＢコマンドおよびＷＡＩＴコマンドは、リーダライタ装置から、非接触ＩＣカードに対して、初期応答時および通常通信時におけるデータ通信の準備を要求するコマンドである。このＲＥＱＢコマンドおよびＷＡＩＴコマンドは、アプリケーションＩＤ（ＡＦＩ）属性情報パラメータ（ＰＡＲＭ）および巡回冗長検査符号（ＣＲＣ）などの情報を含んでいる。
【００６４】
ここで、電源の立ち上がりからＲＥＱＢコマンドの送信までに要する時間は、非接触ＩＣカードの電源検出パワーオンリセットにかかる時間や、電源立ち上がりシーケンスにおけるモード判別などに依存している。
【００６５】
準備要求コマンドであるＲＥＱＢコマンドを受信すると、まずＳ３において、ＲＥＱＢコマンドに含まれるアプリケーションＩＤ（ＡＦＩ）が一致するかの確認が行われる。ここで、ＡＦＩが一致しないと判断されると（Ｓ３においてＮＯ）、半導体回路装置が対応していないＲＥＱＢコマンドが受信されたものと判断され、Ｓ２に戻って、再びＲＥＱＢコマンドまたはＷＡＩＴコマンドの受信の待機状態となる。
【００６６】
一方、ＡＦＩが一致していると判断されると（Ｓ３においてＹＥＳ）、次にＳ４において、ＲＥＱＢコマンドに含まれる属性情報（ＰＡＲＭ）から、リーダライタ装置に同時に挿入可能なＩＣカードの枚数の上限値Ｎの判定が行われる。本実施形態では、Ｎ＝１であるか否かが判定されている。ここで、Ｎ＝１でないと判断された場合（Ｓ４においてＮＯ）、他のＩＣカードによる通信との衝突を防止するために、Ｓ５において通信の衝突防止などのその他の処理が行われ、その後Ｓ６からの処理が行われる。
【００６７】
一方、Ｎ＝１であると判断された場合（Ｓ４においてＹＥＳ）、Ｓ６において、リーダライタ装置に対してＡＴＱＢコマンドの送信が行われる。ＡＴＱＢコマンドは、ＲＥＱＢコマンドに対するリクエスト応答信号であり、擬似ＩＤ（ＰＵＰＩ）、アプリケーション情報(Application data)、プロトコル情報(Protocol info)ＣＲＣなどを含んでいる。
【００６８】
ＡＴＱＢコマンドの送信が行われ、リーダライタ装置がこれを受信すると、Ｓ７において、識別子、上位階層情報などを含んだＡＴＴＲＩＢコマンドの送信が行われ、以降、半導体回路装置とリーダライタ装置との間で通信が確立される。
【００６９】
次に、プロトコル制御回路６における処理について説明する。ＲＥＱＢコマンドの受信からＡＴＱＢコマンドの送信までにかかる所要時間は、ＩＳＯ１４４４３ｔｙｐｅＢ規格によって規定されており、２５６／ｆｓ（ｆｓ＝１３．５６／１６ＭＨｚであり、サブキャリア周波数を示している）である。この期間内にＡＴＱＢコマンドの返信がなければ、初期応答確認が成立しなくなる。したがって、この処理を所定期間内にソフトウェアで処理する場合には、ＣＰＵ２の高速化が必要となる。
【００７０】
ところが、非接触通信では、リーダライタ装置から電磁誘導による給電を行うために、大容量メモリが消費するような大電力の駆動を行うことはできず、小容量で、幾分不安定な電源供給となっている。すなわち、非接触ＩＣカードにおいては、低消費電流化が望まれており、消費電流の大きい高速なＣＰＵ２を利用することは困難となっている。このような理由により、非接触通信における電流消費の負担を軽くするために、プロトコル制御回路はハードウェアによって初期応答処理を行う構成となっている。
【００７１】
次に、本実施形態における、初期応答から変復調通信を行うまでの動作について、図１に示すタイミングチャートに基づいて説明する。同図に示すように、初期応答から変復調通信を行うまでの期間を（１）〜（８）の８つの期間に分割する。（１）の期間は電源立ち上がり期間、（２）の期間はＣＰＵ２のウォーミングアップ（ＷＵＰ）期間、（３）の期間は不揮発性メモリ部８に格納されているＯＳ(Operating System)のプログラムが読み出されて起動処理を行っている期間、（４）の期間はプロトコル制御回路６の起動期間、（５）の期間はＲＥＱＢコマンドの受信期間、（６）の期間はＡＴＱＢコマンドの送信期間、（７）の期間はデータ通信の準備期間、（８）の期間は通常データの通信期間をそれぞれ示している。以下に、上記の各期間における処理の詳細について説明する。
【００７２】
（１）の期間では、パワーオンリセット回路１８などによって受信している電源電圧が検出され、所定の電圧（ＶＣＣ電圧）にまで到達するまでの処理が行われる。この（１）の期間によって、初期リセット期間が確保される。
【００７３】
（２）の期間では、システムの立ち上げのためのウォーミングアップ処理が行われている。この期間内において、テストモードの選択や非接触モードの選択などが行われる。
【００７４】
ここで、（１）の期間および（２）の期間において、ＣＰＵ２は、クロック切換レジスタ１０に格納されているクロック周波数の分周設定を所定の値に設定することによって、クロック周波数を所定の値に設定している。本実施形態では、（１）の期間および（２）の期間では、クロック周波数の分周設定を最低速である１／８に設定している。これは、これらの期間において、クロック周波数を最低速に設定しても、電圧検出動作、ウォーミングアップ動作、モード選択動作に対する影響はなく、パフォーマンスを低下させることもないからである。
【００７５】
詳しく説明すると、電圧検出動作を行うパワーオンリセット回路１８は、クロック周波数の影響を受けることがない回路であるので、最低クロックでも問題なく動作を行うことが可能である。また、ウォーミングアップ動作およびモード選択動作は、ウォーミングアップカウンタ（図示せず）やモード切り換えスイッチ（図示せず）などが動作するのみであり、ＣＰＵ２は動作する必要はないので、クロックを最低にしても、処理能力はほとんど変化しないものとなる。
【００７６】
なお、このときのＣＰＵ２における消費電流は、実測で数ｍＡ程度となる。すなわち、この期間では、クロック周波数を低速化することによってＣＰＵ２における消費電流が低減することになり、これによってＣＰＵ２の動作に関わる電力の負荷を減らすことによって電源の立ち上がりを早くすることが可能となっている。
【００７７】
なお、本実施形態では、（１）および（２）の期間では、クロック周波数の分周設定を１／８に設定しているが、これに限定されるものではなく、ＣＰＵ２の性能や処理内容などに応じて、パフォーマンスを低下させない範囲で最低限の値に設定すればよい。一例としては、これらの期間におけるクロック周波数の分周設定を、１／８〜１／４の間に設定すればよい。
【００７８】
（２）の期間では、ＣＰＵ２は、ブートＲＯＭ５に記憶されているプログラムを読み出すことによって処理を行っている。しかしながら、（３）の期間以降では、不揮発性メモリ部８に記憶されているＯＳプログラムの読み出し、およびこのＯＳに基づく処理が行われることになる。ここで、本実施形態では、（３）の期間に移行した際に、ＣＰＵ２からの指示によって、クロック切換レジスタ１０に格納されているクロック周波数の分周設定が、最高速である１／１に切り換えられる。これは、ＣＰＵ２の動作クロックを最高にすることによって、ＯＳの読み出しおよび起動処理を高速化し、（３）の期間を短くすることを目的としている。
【００７９】
なお、（３）の期間では、クロック周波数を最高にすることによって電圧の降下が生じている。電圧の降下の度合いは、リーダライタ装置の磁場の強度や、リーダライタ装置と非接触ＩＣカードとの距離などのシステム環境に依存するものであるが、具体的には、ＣＰＵ２における消費電流は数１０ｍＡ程度となり、定格電圧が５Ｖである場合、（３）の期間では、内部電源の電圧が約４．６Ｖ程度に降下している。しかしながら、この期間では通信処理は行われないので、電圧降下による通信可能距離の低下などの問題が生じていても、動作に支障が生じることはない。また、不揮発性メモリ部８からのＯＳプログラムの読み出し動作、およびＯＳの起動動作に関しても、上記のような程度の電圧降下であれば、十分に動作が可能である。
【００８０】
なお、本実施形態では、（３）の期間では、クロック周波数の分周設定を１／１に設定しているが、これに限定されるものではなく、ＣＰＵ２の性能や処理内容などに応じて、ＯＳの読み出しおよび起動処理を高速化することが可能となる範囲での値に設定すればよい。一例としては、この期間におけるクロック周波数の分周設定を、１／２〜１／１の間に設定すればよい。
【００８１】
次に、（４）の通信準備期間に移行する。本実施形態では、この通信準備期間として５０μｓの期間を設けている。この期間は、通信開始のための各種設定動作が完了するには十分な時間となるように設定している。したがって、ＣＰＵ２を高速に動作させなくても、上記各種設定動作を通信準備期間内で完了することが可能となっている。よって、本実施形態では、（４）の期間に移行した際に、ＣＰＵ２からの指示によって、クロック切換レジスタ１０に格納されているクロック周波数の分周設定が、最低速である１／８に切り換えられる。
【００８２】
このように、クロック周波数が最低速に切り換えられることによって、ＣＰＵ２における消費電流が減少することになり、内部電源の電圧が定格電圧である５Ｖに復帰する。
【００８３】
なお、本実施形態では、（４）の期間では、クロック周波数の分周設定を１／８に設定しているが、これに限定されるものではなく、ＣＰＵ２の性能や処理内容などに応じて、上記各種設定動作を通信準備期間内で完了することが可能となる範囲で最低限の値に設定すればよい。一例としては、これらの期間におけるクロック周波数の分周設定を、１／８〜１／４の間に設定すればよい。
【００８４】
次に、（５）のＲＥＱＢコマンドの受信および復調を行う期間から、（６）のＡＴＱＢコマンドの変調および送信を行う期間に移行する。（５）の期間では、ＲＥＱＢコマンドの受信が行われ、このＲＥＱＢコマンドに含まれるアプリケーション情報の確認や、リーダライタ装置に挿入可能なＩＣカードの枚数の上限値の確認などが行われる。そして、（６）の期間において、ＡＴＱＢコマンドの送信処理が行われる。これらの処理については前述したとおりである。
【００８５】
以上の（５）および（６）の期間での処理は、プロトコル制御回路６によって行われることになる。プロトコル制御回路６は、前記したように、このような初期応答処理をハードウェアによって実行する構成となっている。したがって、この期間では、ＣＰＵ２が高速に処理を行う必要はない。よって、本実施形態では、（５）および（６）の期間では、クロック周波数の分周設定が、最低速である１／８の状態が維持される。ここで、プロトコル制御回路６は、クロック抽出回路１７によって抽出されたクロック信号に基づいて、ボーレートジェネレータ（図示せず）によって生成されたクロック信号に同期して動作しており、ＣＰＵ２の動作クロックとは独立して動作している。
【００８６】
なお、本実施形態では、（５）および（６）の期間では、クロック周波数の分周設定を１／８に設定しているが、これに限定されるものではなく、ＣＰＵ２の性能や処理内容などに応じて、初期応答処理に不具合が生じない範囲で最低限の値に設定すればよい。一例としては、これらの期間におけるクロック周波数の分周設定を、１／８〜１／４の間に設定すればよい。
【００８７】
この（５）の期間では、ＣＰＵ２による消費電流は数ｍＡ程度となっており、例えば（３）の期間のように、クロック周波数を最高速に設定している期間での消費電流である数１０ｍＡと比較すると、大幅に消費電流が低減されていることになる。また、（５）の期間における内部電源の電圧レベルは、実測で約５．０Ｖ程度となり、定格電圧が維持されることになる。すなわち、電圧の降下がほとんど生じないので、通信可能距離を確実に確保することが可能となり、ある程度通信距離が変動しても問題なく通信を行うことが可能となる。また、逆に言えば、通信距離が遠くなることによって電力供給能力が低下したとしても、ＣＰＵ２における消費電流が小さいことにより、内部電源の電圧降下を最小限に抑えることが可能となり、電圧が著しく低下することによる動作上の不具合の発生を抑制することが可能となる。
【００８８】
ここで、内部電源の電圧の降下に伴う弊害について詳しく説明する。電圧制御回路部９の内部にある定電圧回路による電圧補正値（クランプ電圧）は、整流回路１４の出力であるＶＣＣ電源の電圧とクランプ用抵抗（図示せず）によって決定される。通信距離が離れてくると、電力供給能力が低下してくるために、ＣＰＵ２の消費電流が電源電圧に与える影響が大きくなってくる。
【００８９】
ここで、クロック周波数を最高速に設定する場合、ＣＰＵ２での消費電流は数１０ｍＡとなり、内部電源の電圧レベルは約４．６Ｖ程度となる。すなわち、ＣＰＵ２での消費電流が大きい状態の場合、電源電圧の降下を助長することになる。この結果、内部電源の電圧レベルが定電圧回路のクランプ電圧をも下回ってしまうと、通信に影響が及ぶことになり、通信品質が劣化することになる。
【００９０】
したがって、本実施形態では、上記のように、通信動作を行う際には、クロック周波数を低い値（１／８分周）に設定することによってＣＰＵ２による消費電流を低減させることによって、内部電源の電圧レベルの低下を抑制し、通信能力の低下を抑制している。
【００９１】
なお、（６）の期間では、非接触ＩＣカード側からリーダライタ装置に向けてＡＴＱＢコマンドの送信が行われている。この際には、変調回路１５によって、例えばＢＰＳＫ変調によるコマンドの変調処理が行われ、アンテナ１３から電波の送信が行われることになる。ＢＰＳＫ変調とは、パルス波の位相の変化によって情報を表現する変調方式である。なお、変調方式としては、他にＡＭ変調などを用いてもよい。このような送信処理は、受信処理に比べて消費電流が若干大きくなり、これに伴って内部電源の電圧レベルが若干降下した状態で変動することになる。
【００９２】
しかしながら、この電圧降下に関しては、次の２点により問題は少ないものとなっている。すなわち、この電圧降下の程度は、例えばＣＰＵ２の動作クロックを最高速にする場合の電圧降下の程度と比較して僅かなものであり、半導体装置回路内での動作に支障をきたすほどではないものである。また、この電圧降下によって、非接触ＩＣカードから送信する電波の強度が若干低下したとしても、受信側のリーダライタ装置は、安定した電力供給が行われる環境であるので、リーダライタ装置における多少の受信電波強度の低下は、ゲインの変更などによって補償することが可能である。
【００９３】
また、（５）の期間が開始されるタイミングで、ＣＰＵ２は、復調制御回路レジスタとしてのＲＥＣＥＮ１１の所定のビットを“１”に設定する指示を行う。これにより、ＯＮ状態を示すＲＥＣＥＮ信号が復調回路１６に入力され、復調回路１６が復調動作を開始し、受信したＲＥＱＢコマンドの内容がＣＰＵ２に対して送られる。また、（５）の期間が終了するタイミングで、ＣＰＵ２は、ＲＥＣＥＮ１１の所定のビットを“０”に設定する指示を行う。これにより、ＯＦＦ状態を示すＲＥＣＥＮ信号が復調回路１６に入力され、復調回路１６が復調動作を停止する。以上のような制御によれば、復調動作が必要なときにのみ復調回路１６が動作することになるので、復調回路１６が復調動作を停止しているときには、復調回路１６からの出力信号を例えば“Ｈ”レベルに固定することによって、プロトコル制御回路６に対して不要なノイズが入力されることを防止することができる。
【００９４】
このノイズに関して詳しく説明すると、（３）の期間から（４）の期間に移行する際には、クロック周波数が変更されることによって、内部電源の電圧値が瞬間的に変化することになる。この電圧の変動時には、リンギングノイズと呼ばれる不要なノイズが発生することになる。このノイズが発生している際に復調回路が動作していると、受信したコマンドとは関係のない無意味な信号が復調回路から出力されることになり、ＣＰＵ２が誤動作する要因となる。また、クロック周波数が変更された直後から例えばＲＥＱＢコマンドの受信処理が開始されると、ノイズの影響によって、受信したコマンドの情報が正確にＣＰＵ２に伝達されないことになる。すなわち、上記のように、クロック周波数が変更された直後から所定の期間を、ノイズ発生に対する緩衝期間として設定し、この緩衝期間では、ＲＥＣＥＮ１１からの指示によって復調回路１６の動作を停止させる構成とすることによって、ノイズ発生に伴う上記のような問題を解消することが可能となる。さらに、復調回路１６が動作する必要がない期間は、全てＲＥＣＥＮ１１からの指示によって復調回路１６の動作を停止させる構成とすることによって、クロック周波数変更時以外に発生するノイズによる悪影響をも抑制することが可能となる。
【００９５】
次に、（７）のデータ通信の準備期間に移行する。この期間では、実際のデータ通信を行うための準備として、ＣＰＵ２が不揮発性メモリ部８からデータ通信を行うためのアプリケーションプログラムを読み出し、起動処理が行われる。この期間では、ＣＰＵ２は、クロック切換レジスタ１０に格納されているクロック周波数の分周設定を１／１に設定し、クロック周波数を最高速に上げている。クロック周波数を最高速に上げることによって、内部電源の電圧レベルは定格電圧から若干低下することになるが、この期間では通信処理は行われないので、この電圧レベルの低下による上記したような問題は生じないことになる。
【００９６】
なお、本実施形態では、（７）の期間では、クロック周波数の分周設定を１／１に設定しているが、これに限定されるものではなく、ＣＰＵ２の性能や処理内容などに応じて、アプリケーションプログラムの読み出しおよび起動処理を高速化することが可能となる範囲での値に設定すればよい。一例としては、この期間におけるクロック周波数の分周設定を、１／２〜１／１の間に設定すればよい。
【００９７】
次に、（８）のデータ通信の実行期間に移行する。この期間が開始されると、ＣＰＵ２は、クロック切換レジスタ１０に格納されているクロック周波数の分周設定を１／８に設定し、クロック周波数を最低速にしている。これは、この期間では通信処理が行われるので、クロック周波数を低下させることによってＣＰＵ２における消費電流を低減し、上記したような電圧降下の問題を抑制することを目的としている。
【００９８】
そして、（８）の期間の最初に、通信開始のための各種設定動作を行うための通信準備期間として５０μｓの期間を設け、この通信準備期間が経過した後に、実際のデータ通信が行われる。この通信準備期間は、前期した（４）の期間と同様の目的で設けられる期間である。
【００９９】
なお、本実施形態では、（８）の期間では、クロック周波数の分周設定を１／８に設定しているが、これに限定されるものではなく、ＣＰＵ２の性能や処理内容などに応じて、データ通信処理に不具合が生じない範囲で最低限の値に設定すればよい。一例としては、これらの期間におけるクロック周波数の分周設定を、１／８〜１／４の間に設定すればよい。
【０１００】
なお、図示はしていないが、（８）の期間においても、（４）〜（６）の期間と同様に、復調動作が必要とされる期間のみ、ＲＥＣＥＮ信号がＯＮとなるように、ＣＰＵ２がＲＥＣＥＮ１１に格納されている値を変更するようにしている。
【０１０１】
次に、（８）のデータ通信の実行期間における処理の詳細について、図２に示すタイミングチャートに基づいて説明する。同図に示すように、データ通信の実行期間を（１１）〜（１５）の５つの期間に分割する。（１１）の期間はコマンドの受信待ちの期間、（１２）の期間はコマンドを受信している期間、（１３）の期間は不揮発性メモリ部８に対する書き込み、消去処理を行っている期間、（１４）の期間はコマンドを送信している期間、（１５）の期間は、コマンドの受信待ち状態に再び戻っている期間をそれぞれ示している。以下に、上記の各期間における処理の詳細について説明する。
【０１０２】
（１１）の期間は、通信準備が完了し、リーダライタ装置からコマンドが送信されてくることを待機している期間となっている。図２に示す例では、このコマンド受信待ち期間では、ＣＰＵ２は、クロック切換レジスタ１０に格納されているクロック周波数の分周設定を１／４に設定している。
【０１０３】
そして、コマンドの受信が開始されると（１２）の期間に移行し、この期間中でコマンドの受信が行われる。このコマンドの受信が行われている期間においても、クロック周波数は変更されずに、分周設定が１／４の状態が維持される。
【０１０４】
なお、図１に示した例では、データ通信が行われる期間では、クロック周波数の分周設定が１／８に設定されている例を示したが、図２に示す例では、これを１／４に設定していることになる。これは、後述する（１３）の期間において、さらにクロック周波数を低くする制御を行うことを目的としているものである。すなわち、（１１）の期間におけるクロック周波数は、ＣＰＵ２の性能や処理内容などに応じて、データ通信処理に不具合が生じない範囲で、最高速のクロック周波数よりも小さく、最低速のクロック周波数よりも大きい値に設定すればよいことになる。
【０１０５】
コマンドの受信処理が終了すると、（１３）の期間におけるメモリ処理が開始される。この期間では、受信したコマンドの内容に応じて、不揮発性メモリ部８にデータを書き込んだり、記憶されているデータを消去したりする処理が行われることになる。
【０１０６】
不揮発性メモリ部８に対するデータの書き込み処理および消去処理は、電流の消費量が極めて大きいものとなる。よって、これらの処理が開始されると、消費電流の増大によって、内部電源の電圧レベルがある程度低下することになる。一方、不揮発性メモリ部８に対するデータの書き込み処理および消去処理が行われている最中では、ＣＰＵ２によって行われる処理は比較的少ない状態となる。
【０１０７】
これらに基づいて、（１３）の期間中では、ＣＰＵ２は、クロック切換レジスタ１０に格納されているクロック周波数の分周設定を、最低値である１／８に設定する。これにより、ＣＰＵ２における消費電流が低減されることによって、内部電源の電圧レベルの低下を最小限に抑制することが可能となる。したがって、不揮発性メモリ部８における書き込み処理および消去処理を行うことによる電流消費の増大によって、内部電源の電圧レベルが著しく低下し、これによる動作異常の発生を抑制することが可能となる。
【０１０８】
なお、この例では、不揮発性メモリ部８における書き込み処理および消去処理を行う際に、クロック周波数の分周設定を１／８に設定しているが、これに限定されるものではなく、ＣＰＵ２の性能や処理内容、および不揮発性メモリ部８における消費電流量などに応じて、メモリ処理に不具合が生じない範囲で最低限の値に設定すればよい。一例としては、これらの期間におけるクロック周波数の分周設定を、１／８〜１／４の間に設定すればよい。
【０１０９】
次に、（１４）の期間においてコマンドの送信処理が行われる。この期間では、不揮発性メモリ部８に記憶されているデータの読み出し処理、ＣＰＵ２によるコマンドの生成処理、および変調回路１５による変調処理などが行われる。ここで、不揮発性メモリ部８からの読み出し処理は、上記の書き込み処理および消去処理と比較して、消費する電流量は小さいものとなっている。したがって、この期間でのクロック周波数は、（１３）の期間でのクロック周波数よりも高い値、具体的には、クロック周波数の分周設定を１／４に設定している。
【０１１０】
なお、この（１４）の期間で行われるコマンドの送信処理は、受信処理に比べて消費電流が若干大きくなり、これに伴って内部電源の電圧レベルが若干降下した状態で変動することになる。しかしながら、前記したように、この電圧降下による問題は少ないものとなっている。
【０１１１】
そして、コマンドの送信処理が終了すると、（１５）の期間において、前記した（４）の期間と同様の通信準備期間が経過した後に、再びリーダライタ装置からのコマンドの受信待ち状態に移行する。このコマンドの受信待機期間では、クロック周波数は変更されずに、分周設定が１／４の状態が維持される。
【０１１２】
なお、図２に示す例では、クロック周波数の分周設定を、（１１）〜（１２）および（１４）〜（１５）の期間において１／４とし、（１３）の期間において１／８としているが、上記したように、これらの値はあくまで一例であり、各期間での電圧の降下の度合いなどに応じて適宜設定すればよい。例えば、条件によっては、全ての期間のクロック周波数の分周設定を同じ値、例えば１／８とすることも考えられる。
【０１１３】
以上のように、本実施形態における半導体回路装置によれば、通信処理が行われる期間においては、クロック周波数を低速にすることによって消費電流の低減を行い、通信に必要な内部電源の電圧レベルを確保するとともに、通信品質の確保も図っている。また、通信処理が行われていない期間においては、クロック周波数を高速にすることによって、ＣＰＵ２によるデータ処理やコマンド処理などの処理能力を高い状態にすることが可能となっている。
【０１１４】
このように、本実施形態に係る半導体回路装置は、非接触通信において、通信距離を拡大することが可能となり、利便性の向上や応用範囲の拡大などの効果を奏することになる。よって、本半導体回路装置は、非接触ＩＣカード、あるいは非接触型と接触型とを兼用するＩＣカードに好適に用いることができる。
【０１１５】
以上説明した半導体回路装置における動作制御方法は、例えば不揮発性メモリ部８に記憶されるプログラムによって実現されるが、不揮発性メモリ部８に限定されるものではなく、何らかのメモリ手段に記憶されていればよい。また、このプログラムを、外部から通信手段によって不揮発性メモリ部８に記憶させるような形態も考えられる。この場合の外部としては、何らかの記録媒体に記録された上記プログラムを記録した記録媒体でもよいし、いわゆる通信ネットワークを介して接続される外部のコンピュータであってもよい。
【０１１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、半導体装置が動作している期間において、上記半導体装置における内部動作を制御する制御手段の動作を規定するクロック周波数を、少なくとも、通信処理が行われている第１の期間の方が、通信処理が行われていない第２の期間よりも低い値となるように切り換えることを構成である。
【０１１７】
これにより、通信処理が行われている期間でクロック周波数を低くすることによって、制御手段における消費電流が減少することになり、制御手段の電流消費による内部電源の電圧レベルの低下の程度を抑制することができるという効果を奏する。また、通信処理が行われていない期間では、例えば制御手段によって何らかの処理動作が行われていることが考えられるので、クロック周波数を高くすることによって、制御手段による処理能力を向上させることができるという効果を奏する。すなわち、半導体装置における処理能力を低下させることなく、通信時における通信品質を高い状態に保つことが可能となるという効果を奏する。
【０１１８】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記第１の期間が、上記半導体装置と上記外部装置との間で相互に通信相手を認識する相互認識通信期間を含んでいる方法としてもよい。
【０１１９】
これにより、上記の方法による効果に加えて、相互認識通信期間では、制御手段の動作を規定するクロック周波数を低くすることによって、通信品質を確保することによって、上記のような問題が発生することを抑制することが可能となるという効果を奏する。
【０１２０】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記第１の期間が、データの送受信を行うデータ送受信期間を含んでいる方法としてもよい。
【０１２１】
これにより、上記の方法による効果に加えて、通信品質を確保することによって、通信品質が劣化するなどの不具合が生じることによって、非接触通信処理における処理時間が長くなり、操作性の低下を招くという問題が発生することを抑制することが可能となるという効果を奏する。
【０１２２】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記半導体装置におけるパワーオンリセット期間、および／またはウォーミングアップ期間における上記クロック周波数を、上記第２の期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換える方法としてもよい。
【０１２３】
これにより、上記の方法による効果に加えて、電源の立ち上がりが早くなることによって、パワーオンリセット期間、および／またはウォーミングアップ期間の短縮を図ることが可能となり、半導体装置における処理時間の短縮が可能となるという効果を奏する。
【０１２４】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記半導体装置が備える不揮発性メモリ部に対して情報の書き込み処理および／または消去処理を行う期間における上記クロック周波数を、上記第２の期間における上記クロック周波数よりも低い値となるように切り換える方法としてもよい。
【０１２５】
これにより、上記の方法による効果に加えて、不揮発性メモリ部における書き込み処理および消去処理を行うことによる電流消費の増大によって、内部電源の電圧レベルが著しく低下し、これによる動作異常の発生を抑制することが可能となるという効果を奏する。また、このような制御によるパフォーマンスの低下もほとんど発生しない。
【０１２６】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記相互認識通信期間が、上記外部装置からの準備要求コマンドを受信する受信期間と、上記外部装置に対してのリクエスト応答コマンドを送信する送信期間とを含んでおり、上記受信期間中において、受信した信号を復調する処理を行う復調回路を動作させる一方、上記送信期間では、上記復調回路の動作を停止させる方法としてもよい。
【０１２７】
これにより、上記の方法による効果に加えて、例えば送信期間中において、何らかの要因によって内部電源の電圧レベルが変動し、これによって復調回路に対してノイズが入力された場合でも、復調回路の動作は停止されているので、復調回路から不要な出力が行われることを防止することができるという効果を奏する。
【０１２８】
また、本発明に係る半導体装置の動作制御方法は、上記データ送受信期間が、上記外部装置からデータを受信する受信期間と、上記外部装置に対してデータを送信する送信期間とを含んでおり、上記受信期間中において、受信した信号を復調する処理を行う復調回路を動作させる一方、上記送信期間では、上記復調回路の動作を停止させる方法としてもよい。
【０１２９】
これにより、上記の方法による効果に加えて、上記と同様に、ノイズの影響を防止することによって、半導体装置の誤動作を防止することができるという効果を奏する。
【０１３０】
また、本発明に係る半導体装置動作制御プログラムは、上記の半導体装置の動作制御方法をコンピュータに実行させるものである。
【０１３１】
これにより、上記プログラムを半導体装置が備えるコンピュータシステムにロードすることによって、上記半導体装置の動作制御方法を実現することが可能となるという効果を奏する。
【０１３２】
また、本発明に係る半導体装置動作制御プログラムを記録した記録媒体は、上記の半導体装置の動作制御方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録している構成である。
【０１３３】
これにより、上記記録媒体に記録されたプログラムを半導体装置が備えるコンピュータシステムにロードすることによって、上記半導体装置の動作制御方法を実現することが可能となるという効果を奏する。
【０１３４】
また、本発明に係る半導体装置は、半導体装置における内部動作を制御する制御手段を備え、上記制御手段が、上記の半導体装置の動作制御方法を実行する構成である。
【０１３５】
これにより、処理能力を低下させることなく、通信時における通信品質を高い状態に保つことが可能な半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１３６】
また、本発明に係る半導体装置は、上記外部装置から受信した信号に基づいて、上記クロック周波数を規定するクロック信号を生成するクロック信号生成手段と、上記クロック信号生成手段によって生成されるクロック信号のクロック周波数を切り換えるクロック切換手段とをさらに備え、上記制御手段が、上記クロック切換手段に対して指示を行うことによって、上記クロック周波数の変更を行う構成としてもよい。
【０１３７】
これにより、上記の構成による効果に加えて、上記のようなクロック信号生成手段およびクロック切換手段自体は、比較的入手が容易であるので、本発明の動作制御方法を容易に実現することが可能となるという効果を奏する。
【０１３８】
また、本発明に係る半導体装置は、上記外部装置から受信した信号を復調する処理を行う復調回路と、上記復調回路の動作を制御する復調回路制御手段とを備え、上記復調回路制御手段が、上記外部装置から復調処理が必要な信号を受信しているときにのみ上記復調回路が動作するように制御を行う構成としてもよい。
【０１３９】
これにより、上記の構成による効果に加えて、復調動作が必要なときにのみ復調回路が動作することになるので、例えば送信期間中において、何らかの要因によって内部電源の電圧レベルが変動し、これによって復調回路に対してノイズが入力された場合でも、復調回路の動作は停止されているので、復調回路から不要な出力が行われることを防止することができるという効果を奏する。
【０１４０】
また、本発明に係るＩＣカードは、上記の半導体装置を備えた構成である。
【０１４１】
これにより、使い勝手がよく、応用範囲が広いＩＣカードを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体回路装置における、初期応答から変復調通信を行うまでの動作を示すタイミングチャートである。
【図２】上記半導体回路装置における、データ通信の実行期間における処理を示すタイミングチャートである。
【図３】本実施形態に係る半導体回路装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】同図（ａ）は、ＩＳＯ１４４４３規格に規定されている非接触通信におけるデータ転送の概略を示すデータ転送波形図であり、同図（ｂ）は、上記データ転送におけるキャラクタデータの転送で用いられる１ｂｙｔｅデータの概略を示すデータ転送波形図である。
【図５】ＩＳＯ１４４４３ｔｙｐｅＢに規定されている初期応答動作の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】従来の非接触ＩＣカードおよびリーダライタの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１Ａ    ＲＦ部
１Ｂ    ロジック部
２    ＣＰＵ（制御手段）
６    プロトコル制御部
８    不揮発性メモリ部
９    電圧制御回路部
１０    クロック切換レジスタ（クロック切換手段）
１１    ＲＥＣＥＮ（復調回路制御手段）
１２    ＣＧ（クロック信号生成手段）
１３    アンテナコイル
１４    整流回路
１５    変調回路
１６    復調回路
１７    クロック抽出回路
１８    パワーオンリセット回路
【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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