(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数の交流磁界を用い、外部読み書き装置とのデータの授受を非接触で行い、前記外部読み書き装置から位相変調方式によって送信されたデータを受信して、前記外部読み書き装置からの送信信号に基づいて位相復調のための基準位相を再生する非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システムにおいて、
前記受信したデータを位相復調するための初期位相同期確立時に、
前記非接触ＩＣカードが、
前記外部読み書き装置から送信されたデータをそのまま符号化して振幅変調方式によって外部読み書き装置に返送し、
前記外部読み書き装置は、前記送信された元のデータと、前記返送されたデータとを比較して、それらデータが一致しない場合には、前記非接触ＩＣカードへ送信するデータを反転させることを特徴とする非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システム。
【請求項２】
所定周波数の交流磁界を用いて外部読み書き装置とのデータの授受を非接触で行い、前記外部読み書き装置から位相変調方式によって送信されたデータを受信して、前記外部読み書き装置からの送信信号に基づいて位相復調のための基準位相を再生する非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システムにおいて、
前記外部読み書き装置から前記交流磁界を受けて交流電圧を発生するコイルと、
前記コイルが発生した交流電圧に同期した各種のクロック信号を生成するクロック生成回路と、
前記クロック生成回路によって生成された復調用クロック信号に従って、前記コイルが発生した交流電圧をデータに変換する復調回路と、
前記復調回路によって変換されたデータを格納，処理し、前記外部読み書き装置へ伝送するデータを生成，出力すると共に、前記受信したデータを位相復調するための初期位相確立時においては、前記復調回路によって変換されたデータをそのまま出力するデータ処理装置と、
前記クロック生成回路によって生成された符号化用クロック信号を、前記データ処理装置から出力されたデータに従って符号化する符号化回路と、
その符号化された信号に応じて負荷を変化させることによる振幅変調方式によって、前記外部読み書き装置へデータを送信する負荷発生回路と
を有する非接触ＩＣカードと、
前記非接触ＩＣカードへ送信するデータを生成するデータ生成装置と、
所定周波数のクロックを前記データ生成装置により生成されたデータに従って位相変調した信号に対応した交流磁界を発生する送信機と、
前記非接触ＩＣカードからの送信信号を受信し、検波する検波器と、
前記検波器により検波された検波信号から受信データを得る復調器を有する受信機と、
前記初期位相同期確立時において、前記データ生成装置により生成された前記非接触ＩＣカードへの送信用のデータと、前記復調器により得られたデータとを比較して、それらデータが一致しない場合には前記データ生成装置が生成したデータを反転させるデータ変換手段と
を有する外部読み書き装置と、からなることを特徴とする非接触ＩＣカードに対するデータ伝送システム。
【請求項３】
前記符号化用クロック信号は、データ伝送クロック信号と、このデータ伝送クロック信号の２倍の周波数の２倍データ伝送クロック信号とからなり、
前記符号化回路は、前記データ伝送クロック信号および前記２倍データ伝送クロック信号を、前記データ処理装置から出力されたデータに従って、２分周してデータ伝送周波数およびその１／２の周波数となる符号化を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システム。
【請求項４】
前記符号化回路は、
前記データ処理装置からの出力信号を反転させるインバータと、
前記インバータからの出力信号と、前記クロック生成回路からの前記データ伝送クロック信号との論理積を取る第１の論理積ゲートと、
前記データ処理装置からの出力信号と、前記クロック生成回路からの前記２倍データ伝送クロック信号との論理積を取る第２の論理積ゲートと、
前記第１の論理積ゲートからの出力信号と、前記第２の論理積ゲートからの出力信号との否定論理和を取る否定論理和ゲートと、
前記否定論理和ゲートからの出力信号を２分周して、符号化信号として出力する２分周回路と、
を有してなることを特徴とする請求項３に記載の非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システム。
【請求項５】
前記復調器は、前記検波器からの検波信号と、この検波信号をデータ伝送クロック１ビット分遅延させた遅延信号との排他的論理和を取って反転させることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システム。
【請求項６】
前記復調器は、
前記検波器からの検波信号を、データ伝送クロック１ビット分遅延させる遅延回路と、
前記検波器からの検波信号と、前記遅延回路からの出力信号との排他的論理和を取る排他的論理和ゲートと、
前記排他的論理和ゲートの出力信号を反転させるインバータと
を有してなることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触型情報媒体に関し、詳しくは、オフィスオートメーション（Office Automation，OA）、ファクトリーオートメイション（Factory Automtion，FA）、セキュリティ（Security）分野等で使用されるＩＣカード等の情報媒体において、電磁結合方式によって電源電力の受電並びに信号の授受をＩＣカードに電気接点を設けることなく非接触状態で行う非接触ＩＣカードに対するデータ伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリ等を内蔵するＩＣカードの登場により、従来の磁気カード等に比べて記億容量が飛躍的に増大すると共に、マイクロコンピュータ等の半導体処理装置を内蔵することによってＩＣカード自体が演算処理機能を有することで情報媒体に高いセキュリティ性を付与することができるようになった。一般のＩＣカードは、プラスチック等のカード本体に半導体メモリ等のＩＣが内蔵され、カード表面に読み書き装置との接続用の導電性端子が設けられている。
【０００３】
しかしながら、外部接続端子を設けたＩＣカードでは、端子が外部に露出しているため、その端子の接触部の汚れ，酸化，腐蝕，摩擦，破損等による接触不良が発生しやすい。また、この種のＩＣカードは、人体やカードに蓄積された静電気が人体と接続端子との接触等により放電され、誤って高電圧を接続端子に印加してしまうことによる損傷に対しては無防備である。
【０００４】
これらの問題を解決するために、空間に高周波電磁界や超音波、光等の振動エネルギーの場を設け、そのエネルギーを吸収・整流してカードに内蔵された電子回路を駆動するための直流電力源とすると共に、この場の交流成分の周波数をそのまま用いるか、あるいは、逓倍や逓降して識別信号となし、この識別信号をコイルやコンデンサ等の結合器を介してデータをマイクロコンピュータ等の情報処理回路に伝送するような非接触ＩＣカードが提案されている。
【０００５】
この非接触ＩＣカードにおける電力の供給手段としては、カード本体に電池を内蔵する手段も提案されているが、電池を内蔵することによりカード本体が厚くなったり、電池交換等の問題が生じるため、カードに電池等を搭載せず、受信したエネルギーを電力に変換する方法が多く採用され、また、各種の結合方式が提案されている。これら各種結合方式のうち、実用的な結合方式としては容量結合方式と磁気結合方式があるが、コンデンサを用いた容量結合方式は、エネルギーの伝達効率が良くないため、現在では磁気結合方式が主流となっている。同様に、データの伝送手段における実用的な結合方式についても、容量結合方式と磁気結合方式がある。
【０００６】
さらに、前述した電力の供給やデータの伝送に関する結合系統についても、データ系と、電力系というように、２系統あるいは３系統にそれぞれ分離されているものがある。また最近では、結合系統が多くなると非接触ＩＣカード側に内蔵される結合系の回路も多くなり、カード本体の小型化が困難になるという理由等から、電力の供給とデータの伝送をすべて１系統の結合で行う方式も提案されている。また、それに伴い、データの伝送に関する変調方式の組み合わせも各種提案されている。
【０００７】
ここで、変調方式について簡単に述べる。変調方式には大きく分けると、基本的に振幅変調方式と角度変調方式の２つの方式がある。このうち角度変調方式は、周波数変調方式と位相変調方式とに分けて考えることができる。したがって、変調方式には、振幅，周波数，位相という３つの変調方式がある。そして、データ伝送は、上記の３つの変調方式を基本とし、それらを単独でまたは組み合わせて、伝送するデータを様々な物理現象に置き換えることによって行なわれる。
【０００８】
上述した電力の供給とデータの伝送をすべて１系統の結合で行う場合におけるデータ伝送方法の一例として、電力伝送用の磁気結合に用いられたコイルの負荷の変化によってデータの伝送を実現する方法が提案されている。この種のデータ伝送方法は、例えばドイツ連邦共和国特許ＤＥ−ＰＳ３２４２５５１号に記載されており既知である。この伝送方法では、非接触ＩＣカードから外部読み取り装置へ送信するデータに基づいて、非接触ＩＣカード内のコイルの負荷を変化させることにより、外部読み取り装置から伝送された交流磁界に影響を及ぼし、この交流磁界の変化を外部読み取り装置が検出することにより、非接触ＩＣカードからの送信データを非接触で（無接点で）読み取ることができるようになっている。この場合、非接触ＩＣカードから外部読み取り装置へ伝送されるデータの基本的な変調方式は振幅変調である。すなわち、交流磁界の変化という物理現象を、読み取り装置側のコイルにおけるコイル電圧またはコイル電流の振幅変化として検出している。
【０００９】
上述したデータ伝送方法では、伝送データをそのままコイルの負荷変化を起こさせるための駆動信号としているが、一般には、以下の理由から、伝送データに何等かの符号化を施した後、駆動信号とすることが多い。
【００１０】
一般に、データに依存した負荷の変化による交流磁界の変化の評価は、コイルと読み取り装置との結合が強くなればなるほど、また、データによる負荷の変化が大きくなればなるほどデータの信頼性が向上する。しかしながら、コイルと読み取り装置の結合は、機械的な理由等により任意に確実なものにすることができない。これは、外部読み取り装置の伝送する交流磁界に対して非接触ＩＣカードが位量的に不安定な状態になり得るためであり、この位置的な不安定状態が、外部読み取り装置の伝送する交流磁界に変化を与え、この変化は結果として伝送データに対するノイズ信号となり、外部読み取り装置が検出する伝送データの信頼性の低下を助長してしまう。このため、上述したノイズ信号の影響を低減するには、振幅以外の符号化を伝送データに施す必要がある。
【００１１】
伝送データに振幅以外の符号化を施した、非接触ＩＣカードに対するデータ伝送システムの一つとして、符号化を副搬送波の位相に対応させた方法がＩＳＯ（the International organization for Standardization）１０５３６のパート３に記載されている。このシステムは、読み書き装置から非接触ＩＣカードへのデータ伝送に位相変調方式を用いており、また、非接触ＩＣカードから読み書き装置へのデータ伝送にも副搬送波の位相を伝送データの符号化に対応させ、その符号化された信号を負荷変化のための駆動信号としている。
【００１２】
ここで、位相変調された信号の復調には基準位相が必要であり、また、基準位相を変調された信号から再生した場合は、その再生信号の位相には絶対位相に対して位相の曖昧さを持つということが一般に知られている。そして、曖昧さを持ったままでは“０”の伝送データを“１”と復調し、またその逆の場合も生じる可能性がある。このため、位相復調を行うためには、初期位相同期が不可欠である。
【００１３】
上述したＩＳＯ１０５３６のパート３に記載されているシステムでは、非接触ＩＣカードの内部回路の電源が立上った時刻から細かな時間的制約を設けて、非接触ＩＣカードと読み書き装置の各々において、位相復調のための初期位相同期を行っている。このシステムによれば、上述した時間的制約として、非接触ＩＣカードの内部回路電源立上り終了時点から８ｍｓ後、２ｍｓ間だけお互いに値が“１”のデータを伝送している。
【００１４】
すなわち、この２ｍｓ間で、非接触ＩＣカードと読み書き装置は、それぞれ復調データを監視し、２ｍｓ経過後、復調データが“０”であれば反転してデータを“１”にし、データが“１”であれば反転せず、復調データを“１”のままにする。このように、上述した２ｍｓ間でその後、復調データを反転するのか、非反転とするのかを決定する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したシステムでは、非接触ＩＣカードの内部回路電源立上り終了時点からの時間的制約を設けて初期位相同期を行っているために、読み書き装置側において復調データの監視期間が開始されるまでの時間には、読み書き装置側の交流磁場の発生から非接触ＩＣカードの内部回路の電源立上りまで、という不確定な時間的誤差が含まれる。このため、実際には監視開始時刻の時間設定に大きなマージンをとる必要が生じ、読み書き装置側において復調データを監視できる期間が２ｍｓよりも少なくなってしまう可能性がある。
【００１６】
このように、非接触ＩＣカードおよび読み書き装置において、位相変調によりデータ伝送を行う場合、データ伝送を開始するにあたって、その動作に時間的制約が課せられることになる。また、非接触ＩＣカードにおいては、読み書き装置からの交流磁界より、その内部回路に必要なクロック信号を生成している場合が多いため、このような制約があるのにも関わらず、読み書き装置からのデータ伝送の変調方式として、搬送波の周波数が一定である位相変調方式が多く採用されているのも事実である。
【００１７】
本発明の目的は、読み書き装置からのデータ伝送に位相変調方式を用いながら、伝送データを位相復調するための初期位相同期確立に、細かな時間的制約を課すことなく初期位相同期を行うことができる非接触ＩＣカードに対するデータ伝送システムを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、所定周波数の交流磁界を用い、外部読み書き装置とのデータの授受を非接触で行い、前記外部読み書き装置から位相変調方式によって送信されたデータを受信して、前記外部読み書き装置からの送信信号に基づいて位相復調のための基準位相を再生する非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システムにおいて、前記受信したデータを位相復調するための初期位相同期確立時に、前記非接触ＩＣカードが、前記外部読み書き装置から送信されたデータをそのまま符号化して振幅変調方式によって外部読み書き装置に返送し、前記外部読み書き装置は、前記送信された元のデータと、前記返送されたデータとを比較して、それらデータが一致しない場合には、前記非接触ＩＣカードへ送信するデータを反転させることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、所定周波数の交流磁界を用いて外部読み書き装置とのデータの授受を非接触で行い、前記外部読み書き装置から位相変調方式によって送信されたデータを受信して、前記外部読み書き装置からの送信信号に基づいて位相復調のための基準位相を再生する非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システムにおいて、前記外部読み書き装置から前記交流磁界を受けて交流電圧を発生するコイルと、前記コイルが発生した交流電圧に同期した各種のクロック信号を生成するクロック生成回路と、前記クロック生成回路によって生成された復調用クロック信号に従って、前記コイルが発生した交流電圧をデータに変換する復調回路と、前記復調回路によって変換されたデータを格納，処理し、前記外部読み書き装置へ伝送するデータを生成，出力すると共に、前記受信したデータを位相復調するための初期位相確立時においては、前記復調回路によって変換されたデータをそのまま出力するデータ処理装置と、前記クロック生成回路によって生成された符号化用クロック信号を、前記データ処理装置から出力されたデータに従って符号化する符号化回路と、その符号化された信号に応じて負荷を変化させることによる振幅変調方式によって、前記外部読み書き装置へデータを送信する負荷発生回路とを有する非接触ＩＣカードと、前記非接触ＩＣカードへ送信するデータを生成するデータ生成装置と、所定周波数のクロックを前記データ生成装置により生成されたデータに従って位相変調した信号に対応した交流磁界を発生する送信機と、前記非接触ＩＣカードからの送信信号を受信し、検波する検波器と、前記検波器により検波された検波信号から受信データを得る復調器を有する受信機と、前記初期位相同期確立時において、前記データ生成装置により生成された前記非接触ＩＣカードへの送信用のデータと、前記復調器により得られたデータとを比較して、それらデータが一致しない場合には前記データ生成装置が生成したデータを反転させるデータ変換手段とを有する外部読み書き装置と、からなることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システムにおいて、前記符号化用クロック信号は、データ伝送クロック信号と、このデータ伝送クロック信号の２倍の周波数の２倍データ伝送クロック信号とからなり、前記符号化回路は、前記データ伝送クロック信号および前記２倍データ伝送クロック信号を、前記データ処理装置から出力されたデータに従って、２分周してデータ伝送周波数およびその１／２の周波数となる符号化を行うことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システムにおいて、前記符号化回路は、前記データ処理装置からの出力信号を反転させるインバータと、前記インバータからの出力信号と、前記クロック生成回路からの前記データ伝送クロック信号との論理積を取る第１の論理積ゲートと、前記データ処理装置からの出力信号と、前記クロック生成回路からの前記２倍データ伝送クロック信号との論理積を取る第２の論理積ゲートと、前記第１の論理積ゲートからの出力信号と、前記第２の論理積ゲートからの出力信号との否定論理和を取る否定論理和ゲートと、前記否定論理和ゲートからの出力信号を２分周して、符号化信号として出力する２分周回路と、を有してなることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システムにおいて、前記復調器は、前記検波器からの検波信号と、この検波信号をデータ伝送クロック１ビット分遅延させた遅延信号との排他的論理和を取って反転させることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の非接触ＩＣカードにおけるデータ伝送システムにおいて、前記復調器は、前記検波器からの検波信号を、データ伝送クロック１ビット分遅延させる遅延回路と、前記検波器からの検波信号と、前記遅延回路からの出力信号との排他的論理和を取る排他的論理和ゲートと、前記排他的論理和ゲートの出力信号を反転させるインバータとを有してなることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本実施形態において、非接触ＩＣカードには、送信データに応じて位相変調された読み書き装置からの交流磁界を受けて、交流電圧を発生するコイルが配置されている。このコイルに非接触ＩＣカード内の各回路のための供給電圧を発生する整流回路が接続され、その出力は電圧安定化回路に入力される。また、上述したコイルには復調回路が接続されており、この復調回路は、上記コイルが受信した位相変調された信号を、受信データ、すなわち読み書き装置から送信された送信データに変換する。また、復調回路の出力端には復調回路から出力された受信データを格納し、所定の処理を施すデータ処理装置が接続されている。
【００２３】
また、このデータ処理装置は適宜データ処理を行い、読み書き装置に送信するデータを符号化回路へ出力する。また、このデータ処理装置が必要な時に復調回路と符号化回路を接続する機能をもつか、または、同様な機能をもつ回路を配置してもよい。データ処理装置から出力されたデータは、符号化回路において所定の符号化がなされた後、その符号化された信号に応じて負荷を増大させる負荷発生回路に出力される。そして、この負荷発生回路の出力は、整流回路の出力端に接続される。なお、この負荷発生回路は、符号化回路から出力されたデータに応じて前述したコイルの負荷を変化させる目的を達成できるのであれば、整流回路の入力端に接続されてもよい。
【００２４】
また、コイルには受信した信号からクロックを生成するために、クロック生成回路も接続される。そして、このクロック生成回路において、復調に必要な基準位相をもつ復調用クロック信号や、符号化に必要な符号化用クロック信号、並びに、データ処理装置のためのクロック信号が生成され、各回路に送出される。
【００２５】
一方、読み書き装置には、読み取り装置に設けられたデータ処理装置からのデータに応じて、クロック信号発生器からの信号に位相変調を施す位相変調回路が接続されている。この位相変調回路には、変調された信号を増幅する交流増幅器が接続され、さらに、この交流増幅器には、増幅された信号による交流磁界の発生と、非接触ＩＣカードからの伝送データの受信を行うコイルが接続されている。
【００２６】
上記コイルによって受信された信号は、検波回路に入力され、その出力信号は復調回路へ入力される。さらに、その復調信号はデータ処理装置に入力され、データ処理装置によって適宜処理された後、内蔵する半導体メモリに格納し、または、インターフェイス回路を介して外部のホストコンピュータへ処理したデータを転送する。また、このデータ処理装置が必要なとき送信データと受信データを比較し送信データに対し必要ならばデータの反転処理を行う機能をもつか又は同様な機能をもつ回路を配置してもよい。
【００２７】
この検波回路から出力される信号は、所定の周波数を持ったクロック信号に基づいて符号化されているので、復調回路ではその周波数を識別すればよく、前述したような位相による符号化を識別するための曖昧な基準位相を用いる必要がない。さらに、伝送データと、その符号化に使用するクロック信号の周波数は、１対１で対応しているために、非接触ＩＣカードからの返送データを調べることにより非接触ＩＣカードが曖昧な基準位相で復調した伝送データの正誤を、読み書き装置側で判定でき、読み書き装置側での伝送データに対する簡単な処理で非接触ＩＣカード側の位相復調のための初期位相同期を行うことができる。
【００２８】
以下、図面を用いて本発明における非接触ＩＣカードの一実施形態について詳細に説明する。まず、図１に本実施形態における非接触ＩＣカードおよび読み書き装置の構成ブロック図を示す。図１において、１は非接触ＩＣカードであり、２は読み書き装置である。また、３０は、読み書き装置２のインターフェイス（Ｉ／Ｆ）回路２５を介して読み書き装置２と情報の授受を行うホストコンピュータである。
【００２９】
非接触ＩＣカード１において、１０は送受信コイルであり、読み書き装置２から送信された高周波信号を受信すると共に、読み書き装置２への伝送データを送信する。また、１１は送受信コイル１０が受信した高周波信号を整流する整流回路であり、１２は整流された供給電圧を安定化し、非接触ＩＣカード１の各回路に電源電圧Ｖｃｃとして供給する電圧安定化回路である。
【００３０】
１７はクロック生成回路であり、送受信コイル１０により受信された高周波信号の搬送波に同期した信号を再生することによって必要なクロック信号を生成し、後述するデータ処理装置１４，符号化回路１５，復調回路１６に供給する。また、符号化回路１５に対しては、データ伝送クロックの２倍の周波数のクロック信号をも供給している。
【００３１】
復調回路１６は、送受信コイル１０により受信された高周波信号を、クロック生成回路１７から供給されたクロック信号を用いて位相復調し、受信データとしてデータ処理装置（ＭＰＵ；Micro Processor Unit）１４へ出力する。データ処理装置１４は図示しない半導体メモリを内蔵し、復調回路１６によって復調された受信データを解読して必要に応じて上記半導体メモリに格納すると共に、解読した受信データと半導体メモリ内に格納されているデータとに基づいて適宜演算処理等を行い、読み取り装置２へ送信する送信データを符号化回路１５へ出力する。また、符号化回路１５へ出力されるデータは、データ伝送クロックのタイミングに従って１ビットずつ出力される。さらに、初期位相同期確立時には復調回路１６から出力された受信データを直接、符号化回路１５へ出力する。
【００３２】
そして、符号化回路１５において、データ処理装置１４から出力された送信データに基づき、クロック生成回路１７から供給される前述したクロック信号（以下、データ伝送クロックという）と、このデータ伝送クロックの２倍の周波数のクロック信号（以下、２倍データ伝送クロックという）とが符号化される。ここで、符号化回路１５の構成を図２に示す。図２において、ＴＸＤはデータ処理装置１４から出力された送信データが供給されるデータ入力端子、ＴＸＣはクロック生成回路１７から出力されたデータ伝送クロックが供給されるクロック入力端子、２ＴＸＣは２倍データ伝送クロックが供給される２倍クロック入力端子である。
【００３３】
また、１０１，１０２は論理積ゲート（以下、ＡＮＤゲートという）であり、ＡＮＤゲート１０１の一方の入力端子にはインバータ１００を介してデータ入力端子ＴＸＤに入力されたデータの反転データが供給され、他方の入力端子にはデータ転送クロックが供給される。一方、ＡＮＤゲート１０２は、一方の入力端にデータ入力端子ＴＸＤへ入力されたデータが、他方の入力端子には２倍データ伝送クロックが供給される。１０３は否定論理和ゲート（以下、ＮＯＲゲートという）であり、ＡＮＤゲート１０１，１０２の出力信号がそれぞれ入力され、両者の否定論理和を求めて出力する。１０４は２分周回路であり、ＮＯＲゲート１０３から出力される信号を２分周し、符号化信号として出力する。
【００３４】
図１に戻り、１３は符号化回路１５から出力された符号化信号によって送受信コイル１０の負荷変化を起こす負荷発生回路である。
【００３５】
次に、読み書き装置２において、２４は読み書き装置２におけるデータ処理装置（ＭＰＵ；Micro Processor Unit）であり、図示しない半導体メモリを内蔵し、非接触ＩＣカード１へ送信する送信データ、および、非接触ＩＣカード１から送信された高周波信号に基づいて得られた受信データに対し、適宜処理を行う。また、このデータ処理装置２４は、必要に応じて送信データと受信データとを比較し、送信データに対してデータの反転処理を行う。
【００３６】
２２はクロック生成回路となる発振器である。この発振器２２は、１〜３０ＭＨｚ程度の搬送波信号を発生し、この搬送波信号を、非接触ＩＣカード１の送受信コイル１０が磁気エネルギーとして受信することで電力の伝達がなされる。なお、この搬送波信号の周波数は、データ伝送周波数に比べて十分高い周波数に設定されている。
【００３７】
２６はデータ処理装置２４から出力された非接触ＩＣカード１への送信データを、発振器２２から出力されるクロック信号に従って変調する変調回路である。ここで、読み書き装置２における変調方式は、非接触ＩＣカード１と双方向同時伝送を行う場合、定包絡線変調である周波数変調方式または位相変調方式であることが好ましい。これは、前述したように非接触ＩＣカードからのデータ送信が、負荷変化を利用した振幅変調方式によって行われるため、同一の変調方式の使用が困難であるという理由と、非接触ＩＣカード１において、読み書き装置２からの変調信号を包絡線検波し電力を得るには、振幅の変動が少ない方が有利であるという理由とによる。本実施形態では、非接触ＩＣカード１において、受信した高周波信号からデータ処理装置１４用のクロックを生成しているため、周波数が一定となる位相変調方式が用いられている。
【００３８】
２１は変調回路２６により変調された信号を増幅する交流増幅器であり、増幅された信号は、送受信コイル２０によって非接触ＩＣカード１へ送信される。２３は検波回路であり、読み書き装置２の送受信コイル２０で受信された非接触ＩＣカード１からの高周波信号に対して包絡線検波を行い、非接触ＩＣカード１の負荷発生回路１３による負荷変動を検出する。
【００３９】
２７は復調回路であり、検波回路２３から出力された検波信号を復調し、受信データとしてデータ処理装置２４へ出力する。ここで、図３に復調回路２７の構成を示す。図３において、２０１は１ビット遅延回路であり、入力端子ＩＮを介して供給される検波回路２３からの検波信号を、発振器２２から供給されるクロック信号を用いて、１ビット分遅延させる。この１ビット遅延回路は、通常シフトレジスタを用いて構成される。
【００４０】
２０２は排他的論理和ゲート（以下、ＥＸＯＲゲートという）であり、１ビット遅延回路２０１の出力と、上記入力端子ＩＮに入力された検波信号との排他的論理和をとる。２０３はインバータであり、ＥＸＯＲゲート２０２から出力された信号の論理を反転して、出力端子ＯＵＴからデータ処理装置２４へ出力する。そして、この復調回路２７から出力された受信データは、データ処理装置２４において適切な加工が施された後、インターフェイス回路２５を介してホストコンピュータ３０へ出力される。
【００４１】
次に、上述した非接触ＩＣカード１および読み書き装置２間のデータ伝送動作について説明する。まず、非接触ＩＣカード１は、その電源となる電力を、読み書き装置２から送信された高周波信号から得る。すなわち、送受信コイル１０により受信された読み書き装置２からの高周波信号は、整流回路１１で検波された後、安定化回路１２で直流電力に変換される。この安定化された電源電圧Ｖｃｃは非接触ＩＣカード１の各回路に供給される。
【００４２】
また、送受信コイル１０で受信された高周波信号は、復調回路１６にも供給され、クロック生成回路１７から出力された搬送波に同期しているクロックに従って位相復調が行われ、受信データとしてデータ処理装置１４に送出される。そして、データ処理装置１４において所定のデータ処理がなされ、必要なデータが内蔵されたメモリに記憶される。
【００４３】
そして、データ処理装置１４から送出された送信データは、符号化回路１５に送出され、クロック生成回路１７から供給される各クロックを用いて符号化がなされた後、負荷発生回路１３に送出される。負荷発生回路１３では、符号化回路１５からの出力に応じてインピーダンスが制御され、その変化が送受信コイル１０と非接触に結合された読み書き装置２の送受信コイル２０へ、非接触ＩＣカード１からの送信データとして伝送される。
【００４４】
そして、読み書き装置２の送受信コイル２０によって受信された負荷発生回路１３による負荷変化は、検波回路２３によって検出された後、復調回路２３によって受信データに復調される。復調された受信データは、データ処理装置２４で適宜処理が施された後、インターフェイス回路２５を介してホストコンピュータ３０に送出される。
【００４５】
次に、上述した非接触ＩＣカード１および読み書き装置２において行われる初期位相同期確立の動作について、図４および図５を用いて説明する。ここで、図４は非接触ＩＣカード１における符号化回路１５の各部の波形を示す波形図であり、図５は読み書き装置２における復調回路２７の各部の波形を示す波形図である。
【００４６】
また、図４におけるＡ点ないしＥ点の波形は、それぞれ、図２に示すＡ点（データ入力端子ＴＸＤの入力），Ｂ点（クロック入力端子ＴＸＣの入力），Ｃ点（２倍クロック入力端子２ＴＸＣの入力），Ｄ点（ＮＯＲゲート１０３の出力），Ｅ点（２分周回路１０４の出力）の波形に対応している。さらに、図５におけるＡ点，Ｅ点の波形は、上述したＡ点，Ｅ点の波形を示し、Ｆ点ないしＪ点の波形は、それぞれ図３に示すＦ点（入力端子ＩＮの入力），Ｇ点（１ビット遅延回路２０１の出力），Ｈ点（ＥＸＯＲゲート２０２の出力），Ｊ点（インバータ２０３の出力）の波形である。また、図４，図５に示された「伝送データ」は、読み書き装置２から送信されたデータを示し、図５に示された「復調データ」は復調回路２７から出力されるデータを示している。
【００４７】
例えば、初期位相同期確立時に、読み書き装置２において、発振器２２からのクロック信号が、図４の「伝送データ」と図示されているデータ“１０１１００１０１０００……”に従って変調され、送信された場合、非接触ＩＣカード１において、データ処理装置１４は、復調回路１６の出力をそのまま符号化回路１５へ出力する。これにより、符号化回路１５のデータ入力端子ＴＸＤには、図４のＡの波形の信号が入力される。また、クロック生成回路１７においては、データ伝送クロックと、このデータ伝送クロックの２倍の周波数の２倍データ伝送クロックとが生成され、それぞれ符号化回路１５のクロック入力端子ＴＸＣおよび２倍クロック入力端子２ＴＸＣに供給される（Ｂ点およびＣ点の波形参照）。
【００４８】
そして、データ入力端子ＴＸＤに入力されたデータは、インバータ１００により論理が反転され、ＡＮＤゲート１０１によりデータ伝送クロックと論理積が取られ、ＮＯＲゲート１０３の一方の入力端子に出力される。さらに、データ入力端子ＴＸＤに入力されたデータは、ＡＮＤゲート１０２により２倍データ伝送クロックと論理積が取られ、ＮＯＲゲート１０３の他方の入力端子に出力される。そして、ＮＯＲゲート１０３の出力波形、すなわち、Ｄ点の波形は、図４に示すように、入力されたデータが“１”の時は、２倍クロック信号を反転した波形となり、また、“０”の時は、クロック信号を反転した波形となる。
【００４９】
したがって、２分周回路１０４の出力波形、すなわち、Ｅ点の波形は、図４に示すように、入力されたデータが“１”の時は、クロック信号の半周期毎に“０”，“１”の値が交互に反転し、“０”の時は、クロック信号の１周期毎に“０”，“１”の値が交互に反転する信号となる。そして、符号化回路１５から出力された信号に従って、負荷発生回路１３の負荷が変化され、この負荷変化が送受信コイル１０，２０を介して検波回路２３によって検波されて、復調回路２７に入力される。
【００５０】
この復調回路２７へ入力された検波信号の波形、すなわち、図５におけるＦ点の波形は、非接触ＩＣカード１の符号化回路１５から出力された波形、すなわち、Ｅ点の波形と同一になる。この検波信号は、１ビット遅延回路２０１およびＥＸＯＲゲート２０２の一方の入力端子へ出力される。そして、１ビット遅延回路２０１から出力される信号の波形は、Ｆ点の波形に対して発振器２２から出力されるクロック信号の１周期分遅延された波形（図５中、Ｇ点の波形）となる。これにより、ＥＸＯＲゲート２０２の出力波形、すなわち、Ｈ点の波形は、Ａ点の波形を反転し、なおかつ、発振器２２から出力されるクロック信号の半周期分遅延された波形（図５中、Ｈ点の波形）となる。
【００５１】
そして、このＥＸＯＲゲート２０２の出力信号は、インバータ２０３によって論理が反転され、その結果、図５中、Ｊ点の波形のように、Ａ点の波形が上記クロック信号の半周期分遅延されて正確に復調されることになる。ここで、Ａ点の波形、すなわち、読み書き装置２が送信したデータと、非接触ＩＣカード１から返送されてきた信号の波形とを比較し、一致した場合は、送信データを非反転とし、また、一致しなかった場合は、送信データを反転させる。これにより、読み書き装置２において、非接触ＩＣカード１側の位相復調のための初期位相同期を行うことができる。
【００５２】
以上のように、復調回路２７では前述したような位相による符号化を識別するための曖昧な基準位相を用いる必要がなく、さらに、読み書き装置２が送信するデータと、非接触ＩＣカード１においてそのデータを符号化する際に用いるクロック周波数が１対１に対応しているために、読み書き装置２側で非接触ＩＣカード１からの返送データを調べることによって非接触ＩＣカード１が曖昧な基準位相で復調した伝送データの正誤を判定できる。また、読み書き装置２側での伝送データに対する簡単な処理で非接触ＩＣカード１側の位相復調のための初期位相同期を行うことができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の非接触ＩＣ力―ドにおけるデータ伝送システムによれば、非接触ＩＣ力―ドにおける符号化回路が、外部読み書き装置からの送信データを受信，復調すると共に、そのデータに応じて所定の周波数で符号化して、上記送信データの内容をそのまま読み書き装置に返送し、読み書き装置がその返送データと上述した送信データを比較し、その比較結果に応じて送信データを反転または非反転するので、非接触ＩＣカードにおける位相復調のための初期位相同期を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態における非接触ＩＣカードおよび読み書き装置の構成ブロック図である。
【図２】  同非接触ＩＣカードにおける符号化回路の構成を示すブロック図である。
【図３】  同読み書き装置における復調回路の構成を示すブロック図である。
【図４】  図２に示す符号化回路のブロック図の各部における波形を示す波形図である。
【図５】  図３に示す復調回路のブロック図の各部の波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１          非接触ＩＣカード
２          読み書き装置
１０，２０  送受信コイル
１１        整流回路
１２        電圧安定化回路
１３        負荷発生回路
１４，２４  データ処理装置
１５        符号化回路
１６，２７  復調回路
１７        クロック生成回路
２１        交流増幅器
２２        発振器
２３        検波回路
２５        インターフェイス回路
２６        変調回路
３０        ホストコンピュータ
【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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