CN1460226A - 非接触ic卡 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在重叠使用IC卡时，抑制接收灵敏度降低和产生失真的电子装置。在IC卡设置的环形天线1卷成4卷，1个卷例如为由直线部分L2、曲线部分L3、直线部分L4、以及曲线部分L5构成的形状。在逆向重叠了2张这种形状的环形天线1时，角不重叠。例如，由于环形天线1的曲线部分L3和直线部分L4构成的角与逆向重叠的环形天线1的曲线部分L3重叠，所以结果角不重叠，整体的重叠部分也变少。本发明可以适用于非接触接收数据的IC卡。

Description

非接触IC卡
技术领域
本发明涉及电子装置，特别是涉及例如在重叠多张IC卡、非接触写/读数据的情况下，可以极力抑制接收效率下降、基于失真少的信号进行处理的电子装置。
背景技术
最近非接触IC(Integrated Circuit)卡得到普及，在地铁、公共汽车、船等交通机关的公共车票、或电子管理系统等得到应用。基于电磁感应原理非接触地对该IC卡写/读数据。
即，非接触IC卡系统中，从环形天线发射电磁波，该环形天线内置有对IC卡写/读数据的读出写入器。通过设置在IC卡内部的环形天线接收发射的电磁波。这样，IC卡和读出写入器之间进行通信。
另外，为了不需要对IC卡进行维护，在IC卡没有安装电池，而从接收到的电磁波取得所需的功率。因此，需要IC卡尽量高效接收电磁波。
如图1所示，一般在IC卡的内部设置有尽量大的长方形的2卷以上的环形天线1。环形天线1通过将共振电路共振成环形天线发射的电磁波的载波频率而接收信号。
基本上只使用1张IC卡，但有时也重叠使用2张。例如，用户坐过定额票区间，在定额票区间以外的车站下车时，为了运算多乘部分的区间，重叠定额票和、イオ卡(商标)(都由IC卡构成)共2张，出示给读出写入器。此时，读出写入器、或连接有读出写入器的非接触IC卡系统识别出示的定额票的区间之后，计算多乘区间的距离，并基于多乘区间的距离计算差额，用イオ卡进行结算。
出示1张IC卡的情况毋庸置疑，在像这样重叠多张IC卡的情况下，为了可进行所需的通信工作，需要各IC卡高效接收电磁波。
例如，在将具有图1所示结构的环形天线1的2个IC卡如图2所示那样都表面朝上放置、从上看2者完全重叠的情况下(将2张IC卡中的1张IC卡的表面与另1张IC卡的背面相互面对重叠的情况)，构成1张IC卡的环形天线1-1的导体中的、构成长方形各边的直线部分L1至L9与另一张IC卡的环形天线1-2的相应直线部分L11至L19分别重叠。此时，环形天线1-1、1-2和共振电路的共振频率降低到1个环形天线1时(一张IC卡时)的共振频率的2的1/2次方之
Figure A0280086300051
即，若重叠IC卡，则各共振电路间产生耦合。因此，共振频率为1张IC卡时为 1 / ( 2 π ( LC ) ) )，但重叠2张时成为 1 / ( 2 π ( L · ( 2 C ) ) = ( 1 / 2 ) · 1 / ( 2 π ( LC ) ) . 即，在重叠了IC卡时，各IC卡的共振电路的共振频率从电磁波的载波频率偏移 接收效率降低。
但是，在从读出写入器发射的电磁波的载波频率例如13.56MHz时，通过将各IC卡的共振电路的共振频率预先设定为高于载波频率的17.5MHz，无论是使用1张IC卡、还是向同一方向重叠2张使用IC卡，都接收电磁波。
但是，如图3所示，将一张IC卡表面朝上放置、另一张IC卡背面朝上放置重叠时(将2张IC卡重叠成表面相互面对、或背面相互面对的情况)，环形天线1-l的直线部分L1与环形天线1-2的直线部分L13、环形天线1-1的直线部分L2与环形天线1-2的直线部分L12、环形天线1-1的直线部分L3与环形天线1-2的直线部分L11分别基本重叠，但该重叠比图2的情况复杂。
此时，理论上不是很清楚，但至少在实验结果，共振频率与如图2所示那样重叠时相比进一步下降。像这样，考虑重叠多张IC卡的情况，将共振电路的共振频率预先设定得高于载波频率的方法存在下述问题，在1张IC卡时、以及将2张IC如图2所示那样向同一方向重叠时，可以得到充分效果，但如图3所示逆向重叠时，不能得到好的效果。
另外，重叠了2张IC卡时，存在接收信号有失真的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于通过设计使得无论怎样重叠IC卡环形天线都难以耦合，使接收效率不降低，从而降低接收信号的失真。
本发明的电子装置的环形天线的特征在于，将环形天线戍形为，使得当将多个电子装置重叠时，其表面的至少一部分相互面对、或背面的至少一部分相互面对，构成位于基本方形的电子装置的角附近的环形天线部分的导体之间不相互重合。
可将上述环形天线设计成，使得将平行四边形或椭圆形作为基本形状。
通过组合2根直线和2根曲线，将上述环形天线的基本形状构成为基本环状，将上述2根直线配置成互相平行。
通过组合2根或4根不同形状的曲线，将上述环形天线的基本形状构成为基本环状。
本发明的电子装置的环形天线的特征在于，在其间夹有中心线的2个角部分中，一角部分配置在中心线附近，而另一角部分配置在远离中心线。
本发明的电子装置的环形天线的特征在于，上述基本方形的电子装置的对角线与连结位于离该电子装置的角最近位置的环形天线的两点使其相互面对的线一致。
本发明的信息写/读装置的特征在于，包括读/写单元，当将多个电子装置彼此部分地重叠时，用于对电子装置写/读信息，将具有环形天线的多个电子装置成形，使得当将多个电子装置重叠时，其表面的至少一部分互相面对、或其背面的至少一部分互相面对，构成位于基本方形的电子装置的角附近的环形天线部分的导体之间相互不重叠。
本发明的信息写/读方法的特征在于，包括读/写步骤，当将多个电子装置彼此部分地重叠时，用于对电子装置写/读信息，将具有环形天线的多个电子装置成形，使得当将多个电子装置重叠时，使其表面的至少一部分互相面对、或其背面的至少一部分互相面对，构成位于基本方形的电子装置的角附近的环形天线部分的导体之间相互不重叠。
附图说明
图1是说明环形天线1的图。
图2是说明环形天线1的重叠的图。
图3是说明环形天线1的重叠的图。
图4是表示适用了本发明的非接触IC卡系统的结构例的框图。
图5是表示图4的IC13的结构例的电路图。
图6是说明环形天线1的形状的图。
图7是说明从读出写入器21发送的信号的图。
图8是说明利用IC卡11处理的信号的图。
图9是表示重叠2张环形天线1时的等效电路的图。
图10是说明环形天线1的另一形状的图。
图11是表示重叠2张图10所示形状的环形天线1时的状态的图。
图12是说明利用IC卡11处理的信号的图。
图13A是说明环形天线1的又另一形状的图。
图13B是说明环形天线1的又另一形状的图。
图13C是说明环形天线1的又另一形状的图。
图13D是说明环形天线1的又另一形状的图。
图13E是说明环形天线1的又另一形状的图。
图13F是说明环形天线1的又另一形状的图。
具体实施方式
图4表示非接触IC卡系统的结构例。IC卡11是没有供电用的电池的无电池型IC卡。与电容器12一起构成共振电路的环形天线1接收从读出写入器21发射的电磁波(用实线示出)，将接收的电磁波变换成电信号之后提供给IC13。以后参考图5说明IC13的内部结构。
主机31控制读出写入器21的DPU(Digital Processing Unit)41，在IC卡11写入规定数据、或从IC卡11读取规定数据。另外，主机31处理从DPU41输入的、从IC卡11读取的数据，根据需要显示在未图示的显示部。
DPU41基于来自主机31的指令，生成各种控制用的控制信号并控制调制解调电路42，同时生成与指令对应的发送数据并提供给调制解调电路42。另外，DPU41基于来自调制解调电路42的响应数据，生成再生数据并输出给主机31。
调制解调电路42调制从DPU41输入的发送数据，提供给环形天线43。另外，调制解调电路42解调来自环形天线43的调制波，将解调数据输入给DPU41。环形天线43发射与调制解调电路42输入的调制信号对应的电磁波。
接着，参考图5说明读出写入器21和IC卡13的具体结构。该图中，图4所示的读出写入器21的调制解调电路42以作为调制电路的振荡器42A和、调制电路42B示出。
连接到由IC卡11的环形天线1和电容器12构成的共振电路的IC13具有整流电路61。整流电路61由二极管71、阻抗72、以及电容器73构成。整流电路61整流平滑环形天线1提供的信号，将正电压提供给稳压管64。稳压管64稳定输入的正电压，变换为规定电平的直流电压，作为电源提供给序列发生器66、其它电路。
整流电路61的后部分与调制电路62连接。调制电路62由阻抗元件81和FET(Field Effect Transistor)82的串联电路构成，与构成共振电路的线圈的环形天线1并联连接。FET82根据来自序列发生器66的信号导通或截止，阻抗元件81并联插入或没有插入环形天线。这样，对于读出写入器21的环形天线43，经环形天线1电磁耦合的电路阻抗(环形天线43的负载)变化。
利用整流电路61整流平滑的信号提供给电容器91和阻抗92构成的高通滤波器(以下称为HPF(High pass-Filter))63，抽取其高频成分并提供给解调电路65。解调电路65解调输入的高频成分的信号并输出给序列发生器66。
序列发生器66的内部具有ROM(Read Only Memory)和RAM(RandomAccess Memory)(都未图示)，在RAM存储从解调电路65输入的信号(命令)，根据内置在ROM的程序进行解析，基于解析结果，根据需要读取存储在存储器67的数据。序列发生器66还为了返回对应命令的响应而生成响应信号，并提供给调制电路62。
接着，举出从读出写入器21对IC卡11写入信号时和从IC卡11读取时的例子说明图5所示的读出写入器21和IC卡11的工作。主机31控制读出写入器21的DPU41，命令对IC卡11写入规定数据。DPU41基于来自主机31的指令，生成用于写入的命令信号，同时生成对应指令的发送数据(写入数据)，并提供给振荡器42A。振荡器42A基于输入的信号调制振荡信号的振幅，并提供给环形天线43。环形天线43发射对应输入的调制信号的电磁波。
由IC卡11的环形天线1和电容器12构成共振电路，它的共振频率设定为对应振荡器42A的振荡频率(载波频率)的值。从而，该共振电路利用共振工作，接收发射的电磁波，将接收的电磁波变换成电信号之后提供给IC13。变换的电信号输入到IC13具有的整流电路61。整流电路61的二极管71整流输入的信号，电容器73进行平滑，将正电压提供给稳压管64。稳压管64稳定输入的正电压，变换为规定电平的直流电压，作为电源提供给序列发生器66、其它电路。
另外，利用整流电路61整流平滑的信号经调制电路62提供给HPF63，抽取高频成分并提供给解调电路65。解调电路65解调输入的高频成分信号并输出给序列发生器66。序列发生器66将来自解调电路65的信号(命令)存储在RAM，根据在ROM内置的程序进行解析，基于解析结果在存储器67写入来自解调电路65的写入数据。
另一方面，在解调电路65提供的命令为读取命令时，序列发生器66从存储器67读取对应该命令的数据。序列发生器66对应读取的数据导通或截止FET82。在FET82导通时，阻抗元件81并联连接到环形天线1，在FET82截止时，解除该并联连接。其结果，经环形天线1电磁耦合的环形天线43的负载电路的阻抗对应读取数据变化。
环形天线43的端子电压对应其负载的阻抗变化而变化。解调电路42B通过读取该变化而解调读取的数据，并输出给DPU41。DPU41适当处理输入的数据，并输出给主机31。主机31处理从DPU41输入的读取数据，根据需要显示在未图示的显示部。
图6示出在图4和图5的IC卡11内置的环形天线1的结构例，对与上述相同的部分附上同一标号，不作说明。图6所示的环形天线1的基本形状为长方形，卷了4卷。4个角的内角θ值为任一卷都是90°-α。即，直线部分L1和直线部分L2、直线部分L2和直线部分L3、直线部分L3和直线部分L4、直线部分L4和直线部分L5的内角都是90°-α。在此，常数α值可设定为0以外的正或负的任一值。这样，四角形各边的各直线部分不平行。例如，四角形的上边中，直线部分L2、L6、L10、以及L14相互不平行。
端子14-A、14-B与IC13连接。通过将环形天线1构成为这样形状，将2张IC卡11如图2所示那样向同一方向重叠时、以及如图3所示那样逆向重叠时的任一情况下，环形天线1的直线部分难以结合(从上看时，直线部分的重叠部分少)，可以抑制接收效率降低。
其结果，在使用1张IC卡11时、向同一方向重叠2张时、以及逆向重叠2张时的任一情况下，都能得到对于通信充分的接收灵敏度。
下面，图8示出在从读出写入器21向IC卡11发送了具有图7所示波形的信号时，适用了图6所示的环形天线1的IC卡11接收的接收电压的测定结果。图7中，纵轴表示发送电压(V)、横轴表示经过时间(秒)。图8中，纵轴表示接收电压(V)、横轴表示经过时间(秒)。
另外，图7的电压V1和图8的电压V2为不同值，图7和图8的纵轴标度不同。另外，图8所示的测定结果是将具有图6所示的环形天线1的、2张IC卡11如图3所示那样逆向重叠时的测定结果。
即使从读出写入器21向IC卡11发送具有图7所示的漂亮波形的信号，在IC卡11侧也作为图8所示的有失真的波形信号进行处理。为了研究该失真原因，考虑图9所示的IC卡11的模式等效电路。
此时，可以认为是2张IC卡11重叠的状态，具有同样结构的IC卡11经电容器101-1和电容器101-2连接。IC13-1、13-2的内部结构分别与图5所示的IC13的内部结构相同，由整流电路61和调制电路62等构成。
在从读出写入器21向IC卡11发送了图7所示波形的信号时，在IC卡11侧处理的信号成为如图8所示的有失真的信号，与通过重叠2张环形天线1-1(IC卡1-1)和环形天线1-2(IC卡1-2)而产生的、电容器101-1、101-2产生的容量有关。可以通过减少该容量而减小失真。
电容器101-1、101-2产生的容量依赖于环形天线1-1和环形天线1-2的物理重叠部分。即，环形天线1-1和环形天线1-2重叠部分越大，电容器101-1、101-2产生的容量越大。特别是在图6所示形状的环形天线1中，直线部分L1至L16以外的部分，即4个角的部分与直线部分相比线密集。只要防止该4个角部分重叠，就可以减少电容器101-1、101-2产生的容量。
因此，考虑图10所示形状的环形天线1。图10所示的环形天线1中，对与图6所示的环形天线1对应的部分附上同一标号。图10所示的环形天线1的形状是4边中的2边由基本圆弧形的曲线L1、L5、L9、L13、L17和、与其相互面对的、基本圆弧形的曲线L3、L7、L11、L15构成，剩余2边由直线部分L2、L6、L10、L14和、与其相互面对的、直线部分L4、L8、L12、L16构成。
另外，图10中没有图示，端子14-A和端子14-B之间连接有IC13，与该IC13并联连接有电容器12。
像这样，通过使得4个角内的2个角成为直角、剩余2个角成为曲线，即使逆向重叠2张环形天线1，也如图11所示，线密集的角部分不重叠，可以作为失真少的信号处理接收的信号。
图12是表示利用将具有图10所示形状的环形天线1的IC卡11逆向重叠了2张的、实质上1张IC卡11(即，如图11所示那样重叠2张环形天线1的IC卡11)，从读出写入器21接收了具有图7所示波形的信号时的、在IC卡11处理的信号的图。
比较图8所示的波形和、图12所示的波形，可知图12所示的波形比图8所示的波形失真少。像这样，逆向重叠2张环形天线1构成IC卡11时，重叠的部分变少。特别是通过作成4个角部分不重叠的形状，可以将接收信号作为失真少的信号处理。作成4个角部分不重叠的形状时，其结果，整体的重叠部分减少。
作为考虑了4个角部分(线密度高的部分)不重叠的环形天线1的形状除了图10所示的形状之外，也可以是图13所示的形状。图13A所示的形状为平行四边形，图中的上下边配置成与IC卡11的边平行。
图13B所示的形状成为图13A所示的平行四边形的4边中的2边为曲线的形状，图中的上下直线部分的边配置成与IC卡11的边平行。图13C所示的形状是使图13A所示的平行四边形的4边都为曲线的形状，配置成该形状的1个对角线与IC卡11的1个对角线一致。
图13D所示的形状构成为构成图形的4边中的2边为曲线、2边为直线，配置成曲线位于IC卡11的角附近。图13E所示的形状由2边曲线构成，配置成连结曲线翻转的位置(相当于角的位置)的线(对角线)与IC卡11的1个对角线一致。另外，图13F所示的形状为椭圆形，配置成椭圆形的纵轴与IC卡11的对角线一致。
图10或图13所示的环形天线1的形状为如上所述，在逆向重叠了2张IC卡11时，环形天线1的角(还包含曲线所示的角)的部分不重叠的形状。
换言之，环形天线1的形状是配置成夹有IC卡11的中心线相互面对的角部分中，一个角部分(例如，图10中由曲线部分L3和直线部分L4构成的角部分)离中心线远、另一个角部分(例如，图10中由直线部分L4和曲线部分L5构成的角部分)离中心线近。
换言之，环形天线1的形状是IC卡11的对角线和，连结位于离IC卡11的角部分最近的位置、位于相互面对位置的环形天线1的2点(例如，图10中，曲线部分L3和直线部分L4交叉的点和、曲线部分L5和直线部分L6交叉的点)的线一致的形状。
通过作为IC卡11的天线使用图10或图13所示的任一形状的环形天线1，在重叠2张IC卡11使用的情况下，也可以抑制接收灵敏度降低，还可以得到与使用1张时相同的接收灵敏度，另外，可以抑制接收处理的信号失真。另外，在重叠2张以上的多张IC卡11使用的情况下，上述方法也有效，无论怎样重叠，都可以极力抑制接收效率降低，可以抑制失真。
从而，通过利用本发明，可以容易构成重叠IC卡11使用的反冲突系统(Anticollision System)。
以上说明了卷了4卷或6卷的环形天线1的例子，但该卷数可以任意设定。另外，在IC卡11设置了环形天线1，但本发明还可以适用于IC卡以外的卡状(平面状)电子装置、
另外，本说明书的系统表示由多个装置、单元等构成的整个装置。产业上的可用性
如上所述，根据本发明的电子装置，由于将多个电子装置重叠为表面的至少一部分相互面对、或背面的至少一部分相互面时，构成位于基本方形的电子装置的角的附近的环形天线部分的导体之间不重叠，所以可以抑制接收效率降低，同时抑制接收信号的失真。

Claims (8)

1.一种含有环形天线的基本方形的平面电子装置，其特征在于：
将上述环形天线成形，使得当将多个上述电子装置重叠时，其表面的至少一部分相互面对、或背面的至少一部分相互面对，构成位于上述基本方形的电子装置的角附近的上述环形天线部分的导体之间相互不重合。
2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于：
将上述环形天线成形，使得将平行四边形或椭圆形作为基本形状。
3.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于：
通过组合2根直线和2根曲线，将上述环形天线的基本形状构成为基本环状，将上述2根直线配置成互相平行。
4.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于：
通过组合2根或4根不同形状的曲线，将上述环形天线的基本形状构成为基本环状。
5.一种含有环形天线的基本方形的平面电子装置，其特征在于：
在其间夹有中心线的2个角部分中，一角部分配置在中心线附近，而另一角部分配置在远离中心线。
6.一种含有环形天线的基本方形的平面电子装置，其特征在于：
将上述环形天线成形，使得上述基本方形的电子装置的对角线和，连结位于离上述环形天线的上述电子装置的角最近的位置、位于相互面对位置的2点的线一致。
7.一种对具有环形天线的基本方形的平面电子装置写/读信息的信息写/读装置，其特征在于：
包括读/写单元，当将上述多个电子装置彼此部分地重叠时，用于对上述电子装置写/读信息，将具有环形天线的上述多个电子装置成形，使得当将上述多个电子装置重叠时，使其表面的至少一部分互相面对、或其背面的至少一部分互相面对，构成位于上述基本方形的电子装置的角附近的上述环形天线部分的导体之间相互不重合。
8.一种对具有环形天线的基本方形的平面电子装置写/读信息的信息写/读装置的信息写/读方法，其特征在于具有：
包括读/写步骤，当将上述多个电子装置彼此部分地重叠时，用于对上述电子装置写/读信息，将具有环形天线的上述多个电子装置成形，使得当将上述多个电子装置重叠时，使其表面的至少一部分互相面对、或其背面的至少一部分互相面对，构成位于上述基本方形的电子装置的角附近的上述环形天线部分的导体之间相互不重合。
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