CN1648932A - 非接触式ic卡的读写器终端装置、通信系统及非接触式数据载体 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种非接触式IC卡的读写器终端装置、通信系统及非接触式数据载体。包括对非接触式IC卡发送命令的发送电路22及接收电路23，该接收电路23接收来自非接触式IC卡的发送信号，具有放大接收信号的放大电路23c，在命令发送期间使设置在放大电路23c的加上接收信号的阻抗元件的阻抗降低，减弱放大电路23c的输入信号。力图缩短命令发送期间后的待机期间，提高通信质量及提高通信和整个系统的性能。
Description
技术领域
本发明涉及非接触式IC卡或RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)卡或非接触式数据载体(以下将它们通称为非接触式IC卡)用的读写器终端装置、包含读写器终端装置及非接触式IC卡的通信系统、以及内装有非接触式IC卡及读写器终端装置的非接触式数据载体。
背景技术
在非接触式IC卡的数据通信中，一般采用一方在发送侧发送命令、而另一方成为接受命令并发送应答方式。但是，有的情况下在通信的初始时刻还没有规定命令发送侧及命令接收侧，或者有的情况下在通信过程中命令发送侧与命令接收侧互换。即使在这样的情况下，若在短期间划分，则也决定命令发送侧及命令接收侧。
另外，在非接触式IC卡的数据通信中，很多情况下根据规定或个别的性能等，规定了接收命令后到输出应答为止的时间。从读写器终端装置来看，命令发送结束后到应答接收开始为止的时间称为待机期间。该待机期间越短，则通信的辅助操作时间能够缩短，有利于提高通信性能。
另外，在非接触式数据载体内的非接触式IC卡一侧，多数情况下没有电池及时钟信号生成电路。在这样的情况下，读写器终端一侧即使是在应答接收中等的命令发送中以外的期间，为了对非接触式IC卡一侧供电或系统时钟信号再生，也必须持续发送载波。
再有，在非接触式IC卡一侧，使用负载切换方式作为应答发送手段。所谓负载切换方式，是在非接触式IC卡一侧，通过切换非接触式IC卡的负载，即通过改变非接触式IC卡一侧的天线端的阻抗，来增加或减少送出载波的读写器终端一侧的天线负载，使载波振幅变化。若根据这样的方式，则通过检测读写器终端一侧的天线端的载波振幅变化，能够在读写器终端一侧接收应答。
但是，在向非接触式IC卡一侧送出命令并接收应答的读写器终端一侧，发送电路与接收电路通过天线相互连接。因此，在命令发送中，来自发送电路的发送信号又绕回到自己的接收电路。在命令发送中绕回到接收电路的输入信号的大振幅、与应答接收输入信号的小振幅之差较大时，由于命令发送中的在振幅输入而使接收电路内的放大电路饱和。在该饱和状态消除之前，用接收电路不能接收应答。
图8所示为以往的读写器终端装置内的发送电路及接收电路的简要构成方框图。发送电路22与接收电路23都与天线连接。接收电路23由检波电路23a、低通滤器电路(LPF)23b、放大电路23e及二值化电路23d构成。
图9所示为图8的主要部分的信号波形一个例子，(a)为天线波形，(b)为检波电路23a的输出波形(检波波形)，(c)为放大电路23e的输入波形，(d)为二值化电路23d的输入波形，(e)为二值化电路23d的输出波形。
如图9所示，在命令发送期间，发送电路22中，载波信号利用命令(发送数据)进行调制，从天线21送出。另外，在图9中，所示的例子是在该读写器终端装置与非接触式IC卡之间进行数据收发时载波信号被100％调制的例子。在经过了紧接发送期间之后的待机期间后，从非接触式IC卡开始发送应答。
这里，由于在命令发送期间大振幅的信号通过天线21绕回到接收电路23，因此接收电路23内的检波电路23a、低通滤波器电路23b、放大电路23e及二值化电路23d分别工作，如图9(e)所示，生成与命令对应的二值化数据。这时，由于对放大电路23e输入了大振幅的信号，因此在紧接命令发送期间之后的待机期间放大电路23e饱和工作。其结果，在进入应答接收期间，在接收来自非接触式IC卡的应答时，二值化电路23d的输入波形怎么也没有达到阈值(VREF)附近，不能接收应答的时间成为瓶颈，不能缩短待机时间，妨碍整个通信系统提高性能。
上述那样的问题不仅在读写器终端装置与非接触式IC卡之间会产生，在同时包含具有读写器终端装置功能的读写器终端部、以及具有非接触式IC卡功能的非接触IC部的非接触式数据载体也会产生。作为这样的非接触式数据载体的例子，可以举出有内装具有近距离数据通信功能的非接触式IC卡部的便携电话终端及PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)等。
另外，在专利文献1中揭示了在将声音与图像多路复用后发送、并在接收侧将它分离成声音及图像进行重放的声音及图像传送装置中，在图像块发送时，使接收部停止工作，在发送的图像块结束发送的时刻，从发送状态切换至接收状态。
【专利文献1】特开平11-46354号公报
发明内容
本发明正是考虑到上述那样的情况而提出的，其目的在于提供能够缩短从紧接命令发送期间之后到应答接收期间为止之间的待机期间以提高整个通信系统性能的非接触式IC卡及读写器终端装置的通信系统、以及具有读写器终端部及非接触式IC卡部的非接触式数据载体。
本发明的非接触式IC卡的读写器终端装置，具有对非接触式IC卡发送命令的发送电路以及接收电路，所述接收电路是接收来自所述非接触式IC卡的发送信号的接收电路，该接收电路具有放大接收信号的放大电路，使设置在所述放大电路的加上所述接收信号的阻抗元件的阻抗降低，减弱所述放大电路的输入信号。
本发明的通信系统，具有接受命令并发送应答的非接触式IC卡以及读写器终端装置，所述读写器终端装置包含通过天线对所述非接触式IC卡发送命令的发送电路及接收电路，所述接收电路是通过所述天线接收来自所述非接触式IC卡的发送信号的接收电路，该接收电路具有放大接收信号的放大电路，使设置在所述放大电路的加上所述接收信号的阻抗元件的阻抗降低，减弱所述放大电路的输入信号。
本发明的非接触式数据载体，具有读写器终端部及非接触式IC卡部，所述读写器终端部包含通过天线发送命令的发送电路及接收电路，所述接收电路是接收用所述天线接收的接收信号的接收电路，该接收电路具有放大接收信号的放大电路，使设置在所述放大电路的加上所述接收信号的阻抗元件的阻抗降低，减弱所述放大电路的输入信号；所述非接触式IC卡部与所述天线连接，通过所述天线接受命令，并从所述天线发送与该命令相对应的应答。
根据本发明，能够缩短从紧接命令发送期间之后到应答接收期间为止之间的待机期间，提高整个通信系统的性能。
附图说明
图1所示为本发明第1实施形态有关的整个通信系统的构成方框图。
图2所示为图1中的读写器终端装置的简要构成方框图。
图3所示为图2中所示接收电路的详细构成一个例子的电路图。
图4所示为图1中的读写器终端装置的主要部分波形的波形图。
图5所示为第1实施形态的变形例有关的读写器终端装置的主要部分波形的波形图。
图6为图1中所示的读写器终端装置及非接触式IC卡的各自内部具体构成的方框图。
图7所示为本发明第2实施形态有关的非接触式数据载体的构成的方框图。
图8所示为以往的读写器终端装置内的发送电路及接收电路的简要构成方框图。
图9所示为图8的电路中的主要部分信号波形一个例子的波形图。
标号说明
11…主机，12…读写器终端装置，13…非接触式IC卡(IC卡)，21…天线，22…发送电路，23…接收电路，23a…检波电路，23b…低通滤波器(LPF)，23c…放大电路，23d…二值化电路，24…逻辑电路，41…放大器，42…电阻。
具体实施方式
以下参照附图，利用实施形态来说明本发明。
图1所示为本发明第1实施形态有关的整个通信系统的构成方框图。读写器终端装置12与由PC(个人计算机)等构成的主机11连接。读写器终端装置12在与非接触式IC卡13之间进行数据收发。在读写器终端装置12与非接触式IC卡13之间的数据收发是互相通过天线以非接触状态进行的。
图2所示为图1中的读写器终端装置12的简要构成方框图。读写器终端装置12包含天线21、发送电路22、接收电路23及逻辑电路24。从逻辑电路24向发送电路22供给载波信号及发送数据，在发送电路22载波信号被发送数据调制，向天线21送出。另一方面，用接收电路23对用天线21接收的信号进行处理，通过这样生成接收数据，供给逻辑电路24。
接收电路23包含对用天线接收的信号进行检波的检波电路23a、将检波电路23a的输出作为输入的低通滤波器电路(LPF)23b、将该低通滤波器电路23b的输出作为输入的放大电路23c、以及将该放大电路23c的输出进行二值化处理而生成接收数据的二值化电路23d。放大电路23c利用逻辑电路24输出的减弱信号来控制其工作。
图3所示为图2所示接收电路23的详细电路构成的一个例子。另外，在图3中，与接收电路23一起示出了天线21及发送电路22。
检波电路23a包含隔直用的电容器31、检波二极管32、以及互相并联的电容器33及电阻34。低通滤波器电路(LPF)23b由电阻35及电容器36构成。放大电路23c由放大器41、在该放大器41的同相输入节点(+)与基准电压VREF的节点之间连接的作为阻抗元件的电阻42、以及对该电阻42并联且利用逻辑电路24输出的减弱信号进行导通控制的开关元件43构成，上述放大器41由隔直用电容器37、运算放大器38、在运算放大器38的输出节点与反相输入节点(-)之间连接的反馈电阻39、以及在运算放大器38的反相输入节点(-)与基准电压VREF的节点之间连接的电阻40构成。
作为上述开关元件43，例如可以使用源极与漏极之间对电阻42并联、减弱信号供给栅极的MOS晶体管。
二值化电路23d由对放大电路23c的输出与基准电压VREF进行比较的电压比较器44构成。另外，供给放大电路23c及二值化电路23d的基准电压VREF的值例如是供给接收电路23的电源电压VDD所接地电压GND的近似中间值，产生该基准电压VREF的基准电压源45可以设置在接收电路23内，或者也可以设置在接收电路23的外部。另外，低通滤波器电路(LPF)23b中的时间常数设定为以往电路的情况相同的值。
下面参照图4所示的波形图，说明上述构成的读写器终端装置的工作情况。图4所示为图3电路的主要部分的信号波形一个例子，(a)为天线波形，(b)为检波电路23a的输出波形(检波波形)，(c)为放大电路23c的输入波形，(d)为减弱信号的波形，(e)为二值化电路23d的输入波形，(f)为二值化电路23d的输出波形(接收数据)。
如图4所示，在命令发送期间，在发送电路22中载波信号被命令(发送数据)调制，从天线21送出。另外，在图4中所示的情况是，在读写器终端装置与非接触式IC卡之间进行数据收发时，载波信号进行100％调制。
在命令发送期间，利用从逻辑电路24输出的减弱信号，使放大电路23c内的开关43持续处于导通状态(SW ON)。通过这样，放大电路23c内的电阻42的两端被该开关43短路，作为阻抗元件的电阻42的阻抗降低。其结果，供给放大电路23c的输入信号的振幅衰减得足够小。即，在命令发送期间，放大电路23c的输入信号被减弱，放大电路23c不饱和，其输出设定为基准电压VREF的电平。
若命令发送期间结束，进入待机期间，则使放大电路23c内的开关43为非导通状态(SW OFF)。然后，经过待机期间之后，从非接触式IC卡开始发送应答。在非接触式IC卡内未装有电池的无电池的非接触式IC卡的情况下，从通过天线接收的接收信号，抽取电源、系统时钟信号及接收数据。然后，接收的数据(命令)利用含有CPU等的控制电路进行适当的处理，通过这样生成应答。生成的应答利用负载切换方式向读写器终端装置一侧发送。所谓负载切换方式，如前所述那样，是通过切换相对于天线的负载状态来表现数据的方法。
这里，在命令发送期间，大振幅信号通过天线21绕回到接收电路23。但是，利用减弱信号，使放大电路23c内的开关43为导通状态，大振幅信号不会供给放大电路23c，放大电路23c不会饱和工作。一旦经过待机期间，则由于解除了放大电路23c的输入信号的减弱状态，因此能够从应答接收期间的开始时刻立即放大输入信号，用二值化电路23d生成与接收信号相对应的二值化数值。
在以往非接触式IC卡用的读写器终端装置的待机期间短的情况下，当从非接触式IC卡一侧发送应答时，不能接收初始的数据，通信质量差。与此相反，上述实施形态的读写器终端装置及通信系统中，即使缩短读写器终端装置的待机期间，也能够从应答接收期间的初始起接收应答，通过这样能够力图提高通信质量及提高通信和整个系统的性能。
另外，在上述实施形态中，说明的是使放大电路23c内的开关43在命令发送期间中持续处于导通状态(SW ON)的情况下。但是，如图5的波形图所示那样，使得在从非接触式IC卡接收应答前的期间开关43暂时性地处于导通状态(SW ON)，即使改变减弱信号的时刻，也能够得到同样的效果。
图6为图1中所示的读写器终端装置12及非接触式IC卡13的各自内部具体构成的方框图。读写器终端装置12内的逻辑电路24包含接收处理电路(RF-RX)51、发送处理电路(RF-TX)52、时钟信号生成电路53、非易失性存储器电路(NV)54、随机存储器电路(RAM)55、只读存储器电路(ROM)56、主接口(主IF)57、CPU(中央处理器)58、协处理器59、中断控制器60等。
接收处理电路51中，接受由检波电路23a、低通滤波器23b、放大电路23c及二值化电路23d构成的接收电路23接收的接收数据，进行同步处理、解码处理、串行/并行变换等。在发送处理电路52中，生成命令，通过并行/串行变换、编码处理、同步处理，生成发送数据及载波允许信号，供给发送电路22。在时钟信号里生成电路53中，生成系统时钟信号，再生成载波信号，供给发送电路22。
在非易失性存储器电路54、随机存储器电路55及只读存储器电路56中，存储进行上述各种处理时所必需的数据。在主接口57中，与主机11之间进行数据收发。利用CPU58控制整个读写器终端装置12的工作。协处理器59例如进行收发数据的加密/解密处理。中断控制器60在对CPU58进行中断处理时使用。
非接触式IC卡13包含天线61、整流电路62、稳压器电路63、低通滤波器电路(LPF)64、二值化电路65、时钟信号抽取电路66、时钟控制电路67、接收处理电路(RF-RX)68、发送处理电路(RF-TX)69、非易失性存储电路(NV)70、随机存储器电路(RAM)71、只读存储器电路(ROM)72、CPR(中央处理器)73、协处理器74、中断控制器75及负载切换用的晶体管76等。
非接触式IC卡13接受来自读写器终端装置12的命令后，发送应答。非接触式IC卡13内的整流电路62及稳压电路63将用天线61接收的载波进行整流及稳压，生成非接触式IC卡13内使用的电源。利用低通滤波器64及二值化电路65，从用天线61接收的接收信号生成接收数据。接收数据供给接收处理电路68。
利用时钟信号抽取电路66及时钟控制电路67，从用天线61接收的载波抽取时钟信号，生成非接触式IC卡13内使用的系统时钟信号。
在发送处理电路69中生成发送数据，根据该发送数据，对一端通过电阻与天线61连接的负载切换用晶体管76进行开关控制，通过这样进行数据发送。
非接触式IC卡13内的非易失性存储器电路70、随机存储器电路71、只读存储器电路72、CPU73、协处理器74及中断控制器75的功能与读写器终端装置12内的各对应部分相同。
图7所示为本发明第2实施形态有关的非接触式数据载体的构成方框图。这里所示的是相互进行数据通信的两个非接触式数据载体101及102。在非接触式数据载体101起到作为非接触式IC卡的功能时，非接触式数据载体102就起到供给载波及时钟读写器终端装置的功能，进行数据通信。反之，在非接触式数据载体102起到作为非接触式IC卡的功能时，非接触式数据载体101就起到供给载波及时钟的读写器终端装置的功能，进行数据通信。
如前所述，作为各非接触式数据载体101及102，例如可举出便携电话终端及PDA等中装有的数据载体。另外，如前所述，非接触式数据载体101及102分别包含具有读写器终端装置功能的读写器终端部、以及具有非接触式IC卡功能的非接触式IC卡部。
基本上各非接触式数据载体101及102分别具有与图6所示的读写器装置12及非接触式IC卡13同样的电路构成。因而，对于与图6对应的部分附加图6中使用的标号，其说明则省略。但是，关于在读写器终端装置12及非接触式IC卡13中重复的电路例如接收处理电路、发送处理电路、非易失性存储器电路、随机存储器电路、只读存储器电路、CPU、协处理器、及中断控制器等，则分别只设置一个。关于这些重复的电路，分别附加读写器终端装置12中使用的标号。
另外，在非接触式数据载体101及102中，由于在读写器终端部及非接触式IC卡部公用接收处理电路51及发送处理电路52，因此重新追加切换控制电路111及两个切换电路112和113。切换控制电路111根据应用程序来生成切换信号。
在一个切换电路112中，根据切换信号切换读写器具终端部的二值化电路23d及非接触式IC卡部的二值化电路65生成的接收数据，供给接收处理电路51。在另一个切换电路113中，根据切换信号切换发送处理电路52生成的发送数据，供给发送电路22或负载切换用的晶体管76。
这里，在读写器终端部的接收电路内的放大电路23c中，根据从逻辑电路24输出的减弱信号，如前面的图4所示，开关元件43在命令发送期间中持续处于导通状态，或者如前面的图5所示，开关元件43在从其它的非接触式数据载体接收应答前的期间中暂时性地处于导通状态。其结果，放大电路23c的输入信号减弱，放大电路23c不会饱和工作，其输出设定为基准电压VREF的电平。
在命令发送期间，大振幅的信号通过天线绕回到读写器终端部的接收电路23。但是，利用减弱信号，使放大电路23c内的开关43处于导通状态，大振幅信号不会供给放大电路23c，放大电路23c内的放大器41不会饱和工作。一旦经过待机期间，则由于解除了放大电路23c的输入信号的减弱状态，因此能够从应答接收期间的开始时刻立即放大输入信号，用二值化电路23d生成与接收信号相对应的二值化数据。
即，在本实施形态的非接触式数据载体中，即使缩短读写器终端部的待机期间，也能够从应答接收期间的初始起接收应答，通过这样能够力图提高通信质量及提高通信和整个系统的性能。
另外，非接触式数据载体的构成不限定于图示的构成，总之只要具有读写器终端部及非接触式IC卡部的两部分功能的构成即可。
Claims (7)
1.一种非接触式IC卡的读写器终端装置，其特征在于，包括
发送电路，所述发送电路对非接触式IC卡发送命令、以及
接收电路，所述接收电路是接收来自所述非接触式IC卡的发送信号的接收电路，该接收电路具有放大接收信号的放大电路，使设置在所述放大电路的加上所述接收信号的阻抗元件的阻抗降低，减弱所述放大电路的输入信号。
2.如权利要求1所述的非接触式IC卡的读写器终端装置，其特征在于，
所述接收电路包含对所述阻抗元件并联且根据控制信号进行开关控制的开关元件。
3.如权利要求所述的非接触式IC卡的读写器终端装置，其特征在于，
所述开关元件由源极与漏极之间对所述阻抗元件并联连接、减弱信号供给栅极的MOS晶体管构成。
4.如权利要求3所述的非接触式IC卡的读写器终端装置，其特征在于，
所述开关元件用所述减弱信号控制，使其在所述命令发送期间中持续处于导通状态。
5.如权利要求3所述的非接触式IC卡的读写器终端装置，其特征在于，
所述开关元件用所述减弱信号控制，使其在接收与所述命令相对应的应答前的期间中、暂时性地处于导通状态。
6.一种通信系统，其特征在于，包括
非接触式IC卡，所述非接触式IC卡接收命令并发送应答、以及
读写器终端装置，所述读写器终端装置包含通过天线对所述非接触式IC卡发送命令的和发送电路、以及通过所述天线接收来自所述非接触式IC卡的发送信号的接收电路，该接收电路具有放大接收信号的放大电路，使设置在所述放大电路的加上所述接收信号的阻抗元件的阻抗降低、减弱所述放大电路的输入信号。
7.一种非接触式数据载体，其特征在于，包括
读写器终端部以及非接触式IC卡，
所述读写器终端部，包含通过天线发送命令的发送电路、以及接收用所述天线接收的接收信号的接收电路，该接收电路具有放大接收信号的放大电路，使设置在所述放大电路的加上所述接收信号的阻抗元件的阻抗降低、减弱所述放大电路的输入信号，
所述非接触式IC卡部，与所述天线连接并通过所述天线接受命令、并且从所述天线发送与该命令相对应的应答。
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