JP2002222394A

JP2002222394A - カードリーダ装置

Info

Publication number: JP2002222394A
Application number: JP2001018486A
Authority: JP
Inventors: Norishige Kanai; 律薫金井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】過剰な電力供給によってＩＣカードの内部素
子が破壊されることを防止することができるカードリー
ダ装置を提供する。【解決手段】カードリーダ装置１９のコンパレータ２
２，２３は、通信プレート９Ｒ（＋），９Ｒ（−）を介
して静電結合したＩＣカードより送信される信号に重畳
されているリップルのレベルを検出し、電圧制御回路２
６は、そのリップルのレベルに応じて、正弦波発生回路
２７及び送電コイル８によってＩＣカード側に供給する
電源電力の大きさを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる密着型の
ＩＣカードに記録されているデータを読み出すためのカ
ードリーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５乃至図７は、密着型のＩＣカード１
と、そのＩＣカード１に記録されているデータを読み出
すカードリーダ装置２との一構成例を概略的に示すもの
である。カードリーダ装置２の外観を示す図５におい
て、カードリーダ装置２は、基台３に立設されているカ
ード収納部４に設けられているスリット５よりＩＣカー
ド１を挿入することで、ＩＣカード１をカードリーダ装
置２と密着させた状態でデータの転送等の通信を行うよ
うになっている。

【０００３】図６及び図７に示すように、ＩＣカード１
側には、受電コイル６と４枚の通信プレート７（Ｒ
（＋），Ｒ（−），Ｔ（＋），Ｔ（−））が配置されて
おり、カード収納部４内部のＩＣカード１に対向する面
側には、送電コイル８と４枚の通信プレート９（Ｒ
（＋），Ｒ（−），Ｔ（＋），Ｔ（−））が配置されて
いる。そして、ＩＣカード１は、カード収納部４に収納
された状態において、送電コイル８と受電コイル６とが
電磁結合することで送信される例えば正弦波状の信号に
より電源電力とクロック信号との供給を受けると共に、
カードリーダ装置２側の通信プレート９と自身に設けら
れている通信プレート７とが静電結合することにより通
信を行うようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＩＣカード
１側に供給される電力の大きさは、カードリーダ装置２
との密着状態（実際には、両者間には極僅かな空隙が存
在する）に応じて変化する場合がある。また、例えば、
カード収納部４とＩＣカード１との間の「遊び」が大き
い場合でもＩＣカード１側に必要な電力が確実に供給さ
れるように、カードリーダ装置２側において送信電力を
大きめに設定する場合や、メーカー毎や或いは各個別の
ＩＣカード１の受電コイル６の巻数（インダクタンス）
が夫々異なる場合も想定される。

【０００５】そして、以上のようなばらつきの要因が存
在する結果、ＩＣカード１側に供給される電力が大き過
ぎる状態になると、内部のマイクロコンピュータ等の素
子が発熱して破壊されるおそれがある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、過剰な電力供給によってＩＣカード
の内部素子が破壊されることを防止することができるカ
ードリーダ装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のカードリ
ーダ装置によれば、リップルレベル検出手段は、通信プ
レートを介して静電結合することでＩＣカードより送信
される信号に重畳されているリップルのレベルを検出す
る。そして、供給電力制御手段は、前記リップルのレベ
ルに応じて、受電コイルと電磁結合することでＩＣカー
ドに供給する電源電力の大きさを制御する。

【０００８】即ち、ＩＣカード側では、カードリーダ装
置側より送信される交流信号を電源部において整流平滑
することで内部回路の動作用電源を生成するが、前記交
流信号のレベルが大き過ぎると、電源部において平滑し
きれなかったリップルが通信プレートを介してＩＣカー
ド側より送信される信号にも重畳されるようになる。従
って、カードリーダ装置側において、ＩＣカード側から
の送信信号に重畳されているリップルのレベルに応じて
供給する電源電力の大きさを制御すれば、その電源電力
の大きさが適切な値となるように調整することができ、
ＩＣカードが加熱して破壊に至ることを防止することが
できる。

【０００９】請求項２記載のカードリーダ装置によれ
ば、供給電力制御手段は、リップルレベル検出手段によ
って検出される複数段階のレベルに応じて電源電力の大
きさを制御するので、電源電力の大きさが適切な値とな
るように段階的に調整を行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図１乃至図４を参照して説明する。尚、図５乃至図７と
同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異な
る部分についてのみ説明する。図２は、従来構成と同様
のＩＣカード１について電気的構成を示す機能ブロック
図である。受電コイル６の両端は、電圧レギュレート回
路（直流電源生成回路）１１及びクロック再生回路１２
の入力端子に接続されている。

【００１１】電圧レギュレート回路１１は、後述するカ
ードリーダ装置より３．６ＭＨｚ程度の正弦波（例え
ば、標準で３０Ｖp-p ）として送信される電磁信号を受
電コイル６を介して受信すると、その信号を全波整流し
て平滑することで直流電源（例えば、５Ｖ）を生成し、
ＩＣカード１内の各電気的構成部に供給するようになっ
ている。また、クロック再生回路１２は、カードリーダ
装置より送信される交流信号に基づいて矩形波状のクロ
ック信号を再生すると処理部１３に供給するようになっ
ている。

【００１２】リセット検出回路１４は、電圧レギュレー
ト回路１１が生成した直流電源のレベルが下限値を下回
ると、処理部１３にリセット信号を出力するようになっ
ている。処理部１３は、ＣＰＵを中心として構成されて
おり、ＥＥＰＲＯＭなどで構成されるメモリ部１５から
ＩＣカード１の識別コードやその他の保持データなどを
読み出すようになっている。

【００１３】受信側の通信プレート７Ｒ（＋），７Ｒ
（−）は、差動増幅器１６の非反転入力端子，反転入力
端子に接続されており、差動増幅器１６は、両入力端子
に与えられる信号を差動増幅して処理部１３の入力ポー
トに出力するようになっている。また、処理部１３の出
力ポートは、非反転増幅器１７及び反転増幅器１８の入
力端子に共通に接続されている。そして、これらの増幅
器１７，１８は、処理部１３が出力する信号を夫々非反
転増幅，反転増幅した信号を送信用の通信プレート７Ｔ
（＋），７Ｔ（−）に出力するようになっている。

【００１４】一方、図１は、カードリーダ装置１９の本
発明の要旨にかかる部分の電気的構成を示す図である。
ＩＣカード１の通信プレート７Ｔ（＋），７Ｔ（−）に
対向する部位に位置する受信用の通信プレート９Ｒ
（＋），９Ｒ（−）は、差動増幅器２０の非反転入力端
子，反転入力端子に夫々接続されており、差動増幅器２
０は、両入力端子に与えられる信号を差動増幅して処理
部２１の入力ポートに出力するようになっている。尚、
具体的には図示しないが、差動増幅器２０は、ヒステリ
シス特性を有するように正帰還がかけられている。処理
部２１は、処理部１３と同様にＣＰＵを中心として構成
されている。

【００１５】また、通信プレート９Ｒ（＋），９Ｒ
（−）は、コンパレータ（リップルレベル検出手段）２
２，２３の非反転入力端子に夫々接続されている。これ
らのコンパレータ２２，２３の反転入力端子には、基準
電圧Ｖref1，Ｖref2が夫々与えられており、コンパレー
タ２２，２３は、詳細は後述するが、ＩＣカード１に電
源が供給された場合に通信プレート９Ｒ（＋），９Ｒ
（−）に現れるリップルを検出するために設けられてい
る。

【００１６】通信プレート９Ｒ（＋），９Ｒ（−）に
は、ＩＣカード１が密着していない状態において、差動
増幅器２０の入力側に帰還がかけられていることにより
バイアス電圧Ｖb+，Ｖb-が印加されている。そして、基
準電圧Ｖref1，Ｖref2は、以下のように設定されてい
る。Ｖref1＝Ｖb+＋Ｖr1 Ｖref2＝Ｖb-＋Ｖr2 ここで、Ｖr1，Ｖr2は、リップルを異なるレベルで検出
するための電圧であり、例えば、Ｖr1＝０．５Ｖ，Ｖr2
＝１．０Ｖ，に設定されている。

【００１７】コンパレータ２２，２３の出力端子は、Ａ
ＮＤゲート２４，２５の一方の入力端子に接続されてお
り、ＡＮＤゲート２４，２５の他方の入力端子には、処
理部２１が出力する検出許可信号が与えられている。そ
して、ＡＮＤゲート２４，２５の出力端子は、電圧制御
回路（供給電力制御手段）２６の入力端子に夫々接続さ
れている。

【００１８】電圧制御回路２６は、例えば降圧チョッパ
回路などで構成されており、ＡＮＤゲート２４，２５を
介して与えられるコンパレータ２２，２３の出力信号に
応じて正弦波発生回路２７に発振用の駆動電圧を変化さ
せて出力するようになっている。正弦波発生回路２７
は、処理部２１より与えられる発信制御信号に応じて送
電コイル２８よりＩＣカード１に電磁信号として送信す
る正弦波の発振を行うようになっており、その正弦波の
振幅レベルは、電圧制御回路２６より与えられる駆動電
圧に応じて設定される。

【００１９】尚、カードリーダ装置１９の送信側の回路
は図示を省略している。また、処理部２１は、ＩＣカー
ド１より読み出したデータを、必要に応じて通信用イン
ターフェイスを介し、外部装置（例えば、ホストコンピ
ュータ等，何れも図示せず）に対して送信するようにな
っている。

【００２０】次に、本実施例の作用について説明する。
図３は、ＩＣカード１とカードリーダ装置１９との間で
行われる通常の通信シーケンスの一例を示すものであ
る。カードリーダ装置１９の処理部２１は、一定間隔毎
に発信制御信号を出力し、正弦波発生回路２７を駆動し
て送電コイル８より電力を送信しており、ＩＣカード１
が密着状態となるまで待機している（図３参照）。

【００２１】そして、ユーザがＩＣカード１をカードリ
ーダ装置１９のカード収納部に挿入して密着状態にさせ
ると、送電コイル８及び受電コイル６を介して電力が供
給され処理部１３が起動する。すると、処理部１３は、
メモリ部１５に記憶されている識別コードを読み出して
カードリーダ装置１９側に送信する（図３参照）。カ
ードリーダ装置１９の処理部２１は、ＩＣカード１の識
別コードを受信して照合すると、ＩＣカード１のメモリ
部１５に記憶されているデータを送信させるためのコマ
ンドをＩＣカード１側に送信する（図３参照）。

【００２２】ＩＣカード１の処理部１３は、カードリー
ダ装置１９より送信されたコマンドを認識すると、メモ
リ部１５に記憶されているデータを読み出して送信カー
ドリーダ装置１９側に送信する（レスポンス，図３参
照）。そして、カードリーダ装置１９の処理部２１は、
ＩＣカード１より送信されたデータを受信すると、その
時点から所定期間だけＩＣカード１に対する電力の送信
を停止させる（図３参照）。

【００２３】即ち、ユーザは、カードリーダ装置１９側
の図示しない表示器などによりカードリーダ装置１９が
ＩＣカード１のデータを読み取ったことを認識して、図
３の期間にＩＣカード１をカードリーダ装置１９のカ
ード収納部より取り出す。それから、カードリーダ装置
１９は、図３に示す状態に戻る。

【００２４】図４は、図３のからに移行する場合に
おける、ＩＣカード１の送信用の通信プレート７Ｔ
（＋），７Ｔ（−）における送信信号，及びカードリー
ダ装置１９の通信プレート９Ｒ（＋），９Ｒ（−）にお
ける受信信号，差動増幅器２０の出力信号，並びに検出
許可信号，発振制御信号の各波形を示すものである。但
し、カードリーダ装置１９より送信される電力が若干大
きい場合である。

【００２５】ＩＣカード１の処理部１３は、電力が供給
されると、図３において識別コードを送信する直前に
ハイレベルの信号を出力し続けるようになっている。そ
の結果、図４（ａ），（ｂ）に示すように、通信プレー
ト７Ｔ（＋），７Ｔ（−）の信号レベルは夫々ハイ
（Ｈ），ロウ（Ｌ）に固定される。この時点で、カード
リーダ装置１９よりＩＣカード１に供給される電力が若
干大きい場合には、通信プレート７Ｔ（＋），７Ｔ
（−）の信号レベルにリップルが観測される。

【００２６】即ち、受電コイル６を介して受信した信号
は電圧レギュレート回路１１において整流・平滑される
が、ＩＣカード１のサイズの関係から、電圧レギュレー
ト回路１１に用いる平滑用のコンデンサには容量が十分
大きいものを用いることができない。従って、供給され
る電力が適正な範囲であれば直流電源波形を平滑しきる
ことができるが、電力が若干大きくなると平滑しきれな
くなったリップルが送信信号に重畳されることになる。

【００２７】そして、図４（ｃ），（ｄ）に示すよう
に、この時カードリーダ装置１９の通信プレート９Ｒ
（＋），９Ｒ（−）においても、静電結合によってリッ
プルＶrが観測される。そこで、カードリーダ装置１９
の処理部２１は、図４（ｆ）に示すように、この期間に
合わせて検出許可信号を出力する。すると、コンパレー
タ２２，２３における比較結果がＡＮＤゲート２４，２
５を介して電圧制御回路２６に与えられる。

【００２８】即ち、通信プレート９Ｒ（＋），９Ｒ
（−）において観測されるリップルのレベルＶr に応じ
てコンパレータ２２，２３の出力信号レベルは以下のよ
うに定まる。コンパレータ２２コンパレータ２３０＜Ｖr ≦０．５ＶＬＬ０．５Ｖ＜Ｖr ≦１．０ＶＨＬ１．０Ｖ＜Ｖr ＨＨ

【００２９】そして、電圧制御回路２６は、コンパレー
タ２２，２３の出力信号レベルに応じて正弦波発生回路
２７に与える発振用の駆動電圧Ｖd を以下のように変化
させる。コンパレータ２２コンパレータ２３駆動電圧Ｖd ＬＬ標準レベルＨＬ１ステップ低下ＨＨ２ステップ低下ここで、「１ステップ低下」とは、駆動電圧Ｖd を標準
レベル（３０Ｖp-p ）から１ステップ（例えば１．５
Ｖ）低下させることであり、「２ステップ低下」とは、
駆動電圧Ｖd を標準レベルから２ステップ（３．０Ｖ）
低下させることである。

【００３０】このようにして、図３のからに移行す
る間にカードリーダ装置１９の通信プレート９Ｒ
（＋），９Ｒ（−）において所定レベル以上のリップル
が検出された場合には、ＩＣカード１側に送電させる電
力レベルが若干少なくなるように制御される。その結
果、図３のに移行した時点では、図４（ａ）〜（ｄ）
に示すように、リップルは観測されなくなる。

【００３１】尚、処理部２１による検出許可信号の出力
は図３のに移行する直前で停止するが、電圧制御回路
２６は、コンパレータ２２，２３の出力信号レベルを検
出許可信号が出力されている期間中にラッチして、その
後も、同じレベルの駆動電圧Ｖd を出力し続ける。

【００３２】また、図３のフェイズにおいて、ＩＣカ
ード１の処理部１３は、図４（ａ）に示すように送信信
号を一旦ロウレベルにして識別コードの送信を開始する
が、図４（ｂ）に示す通信プレート９Ｔ（−）において
は、その反転信号が現れる。この場合、カードリーダ装
置１９の通信プレート９Ｒ（＋），９Ｒ（−）では、図
４（ｃ），（ｄ）に示すように、通信プレート７Ｔ
（＋），７Ｔ（−）との静電結合によってＩＣカード１
側の信号の微分波形が現れる。

【００３３】そして、差動増幅器２０は、通信プレート
９Ｔ（＋），９Ｔ（−）の信号レベルを差動増幅して出
力するので、その出力信号波形は、図４（ｅ）に示すよ
うに図４（ａ）の通信プレート７Ｔ（＋）と同様の波形
となる。この差動増幅器２０の出力信号が、処理部２１
の入力ポートに与えられることで、ＩＣカード１とカー
ドリーダ装置１９との通信が行われる。尚、カードリー
ダ装置１９よりＩＣカード１側にコマンドが送信される
場合も、ＩＣカード１側の通信プレート７Ｒ（＋），７
Ｒ（−）に現れる波形は同様の微分波形となり、差動増
幅器１６の出力信号も差動増幅器２０と同様にして出力
される。

【００３４】以上のように本実施例によれば、カードリ
ーダ装置１９のコンパレータ２２，２３は、通信プレー
ト９Ｒ（＋），９Ｒ（−）を介してＩＣカード１より送
信される信号に重畳されているリップルのレベルＶr を
検出し、電圧制御回路２６は、そのリップルのレベルＶ
r に応じて、正弦波発生回路２７及び送電コイル８を介
してＩＣカード１側に供給する電源電力の大きさを制御
するようにした。従って、前記電源電力の大きさが適切
な値となるように調整することができ、ＩＣカード１の
処理部１３などの内部素子が加熱して破壊に至ることを
防止することができる。

【００３５】そして、２つのコンパレータ２２，２３に
よってリップルレベルＶr を２段階で検出し、電圧制御
回路２６は、その２段階のレベルに応じて電源電力の大
きさを制御するので、電源電力の大きさが適切な値とな
るようにより段階的に調整を行うことができる。また、
通信プレート９Ｒ（＋），９Ｒ（−）にコンパレータ２
２，２３を夫々配置することによって、差動増幅器２０
の入力側の対称性が良好となるので、受信信号レベルの
検出精度が低下することを防止できる。

【００３６】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。コンパレータ２２，２３は、カード
リーダ装置１９側の受信信号レベルの検出精度に問題が
なければ、何れか一方だけに設けてもよい。また、通信
プレート９Ｒ（＋），９Ｒ（−）の夫々に，２個ずつ，
４個ずつ設けて、夫々異なるリップルレベルを検出させ
るようにしても良い。リップルレベルの検出は、ＩＣカ
ードとの通信開始前に限ることなく、通信の合間に行う
ようにしても良い。検出するリップルレベルは、送信電
力の大きさやその他の規格値など、個別の設計に応じて
適宜設定すれば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であり、カードリーダ装置の
本発明の要旨にかかる部分の電気的構成を示す図

【図２】ＩＣカードの電気的構成を示す機能ブロック図

【図３】ＩＣカードとカードリーダ装置との間で行われ
る通常の通信シーケンスの一例を示す図

【図４】図３のからに移行する場合における、各部
の信号波形を示す図

【図５】従来のカードリーダ装置の外観を示す図

【図６】ＩＣカードの平面図

【図７】ＩＣカードとカードリーダ装置とが対向した状
態を示す斜視図

【符号の説明】

１はＩＣカード、７及び９は通信プレート、１９はカー
ドリーダ装置、２２及び２３はコンパレータ（リップル
レベル検出手段）、２６は電圧制御回路（供給電力制御
手段）を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁結合によって外部装置より電源供給
を受けるための受電コイルと、静電結合によって前記外
部装置との間で通信を行うための通信プレートとを備え
てなるＩＣカードと通信を行い、前記ＩＣカードに記憶
されているデータの内容を読み出すためのカードリーダ
装置において、前記通信プレートを介して静電結合した状態で前記ＩＣ
カードより送信される信号に重畳されているリップルの
レベルを検出するためのリップルレベル検出手段と、このリップルレベル検出手段によって検出されるリップ
ルのレベルに応じて、前記受電コイルを介して電磁結合
した状態で前記ＩＣカードに対して供給する電源電力の
大きさを制御する供給電力制御手段とを備えたことを特
徴とするカードリーダ装置。
【請求項２】前記リップルレベル検出手段は、前記リ
ップルのレベルを複数段階で検出することが可能に構成
されており、前記供給電力制御手段は、前記リップルレベル検出手段
によって検出される複数段階のレベルに応じて、前記電
源電力の大きさを制御することを特徴とする請求項１記
載のカードリーダ装置。