JP2004046292A - Ｉｃカードリーダライタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、規定された最大電流値に対する電流マージンがないとき、負荷状態の変化で電源電流が増大した結果、動作不能となることを防止した非接触型ＩＣカードのリーダライタ端末を提供する。
【解決手段】リーダライタ端末２には、外部装置からＵＳＢケーブル３を介して電源が供給される。該電源の電流を監視する電流監視回路６をＵＳＢケーブルコネクタ５の近傍に配置し、検出電流値が所定値を超えたとき、デジタル処理部７が、ＩＣカードに電力を供給するアンテナＡ１に出力電流を出力する増幅器の増幅度を変更し、検出電流値に応じて前記出力電流を小さく制御する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触型ＩＣカードと通信を行うＩＣカードリーダライタ装置に関し、特に、規定された最大電流値に対する電流マージンを確保できないときに、消費電力が増大した結果、動作不能となることを防止した非接触型ＩＣカードと通信を行うＩＣカードリーダライタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、スマートカードに代表されるように、カードにＩＣチップを埋め込んだＩＣカードを作成し、電子財布を実現させようとしている。また、このＩＣカードを交通手段の定期券や乗車券とすることも行われている。更には、ＩＣタグとしても使用されている。これらのように、カードに内蔵させたＩＣによって種々の機能を実現させることが行われている。
【０００３】
これらの機能をＩＣカードで実現するには、通常、このＩＣカードと非接触で無線通信を行うリーダライタ端末を必要とする。そして、非接触型ＩＣカードには、形状的にＩＣを駆動する電源を組み込むことが難しいため、多くは、ＩＣカードから離れた位置にあるリーダライタ端末から送出される無線搬送波を使用して、ＩＣカードのＣＰＵに電力供給するようになっている。
【０００４】
一方、リーダライタ端末の駆動電源は、端末が携帯型に構成されている場合には、内蔵されたバッテリから供給されるようになっているが、リーダライタ端末をアップストリーム側のパソコン（ＰＣ）或いはホストに接続して利用する場合には、アップストリーム側とリーダライタ端末とはユニバーサル・シリアルバス（ＵＳＢ）で接続されることが多く、この場合には、リーダライタ端末の駆動電力は、ＵＳＢケーブルを介してアップストリーム側から供給される。
【０００５】
そこで、上述したようなＩＣカードを、リーダライタ端末と非接触で通信させる場合について、その概略構成を図２に示した。
【０００６】
リーダライタ端末２は、パソコン１とＵＳＢケーブル３によって接続され、非接触型ＩＣカード４が、リーダライタ（ＲＷ）端末２に近づけられたときに、無線で近距離通信が行われる。
【０００７】
このリーダライタ端末２には、非接触型のＩＣカード４と無線通信を行うためのＲＷアンテナＡ１が備えられ、アンテナＡ１には、電力増幅する出力アンプＡＭＰが接続され、ＩＣカード４と通信を行うために必要な電力と通信信号を供給する。そして、ＩＣカード４には、アンテナＡ１と送受信するためのアンテナＡ２が備えられ、アンテナＡ２は、ＩＣカード４内のＩＣに電力を受信するとともに、通信信号の送受信を行う。
【０００８】
リーダライタ端末２に備えられたＲＷアンテナＡ１は、通常、複数回巻かれたループアンテナで構成される。このループアンテナのコイルは、例えば、プリント配線基板上に、複数の線を束ねて平面的に固定されているか、或いは、線自体がプリント配線されてループアンテナを形成している。さらには、プリント配線基板とは別に、リーダライタ端末のＲＷアンテナＡ１として、単体で形成されている場合ある。
【０００９】
一方、ＩＣカード４に内蔵されたアンテナＡ２も、アンテナＡ１と電磁結合するループアンテナで構成される。アンテナＡ２の出力端には、抵抗、コンデンサ等からなる同調回路が接続されており、リーダライタ端末２内の電力増幅器ＡＭＰから供給される搬送波がアンテナＡ１によって空中線として放射されると、ＩＣカード４のアンテナＡ２がこの搬送波を受信することによって、ＩＣを駆動するための電力が供給されるとともに、搬送波に重畳された通信信号が受信される。
【００１０】
アンテナＡ１とアンテナＡ２との通信距離は、それらの電磁誘導作用により、両アンテナが近づけば、アンテナＡ１の消費電力は、大きくなり、また、反対に、両アンテナが遠ざかれば、その消費電力は、小さくなる。
【００１１】
パソコン１とリーダライタ端末２とは、ＵＳＢケーブル３によって接続される。該ＵＳＢケーブル３は、パソコン１とリーダライタ端末２とに各々備えられたＵＳＢケーブルコネクタに差し込まれて接続される。このＵＳＢケーブルコネクタに関しては、上流側のコネクタをシリーズＡと、下流側のコネクタをシリーズＢと称しており、ＵＳＢケーブル３の端のシリーズＡプラグを、上流側のハブであるパソコン１のシリーズＡソケットに差し込まれる。そして、ＵＳＢケーブル３の他端のシリーズＢプラグをリーダライタ端末のシリーズＢソケットに差し込まれる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、パソコン１とリーダライタ端末２とは、ＵＳＢケーブル３を介して接続されるが、ＵＳＢは、シリアルデータを差動信号として伝送するものであり、そのＵＳＢケーブルは、一対の信号線（Ｄ＋、Ｄ−）と一対の電源線（Ｖｂｕｓ、ＧＮＤ）の４本のケーブルで構成されている。この一対の電源線によって、リーダライタ端末２の駆動用の電力がパソコン１から供給される。しかし、従来のリーダライタ端末２では、このＵＳＢケーブルの電源線に流れる電流を監視していなかった。
【００１３】
ＵＳＢケーブル３の電源線からリーダライタ端末２へ電力を供給する場合、ＵＳＢの規定から最大値は、５Ｖ、５００ｍＡとなっている。実際のリーダライタ端末では、この規定値の範囲内ではあるが、最大値に近いギリギリの値で動作するように設計される場合がある。これは、非接触型のＩＣカードリーダライタ端末２では、アンテナＡ１から供給される電力が大きいほど、ＩＣカード４との通信距離を延ばすことができるという事情に拠っており、定めた目標距離で通信を行わせるようにした結果、電流マージンをあまり大きく確保することができないことがある。
【００１４】
この様なリーダライタ端末が動作している最中に、例えば、ＩＣカード４の扱われ方によっては、アンテナＡ１とアンテナＡ２との電磁誘導作用の結果、アンテナＡ１からの送信電力が大きくなってしまう場合がある。このようなとき、電流マージンが少ないため、ＵＳＢケーブル３の電源線を流れる電流値が規定された最大値を超えたものとなり得る。
【００１５】
そこで、このような状態になると、アップストリーム側のホスト（又はハブ）であるパソコン１が、ＵＳＢケーブル３による電力供給を中止することになっており、リーダライタ端末２の再初期化を行うようになっている。そのため、この作業の間、リーダライタ端末２は、動作不能状態となってしまう。
【００１６】
リーダライタ端末２がＩＣカード４へアクセスしている最中に、リーダライタ端末４が動作不能状態に陥った場合には、ＩＣカード４内に保存されているデータ内容が保証できない等の不具合が生じる可能性があり、この様なことは、ＩＣカード利用上、問題となるために、何らかの対策を講じる必要がある。
【００１７】
また、リーダライタ端末に内蔵したバッテリ等によってリーダライタ端末への電力供給を行う場合でも、やはり、該バッテリの最大供給能力を超えると、リーダライタ端末は、動作不能状態とされ、この場合でも、同様に、ＩＣカード利用上、問題となるために、何らかの対策を講じる必要がある。
【００１８】
そこで、本発明は、非接触型ＩＣカードと通信を行うものであって、規定された最大電流値に対する電流マージンが大きくないときに、負荷状態が変化して電源電流が増大した結果、動作不能となることを防止したＩＣカードリーダライタ装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明によるＩＣカードリーダライタ装置には、該電源の電流を監視する電流監視回路と、ＩＣカードに電力を供給するアンテナに出力電流を出力する増幅器と、前記電流監視回路の検出電流値に応じて前記出力電流を制御する制御部とが備えられ、前記制御部は、前記検出電流値が所定値を超えたとき、前記出力電流を小さく制御することを特徴としている。
【００２０】
そして、前記電源は、外部装置からＵＳＢケーブルを介して供給され、前記電流監視回路は、前記ＵＳＢケーブルソケットの近傍に配置されることとした。
【００２１】
さらに、前記制御部は、前記増幅器の増幅度を制御し、或いは、前記検出電流値の大きさに応じて、前記増幅度を多段階に制御するようにした。
【００２２】
また、前記制御部は、前記出力電流を小さく制御した場合に、所定時間経過後に前記出力電流を前の大きさに制御することとし、前記制御部は、前記出力電流を小さく制御したとき、利用者に報知するようにした。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のＩＣカードリーダライタ装置の実施形態について、図１を参照しながら説明する。図１では、本実施形態として、ＩＣカードと非接触で通信するリーダライタ端末が、パソコンにＵＳＢケーブルで接続されている場合を実施例として挙げている。
【００２４】
本実施形態では、電源の電力供給能力を超えた出力電流が流れたとき、リーダライタ端末が動作不能に陥ることを防止する対策として、リーダライタ端末に備えられたアンテナの負荷状態に応じて変化する電源線の電流を監視し、該電流が所定電流値を超えたとき、アンテナへの出力電流を抑制する制御方式とした。
【００２５】
図１には、ＩＣカードと非接触で通信するリーダライタ端末における回路構成が示されている。なお、リーダライタ端末の全体回路構成は、従来のものが使用されるので、図１では、省略されており、リーダライタ端末の電源供給部とアンテナへの出力電流供給部分について、本実施形態に関連する回路構成を示した。
【００２６】
リーダライタ端末２には、ＵＳＢによりパソコン１と送受信するために、ＵＳＢケーブルコネクタ５が設けられている。このＵＳＢケーブルコネクタ５において、リーダライタ端末側のシリーズＢソケットに、ＵＳＢケーブル３のシリーズＢプラグが差し込まれている。リーダライタ端末２の駆動電源は、ＵＳＢケーブル３の一対の電源線Ｖｂｕｓ、ＧＮＤから、ＵＳＢケーブルコネクタ５を介して供給される。
【００２７】
そこで、本実施形態では、リーダライタ端末２の内部において、ＵＳＢケーブルコネクタ５の近傍の電源線上に、電流監視回路６を設置した。この電流監視回路６は、電源線を流れる電流の大きさを監視し、任意に設定した電流検出値Ｉｔｈに対し、電源線を流れる電流値Ｉがこの電流検出値Ｉｔｈを超えた場合に、検出信号Ｓを出力するように動作する。この設定される電流検出値Ｉｔｈは、例えば、最大供給値から若干のマージンが考慮され、例えば、規定値が５００ｍＡであれば、４５０ｍＡのような値とされる。
【００２８】
電流監視回路６は、電源線を流れる電流値Ｉがこの電流検出値Ｉｔｈを超えたとき、検出信号Ｓをデジタル処理部（ＣＰＵ）７へ送出する。検出信号Ｓを受け取ったデジタル処理部７は、検出信号Ｓに基づいてＲＦ出力部の出力電流を制御する。なお、デジタル処理部７は、電源線の電流監視のためだけのＣＰＵであっても、又は、リーダライタ端末２の全体を制御するＣＰＵであってもよい。
【００２９】
アンテナＡ１に電力を供給するＲＦ出力部の回路構成は、出力アンプＡＭＰを基本とし、出力アンプＡＭＰは、リーダライタ端末２内の変調部で生成された通信信号をアンテナＡ１に出力する役割を有している。出力アンプＡＭＰには、抵抗値を可変とする帰還抵抗が接続されている。この帰還抵抗の値を変更して出力アンプＡＭＰの増幅度を変更している。
【００３０】
図１に示されるように、出力アンプＡＭＰの帰還抵抗は、抵抗Ｒ１及びＲ２が並列に接続されており、一方の抵抗、図では、抵抗Ｒ１と直列にスイッチＳＷが挿入されている。このスイッチＳＷのオン・オフにより、帰還抵抗の大きさが変わり、出力アンプＡＭＰの増幅度が変更される。
【００３１】
デジタル処理部７は、電流監視回路６から検出信号Ｓを受信したとき、スイッチＳＷをオンに制御し、ＲＦ出力部の出力アンプＡＭＰに接続されている抵抗Ｒ１を帰還抵抗に追加する。この制御により、出力アンプＡＭＰの増幅度が小さくされ、アンテナ部のアンテナＡ１への出力電流を抑制することができる。
【００３２】
ここで、アンテナ部のアンテナＡ１への出力電流が抑制されるということは、ＩＣカードに備えられたアンテナＡ２とアンテナＡ１との通信距離が、アンテナの消費電力に応じて、出力電流抑制前より短くなることを意味する。例えば、通信距離１０ｃｍとしていたものが、５ｃｍと短くなる。この様に、リーダライタ端末２とＩＣカード４との通信距離が狭まってしまう結果になるが、リーダライタ端末自体の動作不能という事態を確実に回避することができる。出力電流が抑制されたときには、ＩＣカードの利用者は、当該ＩＣカードをリーダライタ端末２のアンテナＡ１にさらに近づけることによって、通信処理を実行させることができる。
【００３３】
このとき、リーダライタ端末２側で、電源線に流れる電流が監視され、その大きさによってアンテナＡ１の出力が自動的に抑制されることになるので、ＩＣカードの利用者は、アンテナＡ１の出力抑制を知ることができない。そのため、利用者は、通信エラーを繰り返す結果となる。そこで、リーダライタ端末２に、「ＩＣカードを近づけて下さい」というようなメーッセージを表示するようにするか、又は、同様の趣旨を示すランプ点灯を行うなどの報知手段を備えると、利便性が向上する。
【００３４】
これまで説明した図１の出力アンプＡＭＰは、２つの抵抗Ｒ１及びＲ２の並列接続によって２段階の増幅度で切り換えられたが、更に精度を上げるため、複数の抵抗を接続し、各々にスイッチを挿入することにより、切換可能段階を増やすこともできる。この場合には、電流監視回路６は、電源線を流れる電流値Ｉを検出するようにし、デジタル処理部７は、電流監視回路６から送信される電流値Ｉの大きさに応じて、予め設定された複数の電流検出値Ｉｔｈに基づいて出力アンプＡＭＰに備えられた各スイッチを制御し、出力アンプＡＭＰの増幅度を多段階に変更することができる。消費電力に応じて段階的に通信距離を設定することも可能となる。
【００３５】
ここで、デジタル処理部７が、電流監視回路６の検出信号に基づいて、出力アンプＡＭＰの出力電流の大きさを抑制することによって、リーダライタ端末２の動作不能という事態を回避させることができる。しかし、電流監視回路６は、電源線に流れる電流Ｉが所定の電流検出値Ｉｔｈを超えたという検出信号Ｓを出力するだけであり、電流検出値Ｉｔｈを超えている期間を検出しているわけではないので、リーダライタ端末２の動作不能状態が回復されたかどうかは、検出できない。
【００３６】
そこで、デジタル処理部７は、電流監視回路６の検出信号Ｓの受信から、所定時間経過後に、アンテナＡ１への出力電流について抑制前の大きさで出力できる増幅度に戻す制御を行う。この増幅度を戻す制御をしたとき、電流監視回路６によって、再び電流検出値Ｉｔｈを超える電流Ｉが検出され、検出信号Ｓがデジタル処理部７に送信される場合には、再度、デジタル処理部７は、出力アンプＡＭＰの増幅度を制御する。この様に制御することにより、電源線を流れる電流が電流検出値を超えるような状態が続いても、リーダライタ端末２が動作不能に陥ることを確実に回避することができる。
【００３７】
以上に示した本実施形態に係るリーダライタ端末の制御方式について、端末自体の電源は、ＵＳＢケーブルを介して供給される場合を例にして説明したが、該リーダライタ端末が、例えば、携帯型に構成されたものであって、バッテリなどを内蔵し、該バッテリなどの電源から端末駆動用の電力を供給する場合に対しても、本実施形態の制御方式を適用することができる。
【００３８】
この場合の回路構成は、図１に示されたリーダライタ端末２の回路構成と、基本的には、同様となるが、バッテリから電力が供給される場合には、ＵＳＢケーブル３の電源線Ｖｂｕｓ及びＧＮＤから電力供給を必要としないので、電流監視回路６は、バッテリから延びる電源線上に設けられることになる。
【００３９】
デジタル処理部７の動作は、図１に示された回路構成の場合と同様であるが、本実施形態による制御方式をバッテリ駆動によるリーダライタ端末に適用することにより、ＩＣカードとの通信距離を狭めることになったとしても、リーダライタ端末としての消費電力を一定値以下に保つ効果があり、バッテリの放電時間を延ばすことができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によるＩＣカードのリーダライタ端末によれば、該リーダライタ端末への電源供給する電源線上に、電流監視回路を設けたので、消費電力に応じて電源線を流れる電流値を監視することができ、設定した基準の電流値を超えた場合に、出力電流を抑制することができる。
【００４１】
これにより、リーダライタ端末とＩＣカードとの通信距離は、狭まることになるが、リーダライタ端末の消費電力を一定値以下に保つことが可能となる。そのため、消費電力が増大した結果、リーダライタ端末が動作不能に陥る事態を確実に回避することが可能となる。
【００４２】
特に、リーダライタ端末にＵＳＢケーブルによる電源バスやバッテリ等から電源供給される場合であって、電源の最大電力供給量がリーダライタ端末の消費電力に対して十分なマージンを確保できない場合において、本発明の制御方式は、有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による非接触ＩＣカードのリーダライタ端末の回路ブロック構成を示す図である。
【図２】非接触ＩＣカードのリーダライタ端末がパソコンにＵＳＢケーブルで接続された状態を説明する図である。
【符号の説明】
１…パソコン
２…リーダライタ端末
３…ＵＳＢケーブル
４…非接触型ＩＣカード
５…ＵＳＢケーブルコネクタ
６…電流監視回路
７…デジタル処理部
Ａ１、Ａ２…アンテナ
ＡＭＰ…出力アンプ
Ｒ１、Ｒ２…抵抗
ＳＷ…スイッチ

Claims (7)

1. 電源の電流を監視する電流監視回路と、
   ＩＣカードに電力を供給するアンテナに出力電流を出力する増幅器と、
   前記電流監視回路の検出電流値に応じて前記出力電流を制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、前記検出電流値が所定値を超えたとき、前記出力電流を小さく制御することを特徴とするＩＣカードリーダライタ装置。
2. 前記電源は、外部装置からＵＳＢケーブルを介して供給されることを特徴とする請求項１に記載のＩＣカードリーダライタ装置。
3. 前記電流監視回路は、前記ＵＳＢケーブルソケットの近傍に配置されることを特徴とする請求項２に記載のＩＣカードリーダライタ装置。
4. 前記制御部は、前記増幅器の増幅度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＩＣカードリーダライタ装置。
5. 前記制御部は、前記検出電流値の大きさに応じて、前記増幅度を多段階に制御することを特徴とする請求項４に記載のＩＣカードリーダライタ装置。
6. 前記制御部は、前記出力電流を小さく制御した場合に、所定時間経過後に前記出力電流を前の大きさに制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＩＣカードリーダライタ装置。
7. 前記制御部は、前記出力電流を小さく制御したとき、報知することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＩＣカードリーダライタ装置。

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