JP2004206409A - Contactless ic card - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、自動改札装置を通過するための乗車券として、あるいは、入退場管理装置における個人認証媒体として用いられるバッテリレス式の非接触式ICカードに関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、たとえば、自動改札装置を通過するための乗車券として、いわゆる無線カードと称される非接触式ICカードが用いられている。その場合、利用者が自動改札装置を通過する際に、利用者が所持する非接触式ICカードを自動改札装置のアンテナ部にかざして無線で通信を行なうことにより、改札処理を行なうものである。
【0003】
また、たとえば、入退場管理装置では、個人の身体的特徴情報などを記録した非接触式ICカード(無線カード)を入退場者に配布し、部屋の入口に設置したカードリーダ・ライタとの間で無線で通信を行なうことにより、身体的特徴情報の照合を行ない、入口のドアを開閉制御するものである。
【0004】
このような無線カードと称される非接触式ICカードは、バッテリ交換作業の削除、小形化、低コスト化、長寿命化などからバッテリレス式のものが主流となっている。
そこで、最近の非接触式ICカードでは、カードリーダ・ライタから送信される電力波を受信し、この受信した電力波により動作電圧を生成して各部へ動作電源として供給することにより動作するようになっている。
【0005】
ところが、従来の非接触式ICカードでは、受信している電力波の大きさ(受信電力の大きさ)をカード自身が知ることができななく、また、受信している電力量の多少に関わらず、一定的な消費電流(カード内部のCPU、コプロセッサ、メモリアクセス等の動作を同時に行なうとき、消費電流が最大となる)で動作している。
【0006】
一般に、バッテリレス式の非接触式ICカードの内部には、CPU、コプロセッサ、メモリなどを搭載したICチップを動作させるための電源電圧を生成する電源生成部としてのシャントレギュレータが搭載されており、その出力電圧は安定かつ一定な電圧となるように動作する。このシャントレギュレータの出力電圧を電源電圧監視部にて常に監視し、カード内部の各部の動作が保証できない電圧まで低下すると動作を停止するように機能するものである。この機能は、非接触式ICカードが受信した電力量の多少にかかわらず動作するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、非接触式ICカードが弱い電力を受信しているとき(カードの最低動作ギリギリでの状態)、コプロセッサの動作やメモリライト動作などの最大消費電流動作が行なわれると、電源電圧の降下による動作不安定状態となり、結局はカードの動作範囲が狭い(通信可能範囲が短くなる)ことになってしまう。
【0008】
そこで、本発明は、外部から受信する電力波の電力量をモニタ可能であり、その電力量に応じた動作モードに切換えることにより、受信電力量が少ないときは低消費電力化が実現可能であり、受信電力量が多いときは高速化処理が可能となる非接触式ICカードを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の非接触式ICカードは、外部装置から送信される電力波を受信し、この受信した電力波により動作電源を生成して動作し、外部装置との間で無線による通信を行なうことにより所定の情報処理等を行なう非接触式ICカードにおいて、前記受信した電力波の電力量を検出する電力検出手段と、この電力検出手段により検出された電力量に応じた動作モードに切換える動作モード切換手段とを具備している。
【0010】
また、本発明の非接触式ICカードは、外部装置との間で無線による通信を行なうためのアンテナと、このアンテナを介して外部装置との間で無線による通信を行なうことにより所定の情報処理等を行なう情報処理手段と、外部装置から送信される電力波を前記アンテナを介して受信し、この受信した電力波により動作電圧を生成して前記情報処理手段に動作電源として供給する電源生成手段と、前記受信した電力波の電力量を検出する電力検出手段と、この電力検出手段により検出された電力量に応じて前記情報処理手段の動作モードを切換える動作モード切換手段とを具備している。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0012】
図1は、本発明の実施の形態に係る非接触式ICカードの構成を概略的に示すものである。非接触式ICカード10は、非接触式ICカードリーダ・ライタ(図示しない)との間でデータを送受信するための送受信アンテナ部11、送信データを変調したり、受信データを復調したりする変復調部12、各種データ処理や全体的な制御を行なうCPU(セントラル・プロセッシング・ユニット)13、各種データの暗号化を行なうコプロセッサ14、各種データを記憶するEEPROMなどの不揮発性メモリ15、送受信アンテナ部11で受信した非接触式ICカードリーダ・ライタからの電力波を整流回路にて整流、平滑することにより安定化された直流電圧を生成して各部に動作電圧として供給する電源生成手段としての電源生成部16、受信した電力波の電力量を検出する電力検出手段としての電力検出部17、および、電力検出部17により検出された電力量に応じた動作モードに切換える動作モード切換手段としてのモード切換部18から構成されている。
【0013】
なお、送受信アンテナ部11を除く他の各部12〜18は、1つ(あるいは、複数)のICチップで構成されて、送受信アンテナ部11とともにカード本体内に埋設されている。
【0014】
図2は、送受信アンテナ部11、電源生成部16、電力検出部17の具体的な構成例を示すものである。送受信アンテナ部11は、送受信アンテナ21およびこれとLC共振回路を形成する同調用コンデンサ(C1)22から構成されている。電源生成部16は、全波整流器23、平滑コンデンサ(C2)24、および、シャントレギュレータ(電圧安定化回路)25から構成されている。電力検出部17は、減算器26、ADコンバータ27、および、レジスタ28から構成されている。
【0015】
次に、このような構成において、非接触式ICカードリーダ・ライタから送信される電力の検出を主体とした動作について図3に示すフローチャートを参照して説明する。
送受信用アンテナ21と同調用コンデンサ22とによりLC共振回路を形成し、非接触式ICカードリーダ・ライタからの送信キャリア周波数を誘起可能となるような周波数に同調するものとする。
【0016】
さて、非接触式ICカードリーダ・ライタから送信される電力波は、送受信アンテナ21により受信され、その両端に交流電圧として誘起される。この誘起された交流電圧は、全波整流器23にて全波整流された後、平滑コンデンサ24によって平滑化されて直流電圧V1となる。この直流電圧V1は、送受信用アンテナ21で受信した電力波の強弱(電力量)により変化する電圧であり、受信した電力波が強い場合、直流電圧V1は上昇し、受信した電力波が弱い場合、直流電圧V1は下降する。
【0017】
シャントレギュレータ25は、この直流電圧V1に対し一定的な電源電圧VCCとなるように動作する。当該カード10が活性化(動作)する電圧は事前に設定されており、生成された電源電圧VCCが設定電圧以上になると、当該カード10は始めて活性化されて動作可能となる(ステップS1)。また、生成された電源電圧VCCが設定電圧以下(動作が保証できない電圧)となると、動作が停止されるものである。
【0018】
減算器26は、直流電圧V1と生成された電源電圧VCCとの間で減算(V1−VCC)を行なうように動作する(ステップS2)。この減算結果をV2とし、この電圧V2がADコンバータ27にてデジタル信号に変換される(ステップS3)。この変換されたデジタル信号は、送受信用アンテナ21で受信した電力波の強弱(電力量)により変化する値(検出された電力量)であり、レジスタ28に格納される(ステップS4)。
【0019】
モード切換部18は、レジスタ28に格納された値(検出された電力量)χをプログラム処理により読出すことにより動作モードを決定する(ステップS5)。
すなわち、レジスタ28から読出した値χをあらかじめ設定された第1の閾値VLと比較し(ステップS6)、[VL≧χ]の条件が成立すれば、消費電力を抑える「低消費電力モード」に切換える(ステップS7)。この低消費電力モードでは、各部の動作クロックを通常動作時よりも低速(たとえば、3.39MHz)に切換えるとともに、コプロセッサ14の動作時にはCPU13および不揮発性メモリ15への動作用クロックの供給をストップせしめ、CPU13の動作時にはコプロセッサ14および不揮発性メモリ15への動作用クロックの供給をストップせしめる。
【0020】
ステップS6において、[VL≧χ]の条件が成立しなければ、レジスタ28から読出した値χをあらかじめ設定された第2の閾値VH(VH>VL)と比較し(ステップS8)、[χ≦VH]の条件が成立すれば、「通常動作モード」に切換える(ステップS9)。この通常動作モードでは、各部の動作クロックを通常動作(たとえば、6.78MHz)に切換えるとともに、CPU13、コプロセッサ14の各動作および不揮発性メモリ15に対するアクセス動作を同時に行なうことを可能とする。
【0021】
ステップS8において、[χ≦VH]の条件が成立しなければ、「高速動作モード」に切換える(ステップS10)。この高速動作モードでは、各部の動作クロックを通常動作時よりも高速(たとえば、13.56MHz)に切換えるとともに、CPU13、コプロセッサ14の各動作および不揮発性メモリ15に対するアクセス動作を同時に行なうことを可能とする。
ここで、各モードと閾値との関係を示すと、図4に示すようになる。
【0022】
このように、非接触式ICカードリーダ・ライタから送信される電力が弱いとき(電力波の電力量が少ないとき)、レジスタ28に格納された値χは低消費電力モードを意味し、ファームウエア処理によりCPU13、コプロセッサ14、不揮発性メモリ15などのハードウエア個別ユニット動作を同時に行なわないように動作する。また、動作クロックを通常時よりも遅くして消費電力を抑える「低消費電力モード」に切換える。
【0023】
また、非接触式ICカードリーダ・ライタから送信される電力が強いとき(電力波の電力量が多いとき)、レジスタ28に格納された値χは高速動作モードを意味し、ファームウエア処理によりCPU13、コプロセッサ14、不揮発性メモリ15などのハードウエア個別ユニット動作を同時に行なうように動作する。また、動作クロックを通常時よりも速くして内部処理の高速化を可能とする「高速動作モード」に切換える。
【0024】
したがって、非接触式ICカード10は、非接触式ICカードリーダ・ライタから送信される電力量をカード自身でモニタ可能であり、その電力量に応じた動作モードに切換えることにより、受信電力量が少ないときは低消費電力化が実現可能であり、受信電力量が多いときは高速化処理が可能となる。
【0025】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、外部から受信する電力波の電力量をモニタ可能であり、その電力量に応じた動作モードに切換えることにより、受信電力量が少ないときは低消費電力化が実現可能であり、受信電力量が多いときは高速化処理が可能となる非接触式ICカードを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る非接触式ICカードの構成を概略的に示すブロック図。
【図2】送受信アンテナ部、電源生成部、電力検出部の具体的な構成例を示す回路図。
【図3】非接触式ICカードリーダ・ライタから送信される電力の検出を主体とした動作について説明するフローチャート。
【図4】各モードと閾値との関係を示す図。
【符号の説明】
10…非接触式ICカード、11…送受信アンテナ部、12…変復調部、13…CPU(情報処理手段)、14…コプロセッサ(情報処理手段)、15…不揮発性メモリ(情報処理手段)、16…電源生成部(電源生成手段)、17…電力検出部(電力検出手段)、18…モード切換部(動作モード切換手段)、21…送受信アンテナ、22…同調用コンデンサ、23…全波整流器、24…平滑コンデンサ、25…シャントレギュレータ(電圧安定化回路)、26…減算器、27…ADコンバータ、28…レジスタ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a batteryless non-contact type IC card used as a ticket for passing through an automatic ticket gate or as a personal authentication medium in an entrance / exit management device, for example.
[0002]
[Prior art]
Recently, for example, a non-contact type IC card called a wireless card has been used as a ticket for passing through an automatic ticket gate. In this case, when the user passes through the automatic ticket gate, the non-contact IC card possessed by the user is held over the antenna unit of the automatic ticket gate to perform wireless communication to perform the ticket gate processing. .
[0003]
Also, for example, the entrance / exit management device distributes a non-contact type IC card (wireless card) recording personal physical characteristic information and the like to the entrance / exit, and communicates with a card reader / writer installed at the entrance of the room. By performing wireless communication by using, the physical characteristic information is collated and the opening and closing of the entrance door is controlled.
[0004]
The non-contact type IC card called a wireless card is mainly a battery-less type IC card due to elimination of battery replacement work, downsizing, cost reduction, and long life.
Therefore, recent non-contact type IC cards operate by receiving a power wave transmitted from a card reader / writer, generating an operating voltage using the received power wave, and supplying the operating voltage to each unit as an operating power supply. Has become.
[0005]
However, in the conventional non-contact type IC card, the card itself cannot know the magnitude of the received power wave (the magnitude of the received power), and is not affected by the amount of received power. Instead, it operates with a constant current consumption (current consumption is maximized when operations such as CPU, coprocessor, and memory access inside the card are performed simultaneously).
[0006]
Generally, a shunt regulator as a power generation unit that generates a power supply voltage for operating an IC chip having a CPU, a coprocessor, a memory, and the like is mounted inside a batteryless non-contact IC card. Operates so that its output voltage becomes stable and constant. The output voltage of the shunt regulator is constantly monitored by the power supply voltage monitoring unit, and the operation is stopped when the operation of each unit in the card drops to a voltage that cannot be guaranteed. This function operates regardless of the amount of power received by the contactless IC card.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the non-contact type IC card is receiving weak power (in a state where the card is at the very last operation), when the maximum current consumption operation such as the coprocessor operation or the memory write operation is performed, the power supply voltage drops. , The operation range of the card becomes narrow, and eventually the operation range of the card becomes narrow (the communication range becomes short).
[0008]
Therefore, the present invention can monitor the power amount of the power wave received from the outside, and can reduce power consumption when the received power amount is small by switching to an operation mode according to the power amount. It is another object of the present invention to provide a non-contact type IC card capable of performing high-speed processing when the amount of received power is large.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The non-contact type IC card of the present invention receives a power wave transmitted from an external device, generates an operation power source by using the received power wave, operates, and performs wireless communication with the external device. In a non-contact type IC card for performing predetermined information processing and the like, power detection means for detecting the power amount of the received power wave, and operation mode switching for switching to an operation mode corresponding to the power amount detected by the power detection means Means.
[0010]
Further, the non-contact type IC card of the present invention provides an antenna for performing wireless communication with an external device, and performs predetermined information processing by performing wireless communication with the external device via the antenna. Information processing means for performing, for example, power supply generation means for receiving a power wave transmitted from an external device via the antenna, generating an operating voltage using the received power wave, and supplying the operating voltage to the information processing means as an operation power supply Power detection means for detecting the power amount of the received power wave, and operation mode switching means for switching the operation mode of the information processing means in accordance with the power amount detected by the power detection means. .
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 schematically shows a configuration of a non-contact type IC card according to an embodiment of the present invention. The
[0013]
The
[0014]
FIG. 2 shows a specific configuration example of the transmission /
[0015]
Next, an operation mainly in detecting power transmitted from the non-contact type IC card reader / writer in such a configuration will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
An LC resonance circuit is formed by the transmission /
[0016]
Now, the power wave transmitted from the non-contact type IC card reader / writer is received by the transmission /
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
The
That is, the value χ read from the
[0020]
If the condition of [VL ≧ χ] is not satisfied in step S6, the value χ read from the
[0021]
If the condition of [χ ≦ VH] is not satisfied in step S8, the mode is switched to the “high-speed operation mode” (step S10). In this high-speed operation mode, the operation clock of each unit is switched to a higher speed (for example, 13.56 MHz) than in the normal operation, and each operation of the
Here, the relationship between each mode and the threshold is shown in FIG.
[0022]
As described above, when the power transmitted from the non-contact type IC card reader / writer is weak (when the power amount of the power wave is small), the value χ stored in the
[0023]
Further, when the power transmitted from the non-contact type IC card reader / writer is strong (when the amount of power of the power wave is large), the value χ stored in the
[0024]
Therefore, the non-contact
[0025]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the power amount of the power wave received from the outside can be monitored, and by switching to an operation mode corresponding to the power amount, low power consumption is achieved when the received power amount is small. It is possible to provide a non-contact IC card capable of performing high-speed processing when the amount of received power is large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a non-contact type IC card according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration example of a transmission / reception antenna unit, a power generation unit, and a power detection unit.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation mainly for detecting power transmitted from a non-contact type IC card reader / writer.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between each mode and a threshold.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記受信した電力波の電力量を検出する電力検出手段と、
この電力検出手段により検出された電力量に応じた動作モードに切換える動作モード切換手段と、
を具備したことを特徴とする非接触式ICカード。A non-contact type that receives a power wave transmitted from an external device, generates an operation power source by using the received power wave, operates, and performs predetermined information processing and the like by performing wireless communication with the external device. In an IC card,
Power detection means for detecting the amount of power of the received power wave,
Operation mode switching means for switching to an operation mode corresponding to the amount of power detected by the power detection means;
A non-contact type IC card, comprising:
このアンテナを介して外部装置との間で無線による通信を行なうことにより所定の情報処理等を行なう情報処理手段と、
外部装置から送信される電力波を前記アンテナを介して受信し、この受信した電力波により動作電圧を生成して前記情報処理手段に動作電源として供給する電源生成手段と、
前記受信した電力波の電力量を検出する電力検出手段と、
この電力検出手段により検出された電力量に応じて前記情報処理手段の動作モードを切換える動作モード切換手段と、
を具備したことを特徴とする非接触式ICカード。An antenna for performing wireless communication with an external device;
Information processing means for performing predetermined information processing by performing wireless communication with an external device via the antenna;
Power generation means for receiving a power wave transmitted from an external device via the antenna, generating an operation voltage by the received power wave and supplying the information processing means as an operation power supply,
Power detection means for detecting the amount of power of the received power wave,
An operation mode switching unit that switches an operation mode of the information processing unit according to the amount of power detected by the power detection unit;
A non-contact type IC card, comprising:
前記低消費電力モード時、前記コプロセッサの動作時には前記CPUおよび不揮発性メモリへの動作用クロックの供給をストップせしめ、前記CPUの動作時には前記コプロセッサおよび不揮発性メモリへの動作用クロックの供給をストップせしめることを特徴とする請求項4記載の非接触式ICカード。The information processing means includes a CPU (Central Processor Unit) that performs various data processing and overall control, a coprocessor that performs encryption of various data, and a non-volatile memory such as an EEPROM that stores various data. Become
In the low power consumption mode, the supply of the operation clock to the CPU and the nonvolatile memory is stopped during the operation of the coprocessor, and the supply of the operation clock to the coprocessor and the nonvolatile memory is stopped during the operation of the CPU. The non-contact type IC card according to claim 4, wherein the non-contact type IC card is stopped.
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