JP2005073113A

JP2005073113A - 非接触型ｉｃカード

Info

Publication number: JP2005073113A
Application number: JP2003302639A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takahashi; 利彦高橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】リーダ／ライタ装置に接近したときに発生する通信不安定領域を解消し、安定したデータ通信を可能にする。
【解決手段】非接触型ＩＣカード１のアンテナ１０１は、リーダ／ライタ装置２との間で電波の送受信を行う。同調回路１０２は、可変容量素子を有してアンテナ１０１に接続されて送受信号の周波数に共振する。レベル検出回路１０３は、同調回路１０２の出力レベルを検出する。同調制御回路１０４は、レベル検出回路１０３の検出レベルが最大となるように、同調回路１２の可変容量素子に供給するバイアス電流を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明はリーダ／ライタ装置に近接してデータ通信を行う非接触型ＩＣカードに関する。

非接触型ＩＣカードは、リーダ／ライタ装置に近接してデータ通信を行う際、リーダ／ライタ装置側から電磁結合によって電力の供給を受けると共にデータの送受信を行っている。

ところで、非接触型ＩＣカードとリーダ／ライタ装置とが近接したときに、ＩＣカードとリーダ／ライタ装置との距離やＩＣカードの種類等に応じて、ＩＣカード側において受信レベルが変動し正常なデータ通信ができない場合がある。

このような不具合を解決するために、例えば、非接触型ＩＣカード側において、リーダ／ライタ装置からの電磁結合による電力が得られないために生じる障害を防止するために、小容量の補助電源を設けている。（例えば、特許文献１参照。）
また、例えば、リーダ／ライタ装置側においてアンテナのインダクタンス値を調整する手段およびインピーダンスの整合状態を監視する手段を設け、ＩＣカードとの距離やＩＣカードの種類に応じて最適な整合状態に調整するようにしている。（例えば、特許文献２参照。）

特開２００１−６７４４６号公報（図１）特開２００１−２４４１３号公報（図１）

上述したように、従来の非接触型ＩＣカードは、リーダ／ライタ装置側から電磁結合によって電力の供給を受けてデータ通信を行っているが、近年、携帯可能な各種機器が普及し、これら携帯機器に非接触型ＩＣカードが内蔵されるようになってきた。

この場合、非接触型ＩＣカードは携帯機器から電力供給を受けることができ、従来のようにリーダ／ライタ装置側から電磁結合により電力供給を受ける必要がないので、リーダ／ライタ装置との通信距離を伸ばすことが可能になる。

しかし、携帯機器に内蔵されて電力供給を受ける非接触型ＩＣカードであっても、リーダ／ライタ装置に接近したときに、通信が不安定となる領域が存在する。

図５は、リーダ／ライタ装置との距離に対する非接触型ＩＣカードの通信成功率を示す図である。

ここで、リーダ／ライタ装置に十分に接近して電磁結合領域になれば（例えば距離が約３ｃｍ未満）、同調回路の共振周波数に関係なく確実に通信できる。また、リーダ／ライタ装置からある程度離れれば（例えば距離が約３ｃｍ以上）電波によって通信する電波伝搬領域になり、所定の距離以内であれば通信が可能である。

しかしながら、電磁結合領域と電波伝搬領域との境界では（例えば距離が約４〜５ｃｍ）、非接触型ＩＣカードのアンテナの周囲条件の変化により、同調回路の共振周波数が変動するために、通信が不安定になる。

このように、携帯機器に内蔵されて電力供給を受ける非接触型ＩＣカードは、通信距離を伸ばすことができるが、リーダ／ライタ装置に接近していったときに通信の不安定領域が存在するという問題点を有している。

本発明の目的は、リーダ／ライタ装置に接近したときに発生する通信不安定領域を解消し、安定したデータ通信を可能にする非接触型ＩＣカードを提供することにある。

本発明の第１の非接触型ＩＣカードは、リーダ／ライタ装置との間で電波の送受信を行うアンテナと、このアンテナに接続される同調回路と、この同調回路の出力レベルを検出するレベル検出回路と、このレベル検出回路の検出結果に基づき前記同調回路の共振周波数を制御する同調制御回路とを備え、前記同調回路は可変容量素子を有し、前記同調制御回路は前記レベル検出回路の検出レベルが最大となるように前記可変容量素子のバイアス電流を制御する。

本発明の第２の非接触型ＩＣカードは、リーダ／ライタ装置との間で電波の送受信を行う特性の異なる複数のアンテナと、これら複数のアンテナのいずれか一つを選択する選択回路と、選択されたアンテナに接続される同調回路と、この同調回路の出力レベルを検出するレベル検出回路と、このレベル検出回路の検出レベルが最大となるアンテナを選択するように前記選択回路を制御する選択制御回路とを備える。

また、前記複数のアンテナが、カード内の異なる位置にそれぞれ実装された同一特性のアンテナであってもよい。

本発明の第３の非接触型ＩＣカードは、リーダ／ライタ装置との間で電波の送受信を行うアンテナと、このアンテナに接続される可変抵抗素子を含む同調回路と、この同調回路の出力レベルを検出するレベル検出回路と、このレベル検出回路の検出結果に基づき前記同調回路を制御する同調制御回路とを備え、前記同調制御回路は、前記レベル検出回路の検出レベルに基づき前記可変抵抗素子のバイアス電流を制御して前記同調回路のＱを制御する。

本発明の第４の非接触型ＩＣカードは、リーダ／ライタ装置との間で電波の送受信を行うアンテナと、このアンテナに接続される同調回路と、この同調回路の出力レベルを検出するレベル検出回路と、このレベル検出回路の検出レベルが低下したときにデータ送信電力を増大させるように制御する送信電力制御手段とを有する。

本発明によれば、アンテナに接続される同調回路の出力レベルが低下しないように自動調整する手段を設けたことにより、リーダ／ライタ装置に接近したときに常に安定したデータ通信を行うことができ、従来、リーダ／ライタ装置に接近したときに発生する通信の不安定状態を回避できる。

次に本発明について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態を示すブロック図であり、リーダ／ライタ装置２とデータ通信を行う非接触型ＩＣカード１を示している。

ここで、非接触型ＩＣカード１は、リーダ／ライタ装置２との間で送受信を行う電波に同調する同調手段１０と、この同調手段１０に接続されてデータ信号の変復調を行うデータ送受信部２０と、メモリ４０に対してデータの書込み読出しを制御するメモリ制御部３０と、データを記憶するメモリ４０とを有している。

また、非接触型ＩＣカード１の同調手段１０は、リーダ／ライタ装置２との間で電波の送受信を行うアンテナ１０１と、このアンテナ１０１に接続される同調回路１０２と、この同調回路１０２の出力レベルを検出するレベル検出回路１０３と、このレベル検出回路１０３の検出結果に基づき同調回路１０２の共振周波数を制御する同調制御回路１０４とで構成される。

ここで、同調回路１０２は、例えば可変容量素子から成り、アンテナ１０１に接続されて送受信号の周波数に共振する回路である。

同調制御回路１０４は、レベル検出回路１３の検出レベルが最大となるように、すなわち、送受信号の周波数に共振するように同調回路１２の可変容量素子に供給するバイアス電流を制御する。

いま、非接触型ＩＣカード１がリーダ／ライタ装置２から離れた待機状態では、アンテナ１０１はリーダ／ライタ装置２の影響を受けないので、同調回路１０２の可変容量素子は送受信号に共振する本来の容量値に制御されている。

非接触型ＩＣカード１がリーダ／ライタ装置２に接近していく場合、レベル検出回路１０３の検出レベルは増大していくが、ある距離に接近したとき、アンテナ１０１がリーダ／ライタ装置２の影響を受けて共振周波数が変化するため、レベル検出回路１０３の検出レベルが急激に低下する。

このとき、同調制御回路１４は、リーダ／ライタ装置２に接近したために同調回路の共振周波数がずれと判定し、レベル検出回路１０３の検出レベルが最大となるように同調回路１０２の可変容量素子のバイアス電流を制御する。

このように、非接触型ＩＣカード１がリーダ／ライタ装置２に接近したとき、同調回路１２の共振周波数を自動調整することにより、常に安定したデータ通信を行うことができる。

図２は非接触型ＩＣカード１の同調手段の第２の実施例を示すブロック図である。

ここで、図１に示した同調手段１０との相違点は、特性の異なる複数のアンテナ１１１−１，１１１−２，１１１−３を設け、リーダ／ライタ装置２との距離に応じて最適なアンテナを選択するようにした点である。

図２において同調手段１１は、特性の異なる複数のアンテナ１１１−１，１１１−２，１１１−３と、複数のアンテナ１１１のいずれか一つを選択する選択回路１１２と、選択されたアンテナ１１１に接続される同調回路１１３と、この同調回路１１３の出力レベルを検出するレベル検出回路１１４と、このレベル検出回路１１４の検出レベルが最大となるアンテナを選択するように選択回路１１２を制御する選択制御回路１１５とで構成される。

複数のアンテナ１１１−１，１１１−２，１１１−３は、同調回路１１３に接続されときの共振周波数が互いに異なっており、リーダ／ライタ装置２に接近するときに距離に応じて順次選択することにより、リーダ／ライタ装置２の影響による共振周波数の変動に起因するレベル低下を防止して、常に安定したデータ通信を行うことができる。

また、複数のアンテナを同一特性とし、これらアンテナの実装位置をカードの中央、周辺等に散在させ、これらアンテナの内で検出レベルが良好なアンテナを選択するようにしてもよい。この場合、リーダ／ライタ装置２に接近するときに各アンテナの周囲条件に差があるために検出レベルに差異が生じるので、検出レベルが最大となるアンテナを選択することにより、安定したデータ通信を行うことができる。

図３は同調手段の第３の実施例を示すブロック図である。

ここで、図１に示した同調手段１０との相違点は、リーダ／ライタ装置２に接近したときに同調回路のＱを低下させるようにした点である。

図３において同調手段１２は、アンテナ１２１と、同調回路のＱを低下させるための可変抵抗素子を含む同調回路１２２と、この同調回路１２２の出力レベルを検出するレベル検出回路１２３と、リーダ／ライタ装置２に接近してレベル検出回路１２３の検出レベルが低下してきたとき同調回路の可変抵抗素子を制御して同調回路のＱを低下させるように制御する同調制御回路１２４とで構成される。

ところで、同調回路のＱの値が大きいと共振周波数特性は尖鋭となって共振周波数の変動の影響を受けやすいが、Ｑの値が小さいと共振周波数の変動の影響が少なくなる。

従って、リーダ／ライタ装置２に接近したときに同調回路のＱを低下させることにより、共振周波数の変動に起因するレベル低下の割合を抑制できる。また、リーダ／ライタ装置２に接近したときはアンテナに入力する信号レベルは増大しているので、安定したデータ通信を行うことができる。

図４は本発明の他の実施形態を示すブロック図である。

ここで、図１に示した非接触型ＩＣカード１との相違点は、リーダ／ライタ装置２に接近して共振周波数の変動に起因してレベル低下したときにデータ送信電力を増大させるようにした点である。

図４において、非接触型ＩＣカード３は、リーダ／ライタ装置との間で電波の送受信を行うアンテナ３１と、このアンテナ３１に接続される同調回路３２と、この同調回路３２の出力レベルを検出するレベル検出回路３３と、このレベル検出回路３３の検出結果に基づきデータ送受信部２０のデータ送信電力を制御する送信電力制御回路３４と、データ信号の変復調を行うデータ送受信部２０と、メモリ４０に対してデータの書込み読出しを制御するメモリ制御部３０と、データを記憶するメモリ４０とをを有している。

このように構成することにより、非接触型ＩＣカードからリーダ／ライタ装置２へのデータ送信を安定化することができる。また、非接触型ＩＣカード３は携帯機器等に内蔵されて充分な電力供給を受けることができるので、電源系の問題はない。

本発明の一実施形態を示す図である。同調手段の第２の実施例を示すブロック図である。同調手段の第３の実施例を示すブロック図である。本発明の他の実施形態を示すブロック図である。リーダ／ライタ装置との距離に対する非接触型ＩＣカードの通信成功率を示す図である。

符号の説明

１，３非接触型ＩＣカード
２リーダ／ライタ装置
１０，１１，１２同調手段
１０１，１１１，１２１，３１アンテナ
１０２，１１３，１２２，３２同調回路
１０３，１１４，１２３，３３レベル検出回路
１０４，１２４同調制御回路
１１２選択回路
１１５選択制御回路
２０データ送受信部
３４送信電力制御回路

Claims

リーダ／ライタ装置との間で電波の送受信を行うアンテナと、このアンテナに接続される同調回路と、この同調回路の出力レベルを検出するレベル検出回路と、このレベル検出回路の検出結果に基づき前記同調回路の共振周波数を制御する同調制御回路とを備えることを特徴とする非接触型ＩＣカード。
前記同調回路は可変容量素子を有し、前記同調制御回路は前記レベル検出回路の検出レベルが最大となるように前記可変容量素子のバイアス電流を制御することを特徴とする請求項１記載の非接触型ＩＣカード。
リーダ／ライタ装置との間で電波の送受信を行う特性の異なる複数のアンテナと、これら複数のアンテナのいずれか一つを選択する選択回路と、選択されたアンテナに接続される同調回路と、この同調回路の出力レベルを検出するレベル検出回路と、このレベル検出回路の検出レベルが最大となるアンテナを選択するように前記選択回路を制御する選択制御回路とを備えることを特徴とする非接触型ＩＣカード。
前記複数のアンテナが、カード内の異なる位置にそれぞれ実装された同一特性のアンテナであることを特徴とする請求項３記載の非接触型ＩＣカード。
リーダ／ライタ装置との間で電波の送受信を行うアンテナと、このアンテナに接続される可変抵抗素子を含む同調回路と、この同調回路の出力レベルを検出するレベル検出回路と、このレベル検出回路の検出結果に基づき前記同調回路を制御する同調制御回路とを備え、前記同調制御回路は、前記レベル検出回路の検出レベルに基づき前記可変抵抗素子のバイアス電流を制御して前記同調回路のＱを制御することを特徴とする非接触型ＩＣカード。
リーダ／ライタ装置との間で電波の送受信を行うアンテナと、このアンテナに接続される同調回路と、この同調回路の出力レベルを検出するレベル検出回路と、このレベル検出回路の検出レベルが低下したときにデータ送信電力を増大させるように制御する送信電力制御手段とを有することを特徴とする非接触型ＩＣカード。