JP2005102057A - 非接触ｉｃカードリーダライタ - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣカード側からの振幅変調されたデータを受信する際にデータの受信精度を向上させる。
【解決手段】アンテナと、送信部と、受信部とを備え、送信部からアンテナを介してＩＣカードに対し、搬送波の振幅が２値のデータに応じて変調された変調信号及び無変調信号を送信してＩＣカードに電力を供給し動作させるとともに、動作したＩＣカードから前記無変調信号が２値のデータに応じて負荷変調された応答信号をアンテナを介して受信部により受信するリーダライタにおいて、受信部にＩＣカードから受信した応答信号の変調度を調整する可変回路を設け、可変回路は前記応答信号に含まれる搬送波の振幅レベルを調整することによりこの応答信号の変調度を大きくする。
【選択図】 図１

Description

非接触ＩＣカードに対してデータの読み取りとデータの書き込みを行う非接触ＩＣカードリーダライタに関する。

図４は、従来の非接触ＩＣカードリーダライタ（以下、リーダライタという）の構成を示すブロック図である。このリーダライタは、図４に示すように、制御部１、送信部２、同調部３、ループアンテナ４、及び受信部５からなる。

ここで、制御部１は、制御回路１１と、リーダライタの各部に電源を供給する電源回路１２とからなる。また、送信部２は、搬送波（キャリア）ａを発生する発振回路２１と、発振回路２１からの搬送波ａの振幅を制御回路１１からのＴＸのデータに応じて変調する変調回路２２と、変調回路２２の変調信号を増幅し同調部３に出力する電力増幅回路２３とからなる。また、同調部３は、電力増幅回路２３からの変調信号をループアンテナ４と協働して図示しない非接触ＩＣカード（以下、ＩＣカードという）側へ無線信号として伝達することによりＩＣカードに電力の供給とデータの送信とを行うとともに、この電力供給に応じてＩＣカード側から返送される応答信号を受信部５へ伝達する同調回路３１を有している。さらに、受信部５は、同調回路３１を介するＩＣカード側からの信号を検波する検波回路５５と、検波回路５５の出力信号を増幅する増幅回路５６と、増幅回路５６の増幅信号を２値化し受信データＲＸＤとして出力する２値化回路５７とからなる。

図５は、図４に示すリーダライタの各部の信号波形を示す図である。ここで、図５（ａ）は送信部２の出力波形、図５（ｂ）は受信部５への入力波形、図５（ｃ）は検波回路５５の出力信号の波形、図５（ｄ）は増幅回路５６の出力信号波形、図５（ｅ）は２値化回路５７の出力信号波形である。なお、図５中の符号ａは搬送波を示し、符号ｂは搬送波ａの振幅が２値データである送信データＴＸで変調された送信変調信号、符号ｃは無変調信号、符号ｄは搬送波ａの振幅がＩＣカードからのデータＲＸで負荷変調された応答信号をそれぞれ示している。

以上のように構成された従来のリーダライタの動作について図４及び図５を参照して説明する。
例えばリーダライタ側でループアンテナ４上に載置されたＩＣカードからのデータを読み取る場合、制御部１の制御回路１１から読み取りコマンドとしての送信データＴＸが送信部２の変調回路２２に出力される。変調回路２２は発振回路２１から出力されている搬送波ａの振幅を制御回路１１からのＴＸのデータに応じて変調し、電力増幅回路２３に送る。送信部２の電力増幅回路２３ではこの送信変調信号を増幅し、増幅した図５（ａ）に示す送信変調信号ｂ及び無変調信号ｃを同調回路３１に送って、同調回路３１に対しループアンテナ４と協働させてこの信号を無線信号として送出させる。この無線信号の送出により、ループアンテナ４とＩＣカードのループアンテナとが電磁結合し、ＩＣカード側に電力が供給されるとともに前記の送信データＴＸ、すなわち読み取りコマンドがＩＣカード側に送信される。

ＩＣカード側ではリーダライタ側から電力が供給されて動作状態となり、上記読み取りコマンドを受信すると、リーダライタ側から送信されている図５（ａ）に示す無変調信号ｃを、自身のメモリに記憶されているデータＲＸのデータに応じて負荷変調し応答データとして返送する。ＩＣカード側から返送された信号は図５（ｂ）に示すように、ループアンテナ４及び同調回路３１を介し応答信号ｄとして、送信部２から送信された送信変調信号ｂとともに、受信部５に入力される。

受信部５の検波回路５５は、ＩＣカードからの応答信号ｄを検波して、図５（ｃ）の実線で示す検波信号ｅを増幅回路５６に出力し、この検波信号ｅを図５（ｄ）の波形図に示すように増幅させる。増幅回路５６により増幅され出力される増幅信号ｆは２値化回路５７に入力され、２値化回路５７においてこの増幅信号ｆを反転した反転信号のレベルと所定のしきい値レベルとの大小比較を行うことにより２値化し、図５（ｅ）に示す２値化データ、すなわち受信データＲＸＤとして出力する（特許文献１参照）。

特開平１１−２９８３６６号公報

一般に、この種のカードシステムで用いられる振幅変調の変調度（％）は、図６に示すように、搬送波ａに重畳されたＨ，Ｌ２つのレベルを有する２値データのうちＨレベルの値をＸ、Ｌレベルの値をＹとしたとき、
変調度（％）＝（Ｘ−Ｙ）／（Ｘ＋Ｙ）×１００
として表される。

従来のカードリーダは、ＩＣカードからの応答信号ｄから検波されたデータＲＸのレベル差（即ち、Ｈ，Ｌ２つのレベルを有する２値データＲＸにおけるＨレベルとＬレベルとの間のレベル差）が小さいことからこのデータＲＸを増幅しているが、応答信号ｄの変調度が小さい場合には、データＲＸを増幅するとデータＲＸのレベル差は大きくなるが、増幅後の信号が過大になるためＳ／Ｎ比が悪化する。したがって、リーダライタ側でデータＲＸの識別が困難になることから、リーダライタの受信精度が低下し、ＩＣカードからデータが誤って読み取られるという問題があった。
したがって、本発明は、ＩＣカード側からの振幅変調されたデータを受信する際にデータの受信精度を向上させることを目的とする。

このような課題を解決するために本発明のリーダライタは、アンテナと、送信部と、受信部とを備え、送信部からアンテナを介してＩＣカードに対し、搬送波の振幅が２値データのレベルに応じて変調された変調信号と搬送波の振幅が無変調の無変調信号とを送信してＩＣカードに電力を供給し動作させるとともに、動作したＩＣカードから前記無変調信号が２値データのレベルに応じて負荷変調された応答信号をアンテナを介して受信部により受信するリーダライタにおいて、受信部に、アンテナを介してＩＣカードから受信された応答信号の変調度を調整する可変回路を設けたものである。

ここで、可変回路は、アンテナを介して受信された応答信号に含まれる搬送波の振幅レベルを調整することによりこの応答信号の変調度を調整する。
この場合、この可変回路は、送信部から送信された無変調信号を減衰させるレベル調整回路と、アンテナを介しＩＣカードからの応答信号を受信すると、この応答信号に含まれる搬送波の振幅レベルから、レベル調整回路により減衰された減衰信号のレベルを減じて出力する差動増幅回路とを有する。
さらに、可変回路は、送信部から送信された無変調信号に含まれる搬送波の位相を、アンテナを介して受信された応答信号に含まれる搬送波の位相に一致させる位相調整回路を有し、レベル調整回路は、位相調整回路により位相が調整された信号を減衰させて差動増幅回路に出力する。

また、本発明のリーダライタは、送信部に、ＩＣカードに対して変調信号と無変調信号を送信するための第１の端子と、変調信号と無変調信号の送信を行うとともに、第１の端子から送信された送信信号に対してＩＣカード側から返送される応答信号の流出を防止するための第２の端子とを有する非可逆性素子を備え、可変回路に、非可逆性素子の第２の端子から送信された無変調信号の位相を、アンテナを介して受信された応答信号に含まれる搬送波の位相に一致させる位相調整回路と、位相調整回路からの信号を減衰させるレベル調整回路と、アンテナを介してＩＣカードからの応答信号を受信すると、受信した応答信号に含まれる搬送波の振幅レベルから、レベル調整回路により減衰された減衰信号のレベルを減じて出力する差動増幅回路とを備えるものである。

リーダライタの受信部に、アンテナを介してＩＣカードから受信した応答信号の変調度を調整する可変回路を設けたことにより、ＩＣカードから受信した応答信号の変調度を大きくすることができ、したがって、この応答信号の増幅の際にはその応答信号に含まれる２値データのＨレベルとＬレベルのレベル差が大となるように増幅することができ、これにより、その２値データの識別が容易になることから、リーダライタの受信精度を向上できる。
ここで、可変回路は、応答信号に含まれる搬送波の振幅レベルを調整することにより応答信号の変調度を調整するため、簡単な構成により変調度を調整できる。
この場合、可変回路は、送信部から送信された無変調信号を減衰させるレベル調整回路及び差増増幅回路を備え、差動増幅回路は、アンテナを介しＩＣカードからの応答信号を受信すると、受信した応答信号に含まれる搬送波の振幅レベルから、レベル調整回路により減衰された減衰信号のレベルを減じて出力するようにしたので、同様に簡単な構成により応答信号の変調度を調整できる。
さらに、可変回路は、送信部から送信された無変調信号に含まれる搬送波の位相を、アンテナを介して受信された応答信号に含まれる搬送波の位相に一致させる位相調整回路を備え、この位相調整回路により位相が調整された信号を減衰させて差動増幅回路に出力するようにしたので、受信変調信号の変調度を的確な変調度に調整でき、これによりその応答信号に含まれる２値データのレベル差が大となるように増幅できる。

また、本発明のリーダライタは、送信部に、ＩＣカードに対して変調信号と無変調信号を送信するための第１の端子と、変調信号と無変調信号の送信を行うとともに、第１の端子から送信された送信信号に対してＩＣカード側から返送される応答信号の流出を防止するための第２の端子とを備える非可逆性素子を有し、可変回路は、非可逆性素子の第２の端子から送信された無変調信号に含まれる搬送波の位相を、応答信号に含まれる搬送波の位相に一致させ、さらにこの位相が一致した信号を減衰させる一方、応答信号に含まれる搬送波の振幅レベルから、前記減衰された減衰信号のレベルを減じて出力するようにしたので、同様に応答信号の変調度を的確な変調度に調整できる。

図１は、本発明に係る非接触ＩＣカードリーダライタ（以下、リーダライタという）の構成を示すブロック図である。このリーダライタは、図１に示すように、制御部１、送信部２、同調部３、ループアンテナ４、及び受信部５からなる。

ここで、制御部１は、制御回路１１と、リーダライタの各部に電源を供給する電源回路１２とからなる。また、送信部２は、搬送波Ａを発生する発振回路２１と、発振回路２１からの搬送波Ａの振幅を制御回路１１からのＴＸのデータに応じて変調する変調回路２２と、変調回路２２の変調信号を増幅する電力増幅回路２３と、入力端子２４Ａと２つの出力端子２４Ｂ、２４Ｃを有するサーキュレータである非可逆性素子２４とを備えている。また、同調部３は、非可逆性素子２４を介する電力増幅回路２３からの変調信号をループアンテナ４と協働して図示しない非接触ＩＣカード（以下、ＩＣカードという）側へ無線信号として伝達することによりＩＣカードに電力の供給とデータの送信とを行うとともに、この電力供給に応じてＩＣカード側から返送される応答信号を受信部５へ伝達する同調回路３１を有している。

さらに、受信部５は、電力増幅回路２３から出力され非可逆性素子２４を介する信号の位相を調整する位相調整回路５１と、位相調整回路５１の出力信号のレベルを調整するレベル調整回路５２と、同調回路３１を介するＩＣカード側からの応答信号とレベル調整回路５２の出力信号とのレベル差を演算しそのレベル差を増幅する差動増幅器５３と、差動増幅器５３の出力信号を増幅する増幅回路５４と、増幅回路５４の出力信号を検波する検波回路５５と、検波回路５５の出力信号を増幅する増幅回路５６と、増幅回路５６の増幅信号を２値化し受信データＲＸＤとして出力する２値化回路５７とを有している。

図２及び図３は、図１に示すリーダライタの各部の信号波形を示す図である。ここで、図２（ａ）は非可逆性素子２４の入力端子２４Ａの入力信号波形、図２（ｂ）は非可逆性素子２４の出力端子２４Ｂの波形、図２（ｃ）は非可逆性素子２４の出力端子２４Ｃの出力信号波形、図２（ｄ），図２（ｆ）はＩＣカードの応答信号波形、図２（ｅ）は位相調整回路５１の出力信号波形、図２（ｇ）はレベル調整回路５２の出力信号波形をそれぞれ示している。

また、図３（ａ）は差動増幅器５３の出力信号波形、図３（ｂ）は増幅回路５４の出力信号波形、図３（ｃ）は検波回路５５の出力信号波形、図３（ｄ）は増幅回路５６の出力信号波形、図３（ｅ）は２値化回路５７の出力信号波形をそれぞれ示している。なお、図２中の符号Ａは搬送波を示し、符号Ｂは搬送波Ａの振幅が送信データＴＸで変調された送信変調信号、符号Ｃは無変調信号、符号Ｄは搬送波Ａの振幅がＩＣカード側のデータＲＸで負荷変調されてリーダライタ側で受信される応答信号をそれぞれ示している。ここで、本リーダライタでは、搬送波Ａの周波数は１３．５６ＭＨｚである。

以上のように構成されたリーダライタの動作について図１〜図３を参照して説明する。
例えばループアンテナ４上に載置されたＩＣカードからのデータを読み取る場合、制御部１の制御回路１１から読み取りコマンドとしての送信データＴＸが送信部２の変調回路２２に出力される。変調回路２２は発振回路２１から出力されている搬送波Ａの振幅を制御回路１１からのＨ，Ｌ２つのレベルを有する２値データであるＴＸのデータに応じて変調し、電力増幅回路２３に送る。送信部２の電力増幅回路２３ではこの送信変調信号を増幅し、増幅した図２（ａ）に示す送信変調信号Ｂ及び無変調信号Ｃを非可逆性素子２４に送る。

非可逆性素子２４では、入力端子２４Ａを介し電力増幅回路２３からの図２（ａ）に示す信号を受信すると、この受信信号を出力端子２４Ｂを介して同調回路３１に送り、同調回路３１に対しループアンテナ４と協働させてこの信号を無線信号として送出させる。この無線信号の送出により、ループアンテナ４とＩＣカードのループアンテナとが電磁結合し、ＩＣカード側に電力が供給されるとともに前記の送信データＴＸ、すなわち読み取りコマンドがＩＣカード側に送信される。また、このとき非可逆性素子２４は電力増幅回路２３から受信した信号の搬送波Ａの位相を１８０゜ずらした図２（ｃ）に示す信号を出力端子２４Ｃを介して受信部５の位相調整回路５１へ出力する。なお、この非可逆性素子２４は、出力端子２４Ｂを介してＩＣカードに送信した送信データＴＸに対しＩＣカード側から返送される応答信号Ｄの出力端子２４Ｃ側への流出を防止する機能を備えている。

ＩＣカード側ではリーダライタ側から電力が供給されて動作状態となり、上記の読み取りコマンドを受信すると、リーダライタ側から送信されている図２（ａ）に示す無変調信号Ｃを、自身のメモリに記憶されているデータＲＸのデータに応じて負荷変調し応答データとして返送する。すなわち、無変調信号Ｃの振幅がＨ，Ｌ２つのレベルを有する２値データであるデータＲＸのレベルに応じて負荷変調され返送される。ＩＣカード側から返送された信号は、ループアンテナ４及び同調回路３１を介し、図２（ｄ）、図２（ｆ）にそれぞれ示されるような受信データＲＸを含む応答信号Ｄとして、受信部５の差動増幅器５３の−入力端子に入力される。なお、搬送波Ａに重畳されたＨ，Ｌ２つのレベルを有する受信データＲＸのレベル差（即ち、ＨレベルとＬレベルとの間のレベル差）を図２（ｆ）のように、Ｚ（Ｘ−Ｙ）とする。

一方、受信部５の位相調整回路５１では非可逆性素子２４の出力端子２４Ｃから送信された信号を受信すると、この受信信号の搬送波Ａの位相を１８０゜調整することにより、電力増幅回路２３からの送信信号に含まれる搬送波Ａの位相と一致させる。図２（ｅ）の波形例は、非可逆性素子２４の出力端子２４Ｃからの無変調信号Ｃに相当する部分の搬送波が位相調整回路５１により位相調整されている例を示している。これにより、位相調整回路５１から出力される搬送波Ａの位相とＩＣカード側から受信した応答信号Ｄに含まれる搬送波Ａの位相とは一致する。受信部５のレベル調整回路５２は位相調整回路５１により位相調整された無変調信号Ｃを減衰させてその振幅レベルＸを図２（ｇ）に示すように一定のレベルＸ’に調整し受信部５の差動増幅器５３の＋入力端子に送出する。

差動増幅器５３では、−入力端子に入力された図２（ｆ）に示す応答信号Ｄに含まれる搬送波Ａの振幅レベルＸから、＋入力端子に入力されたレベル調整回路５２によりレベル調整されている搬送波Ａの振幅レベルＸ’を減じて振幅（Ｘ−Ｘ’）とし、その振幅（Ｘ−Ｘ’）の搬送波Ａに、レベル差Ｚを有する受信データＲＸが重畳された図３（ａ）に示す信号Ｇを出力する。

すなわち、レベル調整回路５２により搬送波Ａのレベルを調整するとともに、差増増幅器５３は、入力した応答信号Ｄに含まれる搬送波Ａの振幅レベルから、レベル調整回路５２によりレベル調整された搬送波Ａの振幅レベルを減じることにより、応答信号Ｄに含まれる受信データＲＸのレベル差Ｚを維持したまま搬送波Ａの振幅を小さくした信号Ｇを出力する。これにより、応答信号Ｄの変調度を大きくすることができる。

ここで、変調度が小さい場合、すなわち図２（ｆ）のように大きな振幅レベルＸを有する搬送波Ａに受信データＲＸが重畳されている場合には、この受信データＲＸを増幅すると飽和状態に達するため、十分増幅することができず、したがって、受信データＲＸのレベル差は大きくならない。これに対して、変調度が大の場合、すなわち図３（ａ）のように小さな振幅（Ｘ−Ｘ’）の搬送波Ａに図２（ｆ）と同一のレベル差Ｚの受信データＲＸが重畳されているような場合には、前記のような飽和状態とならずに図３（ｂ）のように大きなレベル差Ｚ’（Ｚ’＞Ｚ）を有する受信データＲＸとして増幅することができる。

こうして増幅回路５４により増幅された図３（ｂ）に示す信号Ｈは検波回路５５に出力され、検波回路５５において検波されて、図３（ｃ）の実線で示す検波信号Ｉとして出力される。増幅回路５６は、この検波信号Ｉを図３（ｄ）の波形図に示すように増幅し２値化回路５７に出力する。２値化回路５７は、増幅回路５６からの増幅信号Ｊを入力すると、この増幅信号Ｊの反転信号のレベルと所定のしきい値レベルとの大小比較を行うことによりこの増幅信号Ｊを２値化し、図３（ｅ）に示す２値化データ、すなわち受信データＲＸＤとして出力する。

このように、本実施の形態では、ＩＣカード側からの応答信号を受信した場合、搬送波Ａのレベルを調整するとともに、受信した応答信号Ｄに含まれる搬送波Ａの振幅レベルから、レベル調整された搬送波Ａの振幅レベルを減じることにより、応答信号Ｄの変調度を大きくするようにしたので、ＩＣカード側から、ＨレベルとＬレベルのレベル差が小さいデータを受信した場合でも大きなレベル差を有するデータとして増幅することが可能になり、この結果、リーダライタ側ではその受信データがＨレベルなのか、又はＬレベルなのかの識別が容易となり、リーダライタ側の受信精度が向上する。

なお、本実施の形態では、送信部２に非可逆性素子２４を設け、その出力端子２４ＣからＩＣカード側へ送信される送信信号に含まれる搬送波の位相と１８０゜ずらした位相の搬送波を有する送信信号を受信部５の位相調整回路５１に送信し、位相調整回路５１ではその送信信号に含まれる搬送波の位相を１８０゜分調整してＩＣカード側からの応答信号に含まれる搬送波の位相に一致させる例について説明した。
ここで、非可逆性素子２４の中には、上記の１８０゜以外の位相差が生じた信号を出力端子２４Ｃから出力するものも存在するが、このような場合についても、予めその位相差が分かっていれば位相調整回路５１でその位相差を調整してＩＣカードからの応答信号に含まれる搬送波の位相と一致させることが可能である。なお、この場合、電力増幅回路２３からの信号を直接レベル調整回路５２に出力させるようにして、レベル調整回路５２でその送信信号に含まれる無変調信号のレベルを調整し差動増幅器５３に出力するように構成することもできる。

本発明に係る非接触ＩＣカードリーダライタの構成を示すブロック図である。 上記非接触ＩＣカードリーダライタの各部の動作波形を示す図である。 上記非接触ＩＣカードリーダライタの各部の動作波形を示す図である。 従来の非接触ＩＣカードリーダライタの構成を示す図である。 従来の非接触ＩＣカードリーダライタの各部の動作波形を示す図である。 変調度を説明する図である。

符号の説明

１…制御部、２…送信部、３…同調部、４…ループアンテナ、５…受信部、１１…制御回路、２１…発振回路、２２…変調回路、２４…非可逆性素子、３１…同調回路、５１…位相調整回路、５２…レベル調整回路、５３…差動増幅器、５４，５６…増幅回路、５５…検波回路、５７…２値化回路。

Claims (5)

1. アンテナと、送信部と、受信部とを備え、搬送波の振幅が２値データのレベルに応じて変調された変調信号と前記搬送波の振幅が無変調の無変調信号とを送信信号として、前記送信部から前記アンテナを介して非接触ＩＣカードに送信することにより、前記非接触ＩＣカードに電力を供給し動作させるとともに、動作した前記非接触ＩＣカードから前記送信信号に対する応答信号として返送される前記無変調信号が２値データのレベルに応じて負荷変調された変調信号を前記アンテナを介して前記受信部により受信する非接触ＩＣカードリーダライタにおいて、
   前記受信部は、
   前記アンテナを介して受信された前記応答信号の変調度を調整する可変回路を備えたことを特徴とする非接触ＩＣカードリーダライタ。
2. 請求項１において、
   前記可変回路は、前記アンテナを介して受信された前記応答信号に含まれる前記搬送波の振幅レベルを調整することにより前記応答信号の変調度を調整することを特徴とする非接触ＩＣカードリーダライタ。
3. 請求項２において、
   前記可変回路は、
   前記送信部から送信された前記無変調信号を減衰させるレベル調整回路と、
   前記アンテナを介し前記非接触ＩＣカードからの前記応答信号を受信すると、受信した前記応答信号に含まれる搬送波の振幅レベルから、前記レベル調整回路により減衰された減衰信号のレベルを減じて出力する差動増幅回路と
   を有することを特徴とする非接触ＩＣカードリーダライタ。
4. 請求項３において、
   前記可変回路は、
   前記送信部から送信された前記無変調信号に含まれる搬送波の位相を、前記アンテナを介して受信された前記応答信号に含まれる搬送波の位相に一致させる位相調整回路を有し、
   前記レベル調整回路は、前記位相調整回路により位相が調整された信号を減衰させて前記差動増幅回路に出力することを特徴とする非接触ＩＣカードリーダライタ。
5. 請求項１において、
   前記送信部は、
   前記非接触ＩＣカードに対して前記送信信号を送信するための第１の端子と、前記送信信号の送信を行うとともに、前記第１の端子から送信された送信信号に対する前記非接触ＩＣカード側からの前記応答信号の流出を防止するための第２の端子とを備える非可逆性素子を有し、
   前記可変回路は、
   前記非可逆性素子の第２の端子から送信された前記無変調信号に含まれる搬送波の位相を、前記アンテナを介して受信された前記応答信号に含まれる搬送波の位相に一致させる位相調整回路と、
   前記位相調整回路からの信号を減衰させるレベル調整回路と、
   前記アンテナを介して前記非接触ＩＣカードからの前記応答信号を受信すると、受信した前記応答信号に含まれる前記搬送波の振幅レベルから、前記レベル調整回路により減衰された減衰信号のレベルを減じて出力する差動増幅回路と
   を有することを特徴とする非接触ＩＣカードリーダライタ。
   

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