JP2005142889A - データキャリアの通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 振幅変調で信号を受け取るデータキャリアが、自身の動作に伴う電力消費のために電源電圧が急激に降下して電源波形が乱れ、ノイズが発生して誤復調を起こしてしまう。ノイズの発生タイミングに合わせて、データキャリア内の復調回路の動作を停止する手法があるが、幅の広いノイズに対しては対応することができず、誤復調を起こしてしまう。
【解決手段】 データに対応して振幅変調された電磁波を受信し電磁波の電力を整流した上でデータを復調する非接触通信方式のデータキャリアの通信方法において、通信のプロトコルとして、制御信号の領域に、データキャリアの動作に固有のノイズ発生タイミングに合わせる状態で、データキャリア自身の動作に影響せず、少なくとも１回以上レベルの変化を伴うダミー信号を少なくとも１つ以上挿入する。幅の広いノイズに関しても確実にキャンセルでき、誤復調を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触通信方式のＩＣカード等として用いられるデータキャリアの通信方法に関する。

近年、非接触通信方式のデータキャリアは、個人認証や物品管理を非接触状態で実施できる用途として普及してきている。リーダ／ライタに取り付けられたアンテナより発生した電波を、データキャリアに搭載したアンテナで受信し、データキャリア内部で使用する電力とクロックを生成する。また、リーダ／ライタからデータキャリアへの情報伝達は、電波に振幅変調（ＡＳＫ：Amplitude Shift Keying）信号を加え、データキャリアで復調することで実現している。

以下、データキャリアについて説明する。

図３はデータキャリアの内部構成の概略を示したものである。

Ａ１はリーダ／ライタより発生した電波を受信するアンテナ、Ａ２はアンテナＡ１で受信した交流信号を直流に変換する整流器、Ａ３は復調回路で、キャパシタＣ２、抵抗Ｒ１、基準電位発生回路Ａ３１、比較器Ａ３２により構成されている。Ａ４は内部回路である。Ｎ１は整流器Ａ２により生成され、制御信号が重複されている直流電源ノードであり、Ｎ２は整流器Ａ２により生成されるデータキャリア内のグランドノードであり、Ｎ３は基準電位発生回路Ａ３１より生成される基準電位であり、Ｎ４は直流電源ノードＮ１より信号成分を取り出した微分信号であり、Ｎ５は比較器Ａ３２が微分信号Ｎ４と基準電位Ｎ３との電位差を検知して生成する復調信号である。

図４は信号入力の動作原理をタイミングチャートで示した図である。

リーダ／ライタより与えたい信号が振幅データにして与えられる。アンテナＡ１で受信した信号がノードＮ７，Ｎ８に与えられる。整流器Ａ２で直流成分に振幅信号成分を重複した直流電源ノードＮ１を生成する（包絡線検波）。基準電位ノードＮ３は常に一定で、抵抗Ｒ１を介して微分信号Ｎ４の初期値も同電位となっている。直流電源ノードＮ１の変化がキャパシタＣ２を介して微分信号Ｎ４として現れる。基準電位ノードＮ３と微分信号Ｎ４の電位の差を比較器Ａ３２で検知して、復調信号Ｎ５を生成する。

図５は従来のデータキャリアが非接触通信によりリーダ／ライタから振幅変調で与えられるプロトコルの概略である。

先ず、信号伝達の開始を識別するためのスタートオブフレーム（ＳＯＦ）信号が伝達され、データキャリアが活性化状態となる。続いてデータキャリアを制御するための制御信号が伝達され、活性化されたデータキャリアが、制御信号に従ったデータの書き込みや読み出し等の動作を開始する。リーダ／ライタからの制御信号が終了すると、信号伝達の終了を識別するためのエンドオブフレーム（ＥＯＦ）信号が伝達され、データキャリアはＥＯＦ信号までの制御信号に従った処理を実行し、処理終了後に非活性化状態となる。

データキャリアが制御信号を読み取っている期間に、データキャリア自身の動作に伴う電力消費があり、それが原因で電源電圧が急激に降下して電源波形が乱れる。その結果、ノイズが発生することがある。このノイズの除去方法として、ノイズの発生タイミングに合わせて、データキャリア内の復調回路の動作を停止する復調停止信号を用いる等の手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−９２９３８号公報（第４頁、第３−４図）

しかしながら、従来のデータキャリアでは以下の問題があった。図６は従来のデータキャリアに搭載されたノイズ除去のタイミングチャートである。Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のタイミングは制御信号が振幅変調により与えられるデータが次のデータに切り替わるタイミングである。これらのタイミングでは正確な制御信号の入力を実現するため、復調回路が動作していることが不可欠である。よって、従来の手法であるデータキャリア内の復調回路の動作を停止する手法は、Ｔ１からＴ２の間にしか使用できない。つまり、従来回路では復調停止期間では復調回路の動作を停止してしまうため、次のデータが入力されるタイミングまでのノイズには対応できる。しかし、Ｔ２を越える期間までのノイズに関しては、正確に取り込む必要がある変調信号の変化も見えなくなる。その結果、Ｔ２以降まで続く幅の広いノイズに対しては対応することができず、誤復調を起こしてしまうという問題点があった。

本発明は、上記の課題を解決するために、データキャリアのプロトコル上において、データキャリアの動作に影響しないダミー信号を挿入する。

すなわち、本発明は、外部から非接触状態で振幅変調により信号を入力するデータキャリアの通信方法であって、通信のプロトコルとして、前記信号に、前記データキャリア自身の動作に影響しないダミー信号を少なくとも１つ以上付加してあることを特徴とする。

表現を変えると、本発明は、データに対応して振幅変調された電磁波を受信し前記電磁波の電力を整流した上で前記データを復調する非接触通信方式のデータキャリアの通信方法であって、通信のプロトコルとして、制御信号の領域に、前記データキャリア自身の動作に影響しないダミー信号を少なくとも１つ以上挿入してあることを特徴とする。

より具体的には、前記復調は、前記整流によって得られたデータ信号を重畳した直流電源信号を微分し、その微分信号を基準電圧と比較して復調信号を生成するものである。

また、前記ダミー信号は、少なくとも１回以上レベルの変化を伴うものとする。

また、前記ダミー信号は、前記データキャリアの動作に固有のノイズ発生タイミングに合わせて付加されているものとする。

データサイクルの切り替わりタイミングの前後にわたる幅の広いノイズが発生した場合、従来技術であれば誤復調を生じていたが、本発明ではダミー信号となっているため、誤復調成分はダミー信号に対応したものに過ぎず、また、ダミー信号自身のレベル変化により誤復調が正常に戻されることになるため、誤復調成分は有意とはならない。ダミー信号に対応している誤復調成分の期間は充分に短いものとなる。ノイズがある場合とノイズがない場合とで、ダミー信号に対応する復調成分の時間幅はほとんど同じである。このダミー信号に対応する復調成分のタイミングは、あらかじめデータキャリアの内部回路で分かっている。したがって、ノイズに起因する誤復調成分については、これを確実にキャンセルすることができる。

本実施の形態によれば、幅の広いノイズに関しても確実にキャンセルでき、正確なデータの取り込みができる優れたデータキャリアを実現できる。

以下、本発明にかかわるデータキャリアの通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態でのデータキャリアは図３と同様に構成されているものとする。

図１は本発明のデータキャリアの通信方法において、外部のリーダ／ライタから非接触状態で振幅変調により信号を入力するデータキャリアの通信方法における通信のプロトコルの概略を示す。

信号伝達の開始を識別するためのＳＯＦ信号と信号伝達の終了を識別するためのＥＯＦ信号との間にデータキャリアを制御するための制御信号の領域がある。この制御信号の領域において、データキャリアの動作に固有のノイズ発生タイミングに合わせる状態でダミー信号が挿入されている。ダミー信号は、データキャリア自身の動作に影響を与えない信号であり、１つ以上が挿入される。ダミー信号は、少なくとも１回以上レベルの変化（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）を伴うものである。ノイズ発生タイミングは、内部記憶装置へのアクセス等のデータキャリア固有のタイミングである。

リーダ／ライタは、データキャリアに対して送信すべきデータについて、データに対応して振幅変調した電磁波を送信する。この振幅変調された電磁波を受信したデータキャリアは、電磁波の電力を整流した上でデータを復調する。その復調は、図３の構成において、整流によって得られたデータ信号を重畳した直流電源信号を微分し、その微分信号を基準電圧と比較して復調信号を生成するものである。

先ずＳＯＦ信号が伝達され、データキャリアが活性化状態となる。続いて制御信号が伝達され、活性化されたデータキャリアが、制御信号に従ったデータの書き込みや読み出し等の動作を開始する。制御信号を送信途中にデータ領域中に発生するノイズ発生タイミングに合わせて、ダミー信号が復調される。ただし、ダミー信号はデータキャリアの動作には使用しない。リーダ／ライタからの制御信号が終了すると、ＥＯＦ信号が伝達され、データキャリアはＥＯＦ信号までの制御信号に従った処理を実行し、処理終了後に非活性化状態となる。

図２は本発明のデータキャリアに搭載されたノイズ除去のタイミングチャートである。

Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のタイミングは、制御信号が振幅変調により与えられるデータが次のデータに切り替わるタイミングを示す。ＴＤ０，ＴＤ１は本発明で挿入されたデータキャリアの動作と関係の無いダミーデータのタイミングである。

ノイズ発生タイミングであるＴＤ０の以前に誤復調が発生するが、ＴＤ０のタイミングでＨｉｇｈレベル、ＴＤ１のタイミングでＬｏｗレベルとなるダミーデータを挿入することで、復調回路を所望の状態に復帰させることができる。つまり、従来回路で誤復調を起こしていたノイズが発生しても、送信データを正確に取り込むことができる優れたデータキャリアを実現することができる。

本発明にかかるデータキャリアは、プロトコル上にデータキャリアの動作に使用しないダミー領域を搭載することで、ノイズに強い安定した非接触通信を行う用途に有用である。具体的には、改札機、セキュリティシステム、電子マネーシステムなどで用いられるバッテリレス通信方式の非接触ＩＣカード等として有用である。

本発明の実施の形態におけるデータキャリアのプロトコルの概略構成図 本発明の実施の形態におけるデータキャリアの動作を示すタイミングチャート データキャリアの内部構成を示す概略構成図 データキャリアの復調動作を示すタイミングチャート 従来のデータキャリアのプロトコルの概略構成図 従来のデータキャリアの動作を示すタイミングチャート

符号の説明

Ａ１ アンテナ（共振回路）
Ａ２ 整流器
Ａ３ 復調回路
Ａ４ 内部回路
Ａ３１ 基準電位発生回路
Ａ３２ 比較器
Ｃ２ キャパシタ
Ｒ１ 抵抗
Ｎ１ 直流電源ノード
Ｎ２ グランドノード
Ｎ３ 基準電位ノード
Ｎ４ 微分信号
Ｎ５ 復調信号

Claims (5)

1. 外部から非接触状態で振幅変調により信号を入力するデータキャリアの通信方法であって、通信のプロトコルとして、前記信号に、前記データキャリア自身の動作に影響しないダミー信号を少なくとも１つ以上付加してあることを特徴とするデータキャリアの通信方法。
2. データに対応して振幅変調された電磁波を受信し前記電磁波の電力を整流した上で前記データを復調する非接触通信方式のデータキャリアの通信方法であって、通信のプロトコルとして、制御信号の領域に、前記データキャリア自身の動作に影響しないダミー信号を少なくとも１つ以上挿入してあることを特徴とするデータキャリアの通信方法。
3. 前記復調は、前記整流によって得られたデータ信号を重畳した直流電源信号を微分し、その微分信号を基準電圧と比較して復調信号を生成するものである請求項２に記載のデータキャリアの通信方法。
4. 前記ダミー信号は、少なくとも１回以上レベルの変化を伴うものである請求項１から請求項３までのいずれかに記載のデータキャリアの通信方法。
5. 前記ダミー信号は、前記データキャリアの動作に固有のノイズ発生タイミングに合わせて付加されている請求項１から請求項４までのいずれかに記載のデータキャリアの通信方法。
   
   
   

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