JP2005173862A

JP2005173862A - 非接触式ｉｃカード

Info

Publication number: JP2005173862A
Application number: JP2003411399A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Shimizu; 博夫清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】ＩＣチップの発熱抑制を可能とし、かつ、様々な使用環境に応じた適正な設定をすることができる非接触式ＩＣカードを提供する。
【解決手段】非接触式ＩＣカードにおいて、受信信号のレベルを検知し、この検知した受信信号のレベルに応じて共振回路のＱ値を可変制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、入退場管理装置における個人認証媒体、住民基本台帳カード、クレジットカードなどとして用いられ、非接触式カードリーダ・ライタから送信される電磁波を受信し、この受信信号により動作電圧を生成して動作し、非接触式カードリーダ・ライタとの間で無線による送受信を行なうことにより、書換え可能な不揮発性メモリに対するデータの書込みあるいは読出しなどの情報処理を行なうバッテリレス式の非接触式ＩＣカード（いわゆる無線カード）に関する。

一般に、この種の非接触式ＩＣカードでは、外部装置である非接触式カードリーダ・ライタから過大磁界（過大電力）が印加された場合、それに伴い発熱するＩＣチップ内の温度を温度検知手段により検知し、ＩＣチップ内の温度が所定のレベル以上と判断されたとき、ＩＣチップの動作を停止させている。温度検知手段はハードウェア（サーミスタ等）にて構成され、温度異常を検知した場合、ＩＣチップ内のＣＰＵに割込み信号を出力する。ＣＰＵは、この割込み信号を受信し、ファームウェアにてＩＣチップの動作を停止するようにしている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００１−１４３０３５号公報特開平１０−２４０８９０号公報

ところが、上述した従来の技術では、温度上昇による抵抗値の上昇により発熱が抑制できるが、温度により過電力の供給を制限する抵抗値が決まるため、実際に温度が上がってしまってから、発熱を抑制するという問題点がある。
また、様々な非接触式カードリーダ・ライタに曝される可能性があるため、必要以上に抑制して通信が不安定になったり、抑制が充分ではなく発熱してしまうなどの問題が発生することも考えられる。

そこで、本発明は、ＩＣチップの発熱抑制を可能とし、かつ、様々な使用環境に応じた適正な設定をすることができる非接触式ＩＣカードを提供することを目的とする。

また、本発明は、通信エラー発生の頻度を減少させ、常に安定した通信を可能とする非接触式ＩＣカードを提供することを目的とする。

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コイルとコンデンサとからなる共振回路と、この共振回路と電気的に接続され、外部装置から送信される電磁波を前記共振回路を介して受信し、この受信信号により動作電圧を生成して動作するもので、前記共振回路を介して外部装置との間で無線による送受信を行なうことにより所定の情報処理等を行なう機能を有するＩＣチップと、このＩＣチップにおける前記受信信号のレベルを検知する受信レベル検知手段と、前記共振回路のクオリティファクタ（Ｑ）値を変更するための複数の抵抗素子と、これら複数の抵抗素子を選択的に前記共振回路に対して接続する複数のスイッチ手段と、これら複数のスイッチ手段を前記受信レベル検知手段の検知結果に応じて選択的に開閉制御する制御手段とを具備している。

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コイルとコンデンサとからなる共振回路と、この共振回路と電気的に接続され、外部装置から送信される電磁波を前記共振回路を介して受信し、この受信信号により動作電圧を生成して動作するもので、前記共振回路を介して外部装置との間で無線による送受信を行なうことにより所定の情報処理等を行なう機能を有するＩＣチップと、このＩＣチップにおける前記受信信号のレベルを検知する受信レベル検知手段と、この受信レベル検知手段の検知結果に応じて前記ＩＣチップにおける送信信号のレベルを制御する送信レベル制御手段とを具備している。

さらに、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コイルとコンデンサとからなる共振回路と、この共振回路と電気的に接続され、外部装置から送信される電磁波を前記共振回路を介して受信し、この受信信号により動作電圧を生成して動作するもので、前記共振回路を介して外部装置との間で無線による送受信を行なうことにより所定の情報処理等を行なう機能を有するＩＣチップと、このＩＣチップにおける前記受信信号のレベルを検知する受信レベル検知手段と、前記共振回路のクオリティファクタ（Ｑ）値を変更するための複数の抵抗素子と、これら複数の抵抗素子を選択的に前記共振回路に対して接続する複数のスイッチ手段と、これら複数のスイッチ手段を前記受信レベル検知手段の検知結果に応じて選択的に開閉制御する制御手段と、前記受信レベル検知手段の検知結果に応じて前記ＩＣチップにおける送信信号のレベルを制御する送信レベル制御手段とを具備している。

本発明によれば、受信信号のレベルに応じてアンテナのＱ値を可変制御することにより、ＩＣチップの発熱抑制を可能とし、かつ、様々な使用環境に応じた適正な設定をすることができる非接触式ＩＣカードを提供できる。

また、本発明によれば、受信信号のレベルに応じて送信信号のレベルを可変制御することにより、通信エラー発生の頻度を減少させ、常に安定した通信を可能とする非接触式ＩＣカードを提供できる。

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。
図１は、本実施の形態に係る非接触式ＩＣカ−ドの要部構成を概略的に示すものである。図１において、この非接触式ＩＣカ−ドは、図示しない非接触式ＩＣカードリーダ・ライタとの間で無線による送受信を行なうための共振回路１１、および、この共振回路１２と接続されたＩＣチップ１２により構成されており、これらはカード本体内に埋設されている。
共振回路１１は、後述するようにアンテナコイルおよびこれとＬＣ共振回路を形成する同調用コンデンサから構成されている。

ＩＣチップ１２は、Ｑ値制御部１３、全波整流回路１４、平滑回路１５、電圧検出手段としての電圧検出回路１６、電源生成手段としてのシャントレギュレータ（電圧安定化回路）１７、電流検出手段としての電流検出回路１８、制御手段としての制御部１９、送信レベル制御手段としての送信レベル制御部２０、変調回路２１、復調回路２２、全体的な制御を司る制御手段としてのＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）２３、および、このＣＰＵ２３に接続され、各種情報を記憶する記憶手段としての不揮発性メモリ２４によって構成されている。
すなわち、共振回路１１から出力される受信信号は、共振回路１１のＱ値を可変制御するＱ値制御部１３を介して全波整流回路１４に送られ、ここで整流される。全波整流回路１４の出力端には、全波整流回路１４の出力電圧を平滑化する平滑回路１５、全波整流回路１４の出力電圧を検知する電圧検出回路１６、全波整流回路１４の出力電圧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シャントレギュレータ１７、送信信号のレベルを可変制御する送信レベル制御部２０、受信データを復調してＣＰＵ２３へ送る復調回路２２がそれぞれ接続されている。

送信レベル制御部２０には変調回路２１から送信信号が送られ、変調回路２１にはＣＰＵ２３から送信データが送られる。復調回路２２の出力（受信データ）はＣＰＵ２３に送られ、ここで所定のデータ処理（たとえば、演算処理やメモリ２４に対する書込み、読出しなど）に用いられる。

シャントレギュレータ１７には、シャントレギュレータ１７から流れ出る電流を検出する電流検出回路１８が接続されている。電流検出回路１８の検出結果は、電圧検出回路１６の検出結果とともに制御部１９に送られる。

制御部１９は、受信信号のレベルとして電圧検出回路１６により検出された電圧値、あるいは、電流検出回路１８により検出された電流値、あるいは、その両方の値を用い、この値に応じてＱ値制御部１３および送信レベル制御部２０をそれぞれ制御するようになっている。

図２は、共振回路１１、Ｑ値制御部１３、送信レベル制御部２０の具体的な回路例を示すものである。
すなわち、共振回路１１は、ループ状のアンテナコイル３１、および、このアンテナコイル３１とＬＣ共振回路を形成する同調用コンデンサ３２から構成されている。

Ｑ値制御部１３は、Ｑ値を可変するための複数（たとえば、３個）の抵抗素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、これら抵抗素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃを選択的に共振回路１１の一端と全波整流回路１４の一方の入力端との間に挿入接続する複数（たとえば、４個）のスイッチ手段としてのスイッチ素子（たとえば、トランジスタ）３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ、および、これらスイッチ素子３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを選択的にオン，オフ制御するオン，オフ制御部３５によって構成されている。

なお、抵抗素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃの各抵抗値は、それぞれ等しい値であっても異なる値であってもよい。

このような構成により、たとえば、スイッチ素子３４ａがオンされると、共振回路１１の一端と全波整流回路１４の一方の入力端との間が直接接続状態（抵抗素子は接続されない）、スイッチ素子３４ｂがオンされると抵抗素子３３ａが接続された状態、スイッチ素子３４ｃがオンされると抵抗素子３３ｂが接続された状態、スイッチ素子３４ｄがオンされると抵抗素子３３ｃが接続された状態となり、共振回路１１のＱ値が可変される。

送信レベル制御部２０は、全波整流回路１４の出力端間に、制御部１９からの制御信号により抵抗値が可変制御される可変抵抗器３６と、変調回路２１からの送信信号によりオン，オフ制御される変調用トランジスタ３７とを直列接続して構成される。
なお、同調用コンデンサ３２の接続位置は図２に破線で示す位置であってもよい。

次に、このような構成において、共振回路１１のＱ値や送信信号レベルを受信信号のレベルに応じて可変制御する方法について詳細に説明する。
第１番目の方法は、電圧検出回路１６により検出された電圧値に応じて、制御部１９を介して適正なＱ値や送信信号レベルに可変制御する方法であり、この方法は特に受信信号レベルが小さい場合などに有効である。

第２番目の方法は、シャントレギュレータ１７から流れ出る電流を電流検出回路１８で検出し、その検出した電流値に応じて、制御部１９を介して適正なＱ値や送信信号レベルに可変制御する方法であり、この方法は特に受信信号レベルが大きい場合などに有効である。
また、これら第１番目の方法と第２番目の方法の方法とを併用する方法も考えられる。

前述した従来技術では、温度により過電力の供給を制限する抵抗値が増大することで、Ｑ値制御を行なっていたが、この場合、温度が上昇してから制御が始まるため、温度上昇中は抑制が効かない。そのため、ある設定温度に達するまでの時間が非常に短くなる（図３の破線曲線ａ参照）。

これに対し、本実施の形態の場合、温度が上昇し始める前に過電力の供給を制限する抵抗値を増大させ、Ｑ値制御ができるため、温度上昇を抑制することができ、従来技術に比べて遅くある設定温度に達することになる（図３の実線曲線ｂ参照）。また、Ｑ値を可変できるため、受信信号のレベルに応じて調整することが可能である。

さらに、従来技術では、あるリーダ・ライタにおいて、発熱が抑制され、かつ、安定な通信ができるように調整ができたとしても、多種類のリーダ・ライタとの通信においては、抑制しすぎて安定な通信ができないとか、逆に抑制が不十部で発熱が抑制されないといった場合も考えられる。

これに対し、本実施の形態によれば、どのようなリーダ・ライタであっても、受信信号レベルに応じて判断でき、Ｑ値も自由に調整できるため、安定な通信と発熱の抑制を同時に行なうことができる。

次に、同様な方法で受信信号レベルを検知し、リーダ・ライタへの送信信号レベルを可変制御する場合について説明する。
当該ＩＣカードとリーダ・ライタとが離れている場合、ＩＣカードの受信信号レベルは小さくなる。この場合、リーダ・ライタにとっては、ＩＣカードからの送信信号レベルが強い方が望ましいため、図１の送信レベル制御部２０により送信信号レベルを強くするように調整する（可変抵抗器３６の抵抗値を小さくする）。

また、当該ＩＣカードとリーダ・ライタが近い場合、ＩＣカードへの入力レベルは強くなる。この場合、ＩＣカードはリーダ・ライタが近いと判断し、送信信号レベルを小さくする（可変抵抗器３６の抵抗値を大きくする）。
また、リーダ・ライタの受信感度がよく、ＩＣカードの送信信号レベルが小さくてもよい場合は、送信信号レベルを小さくし、ＩＣカードの返信時に電力消費両を抑え、通信距離を伸ばす効果も期待できる。

このように、リーダ・ライタとＩＣカードとの位置関係などに応じて調整できるため、常に安定した通信が可能となる。
また、前述したＱ値制御により、ＩＣカードからの送信信号のレベルが変動する場合にも、Ｑ値を下げた場合はＩＣカードからの送信信号レベルが小さくなるため、強くしてあげるなどの制御が可能となる。

なお、図１では、送信レベル制御部２０を全波整流回路１４の出力端間に接続したが、共振回路１１の両端間に接続してもよい。

本発明の実施の形態に係る非接触式ＩＣカ−ドの要部構成を概略的に示すブロック図。共振回路、Ｑ値制御部、送信レベル制御部の具体的な回路例を示す構成図。ＩＣチップの温度上昇特性を示す特性図。

符号の説明

１１…共振回路、１２…ＩＣチップ、１３…Ｑ値制御部、１４…全波整流回路、１６…電圧検出回路（電圧検出手段）、１７…レギュレータ（電源生成手段）、１８…電流検出回路（電流検出手段）、１９…制御部（制御手段）、２０…送信レベル制御部（送信レベル制御手段）、２１…変調回路、２２…復調回路、２３…ＣＰＵ、２４…不揮発性メモリ（記憶手段）、３１…アンテナコイル、３２…同調コンデンサ、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…抵抗素子、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…スイッチ素子（スイッチ手段）、３５…オン，オフ制御部。

Claims

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コイルとコンデンサとからなる共振回路と、
この共振回路と電気的に接続され、外部装置から送信される電磁波を前記共振回路を介して受信し、この受信信号により動作電圧を生成して動作するもので、前記共振回路を介して外部装置との間で無線による送受信を行なうことにより所定の情報処理等を行なう機能を有するＩＣチップと、
このＩＣチップにおける前記受信信号のレベルを検知する受信レベル検知手段と、
前記共振回路のクオリティファクタ（Ｑ）値を変更するための複数の抵抗素子と、
これら複数の抵抗素子を選択的に前記共振回路に対して接続する複数のスイッチ手段と、
これら複数のスイッチ手段を前記受信レベル検知手段の検知結果に応じて選択的に開閉制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする非接触式ＩＣカード。
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コイルとコンデンサとからなる共振回路と、
この共振回路と電気的に接続され、外部装置から送信される電磁波を前記共振回路を介して受信し、この受信信号により動作電圧を生成して動作するもので、前記共振回路を介して外部装置との間で無線による送受信を行なうことにより所定の情報処理等を行なう機能を有するＩＣチップと、
このＩＣチップにおける前記受信信号のレベルを検知する受信レベル検知手段と、
この受信レベル検知手段の検知結果に応じて前記ＩＣチップにおける送信信号のレベルを制御する送信レベル制御手段と、
を具備したことを特徴とする非接触式ＩＣカード。
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コイルとコンデンサとからなる共振回路と、
この共振回路と電気的に接続され、外部装置から送信される電磁波を前記共振回路を介して受信し、この受信信号により動作電圧を生成して動作するもので、前記共振回路を介して外部装置との間で無線による送受信を行なうことにより所定の情報処理等を行なう機能を有するＩＣチップと、
このＩＣチップにおける前記受信信号のレベルを検知する受信レベル検知手段と、
前記共振回路のクオリティファクタ（Ｑ）値を変更するための複数の抵抗素子と、
これら複数の抵抗素子を選択的に前記共振回路に対して接続する複数のスイッチ手段と、
これら複数のスイッチ手段を前記受信レベル検知手段の検知結果に応じて選択的に開閉制御する制御手段と、
前記受信レベル検知手段の検知結果に応じて前記ＩＣチップにおける送信信号のレベルを制御する送信レベル制御手段と、
を具備したことを特徴とする非接触式ＩＣカード。
前記ＩＣチップは、前記共振回路と電気的に接続され、前記共振回路の出力を整流する整流回路と、この整流回路の出力から動作電圧を生成する電源生成手段とを有し、
前記受信レベル検知手段は、前記整流回路の出力電圧値を受信信号のレベルとして検知することを特徴とする請求項１、２、３のいずれか１つに記載の非接触式ＩＣカード。
前記ＩＣチップは、前記共振回路と電気的に接続され、前記共振回路の出力を整流する整流回路と、この整流回路の出力から動作電圧を生成する電源生成手段とを有し、
前記受信レベル検知手段は、前記電源生成手段から流れ出る電流値を受信信号のレベルとして検知することを特徴とする請求項１、２、３のいずれか１つに記載の非接触式ＩＣカード。