JP2006018473A - 携帯可能電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信途中のエラー発生を防止することが可能な携帯可能電子装置を提供すること。
【解決手段】この発明の一実施の形態に係る携帯可能電子装置（２）は、電波を送受信する送受信手段（２１、２２）と、前記送受信手段により受信される電波に基づいて電力を生成する電力生成手段（２７、２８）と、前記電力生成手段により生成される電力レベルに基づいて通信動作の開始タイミングを制御する通信動作制御手段（２６）とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電磁誘導および電磁結合により非接触で通信を行う非接触型の携帯可能電子装置（非接触ＩＣカード）に関し、特にこの携帯可能電子装置の初期化動作に関する。

近年、情報の安全性と携帯の利便性の面から非接触で利用可能な非接触ＩＣカード（携帯可能電子装置）の普及が進んでおり、このような非接触ＩＣカードによる安定した通信を実現するための各種提案がなされている（特許文献１参照）。

例えば非接触ＩＣカードは、乗車券媒体として利用されている。鉄道などの駅には、改札処理の省力化を目的として、自動改札装置が導入されている。以前は、自動改札装置は、入場券、プリペイドカード、定期券、普通乗車券などの磁気券を受け取り、磁気券に記録された乗車情報を読み取り、改札判定を行なっていた。しかし近年では、自動改札装置は、非接触リーダライタを搭載し、上記した磁気券に替わる非接触ＩＣカードに基づく改札処理が可能となっている。

非接触リーダライタはポーリングを送信し、非接触リーダライタの所定の通信範囲に入った非接触ＩＣカードは非接触リーダライタからのポーリングを受信し電力を生成して非接触リーダライタに対してレスポンスを返す。非接触リーダライタは、非接触ＩＣカードからのレスポンスを受信すると、次に非接触ＩＣカードに対して動作制御コマンドを送信する。

このように、非接触ＩＣカードは、非接触リーダライタに近づくことにより、磁界をエネルギーとして無結線状態で動作する。このため、非接触ＩＣカードは、非接触リーダライタから離れて、動作に必要なエネルギーの供給を受けなくなると動作が途中で中断することになる。
特開２０００−３６０１７号公報

非接触リーダライタにより発生される動作可能磁界領域に非接触ＩＣカードが進入し、非接触ＩＣカードの電源の定電圧回路から出力される電圧、すなわちシャントレギュレータ電圧が予め定めた閾値を超えると、内部ロジック回路のリセット動作が行なわれ、非接触リーダライタからのコマンド受信を可能な状態にするための初期化動作が行なわれる。非接触ＩＣカードのアンテナが受ける磁界強度が小さい、すなわち受信電力が小さく、シャントレギュレータの電圧が閾値付近にあると、電源に対する負荷が軽いコマンドの場合（ポーリング時）には応答するが、負荷が重くなるコマンドの場合（ｗｒｉｔｅ時）には、電源電圧が低下し、応答しなくなる場合が発生する。すなわち、非接触ＩＣカードの受信電力が小さいと、コマンドによって応答できる磁界強度（受信電力）に差が出てしまうため、通信途中でエラーが発生するという問題があった。

この発明の目的は、通信途中のエラー発生を防止することが可能な携帯可能電子装置を提供することにある。

この発明の携帯可能電子装置は、以下のように構成されている。

（１）この発明の一例の携帯可能電子装置は、電波を送受信する送受信手段と、前記送受信手段により受信される電波に基づいて電力を生成する電力生成手段と、前記電力生成手段により生成される電力レベルに基づいて通信動作の開始タイミングを制御する通信動作制御手段とを備えている。

（２）この発明の一例の携帯可能電子装置は、電波を送受信する送受信手段と、前記送受信手段により受信される電波に反映された所望の信号を復調する復調手段と、前記送受信手段により送信される電波に反映させる所望の信号を変調する変調手段と、前記送受信手段により受信される電波に基づいて整流電圧を生成する整流電圧生成手段と、前記整流電圧生成手段により生成される整流電圧に基づいて定電圧を生成する定電圧生成手段と、前記定電圧生成手段により生成される定電圧の供給を受けて最大の電流消費を必要とするダミー動作を実行し、このダミー動作実行時の前記定電圧レベルと閾値とを比較し、前記定電圧レベルが閾値以下の場合には前記復調手段により復調される第１のコマンドに対する応答信号の出力を保留し、前記定電圧レベルが閾値を超える場合には前記第１のコマンドに対する応答信号を出力し、前記変調手段により変調されるこの応答信号の送信によりより前記第１のコマンドに続く第２のコマンドの受け付けを開始し、前記復調手段により復調される前記第２のコマンドに基づく動作を制御する通信動作制御手段とを備えている。

本発明によれば、通信途中のエラー発生を防止することが可能な携帯可能電子装置を提供できる。

以下、図面を参照しながら本実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る非接触ＩＣカード（携帯可能電子装置）の概略構成を示す図である。図１に示すように、非接触ＩＣカード２は、アンテナ回路２１、同調回路２２、復調回路２３、クロック抽出回路２４、変調回路２５、内部ロジック回路２６、演算回路２６−１、整流回路２７、定電圧回路２８、およびリセット回路２９を備えている。

通信動作制御手段として機能する内部ロジック回路２６は、内部にデータの暗号化処理の演算を行う演算回路２６−１以外に、ＣＰＵ、メモリ、およびＲＯＭなどを有し、非接触ＩＣカード２の各回路部を制御する。復調手段として機能する復調回路２３は、電波を送受信する送受信手段としてのアンテナ回路２１および同調回路２２を介して受信したリーダライタ１からの電波に反映された所望の信号を復調し、内部ロジック回路２６へ出力する。同様にしてクロック抽出回路２４は、アンテナ回路２１および同調回路２２を介して受信したリーダライタ１からのキャリア波から、動作に必要なクロック信号を抽出し、内部ロジック回路２６へ出力する。変調手段として機能する変調回路２５は、内部ロジック回路２６の制御に基づき、所望のキャリア波を任意に変調して、同調回路２２およびアンテナ回路２１を介してリーダライタ１へ返信する。

電力生成手段或いは整流電圧生成手段として機能する整流回路２７は、アンテナ回路２１および同調回路２２を介して受信したリーダライタ１からの信号を整流して出力する。電力生成手段或いは定電圧生成手段として機能する定電圧回路２８は、整流回路２７からの整流出力を安定化し動作電源として内部ロジック回路２６やその他の回路部へ供給する。つまり、整流回路２７及び定電圧回路２８は、アンテナ回路２１により受信した電波に基づいて電力を生成する。具体的には、整流回路２７は、アンテナ回路２１により受信した電波に基づいて整流電圧を生成する。定電圧回路２８は、整流回路２７により生成される整流電圧に基づいて定電圧を生成する。

リセット回路２９は、定電圧回路２８から供給される電圧レベルを監視して、この電圧レベルが所定電圧レベルを超えれば内部ロジック回路２６に対してリセット解除を行い、所定電圧以下となった期間には内部ロジック回路２６に対してリセット信号を出力する。

次に、図２を参照して、非接触ＩＣカード２の動作について説明する。図２は、非接触ＩＣカード２における起動からの初期化動作を示すフローチャートである。本実施の形態では、非接触ＩＣカード２がリーダライタ１により発生されている動作可能磁界領域に進入し、非接触ＩＣカード２内部での初期化動作を行う際に、例えば、内部ロジック回路２６内の演算回路２６−１をダミーで動作させ、電流消費が最大レベル（所定レベル）となる負荷をかけた上で、定電圧回路２８の出力電圧をモニタし、予め定めた閾値を超えていれば、初期化動作を終了してリーダライタ１からのコマンド待ち状態に移行し（実質的な通信動作を開始し）、閾値以下であれば、一定時間経過後、再度初期化動作を行う（実質的な通信動作の開始を保留）。つまり、内部ロジック回路２６が、受信した電波により生成される電力レベル（定電圧回路２８の出力電圧）に基づいて通信動作の開始タイミングを制御する。これにより、コマンドによって応答できる磁界強度（受信電力）に差がなくなるので、通信途中でエラーが発生するのを防止することができる。

リーダライタ１の電磁界領域に非接触ＩＣカード２が進入した際、アンテナ回路２１および同調回路２２を介してリーダライタ１からのキャリア波により電力を受信し（ステップ１００）、整流回路２７によりその電力が整流され整流出力が得られ（ステップ１０１）、定電圧回路２８により必要な電圧の安定した電源が供給される（ステップ１０２）。

リセット回路２９は、定電圧回路２８の出力電圧が予め定めた閾値を超えたことを検知すると、内部ロジック回路２６のリセットを解除する（ステップ１０３）。さらにこれと並行して、クロック抽出回路２４によりリーダライタ１からのキャリア波からクロック信号が抽出され、内部ロジック回路２６へ供給される。

ここで、リセット回路２９が正常に起動し、内部ロジック回路２６のリセットが解除された場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）、内部ロジック回路２６内のＣＰＵが起動され、クロック抽出回路２４からのクロック信号に基づき、次のような応答処理が開始される。内部ロジック回路２６は、まず、ウォッチドッグ機構などにより当該内部ロジック回路２６が正常に動作しているか判定し、正常動作している場合には（ステップ１０５：ＹＥＳ）、消費電流が最大となる負荷のコマンドをダミーで実行する（ステップ１０６）。これは例えば、内部ロジック回路２６内の演算回路２６−１で公開鍵暗号の一つであるＲＳＡの演算をダミーで行うようにすればよい。このとき、定電圧回路２８の出力電圧をモニタし、予め定めた閾値を超えていれば（ステップ１０７：ＹＥＳ）、リセット回路２９からリセット信号は出力されず、リセット解除されたままで、復調回路２３を制御してリーダライタ１からのコマンド（例えばポーリング）を受信し（ステップ１０８）、これに対する応答信号を変調回路２５から同調回路２２およびアンテナ回路２１を介してリーダライタ１へ送信する（ステップ１０９）。つまり、上記ステップ１０６及びステップ１０７において、非接触ＩＣカード２とリーダライタ１との距離が十分近づいたか否かが確認されている。非接触ＩＣカード２とリーダライタ１との距離が十分近づいていれば、非接触ＩＣカード２は十分な磁界強度を得ることができる。

一方、上記ステップにおいて、内部ロジック回路２６のリセットが解除されなかった場合は（ステップ１０４：ＮＯ）、無応答または異常応答となり（ステップ１１１）、最初へ戻る。また、上記ステップ１０３において、内部ロジック回路が正常に動作していないと判定された場合（ステップ１０５：ＮＯ）や、上記ステップ１０９において、応答信号を正常に送信できなかった場合（ステップ１１０：ＮＯ）にも、同様にしてステップ１１１へ移行する。

また、上記ステップ１０９において、応答信号を正常に送信できた場合には（ステップ１１０：ＹＥＳ）、リーダライタ１とのデータ通信処理へ移行し（ステップ１１２）、一連の処理を終了する。つまり、非接触ＩＣカード２は、リーダライタ１からのコマンド（ポーリング）に対して応答信号を正常に送信すると（ステップ１１０：ＹＥＳ）、このコマンド（ポーリング）に続く次のコマンド（リードコマンドやライトコマンドなど）の受け付けを開始する。リーダライタ１は、送信したコマンド（ポーリング）に対して非接触ＩＣカード２からの応答信号を受信すると、動作制御のためのコマンド（リードコマンドやライトコマンドなど）の送信を開始する。非接触ＩＣカード２は、リーダライタ１から送信されるこのコマンド（リードコマンドやライトコマンドなど）を受信して各種動作を実行する。

非接触ＩＣカード２がリーダライタ１に対して十分に近づくと、整流回路２７から出力される整流電圧（アンテナ電圧）は十分に高いレベルになる。このような状態で、内部ロジック回路２６内の演算回路２６−１の電流消費が最大レベルになるような負荷がかかっても、定電圧回路２８から出力される定電圧レベルの落ち込みは比較的小さい。つまり、整流回路２７から出力される整流電圧が十分に高いレベルであれば、重い負荷がかかっても十分に対応できる。

しかし、非接触ＩＣカード２がリーダライタ１に対してゆっくり近づくと内部ロジック回路２６はリセットされるが、非接触ＩＣカード２がリーダライタ１に十分に近づいていない状態では、整流回路２７から出力される整流電圧が十分に高いレベルに達していない。このような状態で、内部ロジック回路２６内の演算回路２６−１の電流消費が最大レベルになるような負荷がかかると、定電圧回路２８から出力される定電圧レベルの落ち込みは大きくなる。つまり、整流回路２７から出力される整流電圧が十分に高いレベルにない状態で、重い負荷がかかると対応できなくなり、通信途中でエラーが発生してしまうことがある。

そこで、本発明の非接触ＩＣカードは、ダミー動作により重い負荷をかけたときの定電圧レベルの落ち込みを監視して、整流電圧が十分に高いレベルにあることを確認してからコマンド（ポーリング）に対する応答信号を送信し、通信途中でエラーが発生するのを防止する。よって、本発明の非接触ＩＣカードは、例えば、整流回路２７から出力される整流電圧が十分に高いレベルにあることを確認して、コマンド（ポーリング）に対する応答信号を送信するタイミングを制御するものであってもよい。

以上まとめると、本発明の一実施の形態に係る非接触ＩＣカードは、リーダライタと非接触で通信することができる非接触ＩＣカードであって、この非接触ＩＣカードがリーダライタの発生する動作可能磁界領域に進入すると、リーダライタからのコマンド受信を可能な状態にする初期化動作を実施するが、この初期化動作の中でＩＣ内部の消費電流が最大となるような動作を実施させ、その時の消費電圧または消費電流あるいはこれらと相関を示す電圧・電流値を測定し、予め定めた閾値を超えていれば、初期化動作を終了してリーダライタからのコマンド待ち状態に移行し、予め定めた閾値以下であれば、一定時間経過後、再度前述の初期化動作を実施する。

従来は、リーダライタの発生する動作可能磁界領域に非接触ＩＣカードが進入し、電源の定電圧回路すなわち、シャントレギュレータ電圧が予め定めた閾値を超えると、内部ロジック回路のリセット動作が行なわれ、リーダライタからのコマンド受信を可能な状態にするための初期化動作を行っていた。これにより、コマンドによって応答できる磁界強度（受信電力）に差が出てしまい、通信途中でエラーが発生することがあった。

これに対して、本発明の一実施の形態に係る非接触ＩＣカードでは、初期化動作の中でＩＣ内部の消費電流が最大となるような動作を実施させ、その時の消費電圧または消費電流あるいはこれらと相関を示す電圧・電流値を測定し、予め定めた閾値を超えていれば、初期化動作を終了してリーダライタからのコマンド待ち状態に移行し、予め定めた閾値以下であれば、一定時間経過後、再度前述の初期化動作を実施することにより、コマンドによって応答できる磁界強度（受信電力）に差がなくなるので、通信途中でエラーが発生するのを防止することができる。コマンドによって応答できる磁界強度（受信電力）に差がないので、この非接触ＩＣカードのアンテナが受ける磁界強度が時間的に変化する場合（非接触ＩＣカードとリーダライタとの通信距離が時間的に変化する場合）にでも、通信途中でエラーが発生するのを防止することができる。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る非接触ＩＣカード（携帯可能電子装置）の概略構成を示す図である。 非接触ＩＣカード２における起動からの初期化動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２…非接触ＩＣカード、２１…アンテナ回路、２２…同調回路、２３…復調回路、２４…クロック抽出回路、２５…変調回路、２６…内部ロジック回路、２６−１…演算回路、２７…整流回路、２８…定電圧回路、２９…リセット回路

Claims (5)

1. 電波を送受信する送受信手段と、
   前記送受信手段により受信される電波に基づいて電力を生成する電力生成手段と、
   前記電力生成手段により生成される電力レベルに基づいて通信動作の開始タイミングを制御する通信動作制御手段と、
   を備えたことを特徴とする携帯可能電子装置。
2. 電波を送受信する送受信手段と、
   前記送受信手段により受信される電波に反映された所望の信号を復調する復調手段と、
   前記送受信手段により送信される電波に反映させる所望の信号を変調する変調手段と、
   前記送受信手段により受信される電波に基づいて電力を生成する電力生成手段と、
   前記電力生成手段により生成される電力レベルに基づいて、前記復調手段により復調される第１のコマンドに対する応答信号の出力タイミングを制御し、前記変調手段により変調されるこの応答信号の送信により前記第１のコマンドに続く第２のコマンドの受け付けを開始する通信動作制御手段と、
   を備えたことを特徴とする携帯可能電子装置。
3. 電波を送受信する送受信手段と、
   前記送受信手段により受信される電波に反映された所望の信号を復調する復調手段と、
   前記送受信手段により送信される電波に反映させる所望の信号を変調する変調手段と、
   前記送受信手段により受信される電波に基づいて整流電圧を生成する整流電圧生成手段と、
   前記整流電圧生成手段により生成される整流電圧に基づいて定電圧を生成する定電圧生成手段と、
   前記整流電圧生成手段により生成される整流電圧レベルに基づいて、前記復調手段により復調される第１のコマンドに対する応答信号の出力タイミングを制御し、前記変調手段により変調されるこの応答信号の送信によりより前記第１のコマンドに続く第２のコマンドの受け付けを開始する通信動作制御手段と、
   を備えたことを特徴とする携帯可能電子装置。
4. 電波を送受信する送受信手段と、
   前記送受信手段により受信される電波に反映された所望の信号を復調する復調手段と、
   前記送受信手段により送信される電波に反映させる所望の信号を変調する変調手段と、
   前記送受信手段により受信される電波に基づいて整流電圧を生成する整流電圧生成手段と、
   前記整流電圧生成手段により生成される整流電圧に基づいて定電圧を生成する定電圧生成手段と、
   前記定電圧生成手段により生成される定電圧の供給を受けて所定の電流消費を必要とする動作を実行し、この動作実行に伴う前記定電圧レベルの変動に基づいて、前記復調手段により復調される第１のコマンドに対する応答信号の出力タイミングを制御し、前記変調手段により変調されるこの応答信号の送信によりより前記第１のコマンドに続く第２のコマンドの受け付けを開始し、前記復調手段により復調される前記第２のコマンドに基づく動作を制御する通信動作制御手段と、
   を備えたことを特徴とする携帯可能電子装置。
5. 電波を送受信する送受信手段と、
   前記送受信手段により受信される電波に反映された所望の信号を復調する復調手段と、
   前記送受信手段により送信される電波に反映させる所望の信号を変調する変調手段と、
   前記送受信手段により受信される電波に基づいて整流電圧を生成する整流電圧生成手段と、
   前記整流電圧生成手段により生成される整流電圧に基づいて定電圧を生成する定電圧生成手段と、
   前記定電圧生成手段により生成される定電圧の供給を受けて最大の電流消費を必要とするダミー動作を実行し、このダミー動作実行時の前記定電圧レベルと閾値とを比較し、前記定電圧レベルが閾値以下の場合には前記復調手段により復調される第１のコマンドに対する応答信号の出力を保留し、前記定電圧レベルが閾値を超える場合には前記第１のコマンドに対する応答信号を出力し、前記変調手段により変調されるこの応答信号の送信によりより前記第１のコマンドに続く第２のコマンドの受け付けを開始し、前記復調手段により復調される前記第２のコマンドに基づく動作を制御する通信動作制御手段と、
   を備えたことを特徴とする携帯可能電子装置。

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