JP2006287844A - 通信装置および携帯端末 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リーダライタとして送信を行っているとき、アンテナ回路113に異常に高い電圧が生じると、送信回路112からアンテナ回路113への信号の出力が停止され、これによりアンテナ回路113へ供給される送信電力が低減するため、アンテナ回路113の電圧を正常な範囲に戻すことができる。異常電圧時の動作を見込んでクランプ回路119の電流容量を余計に大きくせずに済むため、回路の面積の増大を抑制することができる。また、耐電圧の高い特殊な製造プロセスによって回路を形成する必要がなく、設計時間やコストを抑制できる。更に、アンテナ回路113の性能を落とさずに、異常電圧を抑制できる。
【選択図】 図1
Description
非接触ICカードの機能を内蔵した携帯電話機に関する従来技術としては、例えば下記の特許文献1がある。
ところが、上述のような異常な高電圧をクランプ回路によって制限しようとすると、非接触ICカードで想定されているより大きな電流をクランプ回路に流さなくてはならない。そのため、クランプ回路に用いる回路素子を大電流に耐えるように設計しなくてはならず、回路面積が増大してしまうという不利益がある。
図1は、本発明の実施形態に係る携帯端末10に搭載された非接触ICカードにデータを読み書きするシステムの一例を図解した図である。
図1に示すシステムは、携帯端末10と、外部リーダライタ20と、通信網30と、サーバ40とを有する。
携帯端末10の非接触ICカードは、外部リーダライタ20からの電波を検出すると、外部リーダライタ20との間で無線通信を行ってコネクションを確立させ、次いで、外部リーダライタ20および通信網30を経由してサーバ40に接続し、必要な認証処理を行う。非接触ICカードとサーバ40との間で相互の認証に成功すると、非接触ICカードに格納される情報をサーバ40に読み出す処理や、携帯端末10の非接触ICカードに格納される情報をサーバ40の指示に従って書き換える処理が行われる。例えば商店の精算カウンタに本システムが用いられる場合、非接触ICカードから電子マネーの残高を読み出して、購入した商品の金額を差し引いた残高に書き換える処理などを行う。
図2に示すシステムは、携帯端末10と、外部の非接触ICカード50と、基地局60と、通信網70と、サーバ80とを有する。
図3に例示するICカード/リーダライタ部100は、送受信部101と、信号処理部102と、制御部103と、暗号処理部104と、誤り検出・訂正処理部105と、RAM106と、ROM107と、EEPROM108と、キャリア信号生成部109と、インターフェース部110とを有する。
制御部103は、例えばROM107に格納されるプログラムに従って処理を実行するコンピュータを有する。
図4に示す送受信部101は、受信回路111と、送信回路112と、アンテナ回路113と、異常判定回路114とを有する。
アンテナ回路113は、本発明のアンテナ回路の一実施形態である。
送信回路112を含む回路ブロックは、本発明の通信手段の一実施形態である。
異常判定回路114を含む回路ブロックは、本発明の送信電力低減手段の一実施形態である。
図4の例において整流回路115はダイオード116を有している。ダイオード116は、基準電位にアノードが接続され、アンテナ回路113の後述するノードN1にカソードが接続されている。
図5に示す送信回路112は、インバータ回路127〜130と、3入力のNAND回路131,132とを有する。
インバータ回路129および130は、NAND回路132の出力信号を論理反転して端子O2に出力する。
なお、インバータ回路128および130は、信号処理部102から供給される送信信号に応じて、通常の論理反転動作を行うか、または出力を高インピーダンス状態にする。
判定信号S1は、異常判定回路114の判定結果を示す信号であり、アンテナ回路113に異常な高電圧が生じる場合にローレベルとなり、通常の状態ではハイレベルになる。
アンテナ回路113は、非接触ICカードやリーダライタとして無線通信を行う場合に、通信相手との間で電波の送受信を行う。
アンテナコイル121は、キャパシタ122と並列に接続されており、この並列回路がキャパシタ123を介して送信回路の端子O1−O2の間に接続される。
また、アンテナコイル121およびキャパシタ122の2つの接続ノードN1,N2のうち、接続ノードN1は受信回路111の整流回路115に接続される。
図6に示す異常判定回路114は、アンテナ回路113のノードN1と基準電位VSSとの間に接続される抵抗124および125の直列回路と、この抵抗124および125の接続中点に生じる電圧と所定のしきい値とを比較する比較回路126とを有する。
比較回路126は、抵抗124および125の接続中点の電圧が所定のしきい値より小さい場合にハイレベル、所定のしきい値より大きい場合にローレベルの判定信号S1を出力する。
制御信号RWがローレベルになると、送信回路112の端子O1,O2が共にローレベル(基準電位VSS)になり、アンテナ回路113のキャパシタC123はキャパシタC122と並列に接続された状態になる。
信号処理部102は、復調回路118において復調された信号に対し更に復号化等の信号処理を行い、外部のリーダライタの送信信号を再生する。制御部103は、信号処理部102において再生された信号に応じて、所定の通信手順に従った返信信号を外部リーダライタへ返すように、信号処理部102を制御する。制御部103の制御に従って信号処理部102が返信信号を生成すると、返信回路120はその返信信号に応じて整流回路115の出力側の負荷を変調する。この負荷変調により、非接触ICカードとして動作する携帯端末から外部のリーダライタへ返信信号が伝送される。
外部の非接触ICカードへ振幅変調信号を送信した後、制御部103はキャリア信号の振幅変調を停止して、外部の非接触ICカードからの返信信号を待つ。外部の非接触ICカードの負荷変調によってキャリア信号の振幅が変調されると、復調回路118はこれを復調して返信信号を再生する。
ノードN1−N2間の異常な電圧に応じて、整流回路115の出力電圧の振幅が所定のしきい値より大きくなると、異常判定回路114の判定信号S1がハイレベルからローレベルに変化する。
すなわち、リーダライタとして送信を行っているときにアンテナ回路113に異常に高い電圧が生じても、それをクランプ回路119によって制限するのではなく、送信回路112の出力を停止させることによって正常な範囲に戻すため、クランプ回路119は異常な高電圧においてクランプ動作を行わずに済む。したがって、異常電圧時の動作を見込んでクランプ回路119の電流容量を余計に大きくしなくて良いため、回路の面積の増大を抑制することができる。
また、耐電圧の高い特殊な製造プロセスによってリーダライタ用の回路を形成する必要がないため、設計時間やコストを抑制できる。
更に、異常電圧を抑制するためにアンテナ回路113の共振周波数を最適値から外したりクオリティ・ファクタを下げるなど、アンテナ回路113の性能を劣化させる方法に比べて、通常の使用状態における通信性能を良好に保つことができる。
しかも、アンテナ回路113から送出される電磁波を弱めることができるため、外部のリーダライタにおける同様な異常電圧も抑制できる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
第1の実施形態に係る携帯端末では、送信回路の送信を停止させることによってアンテナ回路の異常電圧を抑制するが、本実施形態に係る携帯端末では、送信回路の出力インピーダンスを変化させることによってアンテナ回路に供給される送信電力を低減し、アンテナ回路の異常電圧を抑制する。
インバータ回路127A,128A,129A,130Aは、本発明の送信信号出力回路の一実施形態である。
インバータ回路129Aおよび130Aは、NAND回路134の出力信号を論理反転して端子O2に出力する。
なお、インバータ回路128Aおよび130Aは、AND回路135の出力信号がハイレベルの場合に通常の論理反転動作を行い、この出力信号がローレベルの場合に出力を高インピーダンス状態にする。
また、インバータ回路127Aおよび129Aは、異常判定回路114の判定信号S1がハイレベルの場合に通常の論理反転動作を行い、判定信号S1がローレベルの場合に出力を高インピーダンス状態にする。
他方、非接触ICカードとして動作し、かつアンテナ回路113の電圧が正常な場合、制御信号RWがローレベルになり、判定信号S1がハイレベルになる。この場合は、先に述べた送信回路112と同様に、端子O1およびO2が共にローレベルになって、送信回路112からアンテナ回路113への信号出力が停止される。
その結果、送信回路112Aの出力は高インピーダンス状態となり、送信回路112Aからアンテナ回路113への送信電力はほぼゼロになる。これにより、アンテナ回路113の異常な電圧が抑制され、正常な範囲に戻る。
従って、本実施形態においても、クランプ回路119を異常な高電圧で動作させずに済むため、回路の面積の増大を抑制することができる。
耐電圧の高い特殊な製造プロセスによってリーダライタ用の回路を形成する必要がないため、設計時間やコストを抑制できる。
また、異常電圧を抑制するためにアンテナ回路113の性能を劣化させる方法に比べて、通常の使用状態における通信性能を良好に保つことができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態に係る携帯端末では、送信回路が発生する電力を低減させることによって、アンテナ回路の異常電圧を抑制する。
このうち、受信回路111、アンテナ回路113、異常判定回路114については、図4における同一符号の構成要素と同じであるため、ここでは送信回路112Bと電源電圧制御部136についてのみ説明する。
すなわち、送信回路112Bは、判定信号S1に応じて出力を停止する送信回路112の機能を削除したものである。
すなわち、異常判定回路114において電圧の異常が判定されていない場合(判定信号S1がハイレベルの場合)、電源電圧制御部136は送信回路112Bに電源電圧VDDを供給する。一方、異常判定回路114において電圧の異常が判定された場合(判定信号S1がローレベルの場合)、電源電圧制御部136は送信回路112Bに電源電圧VDDより低い電圧を供給する、もしくは、送信回路112Bへの電源供給を遮断する。
従って、本実施形態においても、クランプ回路119を異常な高電圧で動作させずに済むため、回路面積の増大を抑制することができる。
耐電圧の高い特殊な製造プロセスによってリーダライタ用の回路を形成する必要がないため、設計時間やコストを抑制できる。
また、異常電圧を抑制するためにアンテナ回路113の性能を劣化させる方法に比べて、通常の使用状態における通信性能を良好に保つことができる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。本実施形態に係る携帯端末では、アンテナ回路に生じる電圧が小さくなるようにアンテナ回路のインピーダンス特性を変化させることによって、アンテナ回路の異常電圧を抑制する。
このうち、受信回路111、送信回路112B、異常判定回路114については、図4,図8における同一符号の構成要素と同じであるため、ここではアンテナ回路113Cについてのみ説明する。
キャパシタ122,137およびスイッチ138を含む回路ブロックは、本発明の可変キャパシタの一実施形態である。
例えば、スイッチ138がオフのときにアンテナ回路113Cの共振周波数が最適な値となるようにアンテナコイル121、キャパシタ122,123の素子値が設定されているものとする。この場合、異常判定回路114においてアンテナ回路113Cの電圧が異常に高いと判定されてスイッチ138がオンすると、キャパシタC122にキャパシタC137が並列接続されるため、共振周波数が最適値から外れて、アンテナ回路113Cに発生する交流電圧の振幅が小さくなる。
図10に示す送受信部101Dは、図9に示す送受信部101Cにおけるアンテナ回路113Cをアンテナ回路113Dに置き換えたものであり、他の構成については送受信部101Cと同じである。
キャパシタ123,139およびスイッチ140を含む回路ブロックは、本発明の可変キャパシタの一実施形態である。
例えば、スイッチ140がオフのときにアンテナ回路113Cの共振周波数が最適な値となるようにアンテナコイル121、キャパシタ122,123の素子値が設定されているものとする。この場合、異常判定回路114においてアンテナ回路113Dの電圧が異常に高いと判定されてスイッチ140がオンすると、キャパシタC123にキャパシタC139が並列接続されるため、共振周波数が最適値から外れて、アンテナ回路113Dに発生する交流電圧の振幅が小さくなる。
図11に示す送受信部101Eは、図9に示す送受信部101Cにおけるアンテナ回路113Cをアンテナ回路113Eに置き換えたものであり、他の構成については送受信部101Cと同じである。
抵抗141およびスイッチ142を含む回路ブロックは、本発明の可変抵抗の一実施形態である。
すなわち、異常判定回路114においてアンテナ回路113Eの電圧が正常と判定される場合、スイッチ142がオンになって抵抗141の損失が発生しないため、Q値は高くなる。一方、異常判定回路114においてアンテナ回路113Eの電圧が異常に高いと判定されてスイッチ142がオフすると、抵抗141の損失によってQ値が低くなり、アンテナ回路113Eに発生する交流電圧の振幅が小さくなる。
従って、本実施形態においても、クランプ回路119を異常な高電圧で動作させずに済むため、回路の面積の増大を抑制することができる。
耐電圧の高い特殊な製造プロセスによってリーダライタ用の回路を形成する必要がないため、設計時間やコストを抑制できる。
また、異常電圧を抑制するためにアンテナ回路の性能を劣化させる方法に比べて、通常の使用状態における通信性能を良好に保つことができる。
また、リーダライタとして送信を行っているときに限らず、非接触ICカードとして受信を行っている場合においても、アンテナ回路の異常な高電圧を効果的に低減できる。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。本実施形態に係る携帯端末では、送信回路からアンテナ回路へ送信電力を伝送する経路に設けられた可変抵抗の抵抗値を変化させることにより、アンテナ回路の異常電圧を抑制する。
このうち、受信回路111、送信回路112B、アンテナ回路113、異常判定回路114については、図4,図8における同一符号の構成要素と同じである。
従って、本実施形態においても、クランプ回路119を異常な高電圧で動作させずに済むため、回路の面積の増大を抑制することができる。
耐電圧の高い特殊な製造プロセスによってリーダライタ用の回路を形成する必要がないため、設計時間やコストを抑制できる。
また、異常電圧を抑制するためにアンテナ回路113の性能を劣化させる方法に比べて、通常の使用状態における通信性能を良好に保つことができる。
また、アンテナ回路に発生する電圧が所定のしきい値より高くなること判定する回路と、アンテナ回路に流れる電流が所定のしきい値より大きくなることを判定する回路とをそれぞれ設けて、一方もしくは両方がしきい値より高いと判定した場合に、送信回路からアンテナ回路に供給される送信電力を低減させても良い。
また、可変キャパシタを構成するスイッチとキャパシタの組み合わせは、上述した実施形態の例に限定されない。すなわち、1つまたは電気的に接続された複数のキャパシタによってキャパシタ回路を構成し、キャパシタ回路に含まれる少なくとも1つのキャパシタと並列または直列にスイッチを接続することによって、スイッチのオン・オフに応じて静電容量が変化する可変キャパシタを実現可能である。
また、可変抵抗を構成するスイッチと抵抗の組み合わせは、上述した実施形態の例に限定されない。すなわち、1つまたは電気的に接続された複数の抵抗によって抵抗回路を構成し、抵抗回路に含まれる少なくとも1つの抵抗と並列または直列にスイッチを接続することによって、スイッチのオン・オフに応じて抵抗値が変化する可変抵抗を実現可能である。
MEMSのスイッチを使用することにより、半導体スイッチを用いる場合に比べて耐電圧を高くすることができる。また、信号の周波数が高い場合でも、高い絶縁インピーダンスを保つことができるため、スイッチを設けることによる通信性能の劣化を抑えることができる。
Claims (14)
- アンテナ回路と、
前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信手段と、
前記通信手段が送信を行っているとき、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記通信手段から前記アンテナ回路に供給される送信電力を低減させる送信電力低減手段と
を有する通信装置。 - 前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記通信手段の送信を停止させる、
請求項1に記載の通信装置。 - 前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記通信手段が発生する送信電力を低減させる、
請求項1に記載の通信装置。 - 前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記アンテナ回路に生じる電圧および/または電流が小さくなるように前記通信手段の出力インピーダンスを変化させる、
請求項1に記載の通信装置。 - 前記通信手段は、出力が互いに並列に接続され、入力される制御信号に応じて各々の出力を高インピーダンス状態に設定可能な複数の送信信号出力回路を含み、
前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記複数の送信信号出力回路の少なくとも一部を高インピーダンス状態に設定する前記制御信号を生成する、
請求項4に記載の通信装置。 - 前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記アンテナ回路に生じる電圧および/または電流が小さくなるように前記アンテナ回路のインピーダンス特性を変化させる、
請求項1に記載の通信装置。 - 前記アンテナ回路は、
アンテナコイルと、
前記アンテナコイルに並列に接続される可変キャパシタ、および/または、前記アンテナコイルに直列に接続される可変キャパシタと
を含み、
前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記可変キャパシタの静電容量値を変化させる、
請求項6に記載の通信装置。 - 前記可変キャパシタは、
1つまたは電気的に接続された複数のキャパシタを含むキャパシタ回路と、
前記キャパシタ回路に含まれる少なくとも1つのキャパシタと並列または直列に接続されたスイッチと
を含み、
前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記可変キャパシタに含まれるスイッチのオンとオフを制御する、
請求項7に記載の通信装置。 - 前記アンテナ回路は、
アンテナコイルと、
前記アンテナコイルに並列に接続されるキャパシタ、および/または、前記アンテナコイルに直列に接続されるキャパシタと、
前記アンテナコイルもしくは前記キャパシタと並列もしくは直列に接続される可変抵抗と
を含み、
前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記可変抵抗の抵抗値を変化させる、
請求項6に記載の通信装置。 - 前記可変抵抗は、
1つまたは電気的に接続された複数の抵抗を含む抵抗回路と、
前記抵抗回路に含まれる少なくとも1つ抵抗と並列または直列に接続されたスイッチと
を含み、
前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記可変抵抗に含まれるスイッチのオンとオフを制御する、
請求項9に記載の通信装置。 - 前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記アンテナ回路に生じる電圧および/または電流が小さくなるように前記通信手段から前記アンテナ回路へ送信電力を伝送する経路のインピーダンスを変化させる、
請求項1に記載の通信装置。 - 前記通信手段から前記アンテナ回路へ送信電力を伝送する経路に設けられた可変抵抗を有し、
前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記可変抵抗の抵抗値を変化させる、
請求項11に記載の通信装置。 - 前記可変抵抗は、
1つまたは電気的に接続された複数の抵抗を含む抵抗回路と、
前記抵抗回路に含まれる少なくとも1つの抵抗と並列または直列に接続されたスイッチと
を含み、
前記送信電力低減手段は、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記可変抵抗に含まれるスイッチのオンとオフを制御する、
請求項12に記載の通信装置。 - 無線通信によって情報の読み取りと書き込みが可能な記録媒体として動作する第1の動作モードと、無線通信によって外部の前記録媒体にアクセスする読み取り書き込み装置として動作する第2の動作モードとを有する携帯端末であって、
アンテナ回路と、
前記第1の動作モードおよび前記第2の動作モードにおいて、前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信手段と、
前記第2の動作モードにおいて前記通信手段が送信を行っているとき、前記アンテナ回路に所定のしきい値より大きい電圧および/または電流が生じると、前記通信手段から前記アンテナ回路に供給される送信電力を低減させる送信電力低減手段と
を有する携帯端末。
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