JP2009213118A - 検波回路とそれを含むｒｆ回路およびそれらを内蔵する携帯機器 - Google Patents

検波回路とそれを含むｒｆ回路およびそれらを内蔵する携帯機器 Download PDF

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Abstract

【課題】入力信号が低振幅レベルの状態で直流電力消費が低減された検波回路を提供すること。
【解決手段】検波回路は、第１と第２の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２、第１と第２のトランジスタＭ１、Ｍ２、負荷素子Ｍ３を具備する。ＩＮ１、ＩＮ２には、互いに逆位相の相補入力信号が供給される。第１入力端子ＩＮ１には第１トランジスタＭ１の第１入力電極と第２トランジスタＭ２の第２入力電極とが接続され、第２入力端子ＩＮ２にはＭ１の第２入力電極とＭ２の第１入力電極とが接続される。トランジスタＭ１、Ｍ２の出力電極の出力電極と動作電位点Ｖddとの間には負荷素子Ｍ３が接続され、回路ノードから全波整流による検波電圧ＶＩＮ１が生成される。入力端子ＩＮ１、ＩＮ２の入力信号レベルが低振幅レベルの状態では、トランジスタＭ１、Ｍ２の両者はオフ状態となり、直流電力消費が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、検波回路とそれを含むＲＦ回路およびそれらを内蔵する携帯機器に関するもので、特に入力信号が低振幅レベルの状態で直流電力消費が低減された検波回路を提供するのに有益な技術に関する。
下記非特許文献１には、システム・オン・チップ(ＳｏＣ)またはシステム・イン・パッケージ(ＳｉＰ)に組み込まれたＲＦ回路の製造テスト時間とコストとを低減するため、ＲＦ検波回路の入力端子をＲＦミキサーの出力に接続することが記載されている。
このＲＦ検波回路は、ＲＦミキサーの出力を検出するために、２個のＮチャンネルＭＯＳトランジスタの擬似差動対を含んでいる。各ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのドレインとゲートとの間には、トランジスタにゲート電圧をバイアスするための抵抗が接続されている。
２個のＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソースは接地電位に共通に接続され、２個のＮチャンネルＭＯＳトランジスタのドレインはＰチャンネルＭＯＳによるバイアスカレントミラーに共通に接続されている。２個のＮチャンネルＭＯＳトランジスタのゲートに接続された２個の容量は、検波動作に影響する直流電流をブロックする。２個のＮチャンネルＭＯＳトランジスタのドレインには、出力電圧を保持するための出力容量が接続されている。
また、下記特許文献１には、非接触ＩＣカードからの読み出しと非接触ＩＣカードへの書き込みとを行うリード／ライト装置での非接触ＩＣカードの有無を検出するためのサブキャリア検波回路が記載されている。
このサブキャリア検波回路では、電源電圧を分圧した固定バイアス電圧が供給された検波トランジスタのベースに非接触ＩＣカードのコイル状のアンテナからのサブキャリア信号が印加されることによって、検波トランジスタのエミッタの抵抗と容量との並列接続から半波整流出力信号が形成される。
Ｃｈａｏｍｉｎｇ． Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ， "Ｂｕｉｌｔ−Ｉｎ Ｔｅｓｔ ｏｆ ＲＦ Ｍｉｘｅｒｓ Ｕｓｉｎｇ ＲＦ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ"， ２００７ ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ８ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｅｌｅｃｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ， ２６−２８ Ｍａｒｃｈ ２００７， ＰＰ．４０４〜４０９． 特開２００６−０９９８１０号 公報
近年、短距離無線通信技術(ＮＦＣ)と呼ばれ、家電製品、デジタルメディア、消費者向けの無線通信接続、コンテンツ、ビジネス上の取引を簡略化して、かつ拡大させる通信技術が普及している。このＮＦＣ技術は既存の種々の通信方式と互換性を持ち、１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数を使用して、１０ｃｍ程度で最大通信レート８４７Ｋｂｐｓの短距離通信を可能とする。特に、電子決済機能を有するＩＣカードマイコン(セキュアチップ)を内蔵する携帯電話端末にＮＦＣ技術が搭載されて、非接触による店舗での商品購入の支払い、駅での交通費の支払い等の種々の非接触電子決済への活用によりエンドユーザの利便性を向上させることを狙っている。尚、ＮＦＣは、Near Field Communicationの略である。
本発明者等は本発明に先立って、非接触電子決済のための非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ通信を利用する携帯電話端末に搭載されるＮＦＣ通信用ＲＦ回路(ＲＦチップ)の開発に従事した。この携帯電話端末には、アンテナ、ＲＦ送受信信号処理集積回路、ＲＦパワーアンプ、ベースバンドプロセッサ、アプリケーションプロセッサ、ＳＩＭカード、ＩＣカードマイコン、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ、電池、液晶表示装置、スピーカ、マイクロフォン、操作キーが内蔵される。
ＲＦ送受信信号処理集積回路、ＲＦパワーアンプ、ベースバンドプロセッサ、アプリケーションプロセッサ、ＳＩＭカードは、携帯電話端末と基地局との間のＲＦ通信を可能とする。ＳＩＭカードは、基地局の電話会社と契約した加入者の特定情報を内部不揮発性メモリに格納する加入者特定情報モジュールある。尚、ＳＩＭは、Subscriber Identification Moduleの略である。
操作キーによりＲＦ通信が開始されると、マイクロフォンの送信音声信号はベースバンドプロセッサ内部のＡ／Ｄ変換器とディジタルシグナルプロセッサ(ＤＳＰ)のソフトウェア変調処理とによって送信ディジタルベースバンド信号に変換される。送信ディジタルベースバンド信号は、ＲＦ送受信信号処理集積回路(ＲＦＩＣ)のＤ／Ａ変換器によって送信アナログベースバンド信号に変換される。送信アナログベースバンド信号はＲＦＩＣの送信信号処理ユニットによってＲＦ送信信号に変換され、ＲＦ送信信号はＲＦパワーアンプとアンテナとを介して基地局に送信される。
基地局からのＲＦ受信信号はＲＦＩＣの受信信号処理ユニットによって受信アナログベースバンド信号に変換され、受信アナログベースバンド信号はＲＦＩＣのＡ／Ｄ変換器によって受信ディジタルベースバンド信号に変換される。受信ディジタルベースバンド信号はベースバンドプロセッサ内部のＤＳＰのソフトウェア復調処理とＤ／Ａ変換器とによって受信音声信号に変換され、受信音声信号はスピーカに供給される。
携帯電話端末が非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ短距離通信の範囲内に近接すると、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナによって非接触リーダ／ライタ装置からのキャリア信号が受信されるようになる。ＮＦＣ通信用ＲＦ回路はＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号に応答してＮＦＣ近接検知信号を生成して、ＮＦＣ近接検知信号はベースバンドプロセッサに供給される。
ベースバンドプロセッサはＮＦＣ近接検知信号に応答して非接触電子決済起動信号を生成して、非接触電子決済起動信号はＮＦＣ通信用ＲＦ回路に供給される。ＮＦＣ通信用ＲＦ回路はこの起動信号に応答して、非接触電子決済を開始するためＩＣカードマイコン(セキュアチップ、セキュアマイコン)との送受信データ通信を開始するとともにＩＣカードマイコンへの動作クロック信号の供給を開始する。それによって、ＩＣカードマイコンによる電子決済動作が開始される。
一方、電子決済動作の開始の以前から、携帯電話端末の電池からの電源電圧がベースバンドプロセッサとＮＦＣ通信用ＲＦ回路とＩＣカードマイコンとに供給されている。電子決済動作の開始前では、電源電圧が供給されたＩＣカードマイコン全体はスタンドバイ状態(スリープ状態)とされ、電源電圧が供給されたベースバンドプロセッサも電子決済動作に関係する機能ブロックはスタンドバイ状態とされる。また、電子決済動作の開始前では、電源電圧が供給されたＮＦＣ通信用ＲＦ回路もＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを検出するキャリア検波回路以外の回路はスタンドバイ状態とされる。従って、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路のキャリア検波回路は電子決済動作の開始前にもアクティブ状態とされて、キャリア検波回路はＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視している。受信キャリア信号の信号レベルがキャリア検波回路の検波トランジスタの入力しきい値電圧以上となると、携帯電話端末が非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ短距離通信の範囲内に近接したことになる。すると、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路はキャリア検波回路で検出された受信キャリア信号に応答してＮＦＣ近接検知信号を生成して、ＮＦＣ近接検知信号はベースバンドプロセッサに供給される。
ＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するキャリア検波回路として、上記特許文献１に記載されたエミッタフォロワ型検波回路を使用することができる。しかし、この場合には、電子決済動作の開始前の受信キャリア信号レベル監視動作で固定バイアス電圧が供給された検波トランジスタの直流電力消費が大きなものであることが、本発明者等による検討により明らかとされた。
また、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するキャリア検波回路として、上記非特許文献１に記載されたＲＦ検波回路を使用することができる。しかし、この場合にも、電子決済動作の開始前の受信キャリア信号レベル監視動作で、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのドレインとゲートとの間に接続された抵抗によりＭＯＳトランジスタのゲートには直流バイアス電圧が供給されている。従って、受信キャリア信号レベル監視動作での上記非特許文献１に記載されたＲＦ検波回路の直流電力消費が大きなものであることが、本発明者等による検討により明らかとされた。
本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等の検討の結果、なされたものである。
従って、本発明の目的とするところは、入力信号が低振幅レベルの状態で直流電力消費が低減された検波回路を提供することにある。
また、本発明の他の目的とするところは、非接触電子決済のための非接触リーダ／ライタ装置との決済通信を利用する携帯機器端末に搭載される通信用ＲＦ回路でアンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するキャリア検波回路の直流電力消費を低減することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうちの代表的なものについて簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明の代表的な検波回路は、第１と第２の入力端子(ＩＮ１、ＩＮ２)と、第１と第２のトランジスタ(Ｍ１、Ｍ２)と、負荷素子(Ｍ３)とを具備する。前記第１入力端子と前記第２入力端子とには、互いに逆位相の相補入力信号が供給される。前記第１入力端子には前記第１トランジスタの第１入力電極と前記第２トランジスタの第２入力電極とが接続され、前記第２入力端子には前記第１トランジスタの第２入力電極と前記第２トランジスタの第１入力電極とが接続されている。前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と動作電位点(Ｖdd)との間には前記負荷素子が接続されている。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と前記負荷素子とが接続された回路ノードから全波整流による検波電圧(ＶＩＮ１)が生成される(図１参照)。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。すなわち、入力信号が低振幅レベルの状態で直流電力消費が低減された検波回路を提供することができる。
《代表的な実施の形態》
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
〔１〕本発明の代表的な実施の形態による検波回路は、第１入力端子(ＩＮ１)と、第２入力端子(ＩＮ２)と、第１トランジスタ(Ｍ１)と、第２トランジスタ(Ｍ２)と、負荷素子(Ｍ３)とを具備するものである。
前記第１入力端子と前記第２入力端子とには、互いに逆位相の相補入力信号が供給可能とされている。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの各トランジスタは第１入力電極と第２入力電極と出力電極とを含み、前記第１入力電極と前記第２入力電極との間に所定の極性と所定の電圧レベルとを有する入力電圧が供給されることに応答して前記出力電極に出力電流を流すものである。
前記第１入力端子には前記第１トランジスタの前記第１入力電極と前記第２トランジスタの前記第２入力電極とが接続され、前記第２入力端子には前記第１トランジスタの前記第２入力電極と前記第２トランジスタの前記第１入力電極とが接続されている。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と動作電位点(Ｖdd)との間には前記負荷素子が接続されている。
前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との一方の極性の第１サイクルでは、前記第１トランジスタの導通度が前記第２トランジスタの導通度より大きくなる。
前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との他方の極性の第２サイクルでは、前記第２トランジスタの導通度が前記第１トランジスタの導通度より大きくなる。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と前記負荷素子とが接続された回路ノードから全波整流による検波電圧(ＶＩＮ１)が生成される(図１参照)。
前記実施の形態によれば、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間の入力信号レベルが前記所定の電圧レベル未満の低振幅レベルの状態では、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの両者は非導通状態となる。従って、前記実施の形態により、入力信号が低振幅レベルの状態で直流電力消費が低減された検波回路を提供することができる。
好適な実施の形態による検波回路では、前記回路ノードと前記第１トランジスタの前記出力電極との間に第１逆流防止素子(Ｍ５)が接続され、前記回路ノードと前記第２トランジスタの前記出力電極との間に第２逆流防止素子(Ｍ６)が接続されている(図１参照)。
前記好適な実施の形態によれば、前記第１と前記第２の逆流防止素子は、第１と第２の入力端子に印加される過大入力信号に応答して前記第１と前記第２のトランジスタの一方の素子がオン状態となる時に、他方の素子が降伏することによる逆流電流を阻止するものである。
より好適な実施の形態による検波回路では、前記第１入力端子と前記第１トランジスタの前記第１入力電極との間に第１静電破壊防止抵抗(Ｒ１)が接続され、前記第２入力端子と前記第２トランジスタの前記第１入力電極との間に第２静電破壊防止抵抗(Ｒ２)が接続されている(図１参照)。
前記より好適な実施の形態によれば、前記第１と前記第２の静電破壊防止抵抗は前記第１と前記第２の入力端子に印加される外部サージ電圧のエネルギーを吸収して前記第１と前記第２のトランジスタの静電破壊を防止するものである。
更により好適な実施の形態による検波回路は、第１入力電極が前記回路ノードに接続されて第２入力電極が前記動作電位点(Ｖdd)に接続された増幅トランジスタ(Ｍ４)を更に具備する。前記増幅トランジスタの出力電極より、反転増幅検波電圧(ＶＩＮ２)が生成される(図１参照)。
具体的な一つの実施の形態による検波回路は、前記増幅トランジスタの前記出力電極と他の動作電位点(ＧＮＤ)との間に接続された保持容量(Ｃ１)と放電時定数形成素子(Ｍ７)との並列接続と、前記増幅トランジスタの前記出力電極に入力端子が接続された出力回路(ＯＢ)とを更に具備するものである。前記出力回路は所定の入力スレッシュホールド電圧を持つことにより、前記出力回路は前記反転増幅検波電圧の電圧レベルを弁別するものである(図１参照)。
前記具体的な一つの実施の形態によれば、前記相補入力信号が断続的な低レベル振幅となっても、前記並列接続による放電時定数に依存した保持時間と前記出力回路の入力スレッシュホールド電圧とにより、前記出力回路の検波出力信号は正常なレベルに維持されることができる。
最も具体的な一つの実施の形態による検波回路では、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタと前記第１逆流防止素子と前記第２逆流防止素子とはＮチャンネルＭＯＳトランジスタであり、前記負荷素子と前記増幅トランジスタとはＰチャンネルＭＯＳトランジスタである(図１参照)。
〔２〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態によるＲＦ回路(１０８)は、データ処理機能を有するプロセッサ(１００、１０３)と暗号化電子決済機能を有するマイクロコンピュータ(１０６)とに電気的に接続可能に構成されている。
前記ＲＦ回路は、アンテナ(１０７)によって受信される非接触リーダ／ライタ装置からの受信信号を検波する検波回路(１０８１Ａ)を含む。
前記検波回路は前記アンテナによって受信される前記非接触リーダ／ライタ装置からの前記受信信号の信号レベルを監視して前記信号レベルが所定のしきい値以上となることに応答して生成した検知信号(ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔ)を前記プロセッサに供給する。
前記プロセッサは、前記検知信号に応答して生成した起動信号(ＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔ)を前記ＲＦ回路に供給するように構成されている。
前記ＲＦ回路は、前記起動信号に応答して前記マイクロコンピュータへの動作クロック(ＣＬＫ)の供給を開始することにより、前記マイクロコンピュータの暗号化電子決済動作が開始される。
前記ＲＦ回路は、前記マイクロコンピュータとの電気的接続(１０６４、１０８６)を介して供給される前記暗号化電子決済動作による決済送信データを前記アンテナから前記非接触リーダ／ライタ装置へ送信するＲＦ送信ユニット(ＴＸ)を具備する(図１１、図１２参照)。
前記検波回路は、第１入力端子(ＩＮ１)と、第２入力端子(ＩＮ２)と、第１トランジスタ(Ｍ１)と、第２トランジスタ(Ｍ２)と、負荷素子(Ｍ３)とを具備するものである。
前記第１入力端子と前記第２入力端子とには、互いに逆位相の相補入力信号が供給可能とされている。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの各トランジスタは第１入力電極と第２入力電極と出力電極とを含み、前記第１入力電極と前記第２入力電極との間に所定の極性と所定の電圧レベルとを有する入力電圧が供給されることに応答して前記出力電極に出力電流を流すものである。
前記第１入力端子には前記第１トランジスタの前記第１入力電極と前記第２トランジスタの前記第２入力電極とが接続され、前記第２入力端子には前記第１トランジスタの前記第２入力電極と前記第２トランジスタの前記第１入力電極とが接続されている。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と動作電位点(Ｖdd)との間には前記負荷素子が接続されている。
前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との一方の極性の第１サイクルでは、前記第１トランジスタの導通度が前記第２トランジスタの導通度より大きくなる。
前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との他方の極性の第２サイクルでは、前記第２トランジスタの導通度が前記第１トランジスタの導通度より大きくなる。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と前記負荷素子とが接続された回路ノードから全波整流による検波電圧(ＶＩＮ１)が生成される(図１参照)。
好適な実施の形態では、前記プロセッサは携帯電話端末と基地局との送受信のためのベースバンドプロセッサ(１００)とアプリケーションプロセッサ(１０３)との少なくともいずれかを含んでいる。
〔３〕本発明の他の観点の代表的な実施の形態による携帯機器(ＭｏＰｈ)は、電池(１０９)、プロセッサ(１００、１０３)、マイクロコンピュータ(１０６)、アンテナ(１０７)、ＲＦ回路(１０８)を内蔵可能に構成されている。
前記電池は、前記プロセッサ、前記マイクロコンピュータ、前記ＲＦ回路に電源電圧(Ｖdd)を供給するものである。
前記プロセッサはデータ処理機能を有して、前記マイクロコンピュータ(１０６)は暗号化電子決済機能を有して、前記アンテナは非接触リーダ／ライタ装置からの受信信号を受信して当該装置への送信信号を送信して、前記ＲＦ回路は前記受信信号が供給され前記送信信号を生成するものである。
前記ＲＦ回路は、前記プロセッサと前記マイクロコンピュータとに電気的に接続可能に構成されている。
前記ＲＦ回路は、前記アンテナによって受信される前記非接触リーダ／ライタ装置からの前記受信信号を検波する検波回路(１０８１Ａ)を含む。
前記検波回路は前記アンテナによって受信される前記非接触リーダ／ライタ装置からの前記受信信号の信号レベルを監視して前記信号レベルが所定のしきい値以上となることに応答して生成した検知信号(ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔ)を前記プロセッサに供給する。
前記プロセッサは、前記検知信号に応答して生成した起動信号(ＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔ)を前記ＲＦ回路に供給するように構成されている。
前記ＲＦ回路は、前記起動信号に応答して前記マイクロコンピュータへの動作クロック(ＣＬＫ)の供給を開始することにより、前記マイクロコンピュータの暗号化電子決済動作が開始される。
前記ＲＦ回路は、前記マイクロコンピュータとの電気的接続(１０６４、１０８６)を介して供給される前記暗号化電子決済動作による決済送信データを前記アンテナから前記非接触リーダ／ライタ装置へ送信するＲＦ送信ユニット(ＴＸ)を具備する(図１１、図１２参照)。
前記検波回路は、第１入力端子(ＩＮ１)と、第２入力端子(ＩＮ２)と、第１トランジスタ(Ｍ１)と、第２トランジスタ(Ｍ２)と、負荷素子(Ｍ３)とを具備するものである。
前記第１入力端子と前記第２入力端子とには、互いに逆位相の相補入力信号が供給可能とされている。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの各トランジスタは第１入力電極と第２入力電極と出力電極とを含み、前記第１入力電極と前記第２入力電極との間に所定の極性と所定の電圧レベルとを有する入力電圧が供給されることに応答して前記出力電極に出力電流を流すものである。
前記第１入力端子には前記第１トランジスタの前記第１入力電極と前記第２トランジスタの前記第２入力電極とが接続され、前記第２入力端子には前記第１トランジスタの前記第２入力電極と前記第２トランジスタの前記第１入力電極とが接続されている。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と動作電位点(Ｖdd)との間には前記負荷素子が接続されている。
前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との一方の極性の第１サイクルでは、前記第１トランジスタの導通度が前記第２トランジスタの導通度より大きくなる。
前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との他方の極性の第２サイクルでは、前記第２トランジスタの導通度が前記第１トランジスタの導通度より大きくなる。
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と前記負荷素子とが接続された回路ノードから全波整流による検波電圧(ＶＩＮ１)が生成される(図１参照)。
好適な実施の形態では、前記プロセッサは携帯電話端末と基地局との送受信のためのベースバンドプロセッサ(１００)とアプリケーションプロセッサ(１０３)との少なくともいずれかを含んでいる。
〔４〕本発明の別の観点の実施の形態による検波回路は、第１入力端子(ＩＮ１)と、第２入力端子(ＩＮ２)と、トランジスタ(Ｍ１)と、負荷素子(Ｍ３)とを少なくとも具備するものである。
前記第１入力端子(ＩＮ１)と前記第２入力端子(ＩＮ２)とはアンテナ(Ｌ)の一端と他端にそれぞれ接続可能であり、前記第１入力端子(ＩＮ１)と前記第２入力端子(ＩＮ２)とには、前記アンテナ(Ｌ)の前記一端と前記他端との互いに逆位相の相補入力信号が供給可能とされている。
前記トランジスタは第１入力電極と第２入力電極と出力電極とを含み、前記第１入力電極と前記第２入力電極との間に所定の極性と所定の電圧レベルとを有する入力電圧が供給されることに応答して前記出力電極に出力電流を流すものである。
前記第１入力端子には前記トランジスタの前記第１入力電極が接続され、前記第２入力端子には前記トランジスタの前記第２入力電極が接続されている。
前記トランジスタの前記出力電極と動作電位点(Ｖdd)との間には、前記負荷素子が接続されている。
前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との一方の極性の第１サイクルでは前記トランジスタの導通度が増加する一方、前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との他方の極性の第２サイクルでは前記トランジスタの導通度が低下する。
前記トランジスタの前記出力電極と前記負荷素子とが接続された回路ノードから、整流による検波電圧(ＶＩＮ１)が生成される(図１参照)。
《実施の形態の説明》
次に、実施の形態について更に詳述する。
《キャリア検波回路の構成》
図１は、非接触電子決済のための非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ通信を利用する携帯電話端末に搭載される本発明の１つの実施の形態によるＮＦＣ通信用ＲＦ回路(ＲＦチップ)のＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するキャリア検波回路を示す図である。ＮＦＣ通信用ＲＦ回路(ＲＦチップ)は、例えば、単結晶シリコンのような１個の半導体基板に相補型ＭＯＳ集積回路製造技術によって製造された半導体集積回路である。
図1に示したＮＦＣ通信用ＲＦ回路としてのＲＦチップのキャリア検波回路は、検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔと保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔとを含んでいる。ＲＦチップは、チップ外部のＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬの一端と他端とにそれぞれ接続された第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２とを含んでいる。第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２とは図１２にて後述される復調器Ｄｍｄとも接続され、ＮＦＣ通信用コイルＬを介して受信された受信キャリア信号は復調器Ｄｍｄによって振幅復調を受けて、受信データ(ＡＳＫ復調データ)の矩形波が生成される。
検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔは、検波のための第１のＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ１と第２のＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ２と、負荷ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭ３と、Ｐチャンネル増幅ＭＯＳトランジスタＭ４とを含んでいる。第１のＮＭＯＳトランジスタＭ１のゲートとソースとは第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２とにそれぞれ接続され、第２のＮＭＯＳトランジスタＭ２のゲートとソースとは第２入力端子ＩＮ２と第１入力端子ＩＮ１とにそれぞれ接続されている。尚、第１のＮＭＯＳトランジスタＭ１のゲートと第１入力端子ＩＮ１との間には第１抵抗Ｒ１が接続され、第２のＮＭＯＳトランジスタＭ２のゲートと第２入力端子ＩＮ２との間には第２抵抗Ｒ２が接続されている。第１のＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレインと第２のＮＭＯＳトランジスタＭ２のドレインとは、ゲートが接地電圧ＧＮＤに接続された負荷ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭ３のドレイン・ソース電流経路を介して電池の電源電圧Ｖddに接続されている。尚、第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレインには、逆流防止のためのダイオード接続のＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ５、Ｍ６が接続されている。
図1に示したキャリア検波回路で、第１と第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２は第１と第２の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に印加される外部サージ電圧のエネルギーを吸収して第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の静電破壊を防止する機能を持つ。また、逆流防止トランジスタＭ５、Ｍ６は、第１と第２の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に印加される過大入力信号に応答して第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の一方の素子がオン状態となる時に、他方の素子のＰ型ウェル・Ｎ型ドレインの間の寄生ＰＮ接合が降伏することによる逆流電流を阻止する。
従って、携帯電話端末が非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ短距離通信の範囲内に近接すると、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬの一端と他端との間の逆位相の受信キャリア相補信号が第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２とに供給される。第２入力端子ＩＮ２の電圧に対して第１入力端子ＩＮ１の電圧が正のサイクルでは、第１のＮＭＯＳトランジスタＭ１の導通度が高くなり、負荷ＰＭＯＳトランジスタＭ３の電圧降下が大きくなる。第１入力端子ＩＮ１の電圧に対して第２入力端子ＩＮ２の電圧が正のサイクルでは、第２のＮＭＯＳトランジスタＭ２の導通度が高くなり、負荷ＰＭＯＳトランジスタＭ３の電圧降下が大きくなる。従って、第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレインには、全波整流による検波電圧ＶＩＮ１が生成される。増幅ＰＭＯＳトランジスタＭ４は検波電圧ＶＩＮ１を電圧増幅するので、増幅ＰＭＯＳトランジスタＭ４のドレインに生成された反転増幅検波電圧ＶＩＮ２が保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔの入力端子に供給される。
一方、携帯電話端末が非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ短距離通信の範囲外であると、第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２との間の受信キャリア信号は低レベルとなり、第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の両者は非導通状態となる。このようにして、検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔは、受信キャリア信号レベル監視動作での消費電力を低減することができる。
検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔの増幅ＰＭＯＳトランジスタＭ４のドレインに生成された反転増幅検波電圧ＶＩＮ２が入力に供給される保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔは、保持容量Ｃ１と、放電時定数形成用高抵抗としてのＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ７と、出力バッファＯＢとを含んでいる。この出力バッファＯＢは、反転増幅検波電圧ＶＩＮ２を反転して検波出力信号ＯＵＴを生成するＣＭＯＳインバータにより構成されている。出力バッファＯＢとしてのＣＭＯＳインバータのロジックスレッシュホールド電圧ＶLthにより、出力バッファＯＢの入力の反転増幅検波電圧ＶＩＮ２の高レベル・低レベルが弁別される。
尚、出力バッファＯＢから生成される検波出力信号ＯＵＴは、後に説明する図１１にて説明するＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔとして利用されることが可能である。また、出力バッファＯＢの入力と検波出力信号ＯＵＴを生成する出力との間には、他の遅延素子または他の論理素子を接続することが可能である。
《キャリア検波回路の検波動作》
図２は、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬからの受信キャリア信号の信号レベルを監視する検波回路の回路動作を説明する図である。
図２の上には、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬの一端と他端とにそれぞれ接続された第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ１の逆位相の受信キャリア相補信号の波形が示されている。
図２の中央上と中央下とには、検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔの第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレインの全波整流検波電圧ＶＩＮ１の波形と増幅ＰＭＯＳトランジスタＭ４のドレインの反転増幅検波電圧ＶＩＮ２の波形とが示されている。
図２の下には、保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔの検波出力信号ＯＵＴの波形が示されている。検波出力信号ＯＵＴは、図１１にて後述されるＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔとしてベースバンドプロセッサ１００に供給される。
図２では、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬの両端の逆位相の受信キャリア相補信号の振幅が低レベル→高レベル→低レベルと変化している。図２の左と右のように受信キャリア相補信号が低レベルの場合には、第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２は非道通であり、負荷ＰＭＯＳトランジスタＭ３の電圧降下は小さく、全波整流検波電圧ＶＩＮ１は高レベル、反転増幅検波電圧ＶＩＮ２は低レベル、検波出力信号ＯＵＴは高レベルとなる。この時に、図２のキャリア検波回路の受信キャリア信号レベル監視用の第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の直流バイアスはゼロであるので、監視動作中の直流消費電力を大幅に削減することが可能となる。
図２の中央のように受信キャリア相補信号が高レベルとなると第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２が、始めて導通状態となる。従って、負荷ＰＭＯＳトランジスタＭ３の電圧降下が大きくなり、全波整流検波電圧ＶＩＮ１は低レベルとなり、反転増幅検波電圧ＶＩＮ２は高レベルとなり、検波出力信号ＯＵＴは低レベルとなる。
ところで電力増幅器の出力増幅ステージとして、低消費電力で負荷を駆動するＢ級プッシュプル増幅回路が、良く知られている。このＢ級プッシュプル増幅回路では、入力信号が正の半サイクルで電源電圧側トランジスタが負荷に充電電流を供給するプッシュ動作と、入力信号が負の半サイクルで接地電圧側トランジスタが負荷に放電電流を流すプル動作とを実行する。また、Ｂ級プッシュプル増幅回路では、無入力信号のスタンドバイ状態では、電源電圧側トランジスタと接地電圧側トランジスタの直流バイアス電流を小さく設定することで低消費電力動作を実現することができる。
上述のＢ級プッシュプル増幅回路と対比すると、図２のキャリア検波回路の検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔの第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２とは、検波入力信号の正と負の半サイクルとで第１と第２のプル検波による低消費電力のＢ級プル・プル全波整流検波動作を実行する。
図３も、図２と同様に図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬからの受信キャリア信号の信号レベルを監視する検波回路の回路動作を説明する図である。図３は、受信キャリア信号の直流レベルが変動する一方、受信キャリア信号の振幅も変動した場合の検波出力信号ＯＵＴの波形を示すものである。
検知ユニットＤｅｔ＿ＵｎｉｔではＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬの一端と他端との間の逆位相の受信キャリア相補信号が、第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２とを介して第１のＮＭＯＳトランジスタＭ１のゲート・ソース間と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ２のソース・ゲート間に直流的に供給されている。尚、当然のことながら、この直流的な供給に際しては、図１に示したキャリア検波回路(ＮＦＣ通信用ＲＦチップ)の集積回路チップの内蔵容量を介することなく、逆位相の受信キャリア相補信号が第１のトランジスタＭ１のゲート・ソース間と第２のトランジスタＭ２のソース・ゲート間とに直流的に供給されている。従って、受信キャリア相補信号の直流レベルが変動しても、第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の両者のゲート・ソース間電圧は一定であるので、第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の両者のドレイン電流は変動することはない。その結果、図３の略中央に示すように、受信キャリア相補信号の直流レベルが変動しても、受信キャリア相補信号の振幅が高レベルであると、正常な低レベルの検波出力信号ＯＵＴの波形を得ることができる。
この時に、図１に示したキャリア検波回路の集積回路チップもしくは集積回路チップ外部のプリント回路基板には上記非特許文献１に記載されたような直流電流ブロック用の２個の容量が不必要であるので、集積回路チップもしくはプリント回路基板の原価と占有面積とを低減することができる。
図４も、図２と図３と同様に図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬからの受信キャリア信号の信号レベルを監視する検波回路の回路動作を説明する図である。図４は、受信キャリア信号の振幅が断続的に変動した場合の検波出力信号ＯＵＴの波形を示すものである。図1に示したキャリア検波回路の保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔでは、保持容量Ｃ１とＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ７の高抵抗とにより放電時定数が形成される。
従って、受信キャリア信号の断続的な低レベル振幅期間が放電時定数に依存した保持時間Ｈｏｌｄよりも短い場合には、増幅ＰＭＯＳトランジスタＭ４のドレインの反転増幅検波電圧ＶＩＮ２は出力バッファＯＢとしてのＣＭＯＳインバータのロジックスレッシュホールド電圧ＶLth以下には低下しない。従って、この場合には、検波出力信号ＯＵＴは、正常な低レベルに維持される。
しかし、受信キャリア信号の断続的な低レベル振幅期間が保持時間Ｈｏｌｄよりも長くなると、増幅ＰＭＯＳトランジスタＭ４のドレインの反転増幅検波電圧ＶＩＮ２は出力バッファＯＢとしてのＣＭＯＳインバータのロジックスレッシュホールド電圧ＶLth以下に低下する。従って、この場合に検波出力信号ＯＵＴは、正常な低レベルから始めて異常な高レベルに変化することになる。
例えば、受信キャリア信号の振幅の断続的な変動は、ＮＦＣの通信規格の１つの種類であるＴｙｐｅ−Ａにおいて発生する。すなわち、Ｔｙｐｅ−ＡのＮＦＣ通信では、振幅変調(ＡＳＫ復調)でのＡＭ変調度が１００％とされるので、キャリア信号が断続的に消滅する期間が発生する。このキャリア消滅期間は最長で、１／１３．５６ＭＨｚ×４０＝２．９５μ秒となる。図１に示すキャリア検出回路の保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔの保持容量Ｃ１の容量値とＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ７の抵抗値とによる放電時定数を、この最長のキャリア消滅期間２．９５μ秒よりも大きな時間に設定するものとする。それによって１００％ＡＳＫ変調のＴｙｐｅ−ＡのＮＦＣ通信のキャリア消滅期間において、出力バッファＯＢから得られる検波出力信号ＯＵＴが正常な低レベルから異常な高レベルに変化することが回避されることが可能となる。その結果、図１に示したＮＦＣ通信用ＲＦ回路を搭載する携帯電話端末が非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ短距離通信の範囲外に移動することで受信キャリア信号の振幅が完全にかつ長期間に途絶えた場合に、初めて検波出力信号ＯＵＴが正常な高レベルに変化するものとなる。また更に、図１に示す本発明の実施の形態によるＮＦＣ通信用ＲＦ回路のＮＦＣ通信は１００％ＡＳＫ変調のＴｙｐｅ−ＡのＮＦＣ通信に限定されるものではなく、ＮＦＣの他の通信規格の１０％ＡＳＫ変調のＴｙｐｅ−Ｂ、Ｆｅｌｉｃａ(Ｔｙｐｅ−Ｃ)にも適用できることは言うまでもないものである。
《その他のキャリア検波回路》
図５は、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。
図５に示した検波回路が、図1に示した検波回路と相違するのは、図1の負荷ＰＭＯＳトランジスタＭ３が図５では負荷抵抗Ｒ３に置換されていることであり、その他は同一である。
図６も、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。
図６に示した検波回路が、図1に示した検波回路と相違するのは、図1の保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔの放電時定数形成用のＮＭＯＳトランジスタＭ７が図６では抵抗Ｒ４に置換されていることであり、その他は同一である。
図７も、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。
図７に示した検波回路が、図1に示した検波回路と相違するのは、図1の負荷ＰＭＯＳＭ３が図７では３個直列のＰＭＯＳトランジスタＭ３に置換され、図1の保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔの放電時定数形成用のＮＭＯＳＭ７が図７では３個直列のＮＭＯＳトランジスタＭ７に置換されていることである。３個直列のカスコード接続ＭＯＳトランジスタを負荷ＰＭＯＳＭ３に使用することで、負荷ＰＭＯＳの負荷抵抗を高くすることができる。３個直列のカスコード接続ＭＯＳトランジスタを放電時定数形成用のＮＭＯＳＭ７に使用することで、保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔの放電時定数を大きくすることができる。
図８も、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。
図８に示した検波回路が、図1に示した検波回路と相違するのは、第１と第２のＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレインが、逆流防止用ＭＯＳトランジスタＭ５、Ｍ６を介して、ダイオード接続ＰＭＯＳトランジスタＭ３２とゲート接地ＰＭＯＳトランジスタＭ３１との直列接続に接続されていることである。従って、図８に示した検波回路では、ダイオード接続ＰＭＯＳトランジスタＭ３２とゲート接地ＰＭＯＳトランジスタＭ３１との直列接続での電圧降下によって、増幅ＰＭＯＳトランジスタＭ４のゲートが駆動される。
図９も、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナＬからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。
図９に示した検波回路が、図1に示した検波回路と相違するのは、図1の保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔの出力バッファＯＢがＣＭＯＳインバータからＣＭＯＳ・ＮＡＮＤ回路に置換されていることである。ＣＭＯＳ・ＮＡＮＤ回路の一方の入力端子と他方の入力端子とには、増幅ＰＭＯＳトランジスタＭ４のドレインの反転増幅検波電圧ＶＩＮ２と制御信号Ｃｎｔ＿Ｓｉｇとがそれぞれ供給されている。
従って、図９に示した検波回路では、制御信号Ｃｎｔ＿Ｓｉｇがハイレベル“１”の場合にのみ、ハイレベル“１”の反転増幅検波電圧ＶＩＮ２に応答して出力バッファＯＢとしてのＣＭＯＳ・ＮＡＮＤ回路の出力からローレベル“０”の正常な検波出力信号ＯＵＴを得ることができる。それ以外は、出力バッファＯＢとしてのＣＭＯＳ・ＮＡＮＤ回路の出力は、ハイレベル“１”の検波出力信号ＯＵＴとなる。従って、ハイレベル“１”の制御信号Ｃｎｔ＿Ｓｉｇは、キャリア検波を可能とするイネーブル信号として機能するものである。逆に、ローレベル“０” の制御信号Ｃｎｔ＿Ｓｉｇは、キャリア検波を不可能とするディスイネーブル信号として機能する。
《ＮＦＣ通信を利用する携帯電話端末》
図１０は、以上説明した種々のキャリア検波回路のいずれかが内蔵された本発明の実施の形態によるＮＦＣ通信用ＲＦ回路(ＲＦチップ)を内蔵した携帯電話端末を示す図である。
図１０(Ａ)は携帯電話端末ＭｏＰｈ内部の信号の流れを主として説明するための図であり、図１０(Ｂ)は携帯電話端末ＭｏＰｈ内部の電池の電源電圧の内部回路の供給を主として説明するための図である。
図１０(Ａ)に示すように、携帯電話端末ＭｏＰｈは、アンテナＡＮＴ、ＲＦＩＣ１０１、ＲＦパワーアンプ１０２、ベースバンドプロセッサ１００、アプリケーションプロセッサ１０３、液晶表示装置１０４、ＳＩＭカード１０５、ＩＣカードマイコン１０６を内蔵している。本発明の実施の形態に従って、図１０(Ａ)に示した携帯電話端末ＭｏＰｈは、特にＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８を内蔵している。図１０(Ｂ)に示すように、携帯電話端末ＭｏＰｈは、電池１０９を内蔵しており、図示されていないが、スピーカ、マイクロフォン、操作キーも内蔵している。
《携帯電話端末による基地局との送受信》
操作キーによりＲＦ通信が開始されと、マイクロフォンの送信音声信号はベースバンドプロセッサ１００内部のＡ／Ｄ変換器とディジタルシグナルプロセッサ(ＤＳＰ)のソフトウェア変調処理とによって送信ディジタルベースバンド信号に変換される。送信ディジタルベースバンド信号は、ＲＦ送受信信号処理集積回路(ＲＦＩＣ)１０１のＤ／Ａ変換器によって送信アナログベースバンド信号に変換される。送信アナログベースバンド信号はＲＦＩＣ１０１の送信信号処理ユニットによってＲＦ送信信号に変換され、ＲＦ送信信号はＲＦパワーアンプ１０２とアンテナＡＮＴとを介して基地局に送信される。
アンテナＡＮＴで受信された基地局からのＲＦ受信信号はＲＦＩＣ１０１の受信信号処理ユニットによって受信アナログベースバンド信号に変換され、受信アナログベースバンド信号はＲＦＩＣ１０１のＡ／Ｄ変換器によって受信ディジタルベースバンド信号に変換される。受信ディジタルベースバンド信号はベースバンドプロセッサ内部１００のＤＳＰのソフトウェア復調処理とＤ／Ａ変換器とによって受信音声信号に変換され、受信音声信号はスピーカに供給される。
《携帯電話端末によるＮＦＣ短距離通信》
図１０に示す携帯電話端末ＭｏＰｈが非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ短距離通信の範囲内に近接すると、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７によって非接触リーダ／ライタ装置からのキャリア信号が受信されるようになる。ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８はＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７からの受信キャリア信号に応答してＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔを生成して、ＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔはベースバンドプロセッサ１００に供給される。
ベースバンドプロセッサ１００はＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔに応答して非接触電子決済を開始する。また、携帯電話端末ＭｏＰｈのアプリケーションプロセッサ１０３は操作キー等の動作モード設定により非接触電子決済起動信号ＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔを生成して、非接触電子決済起動信号ＮＦＣ＿ＳｔａｒｔはＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８に供給されることで接触電子決済および非接触リーダ／ライタ動作による非接触電子決済を開始することも可能である。ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８は、ＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔ、または、この起動信号ＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔに応答して、非接触電子決済を開始するためＩＣカードマイコン(セキュアチップ)１０６との送受信データ通信を開始するとともにＩＣカードマイコン１０６への動作クロック信号の供給および電源電圧の供給を開始する。それによって、ＩＣカードマイコン１０６による電子決済動作が開始される。
一方、電子決済動作の開始の以前から、図１０(Ｂ)に示すように、携帯電話端末ＭｏＰｈの電池１０９からの電源電圧Ｖddがベースバンドプロセッサ１００とＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８とＩＣカードマイコン１０６とに供給されている。電子決済動作の開始前では、電源電圧Ｖddが供給されたＩＣカードマイコン１０６全体はスタンドバイ状態(スリープ状態)とされ、電源電圧Ｖddが供給されたベースバンドプロセッサ１００も電子決済動作に関係する機能ブロックはスタンドバイ状態とされる。また、電子決済動作の開始前では、電源電圧Ｖddが供給されたＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８もＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７からの受信キャリア信号の信号レベルを検出するキャリア検波回路以外の回路はスタンドバイ状態とされる。従って、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のキャリア検波回路は電子決済動作の開始前にもアクティブ状態とされて、キャリア検波回路はＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７からの受信キャリア信号の信号レベルを監視している。受信キャリア信号の信号レベルがキャリア検波回路の検波トランジスタの入力しきい値電圧以上となると、携帯電話端末ＭｏＰｈが非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ短距離通信の範囲内に近接したことになる。すると、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８はキャリア検波回路で検出された受信キャリア信号に応答してＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔを生成して、ＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔはベースバンドプロセッサ１００に供給される。このように、スタンドバイ状態では、ＩＣカードマイコン１０６とＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８への電源供給が可能な限り低減されたものとなる。すなわち、スタンドバイ状態では、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のキャリア検波回路によって、ＩＣカードマイコン１０６全体への電源供給とＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のキャリア検波回路以外の回路への電源供給とが停止されるものである。
《ＮＦＣ通信用ＲＦ回路とＩＣカードマイコン》
図１１は、図１０に示した携帯電話端末ＭｏＰｈに内蔵されるＮＦＣ通信用ＲＦ回路(ＲＦチップ)１０８とＩＣカードマイコン(セキュアチップ)１０６の構成を説明する図である。
図１１に示すように、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８は、ＲＦアナログ回路１０８１、クロック発振器１０８２、クロック供給マネージャー(クロック供給制御部)１０８３、ＲＦロジック１０８４、接触通信インターフェース１０８５、ＮＦＣ通信インターフェース１０８６を含んでいる。
キャリア検波回路１０８１Ａは、図１に示される検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔおよび保持ユニットＨｏｌｄ＿Ｕｎｉｔ等を含む回路によって構成されている。
ＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔ信号は、図1の検波出力信号ＯＵＴから生成されることができる。非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号の信号レベルがキャリア検波回路１０８１Ａの入力しきい値電圧以上となると、ＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔ信号は高レベルから低レベル(検知状態)に反転して、非接触リーダ／ライタ装置と近接したことを示す信号である。
ＲＦアナログ回路１０８１はＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７に接続されることにより非接触リーダ／ライタ装置からのキャリア信号とＮＦＣ受信データ信号とを受信する一方、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７を介して非接触リーダ／ライタ装置へのＮＦＣ送信データを送信する機能も含んでいる。特に、ＲＦアナログ回路１０８１は、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７により受信される非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号の信号レベルを監視するキャリア検波回路１０８１Ａを含んでいる。受信キャリア信号の信号レベルがキャリア検波回路１０８１Ａの入力しきい値電圧以上となると、ＲＦアナログ回路１０８１はＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔを生成して、このＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔはベースバンドプロセッサ１００に供給される。また、ＲＦアナログ回路１０８１は、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７により受信される非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号からクロックを抽出するクロック抽出回路１０８１Cも含んでいる。ＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔに応答して、クロック抽出回路１０８１Cはキャリア抽出クロックＣｌｋｉの出力を開始する。
ベースバンドプロセッサ１００はＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔに応答してＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８の接触通信インターフェース１０８５を介してＩＣカードマイコン(セキュアチップ)１０６のインターフェース１０６４にＮＦＣ通信による電子決済動作の開始を指示している。また、ＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔに応答してＲＦアナログ回路１０８１は、非接触リーダ／ライタ装置からのＮＦＣ受信データ信号をＲＦロジック１０８４とＮＦＣ通信インターフェース１０８６とを介してのＩＣカードマイコン(セキュアチップ)１０６へ供給するようになる。ここでＲＦロジック１０８４では、ＲＦアナログ回路１０８１からのＮＦＣ受信データ信号を復調するデジタル処理が行なわれ、受信データが生成される。
また、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８はＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔに応答して、クロック抽出回路１０８１Cからのキャリア抽出クロックＣｌｋｉの出力を開始する。更に、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のクロック供給マネージャー１０８３は、キャリア抽出クロックＣｌｋｉに応答したクロックＣＬＫのＩＣカードマイコン(セキュアチップ)１０６への供給を開始する。
また、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８は起動信号ＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔに応答して、クロック発振器１０８２からの内部クロックＣｌｋの発振を開始する。更に、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のクロック供給マネージャー１０８３は、起動信号ＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔに応答して、クロック発振器１０８２からの内部クロックＣｌｋに応答したクロックＣＬＫのＩＣカードマイコン(セキュアチップ)１０６への供給を開始する。
ＩＣカードマイコン(セキュアチップ)１０６は、セキュア中央処理ユニット１０６１、内蔵不揮発性メモリ(例えば、ＥＥＰＲＯＭ)１０６２、エンコーダ・デコーダ１０６３、インターフェース１０６４を含んでいる。インターフェース１０６４でのベースバンドプロセッサ１００からのＮＦＣ通信電子決済動作の開始およびＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８からのＮＦＣ受信データ信号とクロック供給マネージャー１０８３からのクロックＣＬＫ供給とに応答して、ＩＣカードマイコン１０６内部の電子決済動作が開始される。セキュア中央処理ユニット１０６１、内蔵不揮発性メモリ１０６２、エンコーダ・デコーダ１０６３での暗号化電子決済の決済結果データは、ＩＣカードマイコン１０６のインターフェース１０６４からＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のＮＦＣ通信インターフェース１０８６に供給される。それと同時に、この暗号化電子決済の決済結果データは、接触通信用インターフェース１０８５からベースバンドプロセッサ１００に供給される。
ＩＣカードマイコン１０６による決済結果のＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８から非接触リーダ／ライタ装置への送信データの送信は、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のＮＦＣ通信インターフェース１０８６に接続されたＲＦアナログ回路１０８１のＲＦ送信ユニットＴＸにより実行される。非接触リーダ／ライタ装置への送信データに応答してＲＦアナログ回路１０８１のＲＦ送信ユニットは、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７の実効負荷インピーダンスを変化する送信動作を実行する。その結果、非接触電子決済のための非接触リーダ／ライタ装置は、携帯電話端末ＭｏＰｈに内蔵されたＩＣカードマイコン１０６による決済結果の送信データをＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７での負荷変動から読み出すことができる。
《ＮＦＣ通信用ＲＦ回路の詳細》
図１２は、図１１に示した携帯電話端末ＭｏＰｈに内蔵されるＮＦＣ通信用ＲＦ回路(ＲＦチップ)１０８の詳細な構成を説明する図である。
図１２に示すように、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のＲＦアナログ回路１０８１は、受信ユニットＲＸ、送信ユニットＴＸ、内部パワーマネージャー１０８１Ｂを含んでいる。また、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７とＲＦアナログ回路１０８１の受信ユニットＲＸ、送信ユニットＴＸとの間には、インピーダンス整合回路１１０が接続されている。
更に、携帯電話端末ＭｏＰｈに内蔵される電池１０９とＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のＲＦアナログ回路１０８１の受信ユニットＲＸ、送信ユニットＴＸとの間には、内部パワーマネージャー１０８１Ｂの第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とが直列に接続されている。ベースバンドプロセッサ１００と接続可能な端子を介して供給されるチップ制御信号Ｃｈｉｐ＿ＣＳにより第１スイッチＳＷ１がオン状態とされ、ベースバンドプロセッサ１００と接続可能な端子を介して供給されるＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔまたは非接触電子決済起動信号ＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔとにより第２スイッチＳＷ２がオン状態とされると、受信ユニットＲＸでのデータ受信動作と送信ユニットＴＸでのデータ送信動作とが可能となる。直列接続の第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とがオン状態の時に、携帯電話端末ＭｏＰｈの電池１０９からの電源電圧Ｖddが受信動作電源電圧ＲＸ＿Ｐｏｗｅｒと送信動作電源電圧ＴＸ＿Ｐｏｗｅｒとして受信ユニットＲＸと送信ユニットＴＸとに供給されるものである。
また、直列接続の第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とがオフ状態の時にも、携帯電話端末ＭｏＰｈの電池１０９からの電源電圧Ｖddが常時、電源端子を介して、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のＲＦアナログ回路１０８１のキャリア検波回路１０８１Ａに供給されている。従って、キャリア検波回路１０８１Ａは、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７により受信される非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号の信号レベルを監視することができる。この時には、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のＲＦアナログ回路１０８１ではキャリア検波回路１０８１Ａ以外の受信ユニットＲＸと送信ユニットＴＸとには携帯電話端末ＭｏＰｈの電池１０９からの電源電圧Ｖddが供給されていないので、低消費電力動作を実現することができる。
送信ユニットＴＸの一方の端子ＴＰと他方の端子ＴＮとは、インピーダンス整合回路１１０を介してＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７に接続されている。非接触リーダ／ライタ装置への送信データに応答して送信ユニットＴＸの一端ＴＰと他端ＴＮとの間のインピーダンスが変化するので、非接触リーダ／ライタ装置への送信動作が実行される。
ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７で受信された非接触リーダ／ライタ装置からの受信信号は、インピーダンス整合回路１１０の受信相補入力端子ＩＮ１、ＩＮ２を介して、ＲＦアナログ回路１０８１の受信ユニットＲＸに供給される。受信ユニットＲＸのキャリア検波回路１０８１ＡはＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７により受信される非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号の信号レベルを監視する一方、受信ユニットＲＸの復調器Ｄｍｄは非接触リーダ／ライタ装置からの受信データのＡＳＫ復調を例えば実行する。復調器Ｄｍｄは、受信相補入力端子ＩＮ１、ＩＮ２を介して入力された受信キャリア信号からキャリア成分である１３．５６ＭＨｚのキャリア信号を除去し、振幅変調(ＡＳＫ復調)を行うことにより受信データ(ＡＳＫ復調データ)の矩形波を生成する。復調器ＤｍｄからのＡＳＫ復調データは、ＲＦロジック１０８４によって、様々な通信規格、例えば、Ｔｙｐｅ−Ａ、Ｔｙｐｅ−Ｂ、Ｆｅｌｉｃａ(Ｔｙｐｅ−Ｃ)の通信プロトコルに対応してデジタル信号であるデータ信号を生成する。さらに、生成されたデータ信号は、非接触通信用インターフェース(ＮＦＣ＿Ｉ／Ｆ)１０８６を介して、ＩＣカードマイコン１０６に供給され、電子決済動作等の演算処理に利用される。尚、ＡＳＫは、Amplitude Shift Keyingの略である。
《携帯電話端末の状態遷移》
図１３は、図１１に示した携帯電話端末ＭｏＰｈの内部のＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８の複数の動作モードの間の状態遷移を説明する図である。
複数の動作モードは、センサ動作モード(Ｓｅｎ＿Ｍｏｄｅ)１３０、ＮＦＣ近距離通信電子決済動作モード(ＮＦＣ＿Ｍｏｄｅ１)１３１、接触通信型電子決済動作モード(Ｃｏｎｔ＿Ｍｏｄｅ)１３２、非接触リーダ／ライタモード(Ｒ／Ｗ＿Ｍｏｄｅ)１３３、第２の非接触リーダ／ライタモード(ＮＦＣ＿Ｍｏｄｅ２)１３４を有するものである。
センサ動作モード１３０では、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のキャリア検波回路１０８１Ａによって非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号の信号レベルを監視しているが、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８の他の内部への電源は供給されていない動作モードである。
ＮＦＣ近距離通信電子決済動作モード１３１は、携帯電話端末ＭｏＰｈが非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ近距離通信の範囲内に入った後の動作モードである。従って、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８内部への電源は供給されており、受信ユニットＲＸが非接触リーダ／ライタ装置からのキャリア信号とＮＦＣデータ信号とを受信する一方、送信ユニットＴＸが実効負荷インピーダンスを変化する送信動作によりＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７を介して非接触リーダ／ライタ装置へＮＦＣデータ信号を送信する動作モードである。また受信されたＮＦＣデータ信号は、例えば、ＩＣカードマイコン１０６に内蔵されたセキュア中央処理ユニット１０６１もしくはベースバンドプロセッサ１００内蔵された演算処理部で演算処理されるものである。また、この演算処理結果から、送信ユニットＴＸによって非接触リーダ／ライタ装置へ送信されるＮＦＣデータ信号が生成されるものである。
接触通信型電子決済動作モード１３２は、携帯電話端末ＭｏＰｈのアプリケーションプロセッサ１０３や操作キー等の動作モード設定により、起動後に設定可能な動作モードである。この接触通信型電子決済動作モード１３２では、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８内部への電源は供給されており、接触通信インタフェース１０８５を介してベースバンドプロセッサ１００と接触通信型電子決済動作を行う。
非接触リーダ／ライタモード１３３は、アプリケーションプロセッサ１０３の指示によって、接触通信型電子決済動作モード１３２から遷移した後の非接触リーダ／ライタとしての動作モードである。この遷移後も、引き続きＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８内部への電源は供給されており、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７を介してキャリア信号とＮＦＣデータ信号とは外部に用意される非接触ＩＣカードへ送信されることができる。一方、この非接触リーダ／ライタモード１３３では、非接触ＩＣカードから送信されるＮＦＣデータ信号はＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７の負荷変動として受信されることができる。
第２の非接触リーダ／ライタモード１３４は、接触通信型電子決済動作モード１３２への遷移後の非接触リーダ／ライタ装置からのキャリア信号の検知によって遷移する動作モードであり、ＮＦＣ近距離通信電子決済動作を行なわれるものである。この遷移後も、引き続きＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８内部への電源は供給されており、非接触リーダ／ライタ装置からのキャリア信号とＮＦＣデータ信号とを受信する一方、実効負荷インピーダンスを変化する送信動作によってＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７を介して非接触リーダ／ライタ装置へＮＦＣデータを送信することができる。
本発明の実施の形態は、特に、ＮＦＣ近距離通信電子決済動作モード１３１および第２の非接触リーダ／ライタモード１３４でのＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８とＩＣカードマイコン(セキュアチップ)１０６とのデータ転送の動作に適用可能なものである。
図１１に示した携帯電話端末ＭｏＰｈでは、最初の動作モードはセンサ動作モード１３０に設定される。このセンサ動作モード１３０では、図１１に示した携帯電話端末ＭｏＰｈに内蔵されたＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のＲＦアナログ回路１０８１のキャリア検波回路１０８１Ａは、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７により受信される非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号の信号レベルを監視している。
携帯電話端末ＭｏＰｈが非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ近距離通信の範囲内に移動すると、非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号の振幅は高レベルとなる。図２に示すように非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号の振幅が高レベルの時には、キャリア検波回路１０８１Ａの検出出力信号ＯＵＴは低レベルとなる。従って、図１１または図１２で、低レベルのＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔがベースバンドプロセッサ１００に供給される。従って、ＮＦＣ近距離通信による電子決済を可能とするために、携帯電話端末ＭｏＰｈの状態はセンサ動作モード１３０からＮＦＣ近距離通信電子決済動作モード１３１に遷移する。
電子決済の処理が完了して携帯電話端末ＭｏＰｈが非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ近距離通信の範囲外に移動すると、非接触リーダ／ライタ装置からの受信キャリア信号の振幅は低レベルとなる。その結果、ＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔが高レベルとなり、携帯電話端末ＭｏＰｈの状態はＮＦＣ近距離通信電子決済動作モード１３１からセンサ動作モード１３０に復帰遷移する。
一方、アプリケーションプロセッサ１０３や操作キー等の動作モード設定によりハイレベル“１”の制御信号ＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔが設定されると、ハイレベル“１”の制御信号ＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔは非接触電子決済を不可能とするディスイネーブル信号として機能する。この場合には、携帯電話端末ＭｏＰｈの状態は、センサ動作モード１３０から接触通信型電子決済動作モード１３２に遷移する。接触通信型電子決済動作モード１３２での接触通信型電子決済は、携帯電話端末ＭｏＰｈを例えばＵＳＢ接続ケーブル等の標準外部接続配線を介してパーソナルコンピュータ(ＰＣ)に接続することで可能となる。尚、ＵＳＢは、Universal Serial Busの略である。
この場合、携帯電話端末ＭｏＰｈへの非接触リーダ／ライタモードでの書き込み要求や読み出し要求が発生すると、携帯電話端末ＭｏＰｈの状態はベースバンドプロセッサ１００から供給されるキャリア信号ＮＦＣ＿Ｃａｒｒｅｒが出力されて接触通信型電子決済動作モード１３２から非接触リーダ／ライタモード１３３に遷移する。
しかし、接触通信型電子決済動作モード１３２に遷移した後に、上記の書き込み要求や読み出し要求が発生せずに、パーソナルコンピュータ(ＰＣ)に内蔵されたＮＦＣ近距離通信電子決済のための非接触リーダ／ライタ装置からキャリア信号と送信データとが送信される場合がある。このような場合には、ＮＦＣ近接検知信号ＮＦＣ＿ＡｐＤｅｔが低レベル“０”となり、携帯電話端末ＭｏＰｈの状態は接触通信型電子決済動作モード１３２から第２のＮＦＣ近距離通信電子決済動作モード１３４に遷移する。
《ＮＦＣ通信用ＲＦ回路の動作波形》
図１４は、図１２に示したＮＦＣ通信用ＲＦ回路(ＲＦチップ)１０８の内部各部の動作波形を説明する図である。
図１４の上にはＲＦアナログ回路１０８１の受信ユニットＲＸの受信相補入力端子ＩＮ１、ＩＮ２の受信キャリア信号が示され、この受信キャリア信号の振幅が高レベルとなると、その下に示すようにキャリア検波回路１０８１Ａの検出出力信号ＯＵＴは低レベルとなる。
一方、携帯電話端末ＭｏＰｈの電池１０９からの電源電圧Ｖddは略一定のレベルに維持されているが、検出出力信号ＯＵＴが低レベルの期間のみ所定の電圧レベルの受信動作電源電圧ＲＸ＿Ｐｏｗｅｒと送信動作電源電圧ＴＸ＿Ｐｏｗｅｒとが受信ユニットＲＸと送信ユニットＴＸとに供給されるものである。また、動作電源電圧ＲＸ＿Ｐｏｗｅｒ、ＴＸ＿Ｐｏｗｅｒが低レベルから高レベルに変化する際に、ハイレベルのパワーオンリセット信号Ｐｏｗｅｒ＿ＯｎＲｅｓｅｔが生成される。尚、図１３で説明したようにＮＦＣ＿Ｓｔａｒｔ信号によっても、この電源供給開始が可能である。
ハイレベルのパワーオンリセット信号Ｐｏｗｅｒ＿ＯｎＲｅｓｅｔは、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８のＲＦロジック１０８４、接触通信インターフェース１０８５、ＮＦＣ通信インターフェース１０８６に供給され、これらの回路のイニシャライズ処理が実行される。
また、受信キャリア信号の振幅が高レベルの期間にのみキャリア検波回路１０８１Ａの２個の検波ＭＯＳトランジスタが導通状態となり、キャリア信号の振幅が低レベルの期間に２個の検波ＭＯＳトランジスタの両者は非導通状態となるので、受信キャリア信号レベル監視動作での消費電力を低減することができる。
≪その他の実施の形態≫
図１５は、図１０に示した携帯電話端末ＭｏＰｈに内蔵されるＮＦＣ通信用ＲＦ回路(ＲＦチップ)１０８とＩＣカードマイコン(セキュアチップ)１０６の他の構成を説明する図である。
図１５に示す実施の形態が、図１１に示す実施の形態と相違するのは、電池１０９からＩＣカードマイコン１０６に供給される電源電圧ＶddがＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８を経由している点であり、その他の点に関しては図１１と同一である。
図１６は、図１１に示した携帯電話端末ＭｏＰｈに内蔵されるＮＦＣ通信用ＲＦ回路(ＲＦチップ)１０８の他の詳細な構成を説明する図である。
図１６に示す実施の形態が、図１２に示す実施の形態と相違するのは、図１６のＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８の右の部分にはセキュアブロック１０８７が配置され、このセキュアブロック１０８７には図１１のＩＣカードマイコン１０６のセキュア中央処理ユニット１０６１と内部不揮発性メモリ１０６２とが含まれている。このセキュアブロック１０８７の外部には、他のセキュアチップ１１０が外部バスおよび複数の端子を介して接続されることも可能である。更に、セキュアブロック１０８７の内部には、クロック供給マネージャー１０８３、ＲＦロジック１０８４、接触通信インターフェース１０８５、ＮＦＣ通信インターフェース１０８６、セキュア処理ユニット１０８８が含まれている。尚、セキュア処理ユニット１０８８は、他のセキュアチップ１１０が外部可能なセキュアインターフェースを含んでいる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、図１のキャリア検波回路の検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔで、第１と第２の検波トランジスタＭ１、Ｍ２をＮチャンネルからＰチャンネルのＭＯＳトランジスタに置換して、負荷トランジスタＭ３と増幅トランジスタＭ４とをＰチャンネルからＮチャンネルのＭＯＳトランジスタに置換することもできる。その結果、このキャリア検波回路のＰチャンネルの第１と第２の検波トランジスタＭ１、Ｍ２は、低消費電力のＢ級プッシュ・プッシュ全波整流検波回路として動作する。
更に、図１のキャリア検波回路の検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔで、第１と第２の検波トランジスタＭ１、Ｍ２をＮＰＮバイポーラトランジスタとする一方、負荷トランジスタＭ３と増幅トランジスタＭ４とをＰＮＰバイポーラトランジスタとすることも可能である。
また更に、検波効率は低下するももの、図１のキャリア検波回路の検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔを半波整流検波回路の形態に変更することが可能である。図１のキャリア検波回路の検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔを半波整流検波回路の形態に変更する場合には、例えば、検知ユニットＤｅｔ＿Ｕｎｉｔの第２のＭＯＳトランジスタＭ２を省略するものである。また、第２のＭＯＳトランジスタＭ２の省略によって、逆流防止のためのダイオード接続ＭＯＳトランジスタＭ６も不必要となるので、このトランジスタＭ６も省略されるものである。このように、ＭＯＳトランジスタを削減することによって、チップ面積を低減することが可能となる。
また、アンテナＡＮＴ、ＲＦＩＣ１０１、ＲＦパワーアンプ１０２、ベースバンドプロセッサ１００、アプリケーションプロセッサ１０３、ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ１０７、ＮＦＣ通信用ＲＦ回路１０８を内蔵したシステムとしては、携帯電話端末に限定されるものではない。すなわち、これらを内蔵したＰＤＡ装置に本発明は適用することができる。
また、ベースバンドプロセッサ１００とアプリケーションプロセッサ１０３とは別々の半導体チップ(半導体集積回路)に集積化されることもできるし、統合化ワンチップ(ワンチップＬＳＩ)に集積化されることもできる。更に、ＲＦＩＣ１０１、ＲＦパワーアンプ１０２、ＩＣカードマイコン１０６も、この統合化ワンチップに集積化されることもできる。
更に、本発明はＮＦＣ近距離通信による電子決済に限定されるものではなく、ＰＩＣＣ等の他の近距離通信方式による電子決済にも適用することができる。尚、ＰＩＣＣは、非接触ＩＣカード(Proximity IC Card)を意味するものである。
図1は、非接触電子決済のための非接触リーダ／ライタ装置とのＮＦＣ通信を利用する携帯電話端末に搭載される本発明の１つの実施の形態によるＮＦＣ通信用ＲＦ回路のＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するキャリア検波回路を示す図である。 図２は、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視する検波回路の回路動作を説明する図である。 図３も、図２と同様に図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視する検波回路の回路動作を説明する図である。 図４も、図２と図３と同様に図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視する検波回路の回路動作を説明する図である。 図５は、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。 図６も、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。 図７も、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。 図８も、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。 図９も、図1に示したキャリア検波回路によるＮＦＣ通信用コイル状アンテナからの受信キャリア信号の信号レベルを監視するその他の検波回路を説明する図である。 図１０は、以上説明した種々のキャリア検波回路のいずれかが内蔵された本発明の実施の形態によるＮＦＣ通信用ＲＦ回路を内蔵した携帯電話端末を示す図である。 図１１は、図１０に示した携帯電話端末に内蔵されるＮＦＣ通信用ＲＦ回路とＩＣカードマイコンの構成を説明する図である。 図１２は、図１１に示した携帯電話端末ＭｏＰｈに内蔵されるＮＦＣ通信用ＲＦ回路の詳細な構成を説明する図である。 図１３は、図１１に示した携帯電話端末の内部のＮＦＣ通信用ＲＦ回路の複数の動作モードの間の状態遷移を説明する図である。 図１４は、図１２に示したＮＦＣ通信用ＲＦ回路の内部各部の動作波形を説明する図である。 図１５は、図１０に示した携帯電話端末に内蔵されるＮＦＣ通信用ＲＦ回路とＩＣカードマイコンの他の構成を説明する図である。 図１６は、図１１に示した携帯電話端末に内蔵されるＮＦＣ通信用ＲＦ回路の他の詳細な構成を説明する図である。
符号の説明
Ｄｅｔ＿Ｕｎｉｔ 検知ユニット
Ｈｏｌｄ＿Ｕｎｉｔ 保持ユニット
Ｌ ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ
ＩＮ１、ＩＮ２ 入力端子
Ｍ１、Ｍ２ 検波トランジスタ
Ｍ３ 負荷トランジスタ
Ｍ４ 増幅トランジスタ
Ｃ１ 保持容量
Ｍ７ 放電時定数形成用トランジスタ
ＯＢ 出力バッファ
ＯＵＴ 検波出力信号
Ｖdd 電池の電源電圧
ＭｏＰｈ 携帯電話端末
ＡＮＴ アンテナ
１００ ベースバンドプロセッサ
１０１ ＲＦＩＣ
１０２ ＲＦパワーアンプ
１０３ アプリケーションプロセッサ
１０４ 液晶表示装置
１０５ ＳＩＭカード
１０６ ＩＣカードマイコン
１０７ ＮＦＣ通信用コイル状アンテナ
１０８ ＮＦＣ通信用ＲＦ回路
１０９ 電池
１０８１ ＲＦアナログ回路
１０８１Ａ キャリア検波回路
１０８１Ｂ 内部パワーマネージャー
１０８１Ｃ クロック抽出回路
１０８２ クロック発振器
１０８３ クロック供給マネージャー
１０８４ ＲＦロジック
１０８５ 接触通信インターフェース
１０８６ ＮＦＣ通信インターフェース
１１０ インピーダンス整合回路
ＲＸ 受信ユニット
ＴＸ 送信ユニット

Claims (23)

  1. 第１入力端子と、第２入力端子と、第１トランジスタと、第２トランジスタと、負荷素子とを具備するものであり、
    前記第１入力端子と前記第２入力端子とには、互いに逆位相の相補入力信号が供給可能とされ、
    前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの各トランジスタは第１入力電極と第２入力電極と出力電極とを含み、前記第１入力電極と前記第２入力電極との間に所定の極性と所定の電圧レベルとを有する入力電圧が供給されることに応答して前記出力電極に出力電流を流すものであり、
    前記第１入力端子には前記第１トランジスタの前記第１入力電極と前記第２トランジスタの前記第２入力電極とが接続され、前記第２入力端子には前記第１トランジスタの前記第２入力電極と前記第２トランジスタの前記第１入力電極とが接続され、
    前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と動作電位点との間には前記負荷素子が接続され、
    前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との一方の極性の第１サイクルでは、前記第１トランジスタの導通度が前記第２トランジスタの導通度より大きくなり、
    前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との他方の極性の第２サイクルでは、前記第２トランジスタの導通度が前記第１トランジスタの導通度より大きくなり、
    前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と前記負荷素子とが接続された回路ノードから全波整流による検波電圧が生成される検波回路。
  2. 前記回路ノードと前記第１トランジスタの前記出力電極との間に第１逆流防止素子が接続され、前記回路ノードと前記第２トランジスタの前記出力電極との間に第２逆流防止素子が接続されている請求項１に記載の検波回路。
  3. 前記第１入力端子と前記第１トランジスタの前記第１入力電極との間に第１静電破壊防止抵抗が接続され、前記第２入力端子と前記第２トランジスタの前記第１入力電極との間に第２静電破壊防止抵抗が接続されている請求項２に記載の検波回路。
  4. 第１入力電極が前記回路ノードに接続されて第２入力電極が前記動作電位点に接続された増幅トランジスタを更に具備して、
    前記増幅トランジスタの出力電極より、反転増幅検波電圧が生成される請求項２に記載の検波回路。
  5. 前記増幅トランジスタの前記出力電極と他の動作電位点との間に接続された保持容量と放電時定数形成素子との並列接続と、前記増幅トランジスタの前記出力電極に入力端子が接続された出力回路とを更に具備するものであり、
    前記出力回路は所定の入力スレッシュホールド電圧を持つことにより、前記出力回路は前記反転増幅検波電圧の電圧レベルを弁別するものである請求項４に記載の検波回路。
  6. 前記第１トランジスタと前記第２トランジスタと前記第１逆流防止素子と前記第２逆流防止素子とはＮチャンネルＭＯＳトランジスタであり、前記負荷素子と前記増幅トランジスタとはＰチャンネルＭＯＳトランジスタである請求項５に記載の検波回路。
  7. データ処理機能を有するプロセッサと暗号化電子決済機能を有するマイクロコンピュータとに電気的に接続可能に構成されたＲＦ回路であって、
    前記ＲＦ回路は、アンテナによって受信される非接触リーダ／ライタ装置からの受信信号を検波する検波回路を含み、
    前記検波回路は前記アンテナによって受信される前記非接触リーダ／ライタ装置からの前記受信信号の信号レベルを監視して前記信号レベルが所定のしきい値以上となることに応答して生成した検知信号を前記プロセッサに供給するものであり、
    前記プロセッサは、前記検知信号に応答して生成した起動信号を前記ＲＦ回路に供給するように構成され、
    前記ＲＦ回路は、前記起動信号に応答して前記マイクロコンピュータへの動作クロックの供給を開始することにより、前記マイクロコンピュータの暗号化電子決済動作が開始され、
    前記ＲＦ回路は、前記マイクロコンピュータとの電気的接続を介して供給される前記暗号化電子決済動作による決済送信データを前記アンテナから前記非接触リーダ／ライタ装置へ送信するＲＦ送信ユニットを具備するものであり、
    前記検波回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、第１トランジスタと、第２トランジスタと、負荷素子とを具備するものであり、
    前記第１入力端子と前記第２入力端子とには、互いに逆位相の相補入力信号が供給可能とされ、
    前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの各トランジスタは第１入力電極と第２入力電極と出力電極とを含み、前記第１入力電極と前記第２入力電極との間に所定の極性と所定の電圧レベルとを有する入力電圧が供給されることに応答して前記出力電極に出力電流を流すものであり、
    前記第１入力端子には前記第１トランジスタの前記第１入力電極と前記第２トランジスタの前記第２入力電極とが接続され、前記第２入力端子には前記第１トランジスタの前記第２入力電極と前記第２トランジスタの前記第１入力電極とが接続され、
    前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と動作電位点との間には前記負荷素子が接続され、
    前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との一方の極性の第１サイクルでは、前記第１トランジスタの導通度が前記第２トランジスタの導通度より大きくなり、
    前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との他方の極性の第２サイクルでは、前記第２トランジスタの導通度が前記第１トランジスタの導通度より大きくなり、
    前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と前記負荷素子とが接続された回路ノードから全波整流による検波電圧が生成されるＲＦ回路。
  8. 前記プロセッサは携帯電話端末と基地局との送受信のためのベースバンドプロセッサとアプリケーションプロセッサとの少なくともいずれかを含んでいる請求項７に記載のＲＦ回路。
  9. 前記回路ノードと前記第１トランジスタの前記出力電極との間に第１逆流防止素子が接続され、前記回路ノードと前記第２トランジスタの前記出力電極との間に第２逆流防止素子が接続され、
    前記第１入力端子と前記第１トランジスタの前記第１入力電極との間に第１静電破壊防止抵抗が接続され、前記第２入力端子と前記第２トランジスタの前記第１入力電極との間に第２静電破壊防止抵抗が接続されている請求項８に記載のＲＦ回路。
  10. 第１入力電極が前記回路ノードに接続されて第２入力電極が前記動作電位点に接続された増幅トランジスタを更に具備して、
    前記増幅トランジスタの出力電極より、反転増幅検波電圧が生成される請求項９に記載のＲＦ回路。
  11. 前記増幅トランジスタの前記出力電極と他の動作電位点との間に接続された保持容量と放電時定数形成素子との並列接続と、前記増幅トランジスタの前記出力電極に入力端子が接続された出力回路とを更に具備するものであり、
    前記出力回路は所定の入力スレッシュホールド電圧を持つことにより、前記出力回路は前記反転増幅検波電圧の電圧レベルを弁別するものである請求項１０に記載のＲＦ回路。
  12. 前記第１トランジスタと前記第２トランジスタと前記第１逆流防止素子と前記第２逆流防止素子とはＮチャンネルＭＯＳトランジスタであり、前記負荷素子と前記増幅トランジスタとはＰチャンネルＭＯＳトランジスタである請求項１１に記載のＲＦ回路。
  13. 電池、プロセッサ、マイクロコンピュータ、アンテナ、ＲＦ回路を内蔵可能に構成された携帯機器であって、
    前記電池は、前記プロセッサ、前記マイクロコンピュータ、前記ＲＦ回路に電源電圧を供給するものであり、
    前記プロセッサはデータ処理機能を有して、前記マイクロコンピュータは暗号化電子決済機能を有して、
    前記アンテナは非接触リーダ／ライタ装置からの受信信号を受信して当該装置への送信信号を送信して、前記ＲＦ回路は前記受信信号が供給され前記送信信号を生成するものであり、
    前記ＲＦ回路は、前記プロセッサと前記マイクロコンピュータとに電気的に接続可能に構成され、
    前記ＲＦ回路は、前記アンテナによって受信される前記非接触リーダ／ライタ装置からの前記受信信号を検波する検波回路を含み、
    前記検波回路は前記アンテナによって受信される前記非接触リーダ／ライタ装置からの前記受信信号の信号レベルを監視して前記信号レベルが所定のしきい値以上となることに応答して生成した検知信号を前記プロセッサに供給して、
    前記プロセッサは、前記検知信号に応答して生成した起動信号を前記ＲＦ回路に供給するように構成され、
    前記ＲＦ回路は、前記起動信号に応答して前記マイクロコンピュータへの動作クロックの供給を開始することにより、前記マイクロコンピュータの暗号化電子決済動作が開始され、
    前記ＲＦ回路は、前記マイクロコンピュータとの電気的接続を介して供給される前記暗号化電子決済動作による決済送信データを前記アンテナから前記非接触リーダ／ライタ装置へ送信するＲＦ送信ユニットを具備して、
    前記検波回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、第１トランジスタと、第２トランジスタと、負荷素子とを具備するものであり、
    前記第１入力端子と前記第２入力端子とには、互いに逆位相の相補入力信号が供給可能とされ、
    前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの各トランジスタは第１入力電極と第２入力電極と出力電極とを含み、前記第１入力電極と前記第２入力電極との間に所定の極性と所定の電圧レベルとを有する入力電圧が供給されることに応答して前記出力電極に出力電流を流すものであり、
    前記第１入力端子には前記第１トランジスタの前記第１入力電極と前記第２トランジスタの前記第２入力電極とが接続され、前記第２入力端子には前記第１トランジスタの前記第２入力電極と前記第２トランジスタの前記第１入力電極とが接続され、
    前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と動作電位点との間には前記負荷素子が接続され、
    前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との一方の極性の第１サイクルでは、前記第１トランジスタの導通度が前記第２トランジスタの導通度より大きくなり、
    前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との他方の極性の第２サイクルでは、前記第２トランジスタの導通度が前記第１トランジスタの導通度より大きくなり、
    前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの前記出力電極と前記負荷素子とが接続された回路ノードから全波整流による検波電圧が生成される携帯機器。
  14. 前記プロセッサは携帯電話端末と基地局との送受信のためのベースバンドプロセッサとアプリケーションプロセッサとの少なくともいずれかを含んでいる請求項１３に記載の携帯機器。
  15. 前記回路ノードと前記第１トランジスタの前記出力電極との間に第１逆流防止素子が接続され、前記回路ノードと前記第２トランジスタの前記出力電極との間に第２逆流防止素子が接続され、
    前記第１入力端子と前記第１トランジスタの前記第１入力電極との間に第１静電破壊防止抵抗が接続され、前記第２入力端子と前記第２トランジスタの前記第１入力電極との間に第２静電破壊防止抵抗が接続されている請求項１４に記載の携帯機器。
  16. 第１入力電極が前記回路ノードに接続されて第２入力電極が前記動作電位点に接続された増幅トランジスタを更に具備して、
    前記増幅トランジスタの出力電極より、反転増幅検波電圧が生成される請求項１５に記載の携帯機器。
  17. 前記増幅トランジスタの前記出力電極と他の動作電位点との間に接続された保持容量と放電時定数形成素子との並列接続と、前記増幅トランジスタの前記出力電極に入力端子が接続された出力回路とを更に具備するものであり、
    前記出力回路は所定の入力スレッシュホールド電圧を持つことにより、前記出力回路は前記反転増幅検波電圧の電圧レベルを弁別するものである請求項１６に記載の携帯機器。
  18. 前記第１トランジスタと前記第２トランジスタと前記第１逆流防止素子と前記第２逆流防止素子とはＮチャンネルＭＯＳトランジスタであり、前記負荷素子と前記増幅トランジスタとはＰチャンネルＭＯＳトランジスタである請求項１７に記載の携帯機器。
  19. 第１入力端子と、第２入力端子と、トランジスタと、負荷素子とを少なくとも具備するものであり、
    前記第１入力端子と前記第２入力端子とはアンテナの一端と他端にそれぞれ接続可能であり、前記第１入力端子と前記第２入力端子とには、前記アンテナの前記一端と前記他端との互いに逆位相の相補入力信号が供給可能とされ、
    前記トランジスタは第１入力電極と第２入力電極と出力電極とを含み、前記第１入力電極と前記第２入力電極との間に所定の極性と所定の電圧レベルとを有する入力電圧が供給されることに応答して前記出力電極に出力電流を流すものであり、
    前記第１入力端子には前記トランジスタの前記第１入力電極が接続され、前記第２入力端子には前記トランジスタの前記第２入力電極が接続され、
    前記トランジスタの前記出力電極と動作電位点との間には、前記負荷素子が接続され、
    前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との一方の極性の第１サイクルでは前記トランジスタの導通度が増加する一方、前記第１入力端子の電圧に対して前記第２入力端子の電圧が正と負との他方の極性の第２サイクルでは前記トランジスタの導通度が低下して、
    前記トランジスタの前記出力電極と前記負荷素子とが接続された回路ノードから、整流による検波電圧が生成される検波回路。
  20. 前記第１入力端子と前記トランジスタの前記第１入力電極との間に静電破壊防止抵抗が接続されている請求項１９に記載の検波回路。
  21. 第１入力電極が前記回路ノードに接続されて第２入力電極が前記動作電位点に接続された増幅トランジスタを更に具備して、
    前記増幅トランジスタの出力電極より、反転増幅検波電圧が生成される請求項１９に記載の検波回路。
  22. 前記増幅トランジスタの前記出力電極と他の動作電位点との間に接続された保持容量と放電時定数形成素子との並列接続と、前記増幅トランジスタの前記出力電極に入力端子が接続された出力回路とを更に具備するものであり、
    前記出力回路は所定の入力スレッシュホールド電圧を持つことにより、前記出力回路は前記反転増幅検波電圧の電圧レベルを弁別するものである請求項２１に記載の検波回路。
  23. 前記トランジスタはＮチャンネルＭＯＳトランジスタであり、前記負荷素子と前記増幅トランジスタとはＰチャンネルＭＯＳトランジスタである請求項２２に記載の検波回路。
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