JP2010122945A - 半導体装置及び通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】異なる符号を用いて符号化された受信信号の符号タイプを判別して復号する回路の規模を縮小することができるようにする。
【解決手段】異なる符号を用いて符号化された受信信号の符号タイプの判別と復号を行う受信ロジック回路(30)は、受信信号の復調信号(23)に対して、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の符号間での相違に基づいてその符号タイプを複数の符号タイプの中から判別し、判別された符号タイプに応じて復調信号に交互に現れる変調期間又は無変調期間の状態に基づいて復号を行って、受信データを再生する。符号毎に固有のデコーダを備えることを要しない。
【選択図】図1

Description

本発明は、通信制御用の半導体装置及び通信装置に関し、例えば搬送波を使用し、電磁誘導による通信を行うICカードやその他のNFC(Near Field Communication)端末に適用して有効な技術に関する。
現在実施されている非接触インタフェースを有するICカードシステムの仕様としては、ISO規格で制定されているISO14443−A(タイプA方式)と、ISO14443−B(タイプB方式)や、日本ICカード利用促進協議会(JICSAP)で規定されている高速処理用ICカード方式(「高速タイプ」と称される)等複数の方式がある。
タイプA方式は、リーダ/ライタからICカードへのデータ転送には、例えばRF(Radio Frequency)動作磁界を瞬断(ポーズ)させてASK(amplitude shift keying)100%変調する方式を用いる。変調信号の符号にはモディファイ・ミラー(Modifide Miller)符号を用いる。
タイプB方式は、リーダ/ライタからICカードへのデータ転送には、例えばRF動作磁界をASK10%変調する方式を用いる。変調信号の符号にはNRZ(Non Return to Zero)符号を用いる。
高速タイプ方式は、リーダ/ライタとICカードとの間のデータ転送には、例えばRF動作磁界をASK10%変調する方式を用いる。変調信号の符号にはマンチェスタ(Manchester)符号を用いる。
それら複数の通信方式で通信するためにICカード等の通信端末はそれぞれの通信方式に対応するデコーダを備え、更に、複数のデコーダが正常にデコードできたかを判定回路で判別し、正常にデコードできたデコーダの出力を選択回路で選択する必要がある。特許文献1にはリーダ/ライタにおいて通信方式に応じた複数の復元回路と選択回路を設けたれが示される。
特開2002−342725
上記複数の通信方式に対応するコンビネーションカード等の近接通信用の端末がそれぞれの通信方式に応じた通信手段を複数用意して複数の通信方式に対応すると、回路規模が大きくなってしまう。この点は、据え置き型のリーダ/ライタでは問題にはならないが、ICカードや通信携帯端末等の携帯機器においては小型軽量化の要請より大きな課題である。リーダ/ライタに関する特許文献1でも、2値化された信号の立ち上がり・立ち下がりエッジの期間を計測し、通信方式を判定することが記載されているが、具体的な判定方式に言及されていないことはもとより、それを受信データの再生に応用することは何ら着眼されていない。タイプ判定に時間計測を行うという着想が単に示されているに過ぎない。
本発明の目的は、異なる符号を用いて符号化された受信信号の符号タイプを判別して復号する回路の規模を縮小することができるようにすることにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及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代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、異なる符号を用いて符号化された受信信号の符号タイプの判別と復号を行う受信ロジック回路は、受信信号の復調信号に対して、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の符号間での相違に基づいてその符号タイプを複数の符号タイプの中から判別し、判別された符号タイプに応じて復調信号に交互に現れる変調期間又は無変調期間の状態に基づいて復号を行って、受信データを再生する。符号毎に固有のデコーダを備えることを要しない。
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とおりである。
すなわち、異なる符号を用いて符号化された受信信号の符号タイプを判別して復号する回路の規模を縮小することができる。
1.実施の形態の概要
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中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〕本発明に係る半導体装置は、所定の符号タイプで符号化され、アンテナで受信された変調信号を、復調する復調回路と、前記復調回路から出力された復調信号を復号する受信ロジック回路と、を有する。前記受信ロジック回路は、前記復調信号に対して、その符号タイプを複数の符号タイプの中から判別し、判別した符号タイプに応じた復号を行って、受信データを再生する。前記符号タイプの判別は、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の符号間での相違に基づいて行う。前記復調信号の復号は、判別された符号タイプに応じて復調信号に交互に現れる変調期間又は無変調期間の状態に基づいて行う。
これにより、受信ロジック回路は符号タイプ毎に固有のデコーダを備えることを要しない。したがって、異なる符号タイプを用いて符号化された受信信号の符号タイプを判別して復号する回路の規模を縮小することができる。
〔2〕項1の半導体装置において、前記受信ロジック回路は、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の所要の期間を計測するタイマと、前記タイマで計測された計測値に基づいて符号を判別する判別部と、判別した符号に応じて前記タイマで計測した結果を用いることにより前記復調信号の復号を行って受信データを再生するデコード部とを有する。タイマによる計測結果に基づいて符号タイプの判別と復号を行うことができる。
〔3〕項2の半導体装置において、前記タイマは変調信号から抽出した搬送波クロック信号に同期するクロック信号を計数して期間を計測する。受信信号から搬送クロックを抽出できる場合に便利である。
〔4〕項2の半導体装置において、前記複数の符号タイプは、モディファイ・ミラー、NRZ、及びマンチェスタに大別される。
〔5〕項4の半導体装置において、前記判別部は、前記タイマによる復調信号の変調期間において当該無変調期間の計測値がモディファイ・ミラーとNRZの夫々のエンコードタイムユニットの半分に相当する値を超えたことを検出したときNRZと判別する。前記半分に相当する値を超える前に復調信号が無変調期間に遷移したとき当該無変調期間において無変調期間の計測値が前記エンコードタイムユニットの半分に相当する値を超えたことを検出したときモディファイ・ミラーと判別する。前記無変調期間の計測値が前記エンコードタイムユニットの半分に相当する値を超える前に復調信号が変調期間に再度遷移したときはマンチェスタと判別する。これにより、モディファイ・ミラー、NRZ、及びマンチェスタを容易に判別することができる。
〔6〕項5の半導体装置において、前記マンチェスタ符号にはデータの伝送レートが異なる複数の符号タイプがあり、前記判別部は、前記マンチェスタと判別したとき、変調期間の計測値の増加に応じて前記マンチェスタにおける伝送レートの相違を判別する。伝送レートの異なるマンチェスタの判別も可能になる。
〔7〕項5の半導体装置において、前記タイマは、判別された符号タイプがモディファイ・ミラーのとき、無変調期間毎にその期間を計測する。前記デコード部は、判別された符号タイプがモディファイ・ミラーのとき、タイマの計測値が閾値を越える毎に論理値を反転して、その反転タイミングを前記エンコードタイムユニットに同期化させたデコード信号を生成する。モディファイ・ミラーに対して容易に復号することができる。
〔8〕項7の半導体装置において、前記閾値は前記エンコードタイムユニットの半分を超える期間に相当する。エンコードタイムユニットにおける復調信号波形のデューティーの変動の影響を受けて復号の誤りを生ずる虞を低減することができる。
〔9〕項5の半導体装置において、前記タイマは、判別された符号タイプがNRZのとき、無変調期間の開始からエンコードタイムユニットの1/nの期間を計測し、次の変調期間の開始からエンコードタイムユニットの1/nの期間を計測する動作を繰り返す。前記デコード部は、判別された符号タイプがNRZのとき前記タイマの計測値が閾値を越える毎に論理値を反転して、その反転タイミングを前記エンコードタイムユニットに同期化させたデコード信号を生成する。NRZに対して容易に復号することができる。
〔10〕項9の半導体装置において、前記閾値は前記エンコードタイムユニットの半分の期間に相当する。復調信号波形のデューティーの変動の影響を受けて復号の誤りを生ずる虞を低減することができる。
〔11〕項5の半導体装置において、前記タイマは、判別された符号タイプがマンチェスタのとき、エンコードタイムユニットの境界を挟む前後所定期間毎に、無変調期間とオーバーラップする期間と、変調期間とオーバーラップする期間とを夫々計測する。前記デコード部は、判別された符号タイプがマンチェスタのとき前記タイマの計測値が閾値を越える毎に論理値を反転して、その反転タイミングを前記エンコードタイムユニットに同期化させたデコード信号を生成する。これによりマンチェスタに対して容易に復号することができる。
〔12〕項11の半導体装置において、前記エンコードタイムユニットの境界を挟む前後所定期間は、前後夫々にエンコードタイムユニットの1/4の期間を有する。復調信号波形のデューティーの変動の影響を受けて復号の誤りを生ずる虞を低減することができる。
〔13〕項1の半導体装置は更に、前記受信ロジック回路から出力される受信データを一時的に蓄える受信データバッファと、送信データを一時的に蓄える送信データバッファと、前記送信データバッファから出力される送信データを、前記受信ロジック回路で判別された符号タイプに対応して符号化する送信ロジック回路と、前記送信ロジック回路で生成された符号化信号に基づいて搬送波をデータ信号に変調する変調回路と、前記受信ロジック回路及び送信ロジック回路の動作を制御し、前記受信データバッファ及び前記送信データバッファをアクセス制御する中央処理装置と有する。半導体装置をマイクロコントローラ若しくはマイクロコンピュータとして構成することができる。
〔14〕本発明に係る通信装置は、搬送波を使用し、電磁誘導による通信を行い、データ処理装置を有する。前記データ処理装置は、所定の符号タイプで符号化され、アンテナで受信された変調信号を、復調する復調回路と、前記復調回路から出力された復調信号を復号する受信ロジック回路と、を有する。前記受信ロジック回路は、前記復調信号に対して、その符号タイプを複数の符号タイプの中から判別し、判別した符号タイプに応じた復号を行って、受信データを再生する。前記符号タイプの判別は、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の符号間での相違に基づいて行われる。前記復調信号の復号は、判別された符号タイプに応じて復調信号に交互に現れる変調期間又は無変調期間の状態に基づいて行行われる。
これにより、受信ロジック回路は符号毎に固有のデコーダを備えることを要せず、異なる符号タイプを用いて符号化された受信信号の符号タイプを判別して復号する回路の規模を縮小することができる。したがって、通信装置の小型化に寄与する。
〔15〕項14の通信装置において、前記受信ロジック回路は、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の所要の期間を計測するタイマと、前記タイマで計測された計測値に基づいて符号タイプを判別する判別部と、判別した符号タイプに応じて前記復調信号の復号を行って受信データを再生するデコード部とを有する。タイマによる計測結果に基づいて符号タイプの判別と復号を行うことができる。
2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
図2には本発明に係る通信装置の一例として非接触ICカードが例示される。1は非接触ICカード(CRD)である。非接触ICカード1はカード基板にアンテナ3とICカード用のマイクロコンピュータ(MCU)4とを備える。マイクロコンピュータ4は本発明に係る半導体装置の一例であり、単結晶シリコン等の1個の半導体基板に相補型MOS集積回路製造技術等を用いて形成される。マイクロコンピュータ4は、非接触通信アナログ部(CFCALG)11、非接触通信ロジック部(CFCLGC)12、中央処理装置(CPU)13、RAMのようなメモリ(MRY)14、タイマや不揮発性メモリ等のその他の回路(OTHC)15、及びバス(BUS)16を備える。
非接触通信アナログ部11は受信回路(RCVC)20、復調回路(DMDLC)21、及び変調回路(MDLC)22を有する。
非接触通信ロジック部12は、受信ロジック回路(RXLGC)30、受信データバッファ(RXDBUF)31、送信ロジック回路(TXLGC)32、送信データバッファ(TXDBUF)33及び制御ロジック部(CNTLGC)34を有する。
前記アンテナ3は、閉ループのコイルを構成しており、このコイルに流れる電流が変化することで、電磁波を出力する。また、アンテナ3としてのコイルを通る磁束が変化することで、アンテナ3に電流が流れる。
受信回路20は、アンテナ3に流れる電流を受信し、同調と検波を行い、復調回路21に出力する。復調回路21は、受信回路20から供給される復調信号23を復調し、受信ロジック回路30に供給する。受信ロジック回路30は、復調回路21から供給される復調信号23の符号タイプを判別すると共に、判別した符号タイプに応じて復調信号23をデコード(復号)し、そのデコードの結果得られる受信データ35を、受信データバッファ31に供給し、また、判別された符号タイプの種別等は制御ロジック部34に与えられる。36は受信ロジック回路30と制御ロジック部34との間で入出力される信号を総称する。CPU13は受信データバッファ31に蓄積された受信データをメモリ14に転送し、順次そのデータに基づいて、所定のデータ処理を行なう。また、CPU13はリーダ/ライタ等の他の装置に送信すべきデータを、メモリ14から送信データバッファ33に転送する。
送信ロジック回路32は、制御ロジック34から前記判別された符号タイプの情報を受取り、送信データバッファ33から出力される送信データ37を、その符号タイプに従ってエンコード(符号化)し、変調制御信号38を変調回路22に供給する。信号39は送信ロジック回路32と制御ロジック部34との間で入出力される信号を総称する。変調回路22は、外部からアンテナ3としてのコイルを見たときのインピーダンスを、送信ロジック回路32からの変調制御信号38にしたがって変化させる。リーダ/ライタが搬送波としての電磁波を出力することにより、アンテナ3の周囲に高周波による磁界が形成されている場合、アンテナ3としてのコイルのインピーダンスが変化することにより、アンテナ3の周囲の磁界が変化する。これにより、リーダ/ライタが出力している電磁波としての搬送波が、変調制御信号38にしたがって変調され、CPU13が送信データバッファ33に供給したデータが、電磁波を出力しているリーダ/ライタに送信される。また、制御ロジック34から前記判別された符号タイプの情報に含まれる伝送レートの情報をもとに、アンテナ3から送信される信号の伝送レートを制御することが可能となります。ここで、電磁誘導による近接通信を行う場合、最初に電磁波を出力して通信を開始する装置を、イニシエータと呼ぶ。イニシエータは、通信相手にコマンドを送信し、その通信相手は、そのコマンドに対するレスポンスを返す形態で、近接通信が行われるが、イニシエータからのコマンドに対するレスポンスを返す通信相手を、ターゲットと呼ぶ。本実施の形態では、リーダ/ライタはイニシエータとなり、ICカードがターゲットになる場合を一例とする。
ここで、ICカード1が利用する伝送符合の仕様は、前記タイプA,タイプB、及び高速タイプとする。タイプAでは、リーダ/ライタからICカードへのデータ伝送には、符号タイプとしてモディファイ・ミラー(Modifide Miller)によるエンコード(符号化)が行われ、ICカードからリーダ/ライタへのデータ伝送には、符号タイプとしてマンチェスタによりデータのエンコードが行われる。タイプBでは、リーダ/ライタからICカードへのデータ伝送には、符号タイプとしてNRZによるエンコードが行われ、ICカードからリーダ/ライタへのデータ伝送には、符号タイプとしてNRZ−L(Non Return to Zero-Level)によるデータのエンコードが行われる。タイプA、タイプBのデータの伝送レートには106kbps(kilo bit per second)、212kbps、424kbps、又は847kbpsが採用される。タイプBのデータの伝送レートには106kbpsが採用される。タイプAとタイプBはリーダ/ライタとの最初の通信は106kbpsで行う。高速タイプでは、リーダ/ライタとICカードとの間のデータ伝送には符号タイプとしてマンチェスタによるエンコードが行われる。高速タイプのデータの伝送レートには、212kbps、424kbps、又は847kbpsが採用され、採用された伝送レートで最初から通信が行われる。図3にはタイプA、図4にタイプB、図5には高速タイプのそれぞれの変調符号が例示される。図3及び図4は伝送レートが106kbpsの場合の1etu(エンコードタイムユニット)における搬送波の128パルス期間を示している。図中、”H”の期間が無変調期間、”L”の期間が変調期間を示している。
受信ロジック回路30は、復調回路21で復調され復調信号23の符号タイプが、タイプA、タイプB、又は高速タイプの何れであるかを反別し、その判別結果に従って復調信号23をデコードすると共に、その判別結果を信号36によって制御ロジック部34に与える。制御ロジック部は、前記判別結果を信号39によって送信ロジック回路32に与え、送信ロジック回路32はこれによって指示された符号タイプを用いて送信データ37をエンコードして変調制御信号38を生成する。以下において、受信制御ロジック部30による符号の判別とデコードのための構成を詳述する。
図1には受信ロジック回路30の具体例が示される。
非接触通信アナログ部11に配置されたクロック抽出回路(CKEXT)24は受信回路の出力を受けて搬送波から搬送波抽出クロック信号25を生成する。クロックパルスジェネレータ(CPG)26はその搬送波抽出クロック信号25に基づいて、搬送周波数に等しい動作クロック信号27を生成する。動作クロック信号27は受信ロジック回路30やその他の回路の動作基準クロックとして利用される。搬送波抽出クロック信号25は例えば13.56MHzの周波数を持つ。
受信ロジック回路30は、復調信号23に現れる変調期間又は無変調期間の所要の期間を計測するタイマ40と、前記タイマ40で計測された計測値に基づいて復調信号23の符号タイプを判別する判別部(判別回路)45と、判別された符号タイプに応じて前記タイマで計測した結果を用いることにより前記復調信号23の復号を行って受信データを再生するデコード部50とを有する。判別部45による符号タイプの判別結果は、とりも直さず、そのときの電磁波通信における伝送符合の仕様である前記タイプA,タイプB、又は高速タイプの何れの通信方式を用いるものであるかの判定結果となっている。したがって、本明細書において判別部45で得られる符号タイプの判別結果は通信方式の判別結果及び伝送レートの判別結果にもなる。この通信は所定のフォーマットによるパケット通信で行われ、その先頭のプリアンブルに対して判定部45が符号タイプの判定を行う。制御ロジック部34は通信が途切れているとき信号52によって判別部45を初期化し、これによって信号51も初期値にされる。これによってタイマ40は符号タイプの判別を行うための動作モードが設定され、変調信号23の入力によって符号タイプの判別動作を開始する。プリアンブルに続くシンクコード及びデータ部に対しては、タイマ40及びデコード部50が符号タイプの判定結果を信号51で受取って、それに対応するタイマ動作とデコード動作を行うことにより、対応する復調信号の復号を行う。
タイマ40は、例えば無変調期間計測タイマ(TMRN)41と変調期間計測タイマ(TMRM)42を有する。無変調期間計測タイマ(TMRN)41は、信号51によって指示される、符号タイプの判別動作モード、タイプAの通信方式に応ずる第1タイマ動作モード、タイプBの通信方式に応ずる第2タイマ動作モード、又は高速タイプの通信方式に応ずる第3タイマ動作モードに従って、復調信号23における無変調期間の所定期間を計測する。無変調期間計測タイマ(TMRN)41は、信号51によって指示される、符号タイプの判別動作モード、タイプAの通信方式に応ずる第1タイマ動作モード、タイプBの通信方式に応ずる第2タイマ動作モード、又は高速タイプの通信方式に応ずる第3タイマ動作モードに従って、復調信号23における変調期間の所定期間を計測する。
デコード部50は、タイマ値比較回路(CMPTBL)46、トグル回路(TGGL)48、ラッチ回路(LAT)49、及びetuクロック生成回路(ETUGNR)47を有する。判別部45からの判別信号51に基づいて選択された閾値をもとに、タイマ値比較回路46は測定タイマ40,41による測定値43,42を閾値と比較し、比較結果に応じた制御信号53をトグル回路48に出力する。判定対象をどの測定値43,42とするか、比較にどの閾値を用いるか等は、信号51による判別結果、及びラッチ回路49から帰還入力される直前ビットの値等によって決定される。トグル回路48はラッチ回路49がラッチして出力する値(直前ビットの値)を信号35として帰還入力し、入力値を選択的に反転してラッチ回路49に出力する。選択的な反転動作は、前記制御信号53が変化されたとき行う。ラッチ回路49のラッチタイミングはetuクロック信号54のサイクル毎に行われる。etuクロック信号は、信号51によって与えられる判別結果に基づいてetuクロック生成回路47が出力する。etuクロック信号は受信データの1ビット分の周期を有し、前記通信方式によって相違される。
符号タイプの判別動作、即ち通信方式の判別動作について説明する。
タイプAの通信方式における通信フレームの開始を表すSOC、タイプBの通信方式における通信フレームの開始を表すSOF、高速タイプの通信方式における通信フレームの開始を表すプリアンブル、いずれも通信フレームの最初は“0”となっている。判定部45は、リーダ/ライタから送信された“0”の信号の特徴を計測値43,44からとらえて通信方式を判定する。なお、各通信方式の通信フレーム構造に関してはISO14443−Aと、ISO14443−Bや、日本ICカード利用促進協議会(JICSAP)で規定されている高速処理用ICカード方式に記載されている。
図6にはパケット受信開始時の復調信号波形が示される。TYPE−A(タイプAの通信方式)、TYPE−B(タイプAの通信方式)は1ビット、FLC−212kbps(212kbpsの高速タイプの通信方式)は2ビット、FLC−424kbps(424kbpsの高速タイプの通信方式)は4ビット、FLC−847kbps(847kbpsの高速タイプの通信方式)は8ビットを示している。受信開始時に受信するデータは全て“0”である。
図7には符号タイプの判別動作、即ち通信方式の判別動作のフローチャートが例示される。判別動作は受信待ち状態から“L”の復調信号を受信することで開始される(S1)。“L”の復調信号23を受信した時点で変調期間計測タイマのカウンタ値n1を0にクリアする(S2)。その後、復調信号23の変調部分(“L”)を受信しているあいだ変調期間計測タイマをカウントアップする(S3)。カウント対象にされるカウンタクロック(fc)は、搬送波抽出クロック信号(13.56MHz)25を入力するPLL回路のようなクロック発生回路45で生成された動作クロック信号27とされる。特に制限されないが、動作クロック信号27の周波数は搬送波抽出クロック信号25の周波数13.56MHzに等しくされる。変調期間計測タイマ42による計測値n1と比較される値nbを64とすると、ステップS4でn1>nb=64であるかを判別し、n1>nb=64のとき、通信方式がTYPE−B(106kbps)であること、即ち符号タイプがNRZであることを判別することができる(S17)。受信データの1ビット目で64/fc以上の変調期間は通信方式がTYPE−B(106kbps)以外にないからである。
ステップS4においてn1>nb=64を満足しないとき、復調信号23の無変調部分(“H”)を受信した場合(S5)、無変調部分を受信した時点で無変調期間計測タイマ41のカウンタ値n2を0にクリアする(S6)。その後、復調信号23の無変調部分を受信している間、無変調期間計測カウンタをカウントアップする(S7)。カウンタクロックfcは上記同様に、搬送波抽出クロック(13.56MHz)25に基づいてクロック発生回路45で生成された動作クロック信号27とされる。無変調期間計測タイマ41による計測値n2と比較される値naを64とすると、ステップS8でn2>na=64であるかを判別し、n2>na=64のとき、通信方式がTYPE−A(106kbps)であること、即ち符号タイプがモディファイ・ミラーであることを判別することができる(S16)。受信データの1ビット目で64/fc以上の無変調期間は通信方式がTYPE−A(106kbps)以外にないからである。na,nb=64はある程度のマージンを採っているから、その値は64に限定されない。TYPE−Aは100%変調なので通常は変調期間では搬送波からクロックを抽出できない。クロック発生回路45においてPLL回路等で変調期間にクロックを補完しない場合はステップS1からステップS4の動作は行われず、ステップS5から開始されればよい。
ステップS8においてn2>na=64を満足しないとき、復調信号23の変調部分(“H”)を再度受信した場合(S9)、変調部分を受信した時点で変調期間計測タイマ40のカウンタ値n1を0にクリアしてから、復調信号23の変調部分を受信している間、変調期間計測タイマ40をカウントアップする(S10)。そのカウント値n1に対して、n1>nf2=24(nf2=24は424kbpsの“L”期間である変調期間の1.5倍)を判別し(S11)、満足すれば、通信方式がFLC−212kbpsであることを判別することができる(S13)。そうでない場合にはn1>nf8=12(nf8=24は424kbpsの“L”期間である変調期間の0.75倍)を判別し(S12)、満足すれば、通信方式がFLC−847kbpsであることを判別することができる(S14)。そうでない場合には通信方式がFLC−424kbpsであることを判別することができる(S15)。FLCの高速タイプ通信においては、先頭から48ビットのデータは連続して論理値“0”にされるから、判定確度を上げるためには再度ステップSにもどって繰り返し判定することも可能である。特に図示はしないが、ステップS9で変調部分を受信した時点で変調期間計測タイマ40のカウンタ値n1を0にクリアしてから、ステップS7で計測した無変調期間計測タイマの値を保持し、保持した無変調期間計測タイマの値n2を閾値nf2と比較してn2>nf2であれば、FLC−212kbpsと判定し、その条件を満たさない場合は同様に前記保持したタイマ値n2と適当に設定した閾値nf8を比較し、n2<nf8であればFLC−847と判定し、さらにその条件も満たさない場合はFLC−424kbpsと判定してもよい。この方法は、ステップS11のように計数動作新たに行わなくて良いから、判定フローを簡略化することができる。
次に通信方式の判別結果に応じたデコード動作について説明する。
図8にはタイプA方式、図9にタイプB方式、図10にはFLC方式のそれぞれの変調符号で符号化した2ビット分の信号を示す。
タイプA方式ではデータが”0”から”1”、”1”から”0”へ変化する場合は”0”から”0”、”1”から”1”とデータが変化しない場合にくらべて無変調期間(“H”期間)の連続期間が長くなる。
タイプB方式ではデータが”0”から”1”、”1”から”0”へ変化する場合は変調から無変調、無変調から変調に変化し、”0”から”0”、”1”から”1”とデータが変化しない場合は無変調の連続、変調の連続となる。
FLC方式ではデータが”0”から”1”、”1”から”0”へ変化する場合は”0”から”0”、”1”から”1”とデータが変化しない場合にくらべて変調期間、無変調期間の連続期間が長くなる。
また、タイプA方式、タイプB方式、FLC方式いずれもリーダ/ライタから最初に受信するデータは”0”である。
タイプA方式による受信信号をデコードする場合は、通信方式判定で使用した無変調期間計測タイマ41を、通信方式判定に継続して使用する。タイプA方式による通信では前述したようにデータが”0”から”1”、”1”から”0”へ変化する場合は無変調期間の連続期間が、データに変化のないときに比べて長くなる。タイマ値比較回路46に判定閾値を適当に設定し、無変調期間計測タイマのカウント値が判定閾値と一致したときにデータ反転制御信号53を生成する。リーダ/ライタから最初に受信するデータは”0”なので、予めラッチ回路49にデータ”0”をラッチしておく。データ反転制御信号53をデータ反転回路としてのトグル回路48で受けると、トグル回路48はラッチ回路49から受けている直前のデコード信号を反転してラッチ回路49に送る。ラッチ回路49はetuクロック信号サイクルに同期してトグル回路48の出力信号をラッチする。以上によりタイプA方式による受信信号をデコードすることができる。
タイプB方式による受信信号をデコードする場合は、通信方式の判定で使用した無変調期間計測タイマ41と変調期間計測タイマ42を通信方式の判定に継続して使用する。タイプB方式による通信では前述したようにデータが”0”から”1”、”1”から”0”へ変化する場合は変調から無変調、無変調から変調に変化し、”0”から”0”、”1”から”1”とデータが変化しない場合は無変調の連続、変調の連続となる。タイマ値比較回路46に判定閾値を適当に設定し、無変調期間計測タイマ41の計測値が判定閾値と一致し、且つラッチ回路49の直前のデコード信号が”0”であったときと、変調期間計測タイマ42の計測値が判定閾値と一致し、且つラッチ回路49の直前のデコード信号が”1”であったときに、データ反転制御信号53を活性化する。リーダ/ライタから最初に受信するデータは”0”なので、予めラッチ回路49にデータ”0”をラッチしておく。データ反転制御信号53をトグル回路48で受けると、トグル回路48はラッチ回路49から受けている直前のデコード信号を反転してラッチ回路49に送る。ラッチ回路49はetuクロック信号サイクルに同期してトグル回路48の出力信号をラッチする。以上によりタイプB方式による受信通信をデコードすることができる。
高速タイプのFLC方式による受信信号をデコードする場合は、通信方式の判定で使用した無変調期間計測タイマ41と変調期間計測タイマ42を通信方式の判定に継続して使用する。FLC方式による通信では前述したようにデータが”0”から”1”、”1”から”0”へ変化する場合はデータが変化しない場合にくらべて変調期間、無変調期間の連続期間が長くなる。タイマ値比較回路46に判定閾値を適当に設定し、無変調期間計測タイマ41による計測値が判定閾値と一致したときと、変調期間計測タイマ42による計測値が判定閾値と一致したときに、データ反転制御信号53を生成する。リーダ/ライタから最初に受信するデータは”0”なので、予めラッチ回路49にデータ”0”をラッチしておく。データ反転制御信号53をトグル回路48が受けると、トグル回路48はラッチ回路49から先に受けている直前のデコード信号を反転してラッチ回路49に送る。ラッチ回路49はetuクロック信号54に同期してトグル回路48からのデータをラッチする。以上によりFLCによる受信通信をデコードすることができる。
タイプA方式、タイプB方式、FLC方式のそれぞれの判定閾値をタイマ値比較回路46に用意し、判定部45の信号51を用いて通信方式および伝送レートに適した判定閾値を選択し、ラッチ回路49の出力をタイマ値比較回路46に帰還させることにより、通信方式判定結果に応じてデコード方式を可変可能なデコーダとしてデコード部50を機能させることができ、この一つのデコード機能回路で複数の通信方式に対応して受信データをデコードすることが可能になる。なお、タイプA方式、タイプB方式では106kbpsでの最初の通信の後に、リーダ/ライタとの通信に従って伝送レートを212kbps、424kbps、847kbpsに設定することが可能である。通信方式や通信レートが予め分かっている場合には、例えばCPU13等の制御により判定部45の動作を停止し、CPU13等から通信方式や通信レートをデコード部50に伝達し、タイマ値比較回路46にタイプA方式、タイプB方式の212kbps、424kbps、847kbps用の判定閾値を設定することで、タイプA方式、タイプB方式の212kbps、424kbps、847kbpsの伝送レートによる受信データのデコードも可能である。
通信方式の判別結果に応じたデコード動作の具体的な動作タイミングを説明する。
図11はタイプAのデコード動作を例示するタイミングチャートである。タイプAのデコード動作において、無変調期間測定タイマ41が夫々の無変調期間である“H”期間において搬送波抽出クロックの周波数(13.56MHz)に匹敵する動作クロック信号27を計数し、変調期間である“L”期間の開始によって計数地を0にクリアする。計数値(カウント値)、即ち期間の計測値43は図11においてc.uとして図示される。データ伝送レートは106kbps(データ1ビットのサイクルは搬送波の128周期)である。タイマ値比較回路46は計数値と判定閾値を比較する。計数値c.uが判定閾値を超えることによって、トグル回路48の出力56を反転させ、これをetuクロック信号に同期してラッチ回路49にラッチすることによってデコード信号35が得られる。判定閾値は直前のデコード値によって変化され、前のデコード値が“1”のときはカウント値が112でトグル回路48の出力を反転し(t2、t4)、これに続けてカウント値が192に達したときは更にトグル回路48の出力を反転し(t3)、また、前のデコード値が“0”のときはカウント値が112でトグル回路48の出力を反転する(t1)。判定閾値は1etuにおけるデューティーの変動度合いに応じて適切に決めれば良い。
図12にはタイプBのデコード動作を例示するタイミングチャートである。タイプBのデコード動作において、無変調期間測定タイマ41は無変調期間である“H”期間の開始に同期して搬送波抽出クロックの周波数(13.56MHz)に匹敵する動作クロック信号27の計数を開始し(t1)、計数値が判定閾値に達したとき(t2)、トグル回路48の出力を反転させると共に、無変調期間測定タイマ41の計数動作を停止させ、且つ、変調期間測定タイマ42の計数値を0にクリアする。変調期間測定タイマ42は変調期間である“L”期間の開始に同期して搬送波抽出クロックの周波数(13.56MHz)に匹敵する動作クロック信号27の計数を開始し(t3)、計数値が判定閾値に達したとき(t4)、トグル回路48の出力を反転させると共に、変調期間測定タイマ42の計数動作を停止させ、且つ、無変調期間測定タイマ41の計数値を0にクリアする。判定閾値は例えば計数値に対して64である。判定閾値はデューティーの変動を考慮して決めればよい。
図13は高速タイプ(FLC)のデコード動作を例示するタイミングチャートである。高速タイプのデコード動作では、タイマ値比較回路46が生成するタイマネーブル信号ENB−TMRM,ENB−TMRNを用いて測定タイマ42,41のカウント動作を制御する。イネーブルENB−TMRM,ENB−TMRNを生成するためにウインドウクロックWCLKを用いる。例えばデータ伝送レートを212kbps(データ1ビットのサイクルは搬送波の64周期)とし、その場合に、ウインドウクロックWCLKはetuクロック信号54に対して1/4周期遅延した信号とされる。無変調期間のタイマイネーブル信号ENB−TMRNは、ラッチ回路49から帰還される直前のデコード値が“0”のときにウインドウクロックWCLKと復調信号23の論理積信号とされ、帰還される直前のデコード値が“1”のときはローレベルにされる。変調期間のタイマイネーブル信号ENB−TMRMは、ラッチ回路49から帰還される直前のデコード値が“1”のときにウインドウクロックWCLKと復調信号23の論理積信号とされ、帰還される直前のデコード値が“0”のときはローレベルにされる。無変調期間測定タイマ41は無変調期間のタイマイネーブル信号ENB−TMRNが“H”のとき計数動作を行い、変調期間測定タイマ42は変調期間のタイマイネーブル信号ENB−TMRMが“H”のとき係数数動作を行う。タイマ値比較回路46は計数値43,44が判定閾値を超えたとき、トグル回路48の出力を反転させる(t1,t2,t3,t4)。ウインドウクロックWCLKを用いているから判定閾値は計数値に対して32でよい。ウインドウクロックWCLKはデューティーの変動に対処する一つの手段である。
以上説明した受信ロジック回路30によれば、符号タイプ毎に固有のデコーダを備えることを要しない。したがって、異なる符号タイプを用いて符号化された受信信号の符号タイプを判別して復号する回路の規模を縮小することができる。ICカードのように小型化が要請される機器において好適である。
図14には受信ロジック回路の別の例が示される。同図に示される受信ロジック回路30Aは、無変調期間測定タイマと変調期間測定タイマを期間測定タイマ(TMR)60によって兼用させ、また、復調回路21で復調した受信信号を判別部45とタイマ値比較回路46に入力している点が、図1と相違される。この例では、無変調期間、変調期間のそれぞれを必要に応じて時分割で期間計測タイマ60により計測する。無変調期間の計測値か変調期間の計測値かを判定するために、復調回路21で復調した受信信号を入力する判別部45とタイマ値比較器テーブル46は、タイマ40Aから出力される計測値が無変調期間のものであるのか変調期間のものであるのかをしることができる。これにより、図1と同等の機能を、少ない構成部品によって得る事ができる。
図15には受信ロジック回路の更に別の例が示される。同図に示される受信ロジック回路30Bは、無変調期間測定タイマと変調期間測定タイマをデータデコードと通信方式判定で個別化したものであり、通信方式の判別の専用化された、無変調期間測定タイマ41Aと変調期間測定タイマ41Bを新たに追加した。これによれば、タイマのカウントアップ間隔やカウントアップのタイミング等をデータデコード用と通信方式判別用にそれぞれが個別に行うことができ、設計の容易化等に寄与することができる。
図16にはNFCシステムを備えた携帯電話機(MBLPHN)70に本発明を適用した場合が例示される。CFCDGLは図2のマイクロコンピュータ4における非接触通信アナログ11を除くディジタル回路部分を総称する。図2のICカードに適用したマイクロコンピュータ(MCU)4を携帯電話機に搭載し、このマイクロコンピュータ4をホストコントローラ(HSTCNT)71、セキュアモジュール(SCRMDL)72に接続する。ホストコントローラ(HSTCNT)71は携帯電話機のための操作部(OPRTN)73、表示部(DSP)74、及び移動体通信部(MBLCOM)75に接続される。セキュアモジュール72は認証処理などに用いられる。ホストコントローラ71は全体的な制御を行う。これによれば、携帯電話機70に非接触ICカードと同じインタフェース機能を搭載する場合に、追加回路の小型化に寄与することができる。
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、符号タイプは上記説明に限定されない。通信に用いられる変調方式は振幅変調(ASK(Amplitude Shift Keying))に限定されず、PSK(Phase Shift Keying)やQAM(Quadrature Amplitude Modulation)その他であってもよい。本発明はICカードや携帯電話器への適用に限定されず、その他の携帯端末等に広く適用することができる。
図1は受信ロジック回路の具体例を示すブロック図である。 図2は本発明に係る通信装置の一例として非接触ICカードを例示するブロック図である。 図3はタイプAの変調符号を例示する説明図である。 図4はタイプBの変調符号を例示する説明図である。 図5は高速タイプの変調符号を例示する説明図である。 図6はパケット受信開始時の復調信号波形を示す波形図である。 図7は符号タイプの判別動作、即ち通信方式の判別動作のフローチャートである。 図8はタイプA方式の変調符号で符号化した2ビット分の信号を示す波形図である。 図9はタイプB方式の変調符号で符号化した2ビット分の信号を示す波形図である。 図10はFLC方式の変調符号で符号化した2ビット分の信号を示す波形図である。 図11はタイプAのデコード動作を例示するタイミングチャートである。 図12はタイプBのデコード動作を例示するタイミングチャートである。 図13は高速タイプ(FLC)のデコード動作を例示するタイミングチャートである。 図14は受信ロジック回路の別の例を示すブロック図である。 図15は受信ロジック回路の更に別の例を示すブロック図である。 図16はNFCシステムを備えた携帯電話機に本発明を適用した場合を例示する概略ブロック図である。
符号の説明
1 非接触ICカード(CRD)
3 アンテナ
4 マイクロコンピュータ(MCU)
11 非接触通信アナログ部(CFCALG)
12 非接触通信ロジック部(CFCLGC)
13 中央処理装置(CPU)
20 受信回路(RCVC)
21 復調回路(DMDLC)
22 変調回路(MDLC)
30,30A,30B 受信ロジック回路(RXLGC)
31 受信データバッファ(RXDBUF)
32 送信ロジック回路(TXLGC)
33 送信データバッファ(TXDBUF)
34 制御ロジック部(CNTLGC)
24 クロック抽出回路(CKEXT)
25 搬送波抽出クロック信号
26 クロックパルスジェネレータ(CPG)
27 動作クロック信号
40 タイマ
45 判別部
50 デコード部
41 無変調期間計測タイマ(TMRN)
42 変調期間計測タイマ(TMRM)
46 タイマ値比較回路(CMPTBL)
47 etuクロック生成回路(ETUGNR)
48 トグル回路(TGGL)
49 ラッチ回路(LAT)

Claims (15)

  1. 所定の符号タイプで符号化され、アンテナで受信された変調信号を、復調する復調回路と、前記復調回路から出力された復調信号を復号する受信ロジック回路と、を有する半導体装置であって、
    前記受信ロジック回路は、前記復調信号に対して、その符号タイプを複数の符号タイプの中から判別し、判別した符号タイプに応じた復号を行って、受信データを再生し、
    前記符号タイプの判別は、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の符号間での相違に基づいて行われ、
    前記復調信号の復号は、判別された符号タイプに応じて復調信号に交互に現れる変調期間又は無変調期間の状態に基づいて行われる、半導体装置。
  2. 前記受信ロジック回路は、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の所要の期間を計測するタイマと、前記タイマで計測された計測値に基づいて符号タイプを判別する判別部と、判別した符号タイプに応じて前記タイマで計測した結果を用いることにより前記復調信号の復号を行って受信データを再生するデコード部とを有する、請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記タイマは変調信号から抽出した搬送波抽出クロック信号に同期するクロック信号を計数して期間を計測する、請求項2記載の半導体装置。
  4. 前記複数の符号タイプは、モディファイ・ミラー、NRZ、及びマンチェスタに大別される、請求項2記載の半導体装置。
  5. 前記判別部は、前記タイマによる復調信号の変調期間において当該無変調期間の計測値がモディファイ・ミラーとNRZの夫々のエンコードタイムユニットの半分に相当する値を超えたことを検出したときNRZと判別し、
    前記半分に相当する値を超える前に復調信号が無変調期間に遷移したとき当該無変調期間において無変調期間の計測値が前記エンコードタイムユニットの半分に相当する値を超えたことを検出したときモディファイ・ミラーと判別し、
    前記無変調期間の計測値が前記エンコードタイムユニットの半分に相当する値を超える前に復調信号が変調期間に再度遷移したときはマンチェスタと判別する、請求項4記載の半導体装置。
  6. 前記マンチェスタにはデータの伝送レートが異なる複数の符号タイプがあり、
    前記判別部は、前記マンチェスタと判別したとき、変調期間の計測値の増加に応じて前記マンチェスタにおける伝送レートの相違を判別する、請求項5記載の半導体装置。
  7. 前記タイマは、判別された符号タイプがモディファイ・ミラーのとき、無変調期間毎にその期間を計測し、
    前記デコード部は、判別された符号タイプがモディファイ・ミラーのとき、タイマの計測値が閾値を越える毎に論理値を反転して、その反転タイミングを前記エンコードタイムユニットに同期化させたデコード信号を生成する、請求項5記載の半導体装置。
  8. 前記閾値は前記エンコードタイムユニットの半分を超える期間に相当する、請求項7記載の半導体装置。
  9. 前記タイマは、判別された符号タイプがNRZのとき、無変調期間の開始からエンコードタイムユニットの1/nの期間を計測し、次の変調期間の開始からエンコードタイムユニットの1/nの期間を計測する動作を繰り返し、
    前記デコード部は、判別された符号タイプがNRZのとき、前記タイマの計測値が閾値を越える毎に論理値を反転して、その反転タイミングを前記エンコードタイムユニットに同期化させたデコード信号を生成する、請求項5記載の半導体装置。
  10. 前記閾値は前記エンコードタイムユニットの半分の期間に相当する、請求項9記載の半導体装置。
  11. 前記タイマは、判別された符号タイプがマンチェスタのとき、エンコードタイムユニットの境界を挟む前後所定期間毎に、無変調期間とオーバーラップする期間と、変調期間とオーバーラップする期間とを夫々計測し、
    前記デコード部は、判別された符号タイプがマンチェスタのとき、前記タイマの計測値が閾値を越える毎に論理値を反転して、その反転タイミングを前記エンコードタイムユニットに同期化させたデコード信号を生成する、請求項5記載の半導体装置。
  12. 前記エンコードタイムユニットの境界を挟む前後所定期間は、前後夫々にエンコードタイムユニットの1/4の期間を有する、請求項11記載の半導体装置。
  13. 前記受信ロジック回路から出力される受信データを一時的に蓄える受信データバッファと、
    送信データを一時的に蓄える送信データバッファと、
    前記送信データバッファから出力される送信データを、前記受信ロジック回路で判別された符号タイプに対応して符号化する送信ロジック回路と、
    前記送信ロジック回路で生成された符号化信号に基づいて搬送波をデータ信号に変調する変調回路と、
    前記受信ロジック回路及び送信ロジック回路の動作を制御し、前記受信データバッファ及び前記送信データバッファをアクセス制御する中央処理装置と、をさらに有する請求項1記載の半導体装置。
  14. 搬送波を使用し、電磁誘導による通信を行う通信装置であって、データ処理装置を有し、
    前記データ処理装置は、所定の符号タイプで符号化され、アンテナで受信された変調信号を、復調する復調回路と、前記復調回路から出力された復調信号を復号する受信ロジック回路と、を有し、
    前記受信ロジック回路は、前記復調信号に対して、その符号タイプを複数の符号タイプの中から判別し、判別した符号タイプに応じた復号を行って、受信データを再生し、
    前記符号タイプの判別は、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の符号間での相違に基づいて行われ、
    前記復調信号の復号は、判別された符号タイプに応じて復調信号に交互に現れる変調期間又は無変調期間の状態に基づいて行われる、通信装置。
  15. 前記受信ロジック回路は、復調信号に現れる変調期間又は無変調期間の所要の期間を計測するタイマと、前記タイマで計測された計測値に基づいて符号タイプを判別する判別部と、判別した符号タイプに応じて前記復調信号の復号を行って受信データを再生するデコード部とを有する、請求項1記載の通信装置。
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