JP2021098937A - 回路装置、電子機器、通信システム及び車両用電子キーシステム - Google Patents

回路装置、電子機器、通信システム及び車両用電子キーシステム Download PDF

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久浩 伊藤
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Abstract

【課題】機器間で通信を行う通信システムにおけるクロック信号の同期誤差を原因とする問題の発生を防止できる回路装置等の提供。【解決手段】回路装置１０は、受信機７０と、受信機７０が受信した受信データＤＲに対してクロック信号ＣＬＫを用いて処理を行う制御回路６０と、制御回路６０が受信データＤＲに基づいて処理を行うことで生成された送信データＤＴを送信する送信機８０と、を含む電子機器９０に用いられる。回路装置１０は、受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、送信データＤＴ又はクロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差を測定する時間デジタル変換回路２０と、時間デジタル変換回路２０の時間差の測定結果ＭＱを制御回路６０に出力する出力インターフェース３０を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、回路装置、電子機器、通信システム及び車両用電子キーシステム等に関する。
ホスト機器と、端末機器である電子機器を備え、ホスト機器と電子機器との間で通信を行う通信システムにおいては、電子機器とホスト機器とで別個のクロック信号が用いられる。このため電子機器で用いられるクロック信号とホスト機器で用いられるクロック信号が非同期となり、これが原因で様々な問題が発生する。
例えば特許文献１には、ホスト機器として車載器が設けられ、電子機器として携帯機が設けられる通信システムである車両用の電子キーシステムが開示されている。この電子キーシステムは、リレーアタックを受けていることを検出するものである。この電子キーシステムでは、車載器が、車両用電子キーである携帯機に対してチャレンジ信号を送信してから、携帯機からレスポンス信号を受信するまでの時間を信号往復時間として計測すると共に、携帯機においてチャレンジ信号を受信してからレスポンス信号を返送するまでに要した時間を応答処理時間として計測する。そして、信号往復時間から応答処理時間を差し引いてなる判定用時間が、予め設定されている適正範囲に収まっていない場合には、リレーアタックを受けていると判定する。
特開２０１９−６５６１０号公報
特許文献１の電子キーシステムにおいては、応答処理時間の測定は、携帯機が内蔵するクロック発振器が生成するクロック信号に基づくカウント処理によって行われる。しかし、クロック発振器のクロック信号は車載器のクロック信号と同期しているわけではないので、カウント処理を開始するまでに最大で１クロック分の誤差が生じるおそれがある。この誤差が判定用時間の誤差となり、リレーアタックを受けているか否かの判定精度が低下するおそれがあった。このように、電子機器とホスト機器との間で通信を行う通信システムでは、電子機器のクロック信号とホスト機器のクロック信号が非同期であることなどを原因として、種々の問題が発生するおそれがあった。
本開示の一態様は、受信機と、前記受信機が受信した受信データに対してクロック信号を用いて処理を行う制御回路と、前記制御回路が前記受信データに基づいて処理を行うことで生成された送信データを送信する送信機と、を含む電子機器に用いられる回路装置であって、前記受信データに基づくスタート信号の遷移タイミングと、前記送信データ又は前記クロック信号に基づくストップ信号の遷移タイミングとの時間差を測定する時間デジタル変換回路と、前記時間デジタル変換回路の前記時間差の測定結果を前記制御回路に出力する出力インターフェースと、を含む回路装置に関係する。
本実施形態の回路装置、電子機器、通信システムの構成例。 本実施形態の回路装置、電子機器、通信システムの詳細な構成例。 クロック信号が非同期であることで発生する問題を説明する信号波形図。 本実施形態の動作例を説明する信号波形図。 本実施形態の他の動作例を説明する信号波形図。 送信機の送信回路を含む回路装置の構成例。 送信回路、搬送波信号生成回路の詳細な構成例。 時間デジタル変換回路の第１構成例。 時間デジタル変換回路の第１構成例の動作を説明する信号波形図。 時間デジタル変換回路の第２構成例。 時間デジタル変換回路の第２構成例の動作を説明する信号波形図。 電子機器の構成例。
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。
１．回路装置、電子機器、通信システム
図１に本実施形態の回路装置１０、電子機器９０、通信システム２００の構成例を示す。本実施形態の通信システム２００は、本実施形態の電子機器９０と、ホスト機器１００を含む。電子機器９０は、例えばホスト機器１００と通信接続される端末機器である。ホスト機器１００は、電子機器９０が受信する受信データＤＲを電子機器９０に送信し、電子機器９０からの送信データＤＴを電子機器９０から受信する。電子機器９０とホスト機器１００は、例えば無線通信によりデータを通信する。なお電子機器９０とホスト機器１００とが有線通信によりデータを通信するようにしてもよい。
電子機器９０は、受信機７０と送信機８０と制御回路６０と回路装置１０を含む。受信機７０は受信データＤＲを受信する。具体的にはホスト機器１００が送信した送信データＤＴＨを受信データＤＲとして受信する。制御回路６０は、受信機７０が受信した受信データＤＲに対してクロック信号ＣＬＫを用いて処理を行う。例えば制御回路６０は、クロック信号ＣＬＫにより動作して、受信データＤＲに対して後述する暗号化処理等の処理を行い、当該処理により生成された送信データＤＴを送信機８０に出力する。制御回路６０は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現したり、或いはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などにより実現できる。送信機８０は、制御回路６０が受信データＤＲに基づいて処理を行うことで生成された送信データＤＴを送信する。即ちホスト機器１００に送信データＤＴを無線通信等により送信する。受信機７０、送信機８０は、例えば通信用のＡＳＩＣや通信用のプロセッサーなどにより実現できる。
ホスト機器１００は、受信機１７０と送信機１８０と制御回路１６０と回路装置１１０を含む。送信機１８０は送信データＤＴＨを送信する。具体的には制御回路１６０が生成した送信データＤＴＨを電子機器９０に送信する。受信機１７０は受信データＤＲＨを受信する。具体的には電子機器９０が送信した送信データＤＴを受信データＤＲＨとして受信する。制御回路１６０は、受信データＤＲＨに対してクロック信号ＣＬＫＨを用いて処理を行う。例えば制御回路１６０は、受信データＤＲＨに基づいて、後述する復号化処理を行ったり、距離測定のための処理を行う。制御回路６０は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現したり、或いはＡＳＩＣなどにより実現できる。受信機１７０、送信機１８０は、通信用のＡＳＩＣや通信用のプロセッサーなどにより実現できる。回路装置１１０は、時間デジタル変換回路１２０と出力インターフェース１３０を含む。時間デジタル変換回路１２０は、例えば送信データＤＴＨに基づくスタート信号ＳＴＡＨの遷移タイミングと、受信データＤＲＨに基づくストップ信号ＳＴＰＨの遷移タイミングとの時間差を測定する。そして出力インターフェース１３０は、当該時間差の測定結果ＭＱＨを制御回路１６０に出力する。
本実施形態の通信システム２００が車両用の電子キーシステムである場合には、ホスト機器１００は車載器であり、電子機器９０は車両用電子キーであり、電子キーの携帯機である。車両用電子キーはスマートキーとも呼ばれる。そして車載器と車両用電子キーとの間の認証方式として例えばチャレンジ−レスポンス方式が用いられる。具体的にはホスト機器１００である車載器の送信機１８０が、チャレンジコードを含むチャレンジ信号をポーリング信号として送信し、電子機器９０である車両用電子キーの受信機７０が、このチャレンジ信号を受信する。車両用電子キーは、チャレンジ信号に含まれるチャレンジコードに対して共通の暗号鍵による暗号化処理を行い、暗号化処理により得られたレスポンスコードを含むレスポンス信号を車載器に送信する。そして車載器が、受信したレスポンス信号のレスポンスコードを、共通の暗号鍵を用いて復号化し、レスポンスコードとチャレンジコードの一致判定を行うことで、車両用電子キーの認証を実現する。このように、無線通信によって車両用電子キーを認証することで、車両用電子キーを携帯したユーザーが、キーとしての車両用電子キーを操作することなく、ドアの解錠、施錠等を行うことができるシステム、即ち、スマートエントリーシステムを実現できる。
この場合に、車載器の送信機１８０と車両用電子キーの受信機７０はＬＦ（Low Frequency）の帯域の無線通信を行う。ＬＦの帯域は例えば３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの帯域であり、電子キーシステムでは、ＬＦの通信周波数として例えば１２５ｋＨｚや１３４ｋＨｚの周波数が用いられる。このようにＬＦの帯域で通信を行うことで、例えば車両から５メートル以内となる範囲を車両通信エリアに設定できるようになる。一方、車両用電子キーの送信機８０と車載器の受信機１７０はＵＨＦ（Ultra High Frequency）の帯域の無線通信を行う。ＵＨＦの帯域は例えば３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの帯域であり、電子キーシステムでは、ＵＨＦの通信周波数として例えば３１５ＭＨｚの周波数が用いられる。
そして、図１に示すような通信システム２００における電子機器９０に用いられる本実施形態の回路装置１０は、時間デジタル変換回路２０と出力インターフェース３０を含む。なお本実施形態の回路装置１０は、図１に示すような電子機器９０に用いられるものであればよく、後述のように回路装置１０は例えば送信機８０に設けられるものであってもよい。
時間デジタル変換回路２０は、受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、送信データＤＴ又はクロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差を測定する。例えば時間デジタル変換回路２０は、これらの遷移タイミングの時間差に対応するデジタル値を求めて出力する。出力インターフェース３０は、時間デジタル変換回路２０の時間差の測定結果ＭＱを制御回路６０に出力する。出力インターフェース３０は、例えば測定結果ＭＱの信号を出力するバッファー回路などを含む回路である。例えば出力インターフェース３０は、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）などのシリアルインターフェース回路により実現できる。例えば制御回路６０がマイクロコンピューターである場合には、このようなＳＰＩ、Ｉ２Ｃ等のシリアルインターフェース回路を用いて、回路装置１０と制御回路６０との間での通信を行って、測定結果ＭＱのデータを制御回路６０に送信できる。
スタート信号ＳＴＡ、ストップ信号ＳＴＰは例えばパルス信号であり、スタート信号ＳＴＡ、ストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングは、パルス信号の例えば立ち上がりエッジのタイミングである。なお遷移タイミングはパルス信号の立ち下がりエッジのタイミングであってもよい。
そして時間デジタル変換回路２０は、例えば受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、送信データＤＴに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差を測定する。この場合に受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングは、例えば受信データＤＲの受信が完了したタイミングである。例えば受信機７０が受信した受信データＤＲは制御回路６０に出力されるが、受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングは、受信機７０から制御回路６０に出力される受信データＤＲの最後尾のタイミングである。また制御回路６０は、受信データＤＲに基づく処理を行うことで送信データＤＴを生成して、送信機８０に出力するが、送信データＤＴに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングは、例えば制御回路６０の処理が完了するタイミングである。例えば送信データＤＴに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングは、制御回路６０が処理を完了して送信データＤＴを送信機８０に出力するタイミングである。
また時間デジタル変換回路２０は、例えば受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、クロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差を測定してもよい。この場合に受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングは、上述と同様に例えば受信データＤＲの受信が完了したタイミングである。例えば受信データＤＲの最後尾のタイミングである。一方、クロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングは、例えばスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングの後における、クロック信号ＣＬＫの遷移タイミングである。例えばクロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングは、スタート信号ＳＴＡの信号レベルが遷移してアクティブになった後における、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジ或いは立ち下がりエッジのタイミングである。
出力インターフェース３０は、時間デジタル変換回路２０により測定されたスタート信号ＳＴＡとストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差に対応する測定結果ＭＱを、制御回路６０に出力する。例えば制御回路６０は、受信機７０の受信データＤＲに対してクロック信号ＣＬＫを用いて暗号化処理等のデジタルデータの処理を行う。そして制御回路６０は、例えば受信データＤＲが受信されてから当該処理が完了するまでの処理時間を、スタート信号ＳＴＡ、ストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差に対応する測定結果ＭＱに基づいて求める。このように時間デジタル変換回路２０の測定結果ＭＱに基づいて、制御回路６０の処理時間を求めることで、電子機器９０側のクロック信号ＣＬＫとホスト機器１００側のクロック信号ＣＬＫＨとが非同期であっても、処理時間を正確に求めることが可能になる。そして制御回路６０は、この処理時間の情報を含む送信データＤＴを送信機８０に出力し、この送信データＤＴが送信機８０によりホスト機器１００に送信される。これにより、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨが非同期である場合にも、制御回路６０の処理時間の正確な測定結果を、ホスト機器１００に伝えることが可能になる。
或いは、時間デジタル変換回路２０は、受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、クロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差を測定する。これにより非同期であるクロック信号ＣＬＫとクロック信号ＣＬＫＨの同期誤差の情報が、測定結果ＭＱとして制御回路６０に出力されるようになる。この同期誤差の情報はクロック信号ＣＬＫとクロック信号ＣＬＫＨの位相差を表す情報である。そして制御回路６０は、この同期誤差の情報と、制御回路６０の処理時間をクロック信号ＣＬＫによりカウントしたカウント値の情報と、を含む送信データＤＴを、送信機８０に出力し、この送信データＤＴがホスト機器１００に送信される。このように、処理時間をクロック信号ＣＬＫによりカウントしたカウント値に加えて、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差の情報をホスト機器１００に送信することで、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨが非同期である場合にも、制御回路６０の処理時間の正確な測定結果を、ホスト機器１００に伝えることが可能になる。
ホスト機器１００の回路装置１１０は、時間デジタル変換回路１２０と出力インターフェース１３０を含む。そして時間デジタル変換回路１２０は、例えば送信データＤＴＨに基づくスタート信号ＳＴＡＨの遷移タイミングと、受信データＤＲＨに基づくストップ信号ＳＴＰＨの遷移タイミングとの時間差を測定する。例えば送信データＤＴＨに基づくスタート信号ＳＴＡＨの遷移タイミングは、送信データＤＴＨの送信が完了したタイミングであり、受信データＤＲＨに基づくストップ信号ＳＴＰＨの遷移タイミングは、受信データＤＲＨの受信が完了したタイミングである。この場合に時間デジタル変換回路１２０は、送信データＤＴＨの送信が完了したタイミングから、受信データＤＲＨの受信が完了したタイミングまでの時間差を測定する。そして出力インターフェース１３０は、時間デジタル変換回路１２０での時間差の測定結果ＭＱＨを制御回路１６０に出力する。これにより制御回路１６０は、送信データＤＴＨを送信してから受信データＤＲＨが受信されるまでの時間を測定できる。そしてホスト機器１００は、上述したように、電子機器９０の制御回路６０が行う処理の処理時間の測定結果を受信する。従って、送信データＤＴＨを送信してから受信データＤＲＨが受信されるまでの時間と、制御回路６０での処理時間とに基づいて、ホスト機器１００と電子機器９０との間での無線通信における電波伝搬時間を求めることが可能になる。そしてこの電波伝搬時間に基づいて、例えばホスト機器１００と電子機器９０との距離を測定することができる。これにより例えば図１の通信システム２００が車両用の電子キーシステムである場合には、測定された距離を利用することで、スマートエントリーシステムにおけるリレーアタックを防止できるようになる。例えば測定された距離が、スマートエントリーシステムにおいて想定される距離よりも長い場合には、リレーアタックが行われたと判定できるようになる。
以上のように本実施形態の回路装置１０によれば、受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、送信データＤＴ又はクロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差が、時間デジタル変換回路２０により測定されて、測定結果ＭＱが制御回路６０に出力される。このようにすれば、電子機器９０側のクロック信号ＣＬＫとホスト機器１００側のクロック信号ＣＬＫＨが非同期である場合にも、制御回路６０の処理時間の正確な測定結果や、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差の情報を、時間デジタル変換回路２０を利用して求めることが可能になる。従って、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨが非同期であることを原因して発生する問題を解決することが可能になる。
図２に本実施形態の回路装置１０、電子機器９０、通信システム２００の詳細な構成例を示す。図２では、回路装置１０がクロック信号生成回路４０を含む。クロック信号生成回路４０は、振動子ＸＴＡＬを用いてクロック信号ＣＬＫを生成し、生成したクロック信号ＣＬＫを制御回路６０に出力する。制御回路６０は、クロック信号ＣＬＫを動作クロック信号として動作する。具体的にはクロック信号生成回路４０は、振動子ＸＴＡＬを発振させる発振回路により構成される。この発振回路は、振動子ＸＴＡＬが接続される第１振動子用端子と第２振動子用端子との間に設けられた発振用の駆動回路などを含む。例えば発振回路は、駆動回路を実現するバイポーラートランジスターなどのトランジスターと、キャパシターや抵抗などの能動素子により実現できる。発振回路としては、例えばピアース型、コルピッツ型、インバーター型又はハートレー型などの種々のタイプの発振回路を用いることができる。
振動子ＸＴＡＬは、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。振動子ＸＴＡＬは、例えば水晶振動片などの振動片により実現できる。例えば振動子ＸＴＡＬは、カット角がＡＴカットやＳＣカットなどの厚みすべり振動する水晶振動片などにより実現できる。なお本実施形態の振動子ＸＴＡＬは、例えば厚みすべり振動型以外の振動片や、水晶以外の材料で形成された圧電振動片などの種々の振動片により実現できる。例えば振動子ＸＴＡＬとして、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子や、シリコン基板を用いて形成されたシリコン製振動子としてのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子等を採用してもよい。
このように回路装置１０に設けられたクロック信号生成回路４０により生成されたクロック信号ＣＬＫを用いて、制御回路６０を動作させることで、制御回路６０に対して別個のクロック信号生成回路を設けなくても済むようになる。これにより、電子機器９０のコンパクト化や低コスト化を図れる。またクロック信号ＣＬＫは、水晶振動片などにより実現される振動子ＸＴＡＬを用いて生成されるため、周波数精度が高い。例えば±５０ｐｐｍ以下の周波数精度のクロック信号ＣＬＫを生成できる。そして、このような周波数精度が高いクロック信号ＣＬＫを用いて処理を行う制御回路６０の処理時間を、クロック信号ＣＬＫのカウント値を用いて測定すれば、処理時間の測定精度も向上できるようになる。従って、ホスト機器１００が、例えばこの処理時間の測定情報に基づいて、電波伝搬時間や電子機器９０とホスト機器１００の距離を測定した場合に、測定結果の高精度化を図れるようになる。
また時間デジタル変換回路２０は、クロック信号生成回路４０により生成されたクロック信号ＣＬＫを用いて、スタート信号ＳＴＡとストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差を測定する。具体的には後述の図８〜図１１で説明するような構成の時間デジタル変換回路２０により時間差を測定する。このように水晶振動片などにより実現される振動子ＸＴＡＬを用いてクロック信号ＣＬＫを生成することで、高精度のクロック周波数のクロック信号ＣＬＫを得ることができる。そして、周波数精度が高いクロック信号ＣＬＫを用いて時間デジタル変換回路２０が時間デジタル変換を行うことにより、半導体素子を用いて時間デジタル変換を実現する場合に比べて、時間デジタル変換の高精度化を図れる。従って、時間デジタル変換回路２０が、受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、送信データＤＴ又はクロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差を測定した場合に、時間差を高精度に測定でき、高精度の測定結果ＭＱを制御回路６０に出力できるようになる。従って、時間デジタル変換回路２０の測定結果ＭＱに基づいて、制御回路６０が行う処理の処理時間を測定する場合に、処理時間の測定の高精度化を図れる。また時間デジタル変換回路２０が、受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、クロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差を測定する場合には、非同期であるクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差を高精度に測定することが可能になる。
また制御回路６０はスタート信号生成部６６とストップ信号生成部６８を含む。そしてスタート信号生成部６６は、受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡを生成する。例えばスタート信号生成部６６は、受信データＤＲの受信が完了したタイミングで信号レベルが遷移するスタート信号ＳＴＡを生成する。具体的には受信データＤＲの受信が完了したタイミングでパルスが発生するスタート信号ＳＴＡを生成する。
またストップ信号生成部６８は、送信データＤＴに基づくストップ信号ＳＴＰを生成する。例えばストップ信号生成部６８は、制御回路６０が暗号化処理等の処理が完了して送信データＤＴを送信機８０に出力するタイミングで信号レベルが遷移するストップ信号ＳＴＰを生成する。具体的には、制御回路６０が処理を完了して送信データＤＴを出力するタイミングでパルスが発生するストップ信号ＳＴＰを生成する。或いはストップ信号生成部６８は、クロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰを生成してもよい。例えばストップ信号生成部６８は、スタート信号ＳＴＡの信号レベルが遷移した後における、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジ等のタイミングで信号レベルが遷移するストップ信号ＳＴＰを生成する。
また図２では、ホスト機器１００の制御回路１６０もスタート信号生成部１６６、ストップ信号生成部１６８を含む。そしてスタート信号生成部１６６は、送信データＤＴＨに基づくスタート信号ＳＴＡＨを生成する。例えばスタート信号生成部１６６は、送信データＤＴＨの送信が完了したタイミングで信号レベルが遷移するスタート信号ＳＴＡＨを生成する。またストップ信号生成部１６８は受信データＤＲＨに基づくストップ信号ＳＴＰＨを生成する。例えばストップ信号生成部１６８は、受信データＤＲＨの受信が完了したタイミングで信号レベルが遷移するストップ信号ＳＴＰＨを生成する。
また電子機器９０の制御回路６０は、レスポンスコード生成部６２を含み、レスポンスコード生成部６２は暗号化処理部６４を含む。またホスト機器１００の制御回路１６０は、チャレンジコード生成部１６２、制御処理部１６３を含み、制御処理部１６３は、復号化処理部１６４、距離測定部１６５を含む。例えば前述したチャレンジ−レスポンス方式の認証において、ホスト機器１００のチャレンジコード生成部１６２がチャレンジコードを生成する。チャレンジコードは、電子機器９０を認証するためのコードであり、例えば乱数等を用いて生成される。そして、生成されたチャレンジコードを含む送信データＤＴＨが送信機１８０により電子機器９０に送信される。この送信データＤＴＨは、電子機器９０の受信機７０により受信データＤＲとして受信される。そしてレスポンスコード生成部６２は、受信データＤＲに含まれるチャレンジコードに基づいてレスポンスコードを生成する。具体的にはレスポンスコード生成部６２の暗号化処理部６４が、チャレンジコードに対して、予め登録されている共通鍵を用いた暗号化処理を行うことで、レスポンスコードを生成する。暗号化方式としては、ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）、ＤＥＳ（Data Encryption Standard）又はＲＣ４などの方式を採用できる。そして送信機８０は、レスポンスコードを含む送信データＤＴをホスト機器１００に送信する。この場合に送信データＤＴは、前述したように処理時間の測定結果を含むことができる。或いは送信データＤＴは、同期誤差の情報やクロック信号ＣＬＫに基づくカウント処理のカウント値の情報を含むことができる。この送信データＤＴは、ホスト機器１００の受信機１７０により受信データＤＲＨとして受信される。そして制御処理部１６３の復号化処理部１６４が、受信データＤＲＨに含まれるレスポンスコードに対して、予め登録された共通鍵を用いた復号化処理を行う。そして復号化処理後のレスポンスコードとチャレンジコードとの一致判定を行い、一致した場合には、電子機器９０を適切な機器として認証する。また距離測定部１６５は、受信データＤＲＨに含まれる処理時間の情報に基づいて、電波伝搬時間を求め、電子機器９０とホスト機器１００の間の距離を測定する。或いは距離測定部１６５は、受信データＤＲＨに含まれる同期誤差の情報とカウント値の情報に基づいて、電波伝搬時間を求め、電子機器９０とホスト機器１００の間の距離を測定する。
前述したように電子機器９０のクロック信号ＣＬＫとホスト機器１００のクロック信号ＣＬＫＨは非同期であり、この非同期を原因として種々の問題が発生する。図３は、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨが非同期であることで発生する問題を説明する図である。なお以下で説明する図３、図４、図５の信号波形図では、各信号の信号波形を模式的に示しており、例えばクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの周波数等は実際のものとは異なっている。
まず図３において、ホスト機器１００の制御回路１６０がチャレンジコードを生成し、送信機１８０がチャレンジ信号を送信する。この送信が完了したタイミングで、Ａ１に示すようにスタート信号ＳＴＡＨのパルスが発生する。そして電子機器９０の受信機７０が、ホスト機器１００からチャレンジ信号を受信するが、無線通信によるチャレンジ信号の伝搬には、Ａ２に示すような電波伝搬時間が存在する。即ち、送信機１８０がチャレンジ信号を送信してから、電波伝搬時間の経過後に、受信機７０がチャレンジ信号を受信する。この電波伝搬時間は、ホスト機器１００と電子機器９０との間の距離が長いほど長い時間になる。
電子機器９０の制御回路６０は、受信したチャレンジ信号に含まれるチャレンジコードを抽出する。即ち、チャレンジ信号により伝送される受信データＤＲからチャレンジコードを抽出する。そして制御回路６０は、電子機器９０とホスト機器１００とで共用している共通鍵を用いて、チャレンジコードの暗号化処理を行って、レスポンスコードを生成する。そして電子機器９０の送信機８０が、Ａ３に示すように、生成されたレスポンスコードを含むレスポンス信号を送信し、ホスト機器１００の受信機１７０がレスポンス信号を受信する。このレスポンス信号の伝搬には、Ａ４に示すような電波伝搬時間が存在し、この電波伝搬時間は、ホスト機器１００と電子機器９０との間の距離が長いほど長い時間になる。そしてＡ５に示すように、レスポンス信号の受信が完了したタイミングでストップ信号ＳＴＰＨのパルスが発生する。
ホスト機器１００の制御回路１６０は、受信したレスポンス信号に含まれるレスポンスコードの復号化処理を行い、復号化処理後のレスポンスコードが、チャレンジコードと一致していた場合には、電子機器９０を適正な機器であると認証する。そして制御回路１６０は、チャレンジ信号の送信が完了してから、レスポンス信号の受信が完了するまでの時間差ＴＨを、例えばクロック信号ＣＬＫＨに基づくカウント処理により測定する。このとき、暗号化処理の処理時間の情報については、電子機器９０から受信しており、レスポンスコードの長さも既知であるため、制御回路１６０は、測定された時間差ＴＨに基づいて、電波伝搬時間を求めることができる。そして求められた電波伝搬時間から、電子機器９０とホスト機器１００の間の距離を測定し、測定された距離が、スマートエントリーシステムにおいて想定される距離よりも長い場合には、リレーアタックが行われたと判定する。
このときに、図３に示すように電子機器９０のクロック信号ＣＬＫとホスト機器１００のクロック信号ＣＬＫＨは非同期であるため、Ａ６に示すような同期誤差が発生し、この同期誤差は、通信するごとに変化してしまう。従って、同期誤差が原因で、電波伝搬時間に基づく距離の測定に誤差が発生してしまう。
例えば車両用電子キーなどの電子機器９０では、安価なＡＴ振動子が用いられ、そのクロック周波数は例えば２５ＭＨｚ程度である。そして図３のＡ６に示す同期誤差は、最大で１クロック周期分になるため、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの周波数が２５ＭＨｚであるとすると、同期誤差の時間の長さは４０ｎｓになってしまう。光の速度は秒速３０万ｋｍ程度であるため、この同期誤差を原因として、電子機器９０とホスト機器１００の間の距離には１２ｍ程度の距離誤差が発生してしまう。スマートエントリーシステムにおける車両用電子キーの検出の実用的な距離範囲は１ｍ以下である。従って、このようなクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差を原因とする１２ｍの距離誤差が発生してしまうと、リレーアタックを適切に防止できなくなってしまう。この場合にクロック信号の周波数を高くすれば、距離誤差を小さくすることも可能である。しかしながら、実用的な距離範囲である１ｍの誤差に抑えるためには、３００ＭＨｚの周波数のクロック信号が必要になり、更に精度を上げて１０ｃｍの精度が必要ならば３ＧＨｚの周波数のクロック信号が必要になってしまう。このような高速なクロック信号ＣＬＫで、マイクロコンピューターなどにより実現される制御回路６０を動作させると、消費電力が無用に増加したり、機器の高コスト化を招くなどの問題が発生する。車両用電子キーには、安価、小型、低消費電力が要求されるため、このような高速のクロック信号ＣＬＫを用いて制御回路６０を動作させることは難しい。
また制御回路６０を動作させるクロック信号ＣＬＫを、例えば発振周波数が８ＭＨｚであり、周波数偏差が±０．５％である一般的なセラミック振動子を用いて生成したとする。このような±０．５％の周波数偏差による発振周波数の誤差が存在する場合、１クロックの時間で生じる最大の誤差時間は約６２２ｐｓになる。そして制御回路６０での暗号化処理に１００クロックが必要であると仮定すると、累積の誤差時間は約６２．２ｎｓまで拡大する。６２．２ｎｓは、電波伝搬距離に換算すると１８．６６ｍとなり、車両と車両用電子キーの間の距離計測において無視できない測定誤差になる。従って、前述の特許文献１のように、電子機器９０である車両用電子キーにおいて、暗号化処理の処理時間をクロック信号ＣＬＫを用いたカウント処理により測定し、ホスト機器１００である車載器に対して、測定結果であるカウント値を送信したとしても、距離の測定誤差は無視できないものになる。
そこで本実施形態では、回路装置１０に時間デジタル変換回路２０を設け、非同期のクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの時間的な差分である同期誤差の時間や、暗号化処理等の処理時間を、時間デジタル変換回路２０を利用して測定する。具体的には時間デジタル変換回路２０により、受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、送信データＤＴ又はクロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号の遷移タイミングとの時間差を測定し、その測定結果を制御回路６０に出力する。このように時間デジタル変換回路２０により時間差を正確に測定し、制御回路６０に出力することで、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差を原因とする図３で説明した問題等を解決できるようになる。例えば同期誤差を正確に測定することで、機器間の距離の計測精度を向上できるようになる。
図４は本実施形態の動作例を説明する信号波形図である。図４においてもホスト機器１００の制御回路１６０がチャレンジコードを生成し、送信機１８０がチャレンジコードを含むチャレンジ信号を送信し、電子機器９０の受信機７０が受信する。そして電子機器９０の制御回路６０が、チャレンジ信号に含まれるチャレンジコードの暗号化処理等の処理を行って、レスポンスコードを生成し、送信機８０が、レスポンスコードを含むレスポンス信号を送信する。ホスト機器１００の受信機１７０は、レスポンス信号を受信し、制御回路１６０が、レスポンス信号に含まれるレスポンスコードの復号化処理を行う。そして復号化処理後のレスポンスコードと、チャレンジコードの一致判定を行うことで、電子機器９０が正常な機器であるか否かの認証を行う。
そして図４においても、Ｂ１に示すように、非同期のクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨに同期誤差が発生している。このときに本実施形態では時間デジタル変換回路２０が、Ｂ２に示すスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングとＢ３に示すストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差ＴＴを測定する。スタート信号ＳＴＡは、受信機７０のチャレンジ信号の受信の完了のタイミングでパルスが発生して信号レベルが遷移する信号である。ストップ信号ＳＴＰは、制御回路６０が暗号化処理等の処理が完了して、レスポンス信号の送信が開始するタイミングでパルスが発生して信号レベルが遷移する信号である。即ち時間デジタル変換回路２０は、チャレンジ信号に対応する受信データＤＲに基づくスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、レスポンス信号に対応する送信データＤＴに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差ＴＴを測定している。このようにすることで、図４に示すように、暗号化処理の処理時間と、Ｂ１に示すクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差の時間を加えた時間差ＴＴを、処理時間の情報として測定できるようになる。
そしてホスト機器１００の制御回路１６０は、Ｂ４、Ｂ５に示すように、チャレンジ信号の送信の完了のタイミングでパルスが発生するスタート信号ＳＴＡＨの遷移タイミングと、レスポンス信号の受信の完了のタイミングでパルスが発生するストップ信号ＳＴＰＨの時間差ＴＨを測定する。またホスト機器１００の制御回路１６０は、時間デジタル変換回路２０が測定した時間差ＴＴについての測定結果を、電子機器９０から受信している。従って、レスポンスコードの長さは既知であるため、制御回路１６０は、時間差ＴＨと時間差ＴＴに基づいて、電波伝搬時間を正確に測定できるようになる。
即ち図３では、Ａ６に示す同期誤差の変動により、時間差ＴＨの測定結果も変動してしまい、電波伝搬時間を正確に測定できず、機器間の距離を正確に測定できない。また暗号化処理の処理時間をクロック信号ＣＬＫのカウント処理により測定する手法では、前述したようにクロック信号ＣＬＫの周波数偏差等による周波数誤差が原因で、電波伝搬時間や機器間の距離を正確に測定できないおそれがある。
これに対して本実施形態では、図４のＢ２、Ｂ３に示すように、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨと同期誤差の時間と暗号化処理の処理時間を加えた時間差ＴＴを、時間デジタル変換回路２０により測定できる。従ってホスト機器１００は、Ｂ１に示す同期誤差が変動したとしても、時間差ＴＨと時間差ＴＴとに基づいて電波伝搬時間を正確に測定できるようになる。これにより電子機器９０とホスト機器１００の間の距離も正確に測定できるようになり、同期誤差が原因で距離の測定誤差が発生してしまうのを防止できる。従って、電子キーシステムを例にとれば、ホスト機器１００である車載器から所定距離範囲内に、電子機器９０である車両用電子キーが位置することを正確に測定できるようになり、リレーアタックを適正に防止できるようになる。
以上のように本実施形態では、制御回路６０は、受信データＤＲに基づいてスタート信号ＳＴＡを出力し、時間デジタル変換回路２０は、制御回路６０から出力されたスタート信号ＳＴＡに基づいて、時間差ＴＴを測定する。このようにすれば図４のＢ２に示すように、例えば受信データＤＲの受信が完了したタイミングで、スタート信号ＳＴＡの信号レベルを遷移させて、時間デジタル変換回路２０による時間差ＴＴの測定を開始できるようになる。これにより例えば受信データＤＲに基づき処理を行う制御回路６０の処理時間の測定やクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤算の測定を適切に実行できるようになる。
また制御回路６０は、受信データＤＲに対する処理が終了したときにストップ信号ＳＴＰを出力し、時間デジタル変換回路２０は、制御回路６０から出力されたストップ信号ＳＴＰに基づいて、時間差ＴＴを測定する。即ち図４のＢ２に示すスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングとＢ３に示すストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差ＴＴを測定する。このようにすれば、制御回路６０の暗号化処理等の処理時間と同期誤差の時間とを加えた時間差ＴＴを、時間デジタル変換回路２０を用いて正確に測定できるようになり、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差に起因する問題を解決することが可能になる。例えば電子機器９０の時間デジタル変換回路２０により測定された時間差ＴＴの情報を、ホスト機器１００に送信することで、ホスト機器１００は、自身が測定した時間差ＴＨと、電子機器９０から受信した時間差ＴＴの情報とに基づいて、例えば電波伝搬時間を正確に測定できるようになる。そしてクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差が変動するような状況においても、電波伝搬時間に基づいて例えば電子機器９０とホスト機器１００との間の距離を正確に測定することが可能になる。
図５は本実施形態の他の動作例を説明する信号波形図である。ホスト機器１００から電子機器９０へのチャレンジ信号の送信や、電子機器９０からホスト機器１００へのレスポンス信号の送信などについての動作は、図４と同様であるため説明を省略する。図５では、時間デジタル変換回路２０は、Ｃ１に示すスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、Ｃ２に示すクロック信号ＣＬＫの遷移タイミングで変化するストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差ＴＴを測定する。即ち、チャレンジ信号の受信の完了のタイミングでパルスが発生するスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、クロック信号ＣＬＫの例えば立ち上がりエッジで遷移するストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差ＴＴを測定する。また制御回路６０は、暗号化処理の処理時間を、クロック信号ＣＬＫによりカウントするカウント処理を行って、カウント値ＣＮＴを求める。そして、これらの時間差ＴＴとカウント値ＣＮＴの情報が、処理時間の情報として、電子機器９０からホスト機器１００に送信される。ホスト機器１００の時間デジタル変換回路１２０は、チャレンジ信号の送信の完了タイミングで遷移するスタート信号ＳＴＡＨの遷移タイミングと、レスポンス信号の受信の完了タイミングで遷移するストップ信号ＳＴＰＨの遷移タイミングとの時間差ＴＨを測定する。そしてホスト機器１００の制御回路１６０は、測定された時間差ＴＨと、電子機器９０から受信した時間差ＴＴとカウント値ＣＮＴの情報に基づいて、電波遅延時間を測定し、例えば電子機器９０とホスト機器１００の間の距離を測定する。このように図５では、Ｃ３に示すクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差の時間に対応する時間差ＴＴを、時間デジタル変換回路２０を用いて測定している。このようにすることで、同期誤差を起因とする問題の発生を効果的に防止できる。例えばクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差が変動するような状況においても、電波伝搬時間に基づいて例えば電子機器９０とホスト機器１００との間の距離を正確に測定することが可能になる。
以上のように本実施形態では、時間デジタル変換回路２０は、スタート信号ＳＴＡの遷移タイミングと、クロック信号ＣＬＫの遷移タイミングで変化するストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングとの時間差ＴＴを測定する。そして制御回路６０は、受信データＤＲに基づき行う処理の処理時間をクロック信号ＣＬＫによりカウントするカウント処理を行う。そしてカウント処理により得られたカウント値ＣＮＴと、時間差ＴＴの測定結果とを含む送信データＤＴを、送信機８０に出力する。そして送信機８０は、カウント値ＣＮＴと時間差ＴＴの情報を、処理時間の情報としてホスト機器１００に送信する。このようにすれば、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨに同期誤差がある場合にも、同期誤差の時間に対応する時間差ＴＴと、制御回路６０の処理時間に対応するカウント値ＣＮＴを、送信データＤＴとして送信機８０に出力できるようになり、同期誤差を原因とする問題の発生を防止できる。例えばクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨの同期誤差が変動するような状況においても、ホスト機器１００は、電波伝搬時間に基づいて電子機器９０とホスト機器１００との間の距離を正確に測定できるようになる。
また本実施形態では、制御回路６０は、受信データに基づく処理として、受信データに基づく暗号化処理を行う。チャレンジ−レスポンス方式を例にとれば、制御回路６０は、受信データに含まれるチャレンジコードの暗号化処理を行って、レスポンスコードを生成する。このようにすれば、受信データに対して暗号化処理を行ったデータを送信データとして出力できるようになり、適正な認証処理等を実現することが可能になる。なお制御回路６０が受信データに基づき行う処理は、このような暗号化処理には限定されない。制御回路６０が行う受信データに基づく処理としては、例えば受信データから特定の情報を抽出する処理、受信データに含まれる情報を特定のアルゴリズムにより解析する処理、或いは受信データに対して特定の情報を付加して送信データを生成する処理などの種々の処理を想定できる。
また本実施形態では、受信機７０は、無線通信により受信データを受信する機器であり、送信機８０は、無線通信により送信データを送信する機器である。例えば受信機７０は、例えばＬＦなどの所定の周波数帯域の搬送波周波数で送信されるデータを受信する。送信機８０は、例えばＵＨＦなどの所定の周波数帯域の搬送波周波数で送信データを送信する。このようにすれば、無線通信による受信機７０の受信データに対して、制御回路６０がクロック信号に基づく処理を行い、当該処理に基づく送信データを無線通信により送信できるようになると共に、受信データに基づくスタート信号と送信データ等に基づくストップ信号の遷移タイミングの時間差を測定して制御回路６０に伝えることが可能になる。なお受信機７０での無線通信の搬送波周波数と送信機８０での無線通信の搬送波周波数は、異なる周波数であってもよいし、同じ周波数であってもよい。また受信機７０、送信機８０の無線通信は所定のプロトコルに基づく通信であってもよい。
また図１、図２に示すように本実施形態での電子機器９０は、回路装置１０と制御回路６０と受信機７０と送信機８０を含む。このような構成の電子機器９０によれば、受信機７０の受信データに対して、制御回路６０がクロック信号に基づく処理を行い、当該処理により得られた送信データを送信機８０により送信できるようになると共に、受信データに基づくスタート信号と送信データ等に基づくストップ信号の遷移タイミングの時間差を、回路装置１０により測定できるようになる。なお後述するように回路装置１０は送信機８０に設けられる回路装置であってもよい。
この場合に制御回路６０は、受信データが受信されてから処理が終了するまでの処理時間を、時間デジタル変換回路２０による時間差の測定結果に基づいて求め、送信機８０は、処理時間の情報を含む送信データを送信する。図４を例にとれば、時間デジタル変換回路２０は、受信データに基づくスタート信号ＳＴＡと送信データに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差ＴＴを測定する。そして、この時間差ＴＴの測定結果を含む処理時間の情報が、送信データとして送信機８０により送信される。図５を例にとれば、時間デジタル変換回路２０は、受信データに基づくスタート信号ＳＴＡとクロック信号ＣＬＫに基づくストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差ＴＴを測定する。そして、この時間差ＴＴの測定結果と、クロック信号ＣＬＫに基づくカウント値ＣＮＴとを含む処理時間の情報が、送信データとして送信機８０により送信される。このようにすれば、非同期のクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫＨに同期誤差がある場合にも、この同期誤差の時間を含めた処理時間の情報を、送信データとして送信できるようになり、同期誤差を原因と問題の発生を防止できるようになる。
また図１、図２に示すように本実施形態で通信システム２００は、電子機器９０と、電子機器９０が受信する受信データを電子機器９０に送信し、電子機器９０からの送信データを電子機器９０から受信するホスト機器１００含む。このような通信システム２００によれば、電子機器９０が、ホスト機器１００からの受信データに対して処理を行って、当該処理に基づき生成された送信データをホスト機器１００に送信すると共に、受信データに基づくスタート信号と送信データ等に基づくストップ信号の遷移タイミングの時間差も測定できるようになる。従って、電子機器９０のクロック信号ＣＬＫとホスト機器１００のクロック信号ＣＬＫＨに同期誤差がある場合にも、時間差の測定結果を利用して、この同期誤差を原因とする問題の発生を防止できるようになる。
２．送信回路を有する回路装置
本実施形態の回路装置１０は送信機８０に設けることができる。図６は、送信機８０に設けられる送信回路５０を含む回路装置１０の構成例である。送信機８０は、本実施形態の回路装置１０とアンテナＡＮＴと振動子ＸＴＡＬを含む。図６のように、回路装置１０が、送信機８０に設けられる送信回路５０を有することで、クロック信号生成回路４０で生成されたクロック信号ＣＬＫを、時間デジタル変換回路２０による時間差の測定に利用できると共に、送信回路５０による送信信号の生成にも利用できるようになる。
図６では回路装置１０は、時間デジタル変換回路２０と出力インターフェース３０とクロック信号生成回路４０と送信回路５０を含む。即ち、時間デジタル変換回路２０、出力インターフェース３０、クロック信号生成回路４０、送信回路５０が１つの半導体チップである回路装置１０に設けられる。更に具体的には、半導体チップである回路装置１０と、振動子ＸＴＡＬと、アンテナＡＮＴとが、１つのパッケージに収納され、これによりクロック信号ＣＬＫを出力する発振器が構成される。なおアンテナＡＮＴは、回路装置１０に設けられていてもよい。
時間デジタル変換回路２０は、制御回路６０からのスタート信号ＳＴＡの遷移タイミングとストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差を測定する。そして時間差の測定結果ＭＱは出力インターフェース３０を介して制御回路６０に出力される。クロック信号生成回路４０は、振動子ＸＴＡＬを発振させてクロック信号ＣＬＫを生成する。そして生成したクロック信号ＣＬＫを、時間デジタル変換回路２０、送信回路５０、制御回路６０に供給する。
送信回路５０は、搬送波信号生成回路５１とパワーアンプ５２を含む。搬送波信号生成回路５１は、クロック信号ＣＬＫに基づいて送信データＤＴの搬送波信号を生成する。即ち搬送波信号生成回路５１は、制御回路６０から送信データＤＴに基づいて、送信データＤＴを無線通信によりホスト機器１００に送信するための搬送波信号を生成する。搬送波信号生成回路５１は、例えばクロック信号生成回路４０からのクロック信号ＣＬＫの周波数を逓倍して搬送波周波数の搬送波信号を生成するＰＬＬ回路などにより実現できる。
パワーアンプ５２は、搬送波信号生成回路５１で生成された搬送波信号を増幅する。そしてパワーアンプ５２は、搬送波信号を増幅した送信信号をアンテナＡＮＴに出力する。これにより送信データＤＴが無線通信によりホスト機器１００に送信されるようになる。パワーアンプ５２は、例えばＰ型トランジスターにより実現される電流源と、Ｎ型トランジスターにより実現される駆動部を含むことができる。電流源を構成するＰ型トランジスターでは、ゲートノードにバイアス電圧が入力され、ドレインノードに第１キャパシターの一端及び外付けのチョークコイルの一端が接続される。駆動部を構成するＮ型トランジスターでは、ゲートノードに、搬送波信号生成回路５１により生成された矩形波の搬送波信号が入力され、ドレインノードに第２キャパシターの一端及びチョークコイルの他端が接続される。第２キャパシターの他端は整合回路を介してアンテナＡＮＴに接続される。
このように図６では、回路装置１０は、搬送波信号生成回路５１及びパワーアンプ５２を有する送信回路５０を含み、搬送波信号生成回路５１は、クロック信号ＣＬＫに基づき搬送波信号を生成する。このようにすれば、クロック信号生成回路４０により生成されたクロック信号ＣＬＫに基づいて、所望の搬送波周波数の搬送波信号を生成し、生成された搬送波信号をパワーアンプ５２により増幅することで、アンテナＡＮＴを介した送信データの無線通信が可能になる。また時間デジタル変換回路２０の時間差の測定に使用されるクロック信号ＣＬＫを有効活用して、無線通信のための搬送波信号を生成できるようになり、回路装置１０を、送信信号の生成と時間差の測定に共用して使用することが可能になる。
図７に送信回路５０、搬送波信号生成回路５１の詳細な構成例を示す。図７では、搬送波信号生成回路５１は、位相比較回路５３、制御電圧生成回路５４、電圧制御発振回路５５、分周回路５６、５７、処理回路５８を含み、これによりフラクショナル−Ｎ型のＰＬＬ回路が実現される。フラクショナル−Ｎ型のＰＬＬ回路は、基準クロック信号となるクロック信号ＣＬＫと、ＰＬＬ回路の出力クロック信号ＣＬＫＱを分周回路５７により分周したフィードバッククロック信号ＦＢＣＬＫとの位相比較を行う。そして処理回路５８のデルタシグマ変調部５９を用いて小数の分周比を設定することで、フラクショナル−Ｎ型のＰＬＬ回路が実現される。
位相比較回路５３は、クロック信号ＣＬＫとフィードバッククロック信号ＦＢＣＬＫとの間の位相比較を行う。例えば位相比較回路５３は、クロック信号ＣＬＫとフィードバッククロック信号ＦＢＣＬＫの位相を比較し、クロック信号ＣＬＫとフィードバッククロック信号ＦＢＣＬＫの位相差に応じた信号ＣＱを位相比較結果の信号として出力する。位相差に応じた信号ＣＱは、例えば位相差に比例したパルス幅のパルス信号である。
制御電圧生成回路５４は、位相比較回路５３での位相比較の結果に基づいて、制御電圧ＶＣを生成する。例えば制御電圧生成回路５４は、位相比較回路５３からの位相比較結果の信号ＣＱに基づいて、チャージポンプ回路によりチャージポンプ動作を行うと共に、ローパスフィルターによりフィルター処理を行って、電圧制御発振回路５５の発振を制御する制御電圧ＶＣを生成する。
電圧制御発振回路５５は、制御電圧ＶＣに対応する周波数の出力クロック信号ＣＬＫＱを生成する。この電圧制御発振回路５５は、例えばＬＣ発振回路、リング型発振回路又は振動子を用いた発振回路などにより実現できる。例えば電圧制御発振回路５５は、バラクターなどの可変容量素子の容量を制御電圧ＶＣに基づいて変化させることで、出力クロック信号ＣＬＫＱの周波数を制御する。分周回路５７は、出力クロック信号ＣＬＫＱを分周してフィードバッククロック信号ＦＢＣＬＫを出力する。例えば分周回路５７は、出力クロック信号ＣＬＫＱの周波数を、処理回路５８のデルタシグマ変調部５９等により設定される分周比ＳＤＩＶで分周した周波数の信号を、フィードバッククロック信号ＦＢＣＬＫとして、位相比較回路５３に出力する。これにより出力クロック信号ＣＬＫＱの周波数を、クロック信号ＣＬＫの周波数を逓倍した周波数に設定できるようになる。そして出力用の分周回路５６が、出力クロック信号ＣＬＫＱの周波数を出力用の分周比で分周した周波数のクロック信号ＣＬＫＤをパワーアンプ５２に出力する。このクロック信号ＣＬＫＤの周波数が搬送波周波数になる。この場合に無線通信を行うためには、搬送波信号を変調する必要がある。このため処理回路５８は、制御回路６０から送信データＤＴを受け、この送信データＤＴに基づいて分周回路５７の分周比ＳＤＩＶを変調する。これにより搬送波周波数が変調され、いわゆるＦＳＫ変調による無線通信が可能になる。
３．時間デジタル変換回路
次に図８〜図１１を用いて時間デジタル変換回路２０の構成例を説明する。図８は、時間デジタル変換回路２０の第１構成例である。時間デジタル変換回路２０は、測定回路２３０と信号生成回路２４０と積分処理回路２６０を含む。なお、ここではストップ信号ＳＴＰとして、クロック信号ＣＬＫより低周波数の信号を想定している。例えばストップ信号ＳＴＰは分周クロック信号である。
信号生成回路２４０は、第１信号であるスタート信号ＳＴＡと、第２信号であるストップ信号ＳＴＰと、クロック信号ＣＬＫとに基づいて、積分処理のための信号を生成する。第１構成例では、時間測定の基準となる基準クロック信号としてクロック信号ＣＬＫを用いる。信号生成回路２４０は、積分期間信号生成回路２４１、２４３と、極性切替信号生成回路２４２、２４４と、を含む。
積分期間信号生成回路２４１は、スタート信号ＳＴＡに基づいて信号ＳＩＮＴ１を生成する。極性切替信号生成回路２４２は、信号ＳＩＮＴ１及びクロック信号ＣＬＫに基づいて信号ＳＰＨ１、ＳＰＨ２を生成する。積分期間信号生成回路２４３は、ストップ信号ＳＴＰに基づいて信号ＳＩＮＴ２を生成する。極性切替信号生成回路２４４は、信号ＳＩＮＴ２及びクロック信号ＣＬＫに基づいて信号ＳＰＨ３、ＳＰＨ４を生成する。信号ＳＩＮＴ１、ＳＩＮＴ２は積分期間信号であり、信号ＳＰＨ１、ＳＰＨ２、ＳＰＨ３、ＳＰＨ４は積分極性切替信号である。
積分処理回路２６０は、信号ＳＩＮＴ１、ＳＰＨ１、ＳＰＨ２、ＳＩＮＴ２、ＳＰＨ３、ＳＰＨ４に基づく積分処理を行うことで、第１〜第４積分値である電圧ＱＡ１〜ＱＡ４を出力する。電圧ＱＡ１、ＱＡ２は、スタート信号ＳＴＡとクロック信号ＣＬＫの遷移タイミングの時間差に対応した位相を示す。電圧ＱＡ３、ＱＡ４は、ストップ信号ＳＴＰとクロック信号ＣＬＫの遷移タイミングの時間差に対応した位相を示す。積分処理回路２６０は、積分回路２６１〜２６４を含む。
積分回路２６１は、信号ＳＩＮＴ１、ＳＰＨ１に基づいて第１積分処理を行う。積分回路２６２は、信号ＳＩＮＴ１、ＳＰＨ２に基づいて第２積分処理を行う。積分回路２６３は、信号ＳＩＮＴ２、ＳＰＨ３に基づいて第３積分処理を行う。積分回路２６４は、信号ＳＩＮＴ２、ＳＰＨ４に基づいて第４積分処理を行う。
測定回路２３０は、第１〜第４積分処理の結果である電圧ＱＡ１〜ＱＡ４の各々をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値から時間差情報ＴＭＤを演算する。時間差情報ＴＭＤは、スタート信号ＳＴＡとストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差を示す。
図９は、時間デジタル変換回路２０の第１構成例の動作を説明する信号波形図である。ここでは、スタート信号ＳＴＡの位相を示す電圧ＱＡ１、ＱＡ２を求める動作を例に説明する。
積分期間信号生成回路２４１は、スタート信号ＳＴＡの遷移タイミングで信号ＳＩＮＴ１をローレベルからハイレベルに遷移させ、積分期間ＴＰ１において信号ＳＩＮＴ１をハイレベルに維持した後、信号ＳＩＮＴ１をローレベルにする。積分期間ＴＰ１の長さは、クロック信号ＣＬＫの周期の４倍以上であればよく、クロック信号ＣＬＫの周期の整数倍でなくてよい。
スタート信号ＳＴＡの位相の検出範囲ＲＤＥＴは、クロック信号ＣＬＫの１周期に相当する。スタート信号ＳＴＡが遷移したとき、その遷移タイミングが属するクロック信号ＣＬＫの周期が、検出範囲ＲＤＥＴとなる。
極性切替信号生成回路２４２は、積分期間ＴＰ１において、クロック信号ＣＬＫに同期したタイミングで信号ＳＰＨ１をローレベルからハイレベルに遷移させる。信号ＳＰＨ１の遷移タイミングは、検出範囲ＲＤＥＴにおけるクロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジからクロック数ＰＣＩ後の立ち上がりエッジに同期する。クロック数ＰＣＩは任意に設定されてよい。図９では、ＰＣＩ＝６である。
信号ＳＰＨ１の遷移タイミングを、位相の基準、即ち０度とみなしたとする。これは、スタート信号ＳＴＡの遷移タイミングがクロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに一致したとき、スタート信号ＳＴＡの位相を０度とみなすことに相当する。図９では、積分期間ＴＰ１の長さは、クロック信号ＣＬＫの２４周期に相当する。この積分期間ＴＰ１を位相３６０度とみなすと、クロック信号ＣＬＫの１周期は位相１５度に相当する。図９のクロック信号ＣＬＫの各パルスには、信号ＳＰＨ１の遷移タイミングを基準「０」として番号を付しており、番号が１だけ異なると位相が１５度だけ異なる。
極性切替信号生成回路２４２は、積分期間ＴＰ１において、信号ＳＰＨ１の遷移タイミングからクロック信号ＣＬＫのクロック数ＮＣＫ後に信号ＳＰＨ２をローレベルからハイレベルに遷移させる。図９ではＮＣＫ＝６であり、信号ＳＰＨ１と信号ＳＰＨ２の位相が９０度だけ異なる。これは、位相が９０度シフトした２つの積分値が得られることに相当する。
積分期間ＴＰ１は、信号ＳＰＨ１の遷移タイミングにより期間ＴＰＰ１と期間ＴＰＭ１に区画される。積分回路２６１は、期間ＴＰＰ１において第１極性で第１積分処理を行い、期間ＴＰＭ１において、第１極性とは逆極性である第２極性で第１積分処理を行う。図９では、第１極性は正極性であり、第２極性は負極性である。積分回路２６１は、積分結果の電圧ＱＡ１を出力する。
積分期間ＴＰ１は、信号ＳＰＨ２の遷移タイミングにより期間ＴＰＰ２と期間ＴＰＭ２に区画される。積分回路２６２は、期間ＴＰＰ２において第１極性で第２積分処理を行い、期間ＴＰＭ２において、第２極性で第２積分処理を行う。積分回路２６２は、積分結果の電圧ＱＡ２を出力する。
以上では、スタート信号ＳＴＡの位相を示す電圧ＱＡ１、ＱＡ２を求める動作を説明したが、ストップ信号ＳＴＰの位相を示す電圧ＱＡ３、ＱＡ４も同様な動作によって求められる。
スタート信号ＳＴＡとストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差をＴＤＦとする。測定回路２３０は、ＴＤＦ＝ＴＣ×（ＱＡ３／ＡＺ２−ＱＡ１／ＡＺ１）により時間差ＴＤＦを求める。ＴＣはクロック信号ＣＬＫの周期であり、ＡＺ１＝ＱＡ２−ＱＡ１であり、ＡＺ２＝ＱＡ４−ＱＡ３である。ＡＺ１、ＡＺ２は時間差ＴＤＦの値に依らず一定である。図９において積分期間ＴＰ１は未知数であり、この未知数に起因するオフセットがＱＡ１／ＡＺ１、ＱＡ３／ＡＺ２に発生する。しかし、ＱＡ１、ＱＡ３を求める際の積分期間ＴＰ１は共通であるため、ＱＡ１／ＡＺ１のオフセットとＱＡ３／ＡＺ２のオフセットは同じ値となり、減算によりキャンセルされる。
図１０は、時間デジタル変換回路２０の第２構成例である。時間デジタル変換回路２０は、リングオシレーター２７１、２８１と測定回路２９１と基準クロックカウンター２９２と調整回路２７２、２８２とを含む。
第２構成例では、時間デジタル変換回路２０は測定モードと調整モードを有する。測定モードは、時間差を測定するモードであり、調整モードは、リングオシレーター２７１、２８１の発振周波数を調整するモードである。
まず測定モードを説明する。リングオシレーター２７１は、スタート信号ＳＴＡの遷移タイミングで発振ループがイネーブルとなる。これによりリングオシレーター２７１が発振を開始し、クロック信号ＣＬＫＳを生成する。リングオシレーター２８１は、ストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングで発振ループがイネーブルとなる。これによりリングオシレーター２８１が発振を開始し、クロック信号ＣＬＫＦを生成する。クロック信号ＣＬＫＳの周波数をｆ１とし、クロック信号ＣＬＫＦの周波数をｆ２とする。ｆ２はｆ１より高い。
測定回路２９１は、クロック信号ＣＬＫＳ及びクロック信号ＣＬＫＦに基づいて時間差情報ＴＭＤを求める。時間差情報ＴＭＤは、スタート信号ＳＴＡとストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差を示す。時間差情報ＴＭＤを求める手法は図１１で後述する。
次に調整モードを説明する。第２構成例では、リングオシレーター２７１、２８１の発振周波数の基準となる基準クロック信号としてクロック信号ＣＬＫを用いる。基準クロックカウンター２９２はクロック信号ＣＬＫのクロック数をカウントし、所与のクロック数をカウントする期間においてアクティブになるイネーブル信号ＥＮＡを出力する。
調整回路２７２は、イネーブル信号ＥＮＡがアクティブである期間においてクロック信号ＣＬＫＳのクロック数をカウントする。調整回路２７２は、そのカウント値と第１ターゲット値の差分を積分し、その積分により得られた制御データＦＣＳを出力する。第１ターゲット値は、リングオシレーター２７１の発振周波数を設定するための値である。リングオシレーター２７１は、制御データＦＣＳに応じた発振周波数で発振する。例えば、リングオシレーター２７１の発振ループの負荷として可変容量回路が設けられ、その可変容量回路の容量値が制御データＦＣＳにより制御される。このようにして、リングオシレーター２７１の発振周波数が調整される。
調整回路２８２は、イネーブル信号ＥＮＡがアクティブである期間においてクロック信号ＣＬＫＦのクロック数をカウントする。調整回路２７２は、そのカウント値と第２ターゲット値の差分を積分し、その積分により得られた制御データＦＣＦを出力する。第２ターゲット値は、リングオシレーター２８１の発振周波数を設定するための値である。リングオシレーター２８１は、制御データＦＣＦに応じた発振周波数で発振する。例えば、リングオシレーター２８１の発振ループの負荷として可変容量回路が設けられ、その可変容量回路の容量値が制御データＦＣＦにより制御される。このようにして、リングオシレーター２８１の発振周波数が調整される。
時間デジタル変換回路２０が調整モードの後に測定モードに設定されたとき、調整モードで求められた制御データＦＣＳ、ＦＣＦがリングオシレーター２７１、２８１に入力される。これにより、調整モードで調整された発振周波数でリングオシレーター２７１、２８１が発振し、測定回路２９１が、正確な周波数のクロック信号ＣＬＫＳ、ＣＬＫＦを用いて時間測定できる。
図１１は、時間デジタル変換回路２０の第２構成例の動作を説明する信号波形図である。図１１には測定モードにおける信号波形図を示す。
測定回路２９１は、クロック信号ＣＬＫＳとクロック信号ＣＬＫＦの位相を比較し、クロック信号ＣＬＫＳの位相とクロック信号ＣＬＫＦの位相が入れ替わったと判定したとき位相比較結果信号ＱＰをハイレベルからローレベルにする。位相比較結果信号ＱＰは測定回路２９１の内部信号である。
測定回路２９１は、クロック信号ＣＬＫＳのクロック数をカウントする。このカウント値をＣＴＳとする。また測定回路２９１は、クロック信号ＣＬＫＦのクロック数をカウントする。このカウント値をＣＴＦとする。
測定回路２９１は、位相比較結果信号ＱＰの立ち下がりエッジにおけるカウント値ＣＴＳ、ＣＴＦを取得する。このカウント値をＮ１、Ｎ２とする。クロック信号ＣＬＫＳの周期をΔｔ１＝１／ｆ１とし、クロック信号ＣＬＫＦの周期をΔｔ２＝１／ｆ２とすると、その差分が分解能Δｔ＝｜Δｔ１−Δｔ２｜である。Ｎ３＝Ｎ１−Ｎ２とすると、測定回路２９１は、スタート信号ＳＴＡとストップ信号ＳＴＰの遷移タイミングの時間差をＮ３×Δｔ１＋Ｎ２×Δｔにより求める。図１１では、Ｎ１＝５、Ｎ２＝４、Ｎ３＝１なので、時間差はΔｔ１＋４×Δｔとなる。
以上のように本実施形態の時間デジタル変換回路２０によれば、クロック信号ＣＬＫを用いて時間差を求める時間デジタル変換を行うため、例えばクロック信号ＣＬＫの周波数精度に対応した精度で時間差を求めることができ、時間差の測定結果の高精度化を図れる。特に振動子ＸＴＡＬを用いてクロック信号ＣＬＫを生成することで、高い周波数精度のクロック信号ＣＬＫを用いて時間デジタル変換を行うことが可能になり、時間差の測定結果の更なる高精度化を図れるようになる。
４．電子機器
図１２に、本実施形態の電子機器９０の構成例を示す。この電子機器９０は、本実施形態の回路装置１０と、処理装置である制御回路６０と、受信機７０及び送信機８０を有する通信インターフェース５１０を含む。また電子機器９０は、操作インターフェース５３０、表示部５４０、メモリー５５０、アンテナＡＮＴを含むことができる。
電子機器９０は、例えば、車両用電子キー、距離、時間、流速又は流量等の物理量を計測する計測機器、生体情報を測定する生体情報測定機器、車載器、或いは基地局又はルーター等のネットワーク関連機器である。生体情報測定機器は例えば超音波測定装置、脈波計又は血圧測定装置等である。車載器は例えば車両に搭載される機器である。また電子機器９０は、頭部装着型表示装置や時計関連機器などのウェアラブル機器、ロボット、印刷装置、投影装置、スマートフォン等の携帯情報端末、コンテンツを配信するコンテンツ提供機器、或いはデジタルカメラ又はビデオカメラ等の映像機器などであってもよい。
通信インターフェース５１０は、アンテナＡＮＴを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。制御回路６０は、電子機器９０の制御処理や、通信インターフェース５１０を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。制御回路６０の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現できる。操作インターフェース５３０は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイなどにより実現できる。表示部５４０は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ＥＬなどのディスプレイにより実現できる。メモリー５５０は、データを記憶するものであり、その機能はＲＡＭやＲＯＭなどの半導体メモリーにより実現できる。
以上に説明したように本実施形態の回路装置は、受信機と、受信機が受信した受信データに対してクロック信号を用いて処理を行う制御回路と、制御回路が受信データに基づいて処理を行うことで生成された送信データを送信する送信機と、を含む電子機器に用いられる回路装置に関係する。そして回路装置は、受信データに基づくスタート信号の遷移タイミングと、送信データ又はクロック信号に基づくストップ信号の遷移タイミングとの時間差を測定する時間デジタル変換回路と、時間デジタル変換回路の時間差の測定結果を制御回路に出力する出力インターフェースとを含む。
本実施形態によれば、受信機と、受信機の受信データに対してクロック信号を用いて処理を行う制御回路と、送信データを送信する送信機を含む電子機器に用いられる回路装置において、受信データに基づくスタート信号の遷移タイミングと、送信データ又はクロック信号に基づくストップ信号の遷移タイミングとの時間差が、時間デジタル変換回路により測定される。そして時間デジタル変換回路の測定結果が出力インターフェースを介して制御回路に出力される。このようにすれば、機器間の通信を行う通信システムにおいて機器のクロック信号が非同期である場合にも、制御回路の処理時間の正確な測定結果や、クロック信号の同期誤差の情報を、時間デジタル変換回路を利用して求めることが可能になる。従って、クロック信号が非同期であることを原因として発生する問題を解決できる回路装置等の提供が可能になる。
また本実施形態では、振動子を用いてクロック信号を生成し、クロック信号を制御回路に出力するクロック信号生成回路を含んでもよい。
このようにクロック信号生成回路により生成されたクロック信号を用いて、制御回路を動作させることで、制御回路に対して別個のクロック信号生成回路を設けなくても済むようになり、電子機器のコンパクト化や低コスト化を図れるようになる。
また本実施形態では、時間デジタル変換回路は、クロック信号生成回路により生成されたクロック信号を用いて、時間差を測定してもよい。
このように、振動子を用いて生成されたクロック信号を用いて時間デジタル変換を行うことで、受信データに基づくスタート信号の遷移タイミングと、送信データ又はクロック信号に基づくストップ信号の遷移タイミングとの時間差を、高精度に測定できるようになり、高精度の測定結果を制御回路に出力できるようになる。
また本実施形態では、制御回路は、受信データに基づいてスタート信号を出力し、時間デジタル変換回路は、制御回路から出力されたスタート信号に基づいて、時間差を測定してもよい。
このようにすれば、受信データに基づきスタート信号の信号レベルを遷移させて、時間デジタル変換回路による時間差の測定を開始できるようになり、クロック信号の同期誤差に起因する問題を解決することが可能になる。
また本実施形態では、制御回路は、受信データに対する処理が終了したときにストップ信号を出力し、時間デジタル変換回路は、制御回路から出力されたストップ信号に基づいて、時間差を測定してもよい。
このようにすれば、制御回路の処理時間と同期誤差の時間とを加えた時間差を、時間デジタル変換回路を用いて正確に測定できるようになり、クロック信号の同期誤差に起因する問題を解決することが可能になる。
また本実施形態では、時間デジタル変換回路は、スタート信号の遷移タイミングと、クロック信号の遷移タイミングで変化するストップ信号の遷移タイミングとの時間差を測定してもよい。そして制御回路は、受信データに基づき行う処理の処理時間をクロック信号によりカウントするカウント処理を行い、カウント処理により得られたカウント値と、時間差の測定結果とを含む送信データを、送信機に出力してもよい。
このようにすれば、クロック信号に同期誤差がある場合にも、同期誤差の時間に対応する時間差と、制御回路の処理時間に対応するカウント値を、送信データとして送信機に出力できるようになり、同期誤差を原因とする問題の発生を防止できる。
また本実施形態では、回路装置は、送信機に設けられる送信回路を含んでもよい。
このようにすれば、時間差を測定する時間デジタル変換回路を有する回路装置を有効活用して、送信機の送信回路も実現できるようになる。
また本実施形態では、送信回路は、クロック信号に基づいて送信データの搬送波信号を生成する搬送波信号生成回路と、搬送波信号を増幅するパワーアンプと、を含んでもよい。
このようにすれば、クロック信号に基づいて、所望の搬送波周波数の搬送波信号を生成し、生成された搬送波信号をパワーアンプにより増幅することで、送信データの無線通信が可能になる。
また本実施形態では、制御回路が行う処理は、受信データに基づく暗号化処理であってもよい。
このようにすれば、受信データに対して暗号化処理を行ったデータを送信データとして出力できるようになり、適正な認証処理等を実現することが可能になる。
また本実施形態では、受信機は、無線通信により受信データを受信する機器であり、送信機は、無線通信により送信データを送信する機器であってもよい。
このようにすれば、無線通信による受信機の受信データに対して、制御回路がクロック信号に基づく処理を行い、当該処理に基づく送信データを無線通信により送信できるようになると共に、受信データに基づくスタート信号と送信データ等に基づくストップ信号の遷移タイミングの時間差を測定して制御回路に伝えることが可能になる。
また本実施形態の電子機器は、上記に記載の回路装置と、制御回路と、受信機と、送信機と、を含む電子機器に関係する。
このような構成の電子機器によれば、受信機の受信データに対して、制御回路がクロック信号に基づく処理を行い、当該処理により得られた送信データを送信機により送信できるようになると共に、受信データに基づくスタート信号と送信データ等に基づくストップ信号の遷移タイミングの時間差を、回路装置により測定できるようになる。
また本実施形態では、制御回路は、受信データが受信されてから処理が終了するまでの処理時間の情報を、時間差の測定結果に基づいて求め、送信機は、処理時間の情報を含む送信データを送信してもよい。
このようにすれば、クロック信号に同期誤差がある場合にも、この同期誤差の時間を含めた処理時間の情報を、送信データとして送信できるようになり、同期誤差を原因と問題の発生を防止できるようになる。
また本実施形態では、上記に記載の電子機器と、電子機器が受信する受信データを電子機器に送信し、電子機器からの送信データを電子機器から受信するホスト機器と、を含む通信システムに関係する。
このような構成の通信システムによれば、電子機器が、ホスト機器からの受信データに対して処理を行って、当該処理に基づき生成された送信データをホスト機器に送信すると共に、受信データに基づくスタート信号と送信データ等に基づくストップ信号の遷移タイミングの時間差も測定できるようになる。
また本実施形態の回路装置は、受信機と、受信機が受信した受信データに対してクロック信号を用いて処理を行う制御回路と、制御回路が受信データに基づいて処理を行うことで生成された送信データを送信する送信機と、を含む車両用電子キーに用いられる回路装置に関係する。そして回路装置は、受信データに基づくスタート信号の遷移タイミングと、送信データ又はクロック信号に基づくストップ信号の遷移タイミングとの時間差を測定する時間デジタル変換回路と、時間デジタル変換回路の時間差の測定結果を制御回路に出力する出力インターフェースと、を含む。
本実施形態によれば、受信機と、受信機の受信データに対してクロック信号を用いて処理を行う制御回路と、送信データを送信する送信機を含む車両用電子キーに用いられる回路装置において、受信データに基づくスタート信号の遷移タイミングと、送信データ又はクロック信号に基づくストップ信号の遷移タイミングとの時間差が、時間デジタル変換回路により測定される。そして時間デジタル変換回路の測定結果が出力インターフェースを介して制御回路に出力される。このようにすれば、車両用電子キーシステムにおいて、車両用電子キーと車載器のクロック信号が非同期である場合にも、制御回路の処理時間の正確な測定結果や、クロック信号の同期誤差の情報を、時間デジタル変換回路を利用して求めることが可能になる。従って、クロック信号が非同期であることを原因として発生する問題を解決できる回路装置等の提供が可能になる。
また本実施形態の車両用電子キーシステムは、上記に記載の回路装置を備える車両用電子キーと、車両用電子キーに受信データを送信し、車両用電子キーからの送信データを受信する車載器と、を含み、制御回路は、出力インターフェースからの測定結果に基づいて送信データを生成し、車載器は、送信データに基づいて、車両用電子キーと車載器との無線通信が直接的に実施されていないことを検出する。
このような構成の車両用電子キーシステムによれば、車両用電子キーが、車載器からの受信データに対して処理を行って、当該処理に基づき生成された送信データをホスト機器に送信すると共に、受信データに基づくスタート信号と送信データ等に基づくストップ信号の遷移タイミングの時間差も測定できるようになる。この測定結果に基づいてリレーアタックを受けているか否かの判定を行うことで、判定精度を高めることができる。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また回路装置、時間デジタル変換回路、制御回路、受信機、送信機、電子機器、通信システムの構成・動作等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
１０…回路装置、２０…時間デジタル変換回路、３０…出力インターフェース、
４０…クロック信号生成回路、５０…送信回路、５１…搬送波信号生成回路、
５２…パワーアンプ、５３…位相比較回路、５４…制御電圧生成回路、
５５…電圧制御発振回路、５６、５７…分周回路、５８…処理回路、
５９…デルタシグマ変調部、６０…制御回路、６２…レスポンスコード生成部、
６４…暗号化処理部、６６…スタート信号生成部、６８…ストップ信号生成部、
７０…受信機、８０…送信機、９０…電子機器、１００…ホスト機器、
１１０…回路装置、１２０…時間デジタル変換回路、１３０…出力インターフェース、
１６０…制御回路、１６２…チャレンジコード生成部、１６３…制御処理部、
１６４…復号化処理部、１６５…距離測定部、１６６…スタート信号生成部、
１６８…ストップ信号生成部、１７０…受信機、１８０…送信機、
２００…通信システム、２３０…測定回路、２４０…信号生成回路、
２４１…積分期間信号生成回路、２４２…極性切替信号生成回路、
２４３…積分期間信号生成回路、２４４…極性切替信号生成回路、
２６０…積分処理回路、２６１、２６２、２６３、２６４…積分回路、
２７１…リングオシレーター、２７２…調整回路、２８１…リングオシレーター、
２８２…調整回路、２９１…測定回路、２９２…基準クロックカウンター、
５１０…通信インターフェース、５３０…操作インターフェース、
５４０…表示部、５５０…メモリー、
ＡＮＴ…アンテナ、ＣＬＫ、ＣＬＫＤ…クロック信号、
ＣＬＫＱ…出力クロック信号、ＣＮＴ…カウント値、
ＤＲ、ＤＲＨ…受信データ、ＤＴ、ＤＴＨ…送信データ、
ＦＢＣＬＫ…フィードバッククロック信号、ＭＱ、ＭＱＨ…測定結果、
ＳＤＩＶ…分周比、ＳＴＡ、ＳＴＡＨ…スタート信号、
ＳＴＰ、ＳＴＰＨ…ストップ信号、ＴＨ、ＴＴ…時間差、ＸＴＡＬ…振動子、

Claims (15)

  1. 受信機と、前記受信機が受信した受信データに対してクロック信号を用いて処理を行う制御回路と、前記制御回路が前記受信データに基づいて処理を行うことで生成された送信データを送信する送信機と、を含む電子機器に用いられる回路装置であって、
    前記受信データに基づくスタート信号の遷移タイミングと、前記送信データ又は前記クロック信号に基づくストップ信号の遷移タイミングとの時間差を測定する時間デジタル変換回路と、
    前記時間デジタル変換回路の前記時間差の測定結果を前記制御回路に出力する出力インターフェースと、
    を含むことを特徴とする回路装置。
  2. 請求項１に記載の回路装置において、
    振動子を用いて前記クロック信号を生成し、前記クロック信号を前記制御回路に出力するクロック信号生成回路を含むことを特徴とする回路装置。
  3. 請求項２に記載の回路装置において、
    前記時間デジタル変換回路は、
    前記クロック信号生成回路により生成された前記クロック信号を用いて、前記時間差を測定することを特徴とする回路装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記制御回路は、
    前記受信データに基づいて前記スタート信号を出力し、
    前記時間デジタル変換回路は、
    前記制御回路から出力された前記スタート信号に基づいて、前記時間差を測定することを特徴とする回路装置。
  5. 請求項４に記載の回路装置において、
    前記制御回路は、
    前記受信データに対する前記処理が終了したときに前記ストップ信号を出力し、
    前記時間デジタル変換回路は、
    前記制御回路から出力された前記ストップ信号に基づいて、前記時間差を測定することを特徴とする回路装置。
  6. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記時間デジタル変換回路は、
    前記スタート信号の遷移タイミングと、前記クロック信号の遷移タイミングで変化する前記ストップ信号の遷移タイミングとの時間差を測定し、
    前記制御回路は、
    前記受信データに基づき行う前記処理の処理時間を前記クロック信号によりカウントするカウント処理を行い、前記カウント処理により得られたカウント値と、前記時間差の前記測定結果とを含む前記送信データを、前記送信機に出力することを特徴とする回路装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記回路装置は、前記送信機に設けられる送信回路を含むことを特徴とする回路装置。
  8. 請求項７に記載の回路装置において、
    前記送信回路は、
    前記クロック信号に基づいて前記送信データの搬送波信号を生成する搬送波信号生成回路と、
    前記搬送波信号を増幅するパワーアンプと、
    を含むことを特徴とする回路装置。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記制御回路が行う前記処理は、前記受信データに基づく暗号化処理であることを特徴とする回路装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記受信機は、無線通信により前記受信データを受信する機器であり、
    前記送信機は、無線通信により前記送信データを送信する機器であることを特徴とする回路装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の回路装置と、
    前記制御回路と、
    前記受信機と、
    前記送信機と、
    を含むことを特徴とする電子機器。
  12. 請求項１１に記載の電子機器であって、
    前記制御回路は、
    前記受信データが受信されてから前記処理が終了するまでの処理時間の情報を、前記時間差の前記測定結果に基づいて求め、
    前記送信機は、
    前記処理時間の情報を含む前記送信データを送信することを特徴とする電子機器。
  13. 請求項１１又は１２に記載の電子機器と、
    前記電子機器が受信する前記受信データを前記電子機器に送信し、前記電子機器からの前記送信データを前記電子機器から受信するホスト機器と、
    を含むことを特徴とする通信システム。
  14. 受信機と、前記受信機が受信した受信データに対してクロック信号を用いて処理を行う制御回路と、前記制御回路が前記受信データに基づいて処理を行うことで生成された送信データを送信する送信機と、を含む車両用電子キーに用いられる回路装置であって、
    前記受信データに基づくスタート信号の遷移タイミングと、前記送信データ又は前記クロック信号に基づくストップ信号の遷移タイミングとの時間差を測定する時間デジタル変換回路と、
    前記時間デジタル変換回路の前記時間差の測定結果を前記制御回路に出力する出力インターフェースと、
    を含むことを特徴とする回路装置。
  15. 請求項１４に記載の回路装置を備える車両用電子キーと、
    前記車両用電子キーに前記受信データを送信し、前記車両用電子キーからの前記送信データを受信する車載器と、
    を含み、
    前記制御回路は、前記出力インターフェースからの前記測定結果に基づいて前記送信データを生成し、
    前記車載器は、前記送信データに基づいて、前記車両用電子キーと前記車載器との無線通信が直接的に実施されていないことを検出することを特徴とする車両用電子キーシステム。
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