JP3657178B2 - Icカード - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カードにIC(集積回路)を埋め込んだICカード、特にコイルの電磁誘導で信号を送受信する非接触モードと、金属電極で接触して信号を送受信する接触モードを備えたデュアルモード型のICカードに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば次のような文献に記載されるものがあった。
文献:米国特許第 5,206,495号明細書
【0003】
図2は、前記文献に記載された従来のICカードの概略の構成図である。
このICカードは、接触モード時にカード読み書き装置側の接点に接続され、電源供給を受けると共にデータの送受信をするための接続端子3と、非接触モード時にカード読み書き装置側のコイルと電磁誘導で結合され、電源供給を受けると共にデータの送受信をするためのコイル4,5を有している。
【0004】
コイル4,5は、スイッチ素子2.1内の電源部2.1.1と、直列並列変換部2.1.4に接続されている。電源部2.1.1は、コイル4,5に誘導された交流信号を整流して直流電圧U1を生成するもので、この直流電圧U1が比較器2.1.2の入力端子E1に与えられるようになっている。また、直流電圧U1は、直列並列変換部2.1.4に与えられると共に、ダイオードD1を介して比較器2.1.2の電源端子E4に与えられるようになっている。また、直列並列変換部2.1.4は、マルチプレクサ2.1.3に接続されている。
【0005】
一方、接続端子3の信号線I1〜I6は、マルチプレクサ2.1.3に接続されると共に、その内の電源線I6は、比較器2.1.2の入力端子E2に接続されると共に、ダイオードD2を介してこの比較器2.1.2の電源端子E4に接続されている。
【0006】
比較器2.1.2は、2つの入力端子E1,E2の電圧を比較して、入力端子E1の電圧の方が高いときには、マルチプレクサ2.1.3を直列並列変換部2.1.4側に接続し、入力端子E2の電圧の方が高いときには、マルチプレクサ2.1.3を接続端子3側に接続するための切替信号を出力端子E3から出力するものである。マルチプレクサ2.1.3には、マイクロプロセッサ2.2が接続されている。
【0007】
このようなICでは、接触モードで動作する場合、接続端子3を介して電源線I6から、比較器2.1.2の電源端子E4に電源が供給されると共に、入力端子E2に電源電圧が与えられる。この時、コイル4,5に交流信号は誘導されておらず、直流電圧U1は生成されないので、比較器2.1.2の出力端子E3から出力される切替信号によって、マルチプレクサ2.1.3は接続端子3側に切り替えられる。これにより、マイクロプロセッサ2.2は、接続端子3を介してカード読み書き装置側と接続される。
【0008】
また、非接触モードで動作する場合には、コイル4,5に誘導された交流信号が、電源部2.1.1で整流されて直流電圧U1が生成され、比較器2.1.2の電源端子E4と入力端子E1に与えられる。この時、電源線I6には電源電圧は与えられないので、比較器2.1.2の出力端子E3から出力される切替信号によって、マルチプレクサ2.1.3は直列並列変換部2.1.4側に切り替えられる。これにより、マイクロプロセッサ2.2は、コイル4,5を介してカード読み書き装置側と電磁的に結合される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のICカードでは、次のような課題があった。
このICカードがカード読み書き装置にセットされ、接続端子3を介して接触モードで動作しているときに、コイル4,5に雑音等によって強力な交流信号が誘導された場合、この交流信号が電源部2.1.1で整流されて直流電圧U1が生成される。ここで、電源部2.1.1で整流された直流電圧U1が、接続端子3の電源線I6を介して与えられる電源電圧よりも高くなると、比較器2.1.2の入力端子E1の電圧が、入力端子E2の電圧を越える。そして、比較器2.1.2の出力端子E3から出力される信号によって、マルチプレクサ2.1.3は直列並列変換部2.1.4側に切り替えられる。これにより、マイクロプロセッサ2.2は、コイル4,5側に切り替えられ、接触モードでの動作を継続することができなくなってしまう。
【0010】
本発明は、前記従来技術が持っていた課題を解決し、接触モードで動作している時には、コイルに誘導された交流信号によって非接触モードに切り替えられることがないICカードを提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、電磁誘導作用によって非接触で電力供給を受けると共にデータ送受信を行うためのコイルと、電気的機械的な接触によって電力供給及び制御信号を受けると共にデータ送受信を行うための複数の電極とを備え、モード信号の指定に従って非接触モードまたは接触モードの動作を行うデュアルモード型のICカードにおいて、次のようなモード指定手段を設けている。
【0012】
即ち、このモード指定手段は、コイルで電力供給を受けたときはハイレベルの信号を、電力供給がないときはローレベルの信号を、第1のノードに出力するキャリア検出部と、前記第1のノードの信号レベルを反転する第1のインバータと、電極を介してICカードのリセット状態を解除する制御信号であるリセット解除信号と該ICカードの動作の基本となる制御信号であるクロック信号とが入力され、少なくとも一方が活性化したときにローレベルの信号を出力し、両方が不活性のときにはハイレベルの信号を出力する否定的論理和ゲート(以下、「NOR」という)と、第2のノードと接地電位との間に接続され、前記否定的論理和ゲートの出力信号がローレベルのときにオフ状態となり、該出力信号がハイレベルのときにはオン状態となるトランジスタと、電源電圧と前記第2のノードとの間に並列接続されたクロック信号検出用の抵抗及びキャパシタと、前記第2のノードの信号レベルを反転する第2のインバータと、前記第1及び第2のインバータの出力信号と前記リセット解除信号の論理和をモード信号として出力する論理和ゲート(以下、「OR」という)とを備えている。
【0013】
本発明によれば、以上のようにICカードを構成したので、次のような作用が行われる。
このICカードがカード読み書き装置にセットされ、接触モード用の電極からリセット解除信号またはクロック信号が与えられると、モード指定手段から接触モードを指定するモード信号が出力される。これにより、ICカードは接触モードに設定され、電極を介して制御信号の受信とデータの送受信が行われる。この状態で、例えば雑音等により非接触モード用のコイルに電磁誘導作用が発生しても、モード指定手段から出力されるモード信号は変化せず、非接触モードに切り替えられることはない。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態を示すICカードの概略の構成図である。
このICカードは、非接触モードと接触モードを備えたデュアルモード型のものであり、非接触モード時にカード読み書き装置と電磁的に結合するためのコイル11と、接触モード時にカード読み書き装置に接触して接続するための接続端子60を備えている。
【0015】
コイル11は、電磁誘導作用によってカード読み書き装置から電力供給を受けると共に、このカード読み書き装置との間でデータ送受信を行うものである。コイル11には共振用のキャパシタ12が並列に接続され、カード読み書き装置側から電源及びデータとして与えられる搬送波CARの周波数に同調するように定数が定められている。搬送波CARは、例えばデータ信号速度106kb/sのデータによって、13.56MHzの正弦波を変調度10%で振幅変調したもので、搬送波成分によって電力が伝送され、振幅変調成分によってデータが伝送されるようになっている。
【0016】
コイル11及びキャパシタ12には、ブリッジ接続された全波整流用の4個のダイオード21〜24で構成される整流部20が接続されている。整流部20の−出力側は接地電位GNDに接続され、+出力側は平滑用のキャパシタ25と電源部26に接続されている。電源部26は、整流部20の+出力側に得られた直流電圧DCVから電圧変動のない一定の電源電圧VCCを生成し、ICカード内の各部に供給する定電圧回路である。整流部20の+出力側及びコイル11の一端には、キャリア検出部30が接続されている。
【0017】
キャリア検出部30は、有効な搬送波CARが受信されているか否かを検出するもので、コイル11の一端に誘導された電圧を分圧して所定のレベルに低下させる抵抗31,32を有している。抵抗31,32の接続点には、NチャネルMOSトランジスタ(以下、「NMOS」という)33のゲートが接続されている。NMOS33のソース及びドレインは、接地電位GND及びノードN1にそれぞれ接続されている。ノードN1と整流部20の+出力側の間には、負荷用の抵抗34と搬送波CARの周波数をバイパスさせるためのキャパシタ35が並列に接続されている。
【0018】
ノードN1には、更にインバータを構成するPチャネルMOSトランジスタ(以下、「PMOS」という)36及びNMOS37のゲートが接続されている。PMOS36のソース及びドレインは、それぞれ整流部20の+出力側及びノードN2に接続されている。また、NMOS37のドレイン及びソースは、それぞれノードN2及び接地電位GNDに接続されている。そして、ノードN2からキャリア検出信号CARDが出力されるようになっている。ノードN2は、インバータ41を介して、3入力のOR42の第1の入力側に接続されている。
【0019】
整流部20の+出力側には、更に復調部43が接続されている。復調部43は、整流部20で全波整流された直流電圧DCV中に含まれるデータ成分を復調し、送られてきたデータを受信するものである。復調部43の出力側は、中央処理装置(以下、「CPU」という)50に接続されている。
【0020】
一方、接続端子60は、カード読み書き装置側の接点に電気的機械的に接触して接触モードでの電源の受電や信号の授受を行う電極61〜65を有している。電極61は電源電圧VCCを受電するもので、電極62は共通の接地電位GNDに接続するためのものである。電極61は電源部26の出力側に接続され、接触モード時には、この電極61からICカード内の各部に電源電圧VCCが供給されるようになっている。電極65はCPU50に接続され、このCPU50との間で直列にデータ送受信を行うものである。
【0021】
また、電極63は、カード読み書き装置側から与えられる動作の基準となる一定周波数(例えば、5MHz)の制御信号(例えば、クロック信号)CLKを受信するものである。電極64は、カード読み書き装置側から与えられる制御信号(例えば、リセット信号)/RST(但し、「/」は反転を意味する)を受信するものである。リセット信号/RSTがレベル“L”のとき、ICカードは強制的にリセット状態にされて動作が停止させられ、レベル“H”のとき、リセット状態が解除されて動作可能な状態となる。電極63,64は、それぞれプルダウン用の抵抗66,67を介して接地電位GNDに接続されると共に、クロック検出部70に接続されている。
【0022】
クロック検出部70は、電極63に接続されるインバータ71を有し、このインバータ71の出力側が2入力のNOR72の第1の入力側に接続されている。NOR72の第2の入力側には、電極64が接続されている。NOR72の出力側はNMOS73のゲートに接続され、このNMOS73のソースが接地電位GNDに、ドレインがノードN3に接続されている。ノードN3は、負荷用の抵抗74とクロック周波数成分をバイパスさせるためのキャパシタ75を介して電源電圧VCCが与えられるようになっている。更に、ノードN3には、インバータ76が接続され、このインバータ76の出力側からクロック検出信号CLKDが出力されるようになっている。
【0023】
インバータ76から出力されるクロック検出信号CLKDと、電極64に与えられるリセット信号/RSTは、OR42の第2と第3の入力側に与えられるようになっている。そして、OR42からモード信号MODが出力され、CPU50に与えられるようになっている。モード信号MODは、非接触モードのときに“L”、接触モードのときに“H”になる信号である。
【0024】
このICカードは、CPU50に接続されたROM(読み出し専用メモリ)やEPROM(書き込み可能な不揮発性メモリ)等のメモリ80の他、図示していないが、非接触モードにおいてコイル11に送信データを出力するための変調部、搬送波CARから動作の基準となるクロック信号CLKを生成してCPU50に与えるクロック再生部等を備えている。
【0025】
図3は、図1のICカードの外観を示す透視平面図である。
このICカードは、図3に示すように、縦54mm×横86mm×厚さ0.76mm程度のプラスチック製のカードに、CPU50、メモリ80、整流部20、電源部26、キャリア検出部30、及びクロック検出部80等を集積回路化したICチップと、コイル11と、接続端子60とを埋め込んだものである。接続端子60の裏側にICチップが張り付けられ、このICチップの電極と接続端子60の各電極がワイヤで接続されている。接続端子60は、ICカード上の所定の位置に配置されるように規定されている。一方、コイル11の配置や大きさは、ICカードの使用形態等によって異なっている。図3のICカードでは、カードの周囲に3回巻き程度のコイル11がパターン等で形成され、例えば10cmの距離から非接触モードでの動作が可能となっている。
【0026】
図4(a),(b)は、図1の動作を示す信号波形図である。以下、この図4を参照しつつ、図1の動作を、(1)非接触モード、及び(2)接触モードに分けて説明する。
【0027】
(1) 非接触モード
非接触モードでは、ICカードのコイル11は、カード読み書き装置側のコイルと電磁的に結合される。一方、接続端子60は無接続である。
【0028】
図4(a)の時刻t1において、カード読み書き装置側から出力された搬送波CARがコイル11とキャパシタ12の同調回路で受信されると、この同調回路で受信された搬送波CARは整流部20で全波整流され、その+出力側の直流電圧DCVが上昇する。直流電圧DCVは、キャリア検出部30の電源として供給される。
【0029】
時刻t2において、直流電圧DCVが所定の電圧まで上昇すると、電源部26から所定の電源電圧VCCが出力され、ICカード内の各部に供給される。
キャリア検出部30では、コイル11で受信された搬送波CARが、抵抗31,32で所定のレベルに分圧されてNMOS33のゲートに印加される。これにより、NMOS33は搬送波CARの周波数でオン/オフされる。NMOS33の負荷には、抵抗34とバイパス用のキャパシタ35が並列に接続されているので、搬送波CARが与えられている間、ノードN1は“L”となり、ノードN2から出力されるキャリア検出信号CARDは“H”となる。キャリア検出信号CARDはインバータ41で反転され、“L”の信号S41がOR42に与えられる。
【0030】
一方、接続端子60は無接続であるので、電極63,64は、それぞれ抵抗66,67を介してプルダウンされて“L”である。クロック検出部70では、インバータ71の出力信号が“H”になり、NOR72の出力信号が“L”になる。従って、NMOS73はオフ状態になり、ノードN3は“H”となって、インバータ76から出力されるクロック検出信号CLKDは“L”となる。
これにより、“L”のクロック検出信号CLKDとリセット信号/RSTがOR42に与えられ、このOR42から出力されるモード信号MODは“L”となり、CPU50は非接触モードに設定される。
【0031】
時刻t3において、搬送波CARのレベルが低下すると、電源部26からの電源電圧VCCが停止し、ICカードの動作は停止する。
【0032】
(2) 接触モード
接触モードでは、ICカードはカード読み書き装置にセットされ、電極61〜65は、カード読み書き装置側の接点に接触して接続される。一方、コイル11には、搬送波CARは与えられない。
【0033】
図4(b)の時刻T1において、カード読み書き装置側から電極61に電源電圧VCCが与えられると、この電源電圧VCCはICカード内の各部に供給される。この時点では、電極63,64に与えられるクロック信号CLKとリセット信号/RSTは、共に“L”である。従って、クロック検出部70のNOR72の出力信号S72は“L”、ノードN3の信号は“H”となり、クロック検出信号CLKDは“L”である。一方、キャリア検出部30には、直流電圧DCVが供給されないので、キャリア検出信号CARDは“L”となり、信号S41は“H”となる。これにより、モード信号MODは“H”となり、CPU50は、接触モードに設定される。
【0034】
時刻T2において、電極63を通してクロック信号CLKの供給が開始されると、クロック検出部70のNOR72の出力側には、このクロック信号CLKが信号S72として出力される。これにより、NMOS73は、クロック信号CLKの周波数でオン/オフされる。NMOS73の負荷には、抵抗74とバイパス用のキャパシタ75が並列に接続されているので、所定のレベルの信号S72が与えられている間、ノードN3は“L”となり、クロック検出信号CLKDは“H”となる。この時、OR42から出力されるモード信号MODは、既に“H”となっているので、接触モードに変化はない。
【0035】
時刻T3において、電極64を通して与えられるリセット信号/RSTが“H”になって、リセット状態が解除されると、クロック検出部70のNOR72の出力信号S72は“L”となる。これにより、NMOS73はオフ状態となってクロック検出動作が停止され、ノードN3は“H”となり、クロック検出信号CLKDは“L”となる。この時、リセット信号/RSTと信号S41は“H”となっているので、モード信号MODは“H”で、接触モードに変化はない。
【0036】
時刻T4から時刻T5までの間、コイル11に搬送波CAR等の強力な交流信号が誘導されたとする。非接触モードの動作で説明したように、コイル11に誘導された搬送波CAR等によって直流電圧DCVがキャリア検出部30に与えられ、このキャリア検出部30から出力されるキャリア検出信号CARDは“H”となり、信号S41は“L”となる。しかし、リセット信号/RSTは“H”となっているので、モード信号MODは“H”で、接触モードに変化はない。
【0037】
時刻T6において、リセット信号/RSTが“L”になってリセット状態になると、クロック検出部70のNOR72の出力側に、クロック信号が信号S72として出力され、ノードN3は“L”となる。これにより、クロック検出信号CLKDは“H”となるが、モード信号MODは“H”となっているので、接触モードに変化はない。
【0038】
時刻T7において、クロック信号CLKが停止すると、クロック検出部70のNOR72から出力される信号S72は“L”となり、ノードN3は“H”となてクロック検出信号CLKDは“L”となる。この時、キャリア検出部30のキャリア検出信号CARDは“L”となっているので、モード信号MODは“H”で、接触モードに変化はない。
【0039】
時刻T8において、カード読み書き装置側から電極61に与えられる電源電圧VCCが停止すると、ICカードの動作は完全に停止される。
このように、本実施形態のICカードは、キャリア検出信号CARDに対して、クロック検出信号CLKD及びリセット信号/RSTを優先させるためのインバータ41及びOR42を有している。これにより、接触モードで動作しているときに、交流信号等の誘導によってキャリア検出信号CARDが“H”になっても、非接触モードに切り替えられることがない。
【0040】
更に、クロック検出部70において、リセット信号/RSTが解除されて“H”になったときに、クロック検出動作を停止させるためのNOR72を有している。これにより、リセット解除状態ではNMOS73がオフ状態となって、クロック検出部70における消費電力を低減することができる。
【0041】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次の(a)〜(e)のようなものがある。
(a) キャリア検出部30の回路構成は、図1中の回路に限定されない。コイル11で受信した信号中の搬送波周波数成分を検出することができるものであれば、どのような回路でも同様に適用可能である。
【0042】
(b) クロック検出部70の回路構成は、図1中の回路に限定されない。電極63から与えられるクロック信号CLKを検出することができるものであれば、どのような回路でも同様に適用可能である。例えば、インバータ71及びNOR72を省略して、クロック信号CLKをNMOS73のゲートに直接与えるように構成しても良い。
【0043】
(c) 接触モードを優先とするモード信号MODを出力するために、クロック信号CLKとリセット信号/RSTを用いているが、クロック検出部70を削除してリセット信号/RSTのみを用いていも良い。その場合には、3入力のOR42に代えて2入力のORを用い、その第1の入力側に信号S41を、第2の入力側にリセット信号/RSTを与えるようにすれば良い。
【0044】
(d) 接触モードを優先とするモード信号MODを出力するために、クロック信号CLKとリセット信号/RSTを用いているが、クロック検出信号CLKDのみを用いても良い。その場合には、例えばインバータ71及びNOR72を削除したクロック検出部を用いると共に、3入力のOR42に代えて2入力のORを使用し、この2入力のORの第1の入力側に信号S41を、第2の入力側にクロック検出信号CLKDを与えるようにすれば良い。
【0045】
(e) 接触モードを優先とするモード信号MODを出力するために、キャリア検出信号CARDを反転するインバータ41と、このインバータ41の出力信号S41、クロック検出信号CLKD、及びリセット信号/RSTの論理和をとってモード信号MODを出力する3入力のOR42を使用しているが、このような構成に限定するものではない。即ち、キャリア検出信号CARD、クロック検出信号CLKD、及びリセット信号/RSTの論理レベルが異なれば、それに対応した論理ゲートで構成する必要がある。
【0046】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、接触モード用の電極を介してリセット解除信号またはクロック信号が与えられたときに、非接触モード用のコイルにおける電磁誘導作用の有無にかかわらず接触モードを指定するモード指定手段を有している。これにより、接触モードが優先されて、コイルに交流信号等が誘導されても非接触モードに切り替わることを防止することができる。
更に、このモード指定手段は、リセット解除信号が与えられたときにトランジスタ(NMOS73)をオフ状態にしてクロック検出動作を停止させるNOR72を有している。これにより、リセット解除状態での消費電力が低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示すICカードの概略の構成図である。
【図2】従来のICカードの概略の構成図である。
【図3】図1のICカードの外観を示す透視平面図である。
【図4】図1の動作を示す信号波形図である。
【符号の説明】
11 コイル
20 整流部
26 電源部
30 キャリア検出部
41 インバータ
42 OR(論理和ゲート)
50 CPU(中央処理装置)
60 接続端子
61〜65 電極
70 クロック検出部
80 メモリ
Claims (1)
- 電磁誘導作用によって非接触で電力供給を受けると共にデータ送受信を行うためのコイルと、電気的機械的な接触によって電力供給及び制御信号を受けると共にデータ送受信を行うための複数の電極とを備え、モード信号の指定に従って非接触モードまたは接触モードの動作を行うデュアルモード型のICカードにおいて、
前記コイルで電力供給を受けたときはハイレベルの信号を、電力供給がないときはローレベルの信号を、第1のノードに出力するキャリア検出部と、
前記第1のノードの信号レベルを反転する第1のインバータと、
前記電極を介して前記ICカードのリセット状態を解除する制御信号であるリセット解除信号と該ICカードの動作の基本となる制御信号であるクロック信号とが入力され、少なくとも一方が活性化したときにローレベルの信号を出力し、両方が不活性のときにはハイレベルの信号を出力する否定的論理和ゲートと、
第2のノードと接地電位との間に接続され、前記否定的論理和ゲートの出力信号がローレベルのときにオフ状態となり、該出力信号がハイレベルのときにはオン状態となるトランジスタと、
電源電圧と前記第2のノードとの間に並列接続されたクロック信号検出用の抵抗及びキャパシタと、
前記第2のノードの信号レベルを反転する第2のインバータと、
前記第1及び第2のインバータの出力信号と前記リセット解除信号の論理和を前記モード信号として出力する論理和ゲートとを、
備えたモード指定手段を設けたことを特徴とするICカード。
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