JP3800091B2 - Non-contact communication medium and non-contact communication system - Google Patents

Non-contact communication medium and non-contact communication system Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非接触で通信を行う非接触通信媒体に関する。例えば、スマートカードと呼ばれる非接触通信媒体は、識別番号や本人認証のための身体的情報に代表される識別情報、金銭情報に代表される価値情報、クレジットカードで使用される信用情報などを通信したりこれらの情報を記憶したり、これらの情報に基づいてあらかじめ記憶している情報を変更したりする。また、例えば、非接触通信媒体の形状がカード型である非接触ＩＣカード、人や車、荷物などに付けて使用されるデータキャリアに関する。そして、非接触通信媒体が、本人認証装置などの識別装置、自動改札機、現金または電子的現金取引処理装置、利用料金徴収装置などと通信を行う非接触通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触ＩＣカードは、共振回路を備えている。この共振回路の一部であるアンテナコイルが情報読出／書込機から発生される磁束に対して鎖交されると、そのアンテナコイルから誘導起電力が発生し、共振回路によって大きな電圧が発生する。この非接触ＩＣカードを情報読出／書込機のアンテナ部に近づけることによって、そのアンテナ部から電磁波を受信することによって共振回路が共振状態になり、この共振状態を利用して情報読出／書込機と非接触ＩＣカードとの間でデータ通信を行う。また、共振回路が共振することによって発生する電圧によって非接触ＩＣカード内の他の回路に電力が供給されその回路が動作する。
【０００３】
ここで、非接触ＩＣカードの実際の使用状況を考えてみる。例えば、鉄道の定期券、銀行で使用するキャッシュカードおよび買い物に使用するクレジットカードなどとして使用される非接触ＩＣカードの場合、これらの非接触ＩＣカードは、厚さが薄いため、財布や定期入れなどに複数の非接触ＩＣカードを重ねて入れ、そのまま情報読出／書込機のアンテナ部に近づけて使用されることが多い。
【０００４】
この場合、二枚以上の非接触ＩＣカードが重なった状態で使用されるため、非接触ＩＣカード間の相互インダクタンスによって、各非接触ＩＣカードの共振周波数が情報読出／書込機からの信号の搬送波周波数に対してずれる。これにより、共振回路に発生する電圧が低下し、非接触ＩＣカード内の回路に充分な受信電力が供給されず、情報読出／書込機と非接触ＩＣカードとの間で通信できない場合が生じる。
【０００５】
これについて図１１を用いて説明する。図１１のグラフの横軸は、非接触ＩＣカードの共振回路の周波数を示している。縦軸は、その共振回路に発生する受信電圧の絶対値を示している。後述する図１２のグラフの横軸および縦軸も同様である。
【０００６】
図１１（Ａ）は、一枚の非接触ＩＣカードを情報読出／書込機に接近させたときの周波数と受信電圧との関係を示している。この場合、非接触ＩＣカードは一枚だけで使用されている。そのため、共振回路の共振周波数ｆ０と情報読出／書込機からの搬送信号の搬送波周波数ｆｃとが一致しており、その周波数で高い受信電圧が発生している。
【０００７】
図１１（Ｂ）は、二枚の非接触ＩＣカードを重ねて情報読出／書込機に接近させたときの周波数と受信電圧との関係を示している。この場合、非接触ＩＣカードは二枚で使用されており、二枚の非接触ＩＣカード間で、相互インダクタンスの影響を受けるため、共振回路の共振周波数が変化し、図に示すように、共振周波数ｆ０' が情報読出／書込機からの搬送信号の搬送波周波数ｆｃからずれる。これにより、搬送波周波数ｆｃでは、共振周波数ｆ０' での受信電圧に比べて低い受信電圧しか発生していない。このため、非接触ＩＣカード内の回路に充分な電力が供給されず、リーダライタと非接触ＩＣカードとの間で通信できない問題が生じる。
【０００８】
このような問題を解決するために、非接触ＩＣカードを二枚重ねても、受信電圧が低下しないよう、あらかじめ各非接触ＩＣカードの共振周波数を搬送波周波数に比べて高い周波数にずらして設定しておく。これにより、非接触ＩＣカードを二枚重ねたときに、共振周波数が低下しても共振周波数が搬送波周波数から大きくずれないようにするという方法がある。
【０００９】
これについて図１２を用いて説明する。非接触ＩＣカードを一枚だけで使用した場合には、図１２（Ａ）に示すように、非接触ＩＣカードの共振回路の共振周波数ｆ０が搬送波周波数ｆｃよりも高い状態で設定されている。
【００１０】
一方、非接触ＩＣカードを二枚重ねて使用した場合を、図１２（Ｂ）に示す。非接触ＩＣカードは二枚で使用されており、二枚の非接触ＩＣカードにおいて、相互インダクタンスの影響を受けるため、共振周波数ｆ０' が、搬送波周波数ｆｃに比べて、低下している。
【００１１】
しかし、非接触ＩＣカードを一枚で使用した場合と二枚で使用した場合のいずれでも、共振周波数が搬送波周波数から、図１１で説明したものに比べて大きくずれない。このため、図１１で説明した場合に比べて、誘導起電力の低下を防ぐことができる。
【００１２】
また、共振回路に対して直列にスイッチを接続し、このスイッチをランダムにオン／オフしたときの共振回路の電圧を監視することによって非接触ＩＣカードが重なっているかどうかを検出し、重なっていると判断した場合には、一方の非接触ＩＣカードのスイッチをオフにし、他方の非接触ＩＣカードの共振回路のみを共振状態にする方法が提案されている。この方法では、重なっている状態では、一方の非接触ＩＣカードが共振状態にあって他方の非接触ＩＣカードが共振状態にない。
【００１３】
これにより、一方の非接触ＩＣカードは単独で使用した場合と同様な受信電圧を得ることができる。さらに、他方の非接触ＩＣカードは、一方の非接触ＩＣカードにおける共振回路のエネルギーを相互インダクタンスによる電磁結合によって得ることができる。したがって、二枚の非接触ＩＣカードともに想定した電圧を得ることができる（特開平１０−１２６３１８号参照）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の各方法は次に述べる欠点がある。
【００１５】
（１）非接触ＩＣカードの共振周波数を搬送波周波数からずらしておく方法では、使用する非接触ＩＣカードが一枚のときでも共振周波数が搬送波周波数からずれているため、そのずれの分だけ誘導起電力が低下し、通信距離が短くなる。
【００１６】
（２）共振回路に接続されているスイッチをランダムにオン／オフする方法では、重なっていることを検出するために非接触ＩＣカード内の受信部やクロック回路を常に動作させておかねばならない。このため非接触ＩＣカードの消費電力が増え、非接触ＩＣカードは大きな磁界を必要とする。非接触ＩＣカードがこの大きな磁界を受信するには近距離で通信する必要がある。このため、（１）の方法と同様に通信距離が短くなってしまう。
【００１７】
本発明の目的は、複数の非接触通信媒体を重ねた場合でも、消費電力の大幅な増加を伴わず、通信距離性能を損なわない非接触通信媒体を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の非接触通信媒体は、上記の課題を解決するために以下の構成を備えている。
【００１９】
（１）電磁波を受信することで誘導起電力を発生し信号を送受信するアンテナコイルと共振コンデンサとからなる共振回路と、
前記共振回路の出力から所定の信号を復調する復調回路と、
前記復調回路で得られた信号を処理する処理回路と、
前記処理回路から出力される信号を変調し共振回路に出力する変調回路と、
前記共振回路を、前記共振コンデンサが前記アンテナコイルに接続された接続状態と、前記共振コンデンサが前記アンテナコイルから切断された非接続状態とに切り換えるスイッチ部と、
前記共振回路に発生する出力電圧の大きさに基づいて前記スイッチ部を切り換え制御するスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記共振回路が非接続状態である初期状態において、前記出力電圧が所定のしきい値以上に上昇したときに、前記スイッチ部を制御することで前記共振回路を接続状態にし、その後、前記出力電圧が前記しきい値未満の電圧に下降したときに前記スイッチ部を制御することで前記共振回路を非接続状態にすることを特徴とする。
【００２０】
共振回路は、アンテナコイルに所定の周波数の電磁波を受けると、共振し、誘導起電力のＱ倍の電圧を発生する。ここでＱとは、クオリティファクタである。また、共振回路は信号を無線で送受信する。スイッチ部は、共振回路を接続状態と非接続状態とに切り換えるアナログスイッチで構成される。アナログスイッチは、共振回路において、コンデンサに直列に挿入される。スイッチ部がオンされると共振回路にコンデンサが接続されて接続状態となる。一方、スイッチ部がオフされると共振回路からコンデンサの接続が開放されて非接続状態となる。スイッチ部は、初期状態において、非接続状態である。
接続状態とは、共振回路が成立するように回路の素子同士が電気的に接続されている状態をいう。一方、非接続状態とは、共振回路が成立しないように回路の素子同士が電気的に切断されている状態をいう。
【００２１】
スイッチ制御部は、従来の非接触通信媒体にないものであって、上記共振回路の出力電圧の大きさが所定のしきい値以上に上昇したかどうかに基づいてスイッチ部を切り換え制御する。
【００２２】
非接触通信媒体が一つだけの場合、その通信対象である外部の通信装置と非接触通信媒体の共振回路が電磁結合すると、共振回路からの出力電圧は所定のしきい値以上に上昇した後、共振回路が接続状態となり、さらに上昇する。したがって、共振回路は共振状態を維持して、充分な電力を変調回路、復調回路、処理回路などへ供給することによって、非接触通信媒体は、通信装置との間で、非接触通信を行う。
【００２３】
一方、非接触通信媒体が二つある場合、例えば、非接触通信媒体がカード形状で、それを二枚重ねて通信装置に接近させ電磁結合させると、それぞれの非接触通信媒体における出力電圧がともに所定のしきい値以上に上昇した状態になる。この場合、双方の非接触通信媒体のスイッチ部がスイッチ制御部によってオンされるため、双方の非接触通信媒体の共振回路は、ともに接続状態になる。このとき、二つの非接触通信媒体における共振回路の相互インダクタンスの作用によってこれら二つの共振回路の共振周波数が搬送波周波数より大きく低下し、双方の共振回路の出力電圧が下降し始める。そして、どちらかの出力電圧が先に所定のしきい値未満に下降する。この非接触通信媒体において、出力電圧が一旦所定のしきい値以上になり、その後、この所定のしきい値未満に下降した場合に、スイッチ制御部はスイッチ部をオフする。これにより、非接触通信媒体の共振回路は非接続状態になる。したがって、一方の非接触通信媒体の共振回路において、他方の非接触通信媒体の共振回路から受ける影響が小さくなる。そして、共振周波数は、非接触通信媒体が一つだけの場合と同じ周波数になる。このため、この非接触通信媒体では、共振回路の出力電圧の下降が止まり、再び上昇に転じる。その後、この非接触通信媒体は、その共振回路の出力電圧が急激に上昇して充分な電圧になったときに復調回路や処理回路などが動作し、非接触通信が可能な状態となる。また、他方の非接触通信媒体は、上記一方の非接触通信媒体における共振回路の出力電圧が上昇するのに応じて、共振回路のコイルの電磁結合によって出力電圧が上昇し、その電圧が充分に上昇したときに非接触通信が可能な状態となる。
【００２４】
このように、スイッチ制御部は、共振回路の出力電圧の大きさに基づいて非接触通信媒体の共振回路を接続状態と非接続状態とに切り換えることによって、二つの非接触通信媒体が近接している（重なっている）場合でも、双方の非接触通信媒体とも通信装置との間で非接触通信ができるようになる。
【００２５】
なお、非接触通信媒体の外観が形状をカード形状にすることにより、非接触通信媒体同士を重ねやすくすることができる。また、非接触通信媒体を財布や定期入れなどに収納しやすくなる。この発明はカード形状に限定されるものではなく、どのような形状のものであっても適用することが可能である。また、共振回路の出力電圧を非接触通信媒体本体の電源として利用すれば、電池が不用になる。
【００２６】
（２）前記共振回路で生成された交流電力から前記処理回路で使用する電力を生成する電源回路と、この電源回路と前記処理回路の電力供給端子との間に、前記処理回路への電力の供給を接続または遮断する電力供給スイッチ部と、を設け、前記スイッチ部が制御された後、前記出力電圧が前記しきい値より大きな第２のしきい値以上に上昇したときに、前記電力供給スイッチ部を接続し、前記処理回路に電力を供給することを特徴とする。
【００２７】
この発明では、処理回路がまだ作動していない状態において電力の無駄な消費がないため、通信可能な状態になるまでの時間を短縮することができる。また、処理回路が動作するために必要な電圧上昇してはじめて、処理回路に電力が供給されるため、不十分な電力による処理回路の誤作動を防止することができる。
【００２８】
なお、共振回路は、コイルとコンデンサとの並列共振回路で構成することが好ましい。なぜなら、共振回路に対する負荷（非接触通信媒体）の入力インピーダンスが高いため、インピーダンスの整合をとるため、出力インピーダンスが高い並列共振回路を用いることが望ましいからである。
【００２９】
また、共振回路の出力電圧が所定のしきい値以上でかつ第２のしきい値以上にならない場合には、このような状態の時間を計測するタイマーを設け、タイマーが所定時間を計測した場合に、非接触通信媒体を初期状態、すなわち、共振回路が非接続状態で電力供給スイッチ部が電力供給を遮断している状態に戻すことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施形態である非接触通信媒体としての非接触ＩＣカードおよび同非接触ＩＣカードと通信を行う非接触式自動改札機を示している。
【００３１】
この自動改札機１は、改札通路２を隔てて相対向する一対の改札機本体３を備えている。両改札機本体３の側面それぞれには、改札通路２における利用者の通過を許可あるいは阻止する扉（図示せず）が配置されている。
【００３２】
各改札機本体３には、乗車情報読取／書込機４が設けられている。乗車情報読取／書込機４の一部であるアンテナ部５が広い通信領域が得られるように各改札機本体３の上面に臨んで配置されている。乗車券としての非接触ＩＣカード６が、乗車情報読取／書込機４の通信領域内に位置したときに、その非接触ＩＣカード６と乗車情報読取／書込機４の間で非接触データ通信を行う。すなわち、非接触ＩＣカード６を携帯する利用者である乗客などが、乗車情報読取／書込機４のアンテナ部５によってつくられている通信領域内に、非接触ＩＣカード６をかざしたときに、非接触ＩＣカード６は、乗車情報読取／書込機４との間で乗車情報に関する非接触データ通信を行う。この通信結果に応じて、自動改札機１は、扉を開閉制御することにより、乗客などの通過を許可したりしなかったりする。
【００３３】
図２は、上記乗車情報読取／書込機４の構成図である。
【００３４】
乗車情報読取／書込機４は、アンテナ部５、送信部１１、受信部１２、ＣＰＵ１４、ＲＯＭ１５、ＲＡＭ１６を備えている。
【００３５】
送信部１１は、非接触ＩＣカード６への電力を伝送するための搬送波およびデータを伝送するための前記搬送波を変調させた高周波信号を生成してアンテナ部５に供給する。
【００３６】
受信部１２は、アンテナ部５で受信した信号を復調する。
【００３７】
アンテナ部５は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えている。そして、アンテナ部５は、共振回路を介して、電力送信部１１からの変調された搬送波を電磁波として送信する。そして、非接触ＩＣカード６がアンテナ部５に接近すると、非接触ＩＣカード６がアンテナ部５からの電磁波を受け、非接触ＩＣカード６の共振回路で電圧が発生する。それを非接触ＩＣカード６は電源とする。また、前記搬送波は変調されているため、アンテナ部５からの磁界が変化し、非接触ＩＣカード６は、その信号を受信する。一方、非接触ＩＣカード６からアンテナ部５へ送信される磁界が変化することによって、アンテナ部５で誘導起電力が発生し、その誘導起電力が変化することによって受信部１２は、非接触ＩＣカード６からの信号を受信する。
【００３８】
ＲＯＭ１５にはＣＰＵの処理に必要なプログラム、利用者の識別情報や非接触ＩＣカード自体の識別番号などのデータが記憶されている。
【００３９】
ＲＡＭ１６には、自動改札機１へ送信するデータや受信した信号に基づいたデータなどが記憶されている。
【００４０】
また、ＣＰＵ１４は、ＲＯＭ１５およびＲＡＭ１６に記憶されているデータに基づいて乗車情報読取／書込機４の各構成を制御する。
【００４１】
図３は非接触ＩＣカードの構成図である。
【００４２】
この非接触ＩＣカード６は、アンテナコイルＬ、コンデンサＣ、スイッチ素子ＳＷ、電源回路６２、電力供給スイッチ素子ＰＳＷ、スイッチ制御回路６１、復調回路６４、変調回路６５、データ処理回路６３を備えている。
【００４３】
アンテナコイルＬとコンデンサＣとが並列に接続された回路を共振回路６０と呼ぶ。共振回路６０がアンテナ部５を構成しており、アンテナコイルＬがアンテナ部５のアンテナ面を形成する。そして、スイッチ素子ＳＷは、共振回路６０のコンデンサＣに直列に接続されている。スイッチ制御回路６１がスイッチ素子ＳＷをオンに制御することによって、共振回路６０を共振接続可能な状態にする。また、スイッチ制御回路６１がスイッチ素子ＳＷをオフに制御することによって、共振回路６０を共振接続不可能な状態にする。
【００４４】
電源回路６２は、共振回路６０で生成された交流電力を直流電力に整流することによって、スイッチ制御回路６１、復調回路６４、変調回路６５およびデータ処理回路６３で使用される電力を生成する。
【００４５】
電源回路６２と復調回路６４、変調回路６５、データ処理回路６３との間に電力供給スイッチ素子ＰＳＷが設けられている。スイッチ制御回路６１が電力供給スイッチ素子ＰＳＷをオンに制御することによって、復調回路６４、変調回路６５およびデータ処理回路６３に電力を供給する。
【００４６】
また、スイッチ制御回路６１が電力供給スイッチ素子ＰＳＷをオフに制御することによって、復調回路６４などへの電力供給を遮断する。
【００４７】
復調回路６４は、共振回路６０から入力される変調された搬送波を復調し、復調された信号をデータ処理回路６３に出力する。
【００４８】
変調回路６５は、データ処理回路６３から入力される信号を変調し、共振回路６０に出力する。
【００４９】
データ処理回路６３は、所定のデータを記憶しており、復調回路６４から入力される信号に応じて、所定の信号を変調回路６５に出力したり、または入出力信号に応じた所定のデータを記憶したり、記憶しているデータを変更するなどの処理を行う。復調回路６４、変調回路６５およびデータ処理回路６３を総称してデータ処理部６６と呼ぶ
前記スイッチ制御回路６１は、電源回路６２で整流された出力電圧Ｖを監視し、この出力電圧Ｖの大きさに基づいてスイッチ素子ＳＷまたは電力供給スイッチ素子ＰＳＷのオン／オフを切り換え制御する。具体的には、このスイッチ制御回路６１は、非接触ＩＣカード６が改札機本体３のアンテナ部５に接近することによって前記出力電圧が所定のしきい値Ｖｔｈ１以上に上昇すると、スイッチ素子ＳＷをオンする。この状態を便宜上、状態１と呼ぶ。このスイッチ素子ＳＷがオンされることによって、共振回路６０は接続状態となる。次に、この状態１から、前記出力電圧がしきい値Ｖｔｈ１未満に下降すると、スイッチ素子ＳＷをオフにする。このように状態１からスイッチ素子ＳＷがオフになった状態を、状態２と呼ぶ。このスイッチ素子ＳＷがオフされることによって共振回路６０は非接続状態となる。
【００５０】
スイッチ制御回路６１は、さらに電力供給スイッチ素子ＰＳＷを以下のように制御する。スイッチ制御回路６１は、前記状態１において、前記出力電圧が所定のしきい値Ｖｔｈ２（＞Ｖｔｈ１）以上に上昇すると、電力供給スイッチ素子ＰＳＷをオンする。状態１から電力供給スイッチ素子ＰＳＷがオンになった状態を状態３と呼ぶ。
【００５１】
また、前記状態２において前記出力電圧が所定のしきい値Ｖｔｈ２以上に上昇すると、電力供給スイッチ素子ＰＳＷをオンする。状態２から電力供給スイッチ素子ＰＳＷがオンになった状態を状態４と呼ぶ。
【００５２】
非接触ＩＣカード６が状態３または状態４のいずれの状態になるかは、状態３または状態４の直前の状態が状態１と状態２のどちらかになっているかによる。状態１から状態３に移行した場合には、共振回路６０は接続状態で本来の共振状態となっている。状態２から状態４に移行した場合には、共振回路６０は非接続状態となっている。いずれの場合も、電源回路６２の出力電圧が所定のしきい値Ｖｔｈ２以上に上昇してデータ処理部６６を駆動するのに充分な電圧を得ている。このようになる理由を以下に詳述する。
【００５３】
図４は、非接触ＩＣカード６が一枚だけ改札機本体３のアンテナ部５に近づいたときのスイッチ制御回路６１のスイッチ素子ＳＷおよび電力供給スイッチ素子ＰＳＷに対する制御動作結果を示す。
【００５４】
初期状態では、スイッチ素子ＳＷはオフされている。また、電力供給スイッチ素子ＰＳＷもオフされている。この初期状態において、非接触ＩＣカード６がアンテナ部５に近づくと、非接触ＩＣカード６における共振回路６０に電圧Ｖが発生する。そして、この電圧Ｖがスイッチ制御回路６１で検出され、この電圧Ｖが所定のしきい値Ｖｔｈ１以上に上昇すると、スイッチ制御回路６１がスイッチ素子ＳＷをオンする。この状態が、状態１である。これによって、共振回路６０は接続状態となるため、電源回路６２の出力電圧が急激に上昇する。
【００５５】
さらに、出力電圧Ｖが所定のしきい値Ｖｔｈ２以上に上昇すると、スイッチ制御回路６１は電力供給スイッチ素子ＰＳＷをオンする。この状態が状態３である。
【００５６】
このようにして、初期状態、状態１、状態３の順に推移し、非接触ＩＣカード６を改札機本体３のアンテナ部５に近づけたとき、非接触データ通信を行える状態となる。
【００５７】
図５は、非接触ＩＣカード６が二枚重なって改札機本体３のアンテナ部５に近づいたときのスイッチ制御回路６１のスイッチ素子ＳＷおよび電力供給スイッチ素子ＰＳＷに対する制御動作結果を示す。ここでは、二枚の非接触ＩＣカードをそれぞれカード６ａおよびカード６ｂと呼ぶ。
【００５８】
初期状態では、二枚のカード６ａ、６ｂはともに、それぞれのスイッチ素子ＳＷおよび電力供給スイッチ素子ＰＳＷがオフ状態にある。この初期状態にある二枚のカード６ａ、６ｂがアンテナ部５に近づくと、両カードの共振回路６０から発生する出力電圧がしきい値Ｖｔｈ１以上に上昇する。なお、このとき、二つのカードの出力電圧が、ほとんど同時にアンテナコイルに発生する誘導起電力だけによってしきい値Ｖｔｈ１以上に上昇するか、または一方のカードの出力電圧がしきい値Ｖｔｈ１以上に上昇して接続状態となってから、他方のカードの出力電圧が相互誘導によりしきい値Ｖｔｈ１以上に上昇する。
【００５９】
いずれの場合でも、二枚のカード６ａ、６ｂとも出力電圧がしきい値Ｖｔｈ１以上に上昇すると、カード６ａ、６ｂとも、スイッチ素子ＳＷがスイッチ制御回路６１によってオンされる。したがって、このとき二つのカード６ａ、６ｂはともに状態１となっている。二つのカード６ａ、６ｂがともに状態１となると、すなわち、二つのカード６ａ、６ｂが接近した状態で、それぞれのカードの共振回路６０が接続状態となると、共振周波数が低下し、共振回路に発生する電圧が低下する。
【００６０】
したがって、電源回路６２の出力電圧Ｖが共振状態となって急激に上昇した直後、急激に下降し始める。すると、カード６ａまたはカード６ｂのいずれかの上記出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ１未満に下降する。なお、このとき両方のカードの出力電圧Ｖが同時にしきい値Ｖｔｈ１未満に下降することはなく、通常はどちらかが先にしきい値Ｖｔｈ１に達する。なぜなら、回路内に発生する雑音、すなわち内部雑音（熱雑音、ショット雑音など）や、非接触ＩＣカードの製造工程で生まれる回路の電子的特性の差異などが存在するため、出力電圧の上昇および下降の度合いに差異が生じるからである。
【００６１】
ここで、カード６ｂの出力電圧Ｖが先にＶｔｈ１未満に達したとすると、そのカード６ｂのスイッチ制御回路６１は、その瞬間にスイッチ素子ＳＷをオフにする。これにより、カード６ｂの共振回路６０が非接続状態になり、二つの共振回路６０が相互に影響し合わなくなり、もう一方のカード６ａの共振回路６０は再び本来の接続状態となる。すなわち、カード６ａは状態１を維持し、カード６ｂはスイッチ素子ＳＷがオフされることによって状態１から状態２に遷移する。
【００６２】
カード６ａが状態１、カード６ｂが状態２になっているとき、カード６ａの共振回路６０のみが接続状態となっているために、このカード６ａの出力電圧Ｖは急激に上昇して、しきい値Ｖｔｈ２以上に達する。また、状態２にあるカード６ｂにおいては、カード６ａの共振回路６０の出力電圧が急激に上昇するために、電磁結合している非接続状態にあるカード６ｂの共振回路６０の出力電圧も急激に上昇する。
【００６３】
その結果、カード６ａ、６ｂとも出力電圧Ｖが急激に上昇して、両方ともしきい値Ｖｔｈ２以上に上昇することとなって、両方のカードとも、スイッチ制御回路６１が電力供給スイッチ素子ＰＳＷをオンする。このとき、カード６ａは状態３である。また、カード６ｂは、状態４である。
【００６４】
以上のスイッチ制御回路６１の動作によって、非接触ＩＣカード６が二枚重なって改札機本体３のアンテナ部５に近づけられても、充分な電力がデータ処理部６６に供給され、両方の非接触ＩＣカード６とも非接触データ通信が可能となる。
【００６５】
図６は、非接触ＩＣカード６の状態遷移を示している。初期状態では、スイッチ素子ＳＷおよび電力供給スイッチ素子ＰＳＷはオフである。非接触ＩＣカード６を改札機本体３のアンテナ部５に近づけると、非接触ＩＣカード６の共振回路６０の出力電圧Ｖが上昇し、その出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ１以上に上昇した状態すなわち状態１に遷移する。この状態１のとき、スイッチ制御回路６１は、スイッチ素子ＳＷをオンする。
【００６６】
状態１で非接触ＩＣカード６がアンテナ部５から離れるなど何らかの障害が生じ、出力電圧ＶがＶｔｈ１からＶｔｈ２の間に留まったまま所定時間以上経過すると時間切れとなる。時間切れとなったときに、スイッチ制御回路６１がスイッチ素子ＳＷをオフすることによって、非接触ＩＣカード６は、初期状態に戻る。
【００６７】
一方で、状態１から出力電圧Ｖが、所定時間内にしきい値Ｖｔｈ２以上に上昇すると状態３となる。この状態３のとき、スイッチ制御回路６１は、スイッチ素子ＳＷのオンを維持し、かつ電力供給スイッチ素子ＰＳＷをオンする。これにより、充分な出力電圧Ｖがデータ処理部６６に供給されて通信が開始される。
【００６８】
通信が終了し、または、非接触ＩＣカード６がアンテナ部５から離れると共振回路からの出力電圧が低下し、データ処理部６６に充分な出力電圧Ｖが供給されなくなる。このとき、スイッチ制御回路６１は、スイッチ素子ＳＷおよび電力供給スイッチ素子ＰＳＷをオフする。これによって、非接触ＩＣカード６は初期状態に戻る。
【００６９】
また、前記状態１において、出力電圧Ｖが所定時間内にしきい値Ｖｔｈ１未満に低下すると状態２となる。この状態２のとき、スイッチ制御回路６１は、スイッチ素子ＳＷをオフする。
【００７０】
状態２において、非接触ＩＣカード６がアンテナ部５から離れるなど何らかの障害が生じることによって、所定時間内に出力電圧ＶがＶｔｈ２以上に上昇しない場合には、初期状態に戻る。
【００７１】
また、この状態２において、出力電圧がしきい値Ｖｔｈ２以上になると状態４になる。この状態４のとき、出力電圧がデータ処理回路６３を駆動するに充分な大きさとなるため、スイッチ制御回路６１は、スイッチ素子ＳＷのオフを維持し、電力供給スイッチ素子ＰＳＷをオンする。そして、データ処理部６６に充分な電力が供給されて通信が開始される。
【００７２】
この状態４において、通信が終了し、または、非接触ＩＣカード６がアンテナ部５から離れると出力電圧が低下し、データ処理部６６に充分な出力電圧Ｖが供給されなくなり、初期状態に戻る。
【００７３】
なお、電力供給スイッチ素子ＰＳＷは、非接触ＩＣカード６が通信を行うためだけには存在しなくてもよく、電源回路６２からデータ処理部６６に対して常時電力を供給しておいてもよい
電力供給スイッチ素子ＰＳＷを設けた理由は、非接触ＩＣカード６における消費電力を低減させることにより、弱い電磁波からでもスイッチ制御回路６１の動作電圧を得るためである。通常、スイッチ制御回路６１よりデータ処理部６６の方が、大きな電力を消費する。したがって、データ処理部６６への電力供給を遮断することによって消費電力を低減させることができる。
【００７４】
以上の状態遷移図において、非接触ＩＣカード６が一枚のときには、通常は、初期状態、状態１、状態３、初期状態の順に遷移して、非接触ＩＣカード６は乗車情報読取／書込機４と非接触データ通信を行う。
【００７５】
また、非接触ＩＣカード６が二枚重なって使用されるときには、一方の非接触ＩＣカード６については、初期状態、状態１、状態３、初期状態の順に遷移する。また、このとき、他方の非接触ＩＣカード６については、初期状態、状態１、状態２、状態４、初期状態の順に遷移する。そして、それぞれの非接触ＩＣカード６は、状態３または状態４のときに、双方の非接触ＩＣカード６は乗車情報読取／書込機４と非接触データ通信を行う。
【００７６】
ここで、複数の非接触ＩＣカードと情報読取／書込機４とが通信する方法について説明する。
【００７７】
最初に、複数の非接触ＩＣカード６が存在する場合に、情報読取／書込機４が、非接触ＩＣカード６と一枚ずつ通信する方法を以下に示す。
【００７８】
まず、情報読取／書込機４がポーリングコマンドを送信する。
【００７９】
カード６ａおよびカード６ｂは、このポーリングコマンドを受信すると、情報／読取書込機に対してそれぞれのカードの識別情報を含んだレスポンスを送信する。このとき、カード６ａが先の時刻にレスポンスを送信した場合を考える。すると、情報読取／書込機４は、先にカード６ａからのレスポンスを受信する。その後、カード６ｂからのレスポンスを受信する。情報読取／書込機４では、受信したレスポンスの識別情報から、どのカードからのレスポンスを受信したのかを判断する。情報読取／書込機４は、先にレスポンスを受信したカード６ａと通信を開始するために、通信確立のコマンド（カード６ａの識別情報を含んでいる）をカード６ａに対して送信する。カード６ａは、通信確立のコマンドを受信することによって、それに対するレスポンスを情報読取／書込機４に送信する。情報読取／書込機４は、通信確立のコマンドに対するカードからのレスポンスを受信するまで、上述したポーリングコマンドや通信確立のコマンドの送信を繰り返す。
【００８０】
そして、情報読取／書込機４からリードコマンドなどがカード６ａに対して送信され、カード６ａでは、このリードコマンドに対応するレスポンスを送信することによって、カード６ａに対する通信処理が完了する。
【００８１】
情報読取／書込機４では、カード６ａとの通信が完了したため、再度、ポーリングコマンドを送信する。カード６ａは通信が完了しているため、このポーリングコマンドに対しては、レスポンスを送信しない。カード６ｂでは、ポーリングコマンドを受信することによって、 それに対応するレスポンスを情報読取/ 書込機４に対して送信する。情報読取／書込機４は、このレスポンスを受信することによって、カード６ｂに対して通信確立のコマンド（カード６ｂの識別情報を含んでいる）を送信する。カード６ｂは、通信確立のコマンドを受信することによって、そのレスポンスを情報読取／書込機４に送信する。情報読取／書込機４は、このレスポンスを受信することによって、カード６ｂに対して、リードコマンドなどを送信し、カード６ｂはこのコマンドに対するレスポンスを送信することによってカード６ｂに対する通信処理が完了する。
【００８２】
次に、情報読取／書込機４が、複数の非接触ＩＣカード６と二枚同時に通信する方法を示す。
【００８３】
まず、情報読取／書込機４がポーリングコマンドを送信する。カード６ａおよびカード６ｂは、このポーリングコマンドを受信すると、情報／読取書込機に対してそれぞれカードの識別情報を含んだレスポンスを送信する。
【００８４】
このとき、カード６ａが先にレスポンスコマンドを送信した場合を考える。すると、情報読取／書込機４は、初めにカード６ａからのレスポンスを受信する。その後、カード６ｂからのレスポンスを受信する。
【００８５】
ここで、二つのカードからのレスポンスを受信した情報読取/ 書込機４は、他にカードが存在し、通信できるかどうかを判断するため、再度、ポーリングコマンドを送信する。ここで、他のカードからのレスポンスがないと判断した場合に、次のように、カード６ａおよびカード６ｂと通信を行うための処理を行う。
【００８６】
情報読取／書込機４は、受信したレスポンスの識別情報から、どのカードからのレスポンスを受信したのかを判断する。情報読取／書込機４は、それぞれのカードに対して、通信確立のコマンド（カードの識別情報を含んでいる）をそれぞれのカードに対して送信する。カード６ａでは、通信確立のコマンドを受信することによって、それに対するレスポンスを情報読取／書込機４に送信する。また、カード６ｂでも、通信確立のコマンドを受信することによって、それに対するレスポンスを情報読取/ 書込機４に送信する。情報読取／書込機４は、通信確立のコマンドに対するカードからのレスポンスを受信するまで、上に説明した。ポーリングコマンドや通信確立のコマンドの送信を繰り返す。
【００８７】
そして、情報読取／書込機４からリードコマンドなどがカード６ａに対して送信され、カード６ａでは、このリードコマンドに対応するレスポンスを送信することによって、カード６ａに対する通信処理が完了する。そして、次に、情報読取／書込機４からリードコマンドなどがカード６ｂに対して送信され、カード６ｂは、このリードコマンドに対応するレスポンスを送信することによって、カード６ｂに対する通信処理が完了する。
【００８８】
また、非接触ＩＣカード６が三枚以上重ね合わせられて使用された場合も、各非接触ＩＣカード６が上記の状態遷移のいずれかの経緯を辿る。すなわち、複数の非接触ＩＣカード６が重なって使用された場合には、その一枚の非接触ＩＣカード６については、初期状態、状態１、状態３、初期状態の順に遷移する。また、この場合、他の複数の非接触ＩＣカード６については、初期状態、状態１、状態２、状態４、初期状態の順に遷移する。
【００８９】
図７は非接触ＩＣカード６が一枚だけ使用された場合、非接触ＩＣカード６を乗車情報読取／書込機４のアンテナ部５に近づけたときの非接触ＩＣカード６における共振回路からの出力電圧Ｖの時間的推移を示す。出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ１に達すると、スイッチ素子ＳＷがオンになるので、すなわち状態１になるので共振回路６０が共振状態となって急激に上昇する。そして、ある電圧に達した段階で緩やかとなり、さらに上昇を続けてしきい値Ｖｔｈ２に達してから電源回路６２内の定電圧回路により一定の飽和電圧となる。点Ｐでの電圧の上昇する傾きが緩やかになる理由は、共振回路が最初から共振状態であった場合の上昇曲線Ｑに沿って出力電圧が上昇するからである。この実施形態では、しきい値Ｖｔｈ２の値は、データ処理回路６３を安定して駆動可能な電圧の最低電圧に設定される。
【００９０】
図８は、非接触ＩＣカード６を二枚重ねた場合の各非接触ＩＣカード６における共振回路からの出力電圧Ｖの時間的推移を示す。
【００９１】
一枚目の非接触ＩＣカードをカード６ａ、二枚目の非接触ＩＣカードをカード６ｂとする。一枚目のカード６ａが、時刻ｔ１で電圧ｖ１（Ｖｔｈ１以上）の点Ｐ１に達すると、カード６ａが状態１となって出力電圧Ｖが急激に上昇する。これにより、双方のカードにおける共振回路の相互インダクタンスによって二枚目のカード６ｂの出力電圧も急激に上昇する。すると、この二枚目のカード６ｂの出力電圧がＶｔｈ１を超えるから二枚目のカード６ｂも状態１となる。二枚のカード６ａ、６ｂがともに状態１となると、二枚のカード６ａ、６ｂの共振回路は、相互に影響し合うため、時刻ｔ２で、共振回路からの出力電圧は急激に下降し始める。そして、最初に二枚目のカード６ｂの出力電圧がＶｔｈ１未満に達する。この時刻ｔ２で電圧ｖ２の点Ｐ２においては、二枚目のカード６ｂは状態２となる。一枚目のカード６ａは、まだ状態１である。すると、二枚目のカード６ｂが状態２になることによって、カード相互間の影響がなくなり、共振回路の出力電圧が急激に上昇する。
【００９２】
また、状態２にある二枚目のカード６ｂも相互インダクタンスによって一枚目のカードにおける共振回路の誘導を受けて出力電圧が急激に上昇する。こうして、二枚のカード６ａ、６ｂともＶｔｈ２を超えてそれぞれ、状態３、状態４となって通信可能状態となる。
【００９３】
図９は、図３に示す非接触ＩＣカード６のデータ処理部６６を除く部分の詳細な回路図である。
【００９４】
アンテナコイルＬとコンデンサＣからなる共振回路のコンデンサＣに直列にＭＯＳ ＦＥＴからなるアナログスイッチ素子ＳＷ１が接続され、このスイッチ素子ＳＷ１のゲートにＳＷ１制御信号が入力する。電源回路６２は、整流ダイオードＤ１と、ツェナーダイオードＤ２とコンデンサＣ１とで構成され、このうちツェナーダイオードＤ２は出力電圧を定電圧化するものである。
【００９５】
スイッチ制御回路６１において、抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＤ３とによって、しきい値Ｖｔｈ１を形成している。また、抵抗Ｒ２とツェナーダイオードＤ４とによって、しきい値Ｖｔｈ２を形成している。さらに、コンパレータＣＰ１は、電源回路６２からの出力電圧とＶｔｈ１とを比較し、コンパレータＣＰ２はＶｔｈ２と電源回路６２からの出力電圧とを比較する。コンパレータＣＰ１の出力は、２個のフリップフロップＦ１、Ｆ２とその他のゲート回路を経てＳＷ１制御信号を形成し、コンパレータＣＰ２の出力はＳＷ２制御信号を形成している。また、２個のタイマーＴ１、Ｔ２で時間監視を行う。
【００９６】
前記電源回路６２の出力端子には電力供給スイッチ素子ＳＷ２が接続され、この出力がデータ処理部６３の電力供給端子に接続されている。前記ＳＷ２制御信号は、このスイッチ素子ＳＷ２のゲートに入力され、また、スイッチ制御回路６１から出力される他の信号であるＳＷ１制御信号は前記スイッチ素子ＳＷ１のゲートに入力される。
【００９７】
スイッチ素子ＳＷ１は、図３で示したスイッチ素子ＳＷに相当する。また、スイッチ素子ＳＷ２は、図３で示した電力供給スイッチ素子ＰＳＷに相当する。
【００９８】
なお、スイッチ制御回路６１内のフリップフロップＦ１、Ｆ２およびタイマーＴ１、Ｔ２は後述のスイッチ制御回路６１の動作を制御するために使用されるものであって、ＳＷ１制御信号やＳＷ２制御信号を形成するために、また、時間監視を行うために使用される。
【００９９】
図１０は、スイッチ制御回路６１の動作を示すフローチャートである。
【０１００】
ステップ１００では、共振回路６０の出力、すなわち電源回路６２の出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ１以上となるかどうかを判断する。出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ１以上となればステップ１０１においてスイッチ素子ＳＷ１をオンするためのＳＷ１制御信号を形成する。具体的には、図９において、コンパレータＣＰ１の出力が「Ｈ」となり、ゲートＧ１によってフリップフロップＦ１がセットする。このとき、フリップフロップＦ２のＱ( バー) 端子は「Ｈ」であるために、ゲートＧ２の出力として「Ｈ」のＳＷ１制御信号が出力される。これによってスイッチ素子ＳＷ１がオンする。
【０１０１】
続いて、タイマーＴ１をリセットしてこのタイマーを起動する。すなわち、図９においてゲートＧ１の出力が「Ｈ」となることによって、タイマーＴ１がスタートする。なお、ステップ１０１で状態１が設定される。
【０１０２】
ステップ１０３では、上記状態１において出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ１未満になるかどうかが判断される。もしそうでなければ、ステップ１０５に進み出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ２以上となるかどうかを判断する。出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ２以上となれば、ステップ１０９に進んで電力供給スイッチ素子ＳＷ２をオンするべくＳＷ２制御信号をコンパレータＣＰ２から出力する。ステップ１０７においては、ステップ１０２で起動したタイマーＴ１でタイムアップするまでの間に出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ２以上になるのを監視する。すなわち、タイマーＴ１が、あらかじめ設定したタイマー時間ｔｉｍｅ１に達するまでの間に出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ２以上となればステップ１０９に進んで電力供給スイッチ素子ＳＷ２をオンさせるが、このタイマー監視期間内に出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ２以上とならない場合には、タイムアップすることによって、もとのステップ１００の初期状態に戻る。なお、ステップ１０９では状態３が設定される。また、ステップ１０３で出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ１未満となったことが判断された場合には状態１から状態２に設定される。
【０１０３】
上記状態２においては、ステップ１０４においてスイッチ素子ＳＷ１をオフするためにＳＷ１制御信号を「Ｌ」にする。すなわち、ゲートＧ１の出力が「Ｌ」になることによって、フリップフロップＦ１がオフする。これによって、ゲートＧ２の出力が「Ｌ」となって、スイッチ素子ＳＷ１がオフする。またこのときフリップフロップＦ２がセットする。ステップ１０４でスイッチ素子ＳＷ１をオフすると、ステップ１０６でタイマーＴ２をリセットして起動する。そして、ステップ１０８において、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ２以上となるかどうかを判断する。さらに、この判断をタイマーＴ２によって一定の時間ｔｉｍｅ２の時間だけ行う。そして、そのタイマー監視時間内に出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ２以上となれば、ステップ１０９に進んで電力供給スイッチ素子ＳＷ２をオンする。この状態が状態３である。もし、そのタイマー監視時間内に出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ２以上とならなければ、タイムアップしてステップ１００のもとの初期状態に戻る。
【０１０４】
なお、スイッチ制御回路６１は、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈ１以上に上昇したときを状態１とし、この状態１から再びしきい値Ｖｔｈ１未満に下降したときに状態２に遷移するようにしたが、状態２に遷移するときのしきい値は、Ｖｔｈ１未満の電圧であれば任意の電圧であってもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
この発明によれば、複数の非接触通信媒体（非接触ＩＣカードなど）が接近した状態（重なった状態）で同時に情報読取／書込装置などの通信装置に接近させても、それぞれの媒体で非接触データ通信を行うことができる。
【０１０６】
また、複数の非接触通信媒体（非接触ＩＣカードなど）のうち一つの非接触通信媒体が共振回路を接続状態と非接続状態とに切り換える構成を有していなくても、それぞれの通信媒体で非接触データ通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態である非接触ＩＣカードを使用する非接触自動改札機の外観図
【図２】改札機本体の乗車情報読出／書込機の構成図
【図３】非接触ＩＣカードの構成図
【図４】一枚の非接触ＩＣカードが通信可能となるまでのスイッチのオン／オフ動作を説明する図
【図５】二枚の非接触ＩＣカードを重ねて使用する場合における各カードのスイッチのオン／オフ動作を説明する図
【図６】非接触ＩＣカードの状態遷移図
【図７】一枚の非接触ＩＣカードが通信可能となるまでの出力電圧の変化を示す図
【図８】二枚の非接触ＩＣカードが使用される場合における各カードの出力電圧の変化を示す図
【図９】スイッチ制御回路の回路図
【図１０】スイッチ制御回路の動作を示すフローチャート
【図１１】従来の非接触ＩＣカードの欠点を説明するための図
【図１２】従来の非接触ＩＣカードの欠点を説明するための図
【符号の説明】
６０−共振回路
６１−スイッチ制御回路
６２−電源回路
６３−データ処理回路
６４−復調回路
６５−変調回路
６６−データ処理部
ＳＷ−スイッチ素子
ＰＳＷ−電力供給スイッチ素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a non-contact communication medium that performs non-contact communication. For example, non-contact communication media called smart cards communicate identification information such as identification numbers and physical information for personal authentication, value information represented by money information, credit information used in credit cards, etc. Or storing the information, or changing the information stored in advance based on the information. The present invention also relates to, for example, a non-contact IC card in which the shape of the non-contact communication medium is a card type, a data carrier used by attaching to a person, a car, a luggage, or the like. The present invention also relates to a contactless communication system in which a contactless communication medium communicates with an identification device such as a personal authentication device, an automatic ticket gate, a cash or electronic cash transaction processing device, a usage fee collection device, and the like.
[0002]
[Prior art]
  The non-contact IC card includes a resonance circuit. When an antenna coil that is a part of the resonance circuit is linked to the magnetic flux generated from the information reading / writing device, an induced electromotive force is generated from the antenna coil, and a large voltage is generated by the resonance circuit. . By bringing the non-contact IC card close to the antenna unit of the information reading / writing device, the resonant circuit is brought into a resonance state by receiving electromagnetic waves from the antenna unit, and information reading / writing is performed using this resonance state. Data communication is performed between the machine and the non-contact IC card. Further, power is supplied to other circuits in the non-contact IC card by the voltage generated by the resonance of the resonance circuit, and the circuit operates.
[0003]
  Here, consider the actual use situation of a non-contact IC card. For example, in the case of non-contact IC cards used as railway commuter passes, cash cards used at banks, and credit cards used for shopping, these non-contact IC cards are thin, so they can be used for wallets and time slots. In many cases, a plurality of non-contact IC cards are overlapped and used as they are close to the antenna portion of the information reading / writing device.
[0004]
  In this case, since two or more non-contact IC cards are used in an overlapped state, the resonance frequency of each non-contact IC card causes the signal from the information reading / writing device to be Deviation from carrier frequency. As a result, the voltage generated in the resonance circuit is reduced, and sufficient reception power is not supplied to the circuit in the non-contact IC card, and communication between the information reading / writing device and the non-contact IC card may not be possible. .
[0005]
  This will be described with reference to FIG. The horizontal axis of the graph in FIG. 11 indicates the frequency of the resonance circuit of the non-contact IC card. The vertical axis represents the absolute value of the reception voltage generated in the resonance circuit. The same applies to the horizontal and vertical axes of the graph of FIG.
[0006]
  FIG. 11A shows the relationship between the frequency and the reception voltage when one non-contact IC card is brought close to the information reading / writing device. In this case, only one non-contact IC card is used. For this reason, the resonance frequency f0 of the resonance circuit and the carrier frequency fc of the carrier signal from the information reading / writing device coincide with each other, and a high reception voltage is generated at that frequency.
[0007]
  FIG. 11B shows the relationship between the frequency and the reception voltage when two non-contact IC cards are overlapped and brought close to the information reading / writing device. In this case, two non-contact IC cards are used, and the resonance frequency of the resonance circuit changes due to the influence of mutual inductance between the two non-contact IC cards. The frequency f0 ′ deviates from the carrier frequency fc of the carrier signal from the information reading / writing device. As a result, only a reception voltage lower than the reception voltage at the resonance frequency f0 ′ is generated at the carrier frequency fc. For this reason, sufficient power is not supplied to the circuits in the non-contact IC card, and there is a problem that communication cannot be performed between the reader / writer and the non-contact IC card.
[0008]
  In order to solve such a problem, the resonance frequency of each non-contact IC card is set in advance higher than the carrier frequency so that the reception voltage does not decrease even when two non-contact IC cards are stacked. . Thus, when two non-contact IC cards are stacked, there is a method of preventing the resonance frequency from deviating greatly from the carrier frequency even if the resonance frequency is lowered.
[0009]
  This will be described with reference to FIG. When only one non-contact IC card is used, as shown in FIG. 12A, the resonance frequency f0 of the resonance circuit of the non-contact IC card is set to be higher than the carrier frequency fc.
[0010]
  On the other hand, FIG. 12B shows the case where two non-contact IC cards are used in an overlapping manner. Two contactless IC cards are used. Since the two contactless IC cards are affected by mutual inductance, the resonance frequency f0 ′ is lower than the carrier frequency fc.
[0011]
  However, the resonance frequency does not deviate significantly from the carrier frequency compared to the case described with reference to FIG. 11 regardless of whether the non-contact IC card is used alone or in two. For this reason, compared with the case demonstrated in FIG. 11, the fall of an induced electromotive force can be prevented.
[0012]
  In addition, by connecting a switch in series with the resonance circuit and monitoring the voltage of the resonance circuit when this switch is randomly turned on / off, it is detected whether or not the non-contact IC cards are overlapped. If it is determined that, the method of turning off the switch of one non-contact IC card and bringing only the resonance circuit of the other non-contact IC card into a resonance state has been proposed. In this method, in the overlapping state, one non-contact IC card is in a resonance state and the other non-contact IC card is not in a resonance state.
[0013]
  Thereby, one non-contact IC card can obtain the same reception voltage as when used alone. Furthermore, the other non-contact IC card can obtain the energy of the resonance circuit in the one non-contact IC card by electromagnetic coupling by mutual inductance. Therefore, it is possible to obtain an assumed voltage for both of the two non-contact IC cards (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-126318).
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
  However, each of the above methods has the following drawbacks.
[0015]
(1) In the method of shifting the resonance frequency of the non-contact IC card from the carrier frequency, the resonance frequency is shifted from the carrier frequency even when only one non-contact IC card is used. The power is reduced and the communication distance is shortened.
[0016]
(2) In the method of randomly turning on / off the switches connected to the resonance circuit, it is necessary to always operate the receiving unit and the clock circuit in the non-contact IC card in order to detect overlapping. For this reason, the power consumption of the non-contact IC card increases, and the non-contact IC card requires a large magnetic field. In order for the non-contact IC card to receive this large magnetic field, it is necessary to communicate at a short distance. For this reason, the communication distance is shortened as in the method (1).
[0017]
  An object of the present invention is to provide a non-contact communication medium that does not cause a significant increase in power consumption and does not impair communication distance performance even when a plurality of non-contact communication media are stacked.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  The non-contact communication medium of the present invention has the following configuration in order to solve the above problems.
[0019]
(1) a resonant circuit including an antenna coil that generates an induced electromotive force by receiving electromagnetic waves and transmits / receives a signal, and a resonant capacitor;
  A demodulation circuit for demodulating a predetermined signal from the output of the resonance circuit;
  SaidA processing circuit for processing a signal obtained by the demodulation circuit;
  A modulation circuit that modulates a signal output from the processing circuit and outputs the modulated signal to a resonance circuit;
  The resonant circuit;The resonant capacitor is connected to the antenna coilConnection status andThe resonant capacitor was disconnected from the antenna coilA switch section for switching to a disconnected state,
  A switch control unit for switching and controlling the switch unit based on the magnitude of the output voltage generated in the resonance circuit,
  The switch control unitIn an initial state where the resonant circuit is in a disconnected state,When the output voltage rises above a predetermined threshold, the resonant circuit is brought into a connected state by controlling the switch unit, and then the output voltage falls to a voltage lower than the threshold. The resonance circuit is brought into a non-connected state by controlling the switch unit.
[0020]
  When the resonance circuit receives an electromagnetic wave having a predetermined frequency in the antenna coil, it resonates and generates a voltage Q times the induced electromotive force. Here, Q is a quality factor. The resonant circuit transmits and receives signals wirelessly. The switch unit is configured by an analog switch that switches the resonance circuit between a connected state and a disconnected state. The analog switch is inserted in series with the capacitor in the resonant circuit. When the switch unit is turned on, a capacitor is connected to the resonance circuit and a connection state is established. On the other hand, when the switch unit is turned off, the connection of the capacitor is released from the resonance circuit, and the connection is disconnected.The switch unit is in a disconnected state in the initial state.
  The connected state means a state in which circuit elements are electrically connected so that a resonant circuit is established. On the other hand, the non-connected state refers to a state in which circuit elements are electrically disconnected so that a resonant circuit is not established.
[0021]
  The switch control unit is not included in the conventional non-contact communication medium, and switches and controls the switch unit based on whether or not the magnitude of the output voltage of the resonance circuit has risen above a predetermined threshold value.
[0022]
  When there is only one non-contact communication medium, when the external communication device that is the communication target and the resonance circuit of the non-contact communication medium are electromagnetically coupled, the output voltage from the resonance circuit rises above a predetermined threshold value. Then, the resonance circuit enters the connected state and further rises. Therefore, the resonance circuit maintains the resonance state, and sufficient power is supplied to the modulation circuit, demodulation circuit, and processing.circuitThe non-contact communication medium performs non-contact communication with the communication device.
[0023]
  On the other hand, when there are two non-contact communication media, for example, when the non-contact communication media are in the shape of a card, and two of them are brought close to the communication device and electromagnetically coupled, the output voltages of the respective non-contact communication media are predetermined. It will be in a state of rising above the threshold. In this case, since the switch units of both non-contact communication media are turned on by the switch control unit, the resonance circuits of both non-contact communication media are both connected. At this time, due to the mutual inductance of the resonance circuits in the two non-contact communication media, the resonance frequencies of the two resonance circuits are greatly reduced below the carrier frequency, and the output voltages of both resonance circuits start to drop. One of the output voltages falls below a predetermined threshold value first. In this non-contact communication medium, when the output voltage once exceeds a predetermined threshold value and then falls below the predetermined threshold value, the switch control unit turns off the switch unit. As a result, the resonance circuit of the non-contact communication medium is disconnected. Therefore, in the resonance circuit of one non-contact communication medium, the influence received from the resonance circuit of the other non-contact communication medium is reduced. The resonance frequency is the same as that when there is only one non-contact communication medium. For this reason, in this non-contact communication medium, the output voltage of the resonance circuit stops decreasing and starts to increase again. After that, in this non-contact communication medium, when the output voltage of the resonance circuit rapidly rises to a sufficient voltage, the demodulation circuit, the processing circuit, etc. operate, and non-contact communication is possible. In addition, the other non-contact communication medium has an output voltage that increases due to electromagnetic coupling of the coil of the resonance circuit in response to an increase in the output voltage of the resonance circuit in the one non-contact communication medium. When it rises, non-contact communication is possible.
[0024]
  As described above, the switch control unit switches the resonance circuit of the non-contact communication medium between the connection state and the non-connection state based on the magnitude of the output voltage of the resonance circuit, so that the two non-contact communication media come close to each other. Even in the case of overlapping (overlapping), both non-contact communication media can perform non-contact communication with the communication device.
[0025]
  Note that the appearance of the non-contact communication medium can be easily overlapped by making the shape of the card a card shape. In addition, it becomes easy to store the non-contact communication medium in a wallet or a regular case.This inventionIt is not limited to the card shape,Also suitableIt is possible to use. Further, if the output voltage of the resonance circuit is used as a power source for the non-contact communication medium main body, the battery becomes unnecessary.
[0026]
(2)A power supply circuit that generates power to be used in the processing circuit from AC power generated in the resonance circuit; andSaid processingCircuitPower supply terminalTo the processing circuitPower supply switch unit for connecting or cutting off power supplyWhen,After the switch unit is controlled, the power supply switch unit is connected when the output voltage rises above a second threshold value greater than the threshold value, and the processingcircuitIt is characterized by supplying electric power.
[0027]
  In this invention, processingcircuitSince there is no wasteful consumption of power in a state where the device is not yet operating, it is possible to shorten the time until communication is possible. Also processingcircuitOnly when the voltage required to operate is increasedcircuitBecause power is supplied to the system, processing with insufficient powercircuitCan be prevented from malfunctioning.
[0028]
  In addition,BothThe oscillation circuit is preferably configured by a parallel resonance circuit of a coil and a capacitor. This is because it is desirable to use a parallel resonant circuit having a high output impedance in order to achieve impedance matching because the input impedance of the load (non-contact communication medium) to the resonant circuit is high.
[0029]
  In addition, when the output voltage of the resonance circuit is not less than the second threshold and not more than the second threshold, a timer for measuring the time in such a state is provided, and the timer measures the prescribed time In addition, the non-contact communication medium can be returned to the initial state, that is, the state in which the resonance circuit is not connected and the power supply switch unit cuts off the power supply.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  FIG. 1 shows a non-contact IC card as a non-contact communication medium and a non-contact automatic ticket gate that communicates with the non-contact IC card according to an embodiment of the present invention.
[0031]
  The automatic ticket checker 1 includes a pair of ticket checker bodies 3 that face each other across a ticket check passage 2. Doors (not shown) that permit or block the passage of users in the ticket gate passage 2 are arranged on the side surfaces of the ticket gate main bodies 3.
[0032]
  Each ticket gate body 3 is provided with a boarding information reading / writing device 4. The antenna unit 5 which is a part of the boarding information reading / writing device 4 is arranged facing the upper surface of each ticket gate main body 3 so as to obtain a wide communication area. When the non-contact IC card 6 as a boarding ticket is located in the communication area of the boarding information reading / writing device 4, the non-contact data is transferred between the non-contact IC card 6 and the boarding information reading / writing device 4. Communicate. That is, when a passenger who is a user carrying the non-contact IC card 6 holds the non-contact IC card 6 in the communication area created by the antenna unit 5 of the boarding information reading / writing device 4 The non-contact IC card 6 performs non-contact data communication regarding the boarding information with the boarding information reading / writing device 4. Depending on the communication result, the automatic ticket gate 1 may or may not allow a passenger or the like to pass by controlling the opening and closing of the door.
[0033]
  FIG. 2 is a configuration diagram of the boarding information reading / writing device 4.
[0034]
  The boarding information reading / writing device 4 includes an antenna unit 5, a transmission unit 11, a reception unit 12, a CPU 14, a ROM 15, and a RAM 16.
[0035]
  The transmitter 11 generates a carrier wave for transmitting power to the contactless IC card 6 and a high-frequency signal obtained by modulating the carrier wave for transmitting data, and supplies the generated signal to the antenna unit 5.
[0036]
  The receiving unit 12 demodulates the signal received by the antenna unit 5.
[0037]
  The antenna unit 5 includes a resonance circuit including an antenna coil and a capacitor. The antenna unit 5 transmits the modulated carrier wave from the power transmission unit 11 as an electromagnetic wave via the resonance circuit. When the non-contact IC card 6 approaches the antenna unit 5, the non-contact IC card 6 receives electromagnetic waves from the antenna unit 5, and a voltage is generated in the resonance circuit of the non-contact IC card 6. The non-contact IC card 6 is a power source. Since the carrier wave is modulated, the magnetic field from the antenna unit 5 changes, and the non-contact IC card 6 receives the signal. On the other hand, when the magnetic field transmitted from the non-contact IC card 6 to the antenna unit 5 is changed, an induced electromotive force is generated in the antenna unit 5, and the induced electromotive force is changed, whereby the receiving unit 12 is connected to the non-contact IC. A signal from the card 6 is received.
[0038]
  The ROM 15 stores data such as a program necessary for CPU processing, user identification information, and an identification number of the non-contact IC card itself.
[0039]
  The RAM 16 stores data to be transmitted to the automatic ticket gate 1, data based on the received signal, and the like.
[0040]
  Further, the CPU 14 controls each component of the boarding information reading / writing device 4 based on data stored in the ROM 15 and the RAM 16.
[0041]
  FIG. 3 is a block diagram of a non-contact IC card.
[0042]
  The non-contact IC card 6 includes an antenna coil L, a capacitor C, a switch element SW, a power supply circuit 62, a power supply switch element PSW, a switch control circuit 61, a demodulation circuit 64, a modulation circuit 65, and a data processing circuit 63. .
[0043]
  A circuit in which the antenna coil L and the capacitor C are connected in parallel is referred to as a resonance circuit 60. The resonance circuit 60 constitutes the antenna unit 5, and the antenna coil L forms the antenna surface of the antenna unit 5. The switch element SW is connected in series with the capacitor C of the resonance circuit 60. The switch control circuit 61 controls the switch element SW to be turned on, so that the resonance circuit 60 is in a state where resonance connection is possible. Further, the switch control circuit 61 controls the switch element SW to be turned off, thereby making the resonance circuit 60 in a state in which resonance connection is impossible.
[0044]
  The power supply circuit 62 rectifies the AC power generated by the resonance circuit 60 into DC power, thereby generating power used by the switch control circuit 61, the demodulation circuit 64, the modulation circuit 65, and the data processing circuit 63.
[0045]
  A power supply switch element PSW is provided between the power supply circuit 62, the demodulation circuit 64, the modulation circuit 65, and the data processing circuit 63. The switch control circuit 61 supplies power to the demodulation circuit 64, the modulation circuit 65, and the data processing circuit 63 by controlling the power supply switch element PSW to be on.
[0046]
  Further, the switch control circuit 61 controls the power supply switch element PSW to be turned off, thereby cutting off the power supply to the demodulation circuit 64 and the like.
[0047]
  The demodulation circuit 64 demodulates the modulated carrier wave input from the resonance circuit 60 and outputs the demodulated signal to the data processing circuit 63.
[0048]
  The modulation circuit 65 modulates the signal input from the data processing circuit 63 and outputs the modulated signal to the resonance circuit 60.
[0049]
  The data processing circuit 63 stores predetermined data, and outputs a predetermined signal to the modulation circuit 65 in accordance with a signal input from the demodulation circuit 64 or predetermined data in accordance with an input / output signal. Processing such as storing or changing stored data is performed. The demodulation circuit 64, the modulation circuit 65, and the data processing circuit 63 are collectively referred to as a data processing unit 66.
  The switch control circuit 61 monitors the output voltage V rectified by the power supply circuit 62, and switches on / off the switch element SW or the power supply switch element PSW based on the magnitude of the output voltage V. Specifically, the switch control circuit 61 sets the switch element SW when the non-contact IC card 6 approaches the antenna unit 5 of the ticket gate body 3 and the output voltage rises to a predetermined threshold value Vth1 or more. Turn on. This state is referred to as state 1 for convenience. When the switch element SW is turned on, the resonance circuit 60 is connected. Next, from this state 1, when the output voltage falls below the threshold value Vth1, the switch element SW is turned off. The state where the switch element SW is turned off from state 1 in this way is referred to as state 2. When the switch element SW is turned off, the resonance circuit 60 is disconnected.
[0050]
  The switch control circuit 61 further controls the power supply switch element PSW as follows. In the state 1, the switch control circuit 61 turns on the power supply switch element PSW when the output voltage rises above a predetermined threshold value Vth2 (> Vth1). A state in which the power supply switch element PSW is turned on from state 1 is referred to as state 3.
[0051]
  Further, when the output voltage rises above the predetermined threshold value Vth2 in the state 2, the power supply switch element PSW is turned on. A state in which the power supply switch element PSW is turned on from state 2 is referred to as state 4.
[0052]
  Whether the non-contact IC card 6 is in the state 3 or the state 4 depends on whether the state immediately before the state 3 or the state 4 is the state 1 or the state 2. When the state 1 is shifted to the state 3, the resonance circuit 60 is in the original resonance state in the connected state. When the state 2 is shifted to the state 4, the resonance circuit 60 is in a disconnected state. In any case, the output voltage of the power supply circuit 62 rises to a predetermined threshold value Vth2 or more, and a voltage sufficient to drive the data processing unit 66 is obtained. The reason for this will be described in detail below.
[0053]
  FIG. 4 shows a control operation result for the switch element SW and the power supply switch element PSW of the switch control circuit 61 when only one non-contact IC card 6 approaches the antenna unit 5 of the ticket gate body 3.
[0054]
  In the initial state, the switch element SW is turned off. Further, the power supply switch element PSW is also turned off. In this initial state, when the non-contact IC card 6 approaches the antenna unit 5, a voltage V is generated in the resonance circuit 60 in the non-contact IC card 6. When the voltage V is detected by the switch control circuit 61 and the voltage V rises to a predetermined threshold value Vth1 or more, the switch control circuit 61 turns on the switch element SW. This state is state 1. As a result, the resonance circuit 60 is connected, and the output voltage of the power supply circuit 62 increases rapidly.
[0055]
  Further, when the output voltage V rises to a predetermined threshold value Vth2 or more, the switch control circuit 61 turns on the power supply switch element PSW. This state is state 3.
[0056]
  In this way, the state transitions in the order of the initial state, state 1, and state 3, and when the non-contact IC card 6 is brought close to the antenna unit 5 of the ticket gate main body 3, it becomes a state where non-contact data communication can be performed.
[0057]
  FIG. 5 shows a control operation result for the switch element SW and the power supply switch element PSW of the switch control circuit 61 when two non-contact IC cards 6 overlap each other and approach the antenna unit 5 of the ticket gate body 3. Here, the two non-contact IC cards are referred to as a card 6a and a card 6b, respectively.
[0058]
  In the initial state, in both the cards 6a and 6b, the respective switch elements SW and power supply switch elements PSW are in the off state. When the two cards 6a and 6b in the initial state approach the antenna unit 5, the output voltage generated from the resonance circuit 60 of both cards rises to the threshold value Vth1 or more. At this time, the output voltage of the two cards rises to the threshold value Vth1 or more only by the induced electromotive force generated in the antenna coil almost simultaneously, or the output voltage of one card rises to the threshold value Vth1 or more. Then, after the connection state is established, the output voltage of the other card rises to the threshold value Vth1 or more by mutual induction.
[0059]
  In any case, when the output voltage of the two cards 6a and 6b rises above the threshold value Vth1, the switch element SW is turned on by the switch control circuit 61 in both the cards 6a and 6b. Accordingly, at this time, the two cards 6a and 6b are both in the state 1. When the two cards 6a and 6b are both in the state 1, that is, when the two cards 6a and 6b are close to each other and the resonant circuit 60 of each card is in the connected state, the resonant frequency is lowered and generated in the resonant circuit. The voltage to be reduced.
[0060]
  Therefore, immediately after the output voltage V of the power supply circuit 62 suddenly rises in the resonance state, it begins to drop rapidly. Then, the output voltage V of either the card 6a or the card 6b falls below the threshold value Vth1. At this time, the output voltages V of both cards do not drop below the threshold value Vth1 at the same time, and usually one of them reaches the threshold value Vth1 first. This is because the noise generated in the circuit, that is, the internal noise (thermal noise, shot noise, etc.) and the difference in the electronic characteristics of the circuit generated in the manufacturing process of the non-contact IC card, etc. This is because there is a difference in the degree.
[0061]
  Here, if the output voltage V of the card 6b has previously reached less than Vth1, the switch control circuit 61 of the card 6b turns off the switch element SW at that moment. As a result, the resonance circuit 60 of the card 6b becomes disconnected, the two resonance circuits 60 do not influence each other, and the resonance circuit 60 of the other card 6a becomes the original connection state again. That is, the card 6a maintains the state 1, and the card 6b transits from the state 1 to the state 2 when the switch element SW is turned off.
[0062]
  When the card 6a is in the state 1 and the card 6b is in the state 2, since only the resonance circuit 60 of the card 6a is in the connected state, the output voltage V of the card 6a rapidly increases and becomes the threshold. The value reaches Vth2 or more. Further, in the card 6b in the state 2, since the output voltage of the resonance circuit 60 of the card 6a rapidly increases, the output voltage of the resonance circuit 60 of the card 6b in the non-connected state that is electromagnetically coupled also rapidly increases. To rise.
[0063]
  As a result, the output voltage V of both the cards 6a and 6b suddenly rises and both rise to the threshold value Vth2 or more. In both cards, the switch control circuit 61 turns on the power supply switch element PSW. To do. At this time, the card 6a is in the state 3. The card 6b is in the state 4.
[0064]
  By the operation of the switch control circuit 61 described above, even when two non-contact IC cards 6 are overlapped and brought close to the antenna unit 5 of the ticket gate main body 3, sufficient power is supplied to the data processing unit 66, and both non-contact IC cards 6 are contacted. Contactless data communication with the IC card 6 is also possible.
[0065]
  FIG. 6 shows the state transition of the non-contact IC card 6. In the initial state, the switch element SW and the power supply switch element PSW are off. When the non-contact IC card 6 is brought close to the antenna unit 5 of the ticket gate main body 3, the output voltage V of the resonance circuit 60 of the non-contact IC card 6 rises, that is, the output voltage V rises above the threshold value Vth1, that is, Transition to state 1. In this state 1, the switch control circuit 61 turns on the switch element SW.
[0066]
  When a failure occurs such as the non-contact IC card 6 being separated from the antenna unit 5 in the state 1, the output voltage V remains between Vth1 and Vth2, and the time expires. When the time expires, the switch control circuit 61 turns off the switch element SW, whereby the non-contact IC card 6 returns to the initial state.
[0067]
  On the other hand, when the output voltage V increases from the state 1 to the threshold value Vth2 or more within a predetermined time, the state 3 is obtained. In this state 3, the switch control circuit 61 maintains the switch element SW on and turns on the power supply switch element PSW. Thereby, a sufficient output voltage V is supplied to the data processing unit 66 and communication is started.
[0068]
  When communication is completed or the non-contact IC card 6 is separated from the antenna unit 5, the output voltage from the resonance circuit is lowered, and a sufficient output voltage V is not supplied to the data processing unit 66. At this time, the switch control circuit 61 turns off the switch element SW and the power supply switch element PSW. Thereby, the non-contact IC card 6 returns to the initial state.
[0069]
  In the state 1, the state 2 is entered when the output voltage V drops below the threshold value Vth1 within a predetermined time. In this state 2, the switch control circuit 61 turns off the switch element SW.
[0070]
  In the state 2, when some trouble occurs such as the non-contact IC card 6 being separated from the antenna unit 5, the output voltage V does not rise to Vth2 or more within a predetermined time, and the initial state is restored.
[0071]
  In state 2, when the output voltage becomes equal to or higher than the threshold value Vth2, state 4 is entered. In this state 4, since the output voltage is large enough to drive the data processing circuit 63, the switch control circuit 61 keeps the switch element SW off and turns on the power supply switch element PSW. Then, sufficient power is supplied to the data processing unit 66 to start communication.
[0072]
  In this state 4, when communication is completed or the non-contact IC card 6 is separated from the antenna unit 5, the output voltage decreases, and the sufficient output voltage V is not supplied to the data processing unit 66, and the initial state is restored.
[0073]
  The power supply switch element PSW may not be present only for the non-contact IC card 6 to perform communication, and power may be constantly supplied from the power supply circuit 62 to the data processing unit 66.
  The reason for providing the power supply switch element PSW is to obtain the operating voltage of the switch control circuit 61 even from weak electromagnetic waves by reducing the power consumption in the non-contact IC card 6. Usually, the data processing unit 66 consumes more power than the switch control circuit 61. Therefore, power consumption can be reduced by cutting off the power supply to the data processing unit 66.
[0074]
  In the above state transition diagram, when there is one non-contact IC card 6, the transition is normally made in the order of the initial state, state 1, state 3, and initial state, and the non-contact IC card 6 reads / writes boarding information. Performs contactless data communication with the machine 4.
[0075]
  Further, when two non-contact IC cards 6 are used in an overlapping manner, one non-contact IC card 6 transitions in the order of the initial state, state 1, state 3, and initial state. At this time, the other non-contact IC card 6 transitions in the order of the initial state, state 1, state 2, state 4, and initial state. When each contactless IC card 6 is in state 3 or state 4, both contactless IC cards 6 perform contactless data communication with the boarding information reading / writing device 4.
[0076]
  Here, a method in which a plurality of non-contact IC cards communicate with the information reading / writing device 4 will be described.
[0077]
  First, a method in which the information reading / writing device 4 communicates with the non-contact IC card 6 one by one when there are a plurality of non-contact IC cards 6 will be described below.
[0078]
  First, the information reader / writer 4 transmits a polling command.
[0079]
When the card 6a and the card 6b receive this polling command, the card 6a and the card 6b transmit a response including identification information of each card to the information / reading / writing device. At this time, consider a case where the card 6a transmits a response at the previous time. Then, the information reading / writing device 4 first receives a response from the card 6a. Thereafter, a response from the card 6b is received. The information reader / writer 4 determines from which card the response is received from the identification information of the received response. The information reader / writer 4 transmits a communication establishment command (including identification information of the card 6a) to the card 6a in order to start communication with the card 6a that has previously received the response. Upon receiving the communication establishment command, the card 6a transmits a response to the information reading / writing device 4. The information reader / writer 4 repeats the transmission of the above-described polling command and communication establishment command until receiving a response from the card to the communication establishment command.
[0080]
  Then, a read command or the like is transmitted from the information reading / writing device 4 to the card 6a, and the card 6a transmits a response corresponding to the read command, thereby completing the communication process for the card 6a.
[0081]
  The information reading / writing device 4 transmits the polling command again because the communication with the card 6a is completed. Since the card 6a has completed communication, no response is transmitted to this polling command. Upon receiving the polling command, the card 6b transmits a corresponding response to the information reading / writing device 4. By receiving this response, the information reader / writer 4 transmits a communication establishment command (including identification information of the card 6b) to the card 6b. Upon receiving the communication establishment command, the card 6b transmits the response to the information reading / writing device 4. By receiving this response, the information reading / writing device 4 transmits a read command or the like to the card 6b, and the card 6b transmits a response to this command, thereby completing the communication process for the card 6b. .
[0082]
  Next, a method in which the information reader / writer 4 communicates with a plurality of non-contact IC cards 6 simultaneously will be described.
[0083]
  First, the information reader / writer 4 transmits a polling command. When the card 6a and the card 6b receive this polling command, the card 6a and the card 6b respectively transmit a response including the card identification information to the information / read / write device.
[0084]
  At this time, consider a case where the card 6a first transmits a response command. Then, the information reader / writer 4 first receives a response from the card 6a. Thereafter, a response from the card 6b is received.
[0085]
  Here, the information reading / writing device 4 that has received the responses from the two cards transmits a polling command again to determine whether there is another card and can communicate. Here, when it is determined that there is no response from another card, processing for communicating with the card 6a and the card 6b is performed as follows.
[0086]
  The information reader / writer 4 determines from which card the response is received from the identification information of the received response. The information reader / writer 4 transmits a communication establishment command (including card identification information) to each card. Upon receiving the communication establishment command, the card 6 a transmits a response to the information reading / writing device 4. The card 6b also transmits a response to the information reading / writing device 4 by receiving a communication establishment command. The information reader / writer 4 has been described above until it receives a response from the card to the communication establishment command. Repeated transmission of polling command and communication establishment command.
[0087]
  Then, a read command or the like is transmitted from the information reading / writing device 4 to the card 6a, and the card 6a transmits a response corresponding to the read command, thereby completing the communication process for the card 6a. Then, a read command or the like is transmitted from the information reading / writing device 4 to the card 6b, and the card 6b transmits a response corresponding to the read command, thereby completing the communication process for the card 6b. .
[0088]
  Further, even when three or more non-contact IC cards 6 are stacked and used, each non-contact IC card 6 follows any process of the above state transition. That is, when a plurality of non-contact IC cards 6 are used in an overlapping manner, the single non-contact IC card 6 transitions in the order of the initial state, state 1, state 3, and initial state. In this case, the other non-contact IC cards 6 transition in the order of the initial state, state 1, state 2, state 4, and initial state.
[0089]
  7 shows that when only one non-contact IC card 6 is used, the non-contact IC card 6 from the resonance circuit in the non-contact IC card 6 when the non-contact IC card 6 is brought close to the antenna unit 5 of the boarding information reading / writing device 4 is shown. The time transition of the output voltage V is shown. When the output voltage V reaches the threshold value Vth1, since the switch element SW is turned on, that is, in the state 1, the resonance circuit 60 enters the resonance state and rapidly increases. Then, when the voltage reaches a certain voltage, the voltage gradually decreases, and further rises to reach the threshold value Vth2, and then reaches a constant saturation voltage by the constant voltage circuit in the power supply circuit 62. The reason why the rising slope of the voltage at the point P becomes gentle is that the output voltage rises along the rising curve Q when the resonance circuit is in the resonance state from the beginning. In this embodiment, the value of the threshold value Vth2 is set to the lowest voltage that can stably drive the data processing circuit 63.
[0090]
  FIG. 8 shows the temporal transition of the output voltage V from the resonance circuit in each non-contact IC card 6 when two non-contact IC cards 6 are stacked.
[0091]
  The first non-contact IC card is referred to as a card 6a, and the second non-contact IC card is referred to as a card 6b. When the first card 6a reaches the point P1 of the voltage v1 (Vth1 or more) at time t1, the card 6a enters the state 1 and the output voltage V increases rapidly. As a result, the output voltage of the second card 6b also rapidly increases due to the mutual inductance of the resonance circuits in both cards. Then, since the output voltage of the second card 6b exceeds Vth1, the second card 6b is also in the state 1. When the two cards 6a and 6b are both in the state 1, the resonance circuits of the two cards 6a and 6b influence each other, so that the output voltage from the resonance circuit starts to drop rapidly at time t2. First, the output voltage of the second card 6b reaches less than Vth1. At the time t2, at the point P2 of the voltage v2, the second card 6b is in the state 2. The first card 6a is still in state 1. Then, when the second card 6b is in the state 2, there is no influence between the cards, and the output voltage of the resonance circuit rapidly increases.
[0092]
  Also, the output voltage of the second card 6b in the state 2 rapidly rises due to the induction of the resonance circuit in the first card due to the mutual inductance. Thus, the two cards 6a and 6b exceed Vth2 and become the state 3 and the state 4, respectively, and become in a communicable state.
[0093]
  FIG. 9 is a detailed circuit diagram of a portion excluding the data processing unit 66 of the non-contact IC card 6 shown in FIG.
[0094]
  An analog switch element SW1 made of a MOS FET is connected in series to a capacitor C of a resonance circuit made up of an antenna coil L and a capacitor C, and a SW1 control signal is inputted to the gate of the switch element SW1. The power supply circuit 62 includes a rectifier diode D1, a Zener diode D2, and a capacitor C1, and among these, the Zener diode D2 makes the output voltage constant.
[0095]
  In the switch control circuit 61, a threshold value Vth1 is formed by the resistor R1 and the Zener diode D3. Further, the threshold value Vth2 is formed by the resistor R2 and the Zener diode D4. Further, the comparator CP1 compares the output voltage from the power supply circuit 62 with Vth1, and the comparator CP2 compares Vth2 with the output voltage from the power supply circuit 62. The output of the comparator CP1 forms an SW1 control signal via two flip-flops F1 and F2 and other gate circuits, and the output of the comparator CP2 forms an SW2 control signal. In addition, time monitoring is performed with two timers T1 and T2.
[0096]
  The power supply switch element SW2 is connected to the output terminal of the power supply circuit 62, and the output is connected to the power supply terminal of the data processing unit 63. The SW2 control signal is input to the gate of the switch element SW2, and the SW1 control signal, which is another signal output from the switch control circuit 61, is input to the gate of the switch element SW1.
[0097]
  The switch element SW1 corresponds to the switch element SW shown in FIG. The switch element SW2 corresponds to the power supply switch element PSW shown in FIG.
[0098]
  Note that flip-flops F1 and F2 and timers T1 and T2 in the switch control circuit 61 are used to control the operation of the switch control circuit 61, which will be described later, and form a SW1 control signal and a SW2 control signal. In addition, it is used to perform time monitoring.
[0099]
  FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the switch control circuit 61.
[0100]
  In step 100, it is determined whether the output of the resonance circuit 60, that is, the output voltage V of the power supply circuit 62 is equal to or higher than the threshold value Vth1. If the output voltage V is equal to or higher than the threshold value Vth1, a SW1 control signal for turning on the switch element SW1 is formed in step 101. Specifically, in FIG. 9, the output of the comparator CP1 becomes “H”, and the flip-flop F1 is set by the gate G1. At this time, since the Q (bar) terminal of the flip-flop F2 is “H”, the SW1 control signal of “H” is output as the output of the gate G2. As a result, the switch element SW1 is turned on.
[0101]
  Subsequently, the timer T1 is reset and this timer is started. That is, the timer T1 starts when the output of the gate G1 becomes “H” in FIG. In step 101, state 1 is set.
[0102]
  In step 103, it is determined whether or not the output voltage V is lower than the threshold value Vth1 in the state 1. If not, the routine proceeds to step 105, where it is determined whether or not the output voltage V is equal to or higher than the threshold value Vth2. If the output voltage V is equal to or higher than the threshold value Vth2, the process proceeds to step 109, and the SW2 control signal is output from the comparator CP2 to turn on the power supply switch element SW2. In step 107, it is monitored whether the output voltage V becomes equal to or higher than the threshold value Vth2 until the timer T1 started in step 102 is up. That is, if the output voltage V becomes equal to or higher than the threshold value Vth2 before the timer T1 reaches the preset timer time time1, the routine proceeds to step 109 and the power supply switch element SW2 is turned on. If the output voltage V does not exceed the threshold value Vth2, the time is up to return to the initial state of the original step 100. In step 109, state 3 is set. If it is determined in step 103 that the output voltage V is less than the threshold value Vth1, the state 1 is set to the state 2.
[0103]
  In state 2, the SW1 control signal is set to “L” in order to turn off the switch element SW1 in step 104. That is, when the output of the gate G1 becomes “L”, the flip-flop F1 is turned off. As a result, the output of the gate G2 becomes “L”, and the switch element SW1 is turned off. At this time, the flip-flop F2 is set. When the switch element SW1 is turned off in step 104, the timer T2 is reset and started in step 106. In step 108, it is determined whether or not the output voltage V is equal to or higher than the threshold value Vth2. Further, this determination is performed by the timer T2 for a predetermined time time2. If the output voltage V becomes equal to or higher than the threshold value Vth2 within the timer monitoring time, the routine proceeds to step 109, where the power supply switch element SW2 is turned on. This state is state 3. If the output voltage V does not become equal to or higher than the threshold value Vth2 within the timer monitoring time, the time is up and the original state of step 100 is restored.
[0104]
  Note that the switch control circuit 61 sets the state 1 when the output voltage V rises above the threshold value Vth1, and makes a transition to the state 2 when the output voltage V falls below the threshold value Vth1 again. The threshold for transition to state 2 may be any voltage as long as it is a voltage lower than Vth1.
[0105]
【The invention's effect】
  According to the present invention, even when a plurality of non-contact communication media (such as non-contact IC cards) are in close proximity (overlapping) and simultaneously approach a communication device such as an information reading / writing device, Non-contact data communication can be performed.
[0106]
  Further, even if one non-contact communication medium among a plurality of non-contact communication media (such as a non-contact IC card) does not have a configuration for switching the resonance circuit between a connected state and a non-connected state, Non-contact data communication can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of a non-contact automatic ticket gate using a non-contact IC card according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a boarding information reading / writing device of the ticket gate body.
FIG. 3 is a block diagram of a non-contact IC card.
FIG. 4 is a diagram for explaining an on / off operation of a switch until one non-contact IC card can communicate.
FIG. 5 is a diagram for explaining an on / off operation of a switch of each card when two non-contact IC cards are used in an overlapping manner.
FIG. 6 is a state transition diagram of a non-contact IC card.
FIG. 7 is a diagram showing a change in output voltage until one non-contact IC card can communicate.
FIG. 8 is a diagram showing a change in output voltage of each card when two contactless IC cards are used.
FIG. 9 is a circuit diagram of a switch control circuit.
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the switch control circuit.
FIG. 11 is a diagram for explaining a defect of a conventional non-contact IC card.
FIG. 12 is a diagram for explaining a defect of a conventional non-contact IC card.
[Explanation of symbols]
  60-resonant circuit
  61-Switch control circuit
  62-Power supply circuit
  63-Data processing circuit
  64-demodulation circuit
  65-modulation circuit
  66-Data processing section
  SW-switch element
  PSW-Power supply switch element

Claims (8)

電磁波を受信することで誘導起電力を発生し信号を送受信するアンテナコイルと共振コンデンサとからなる共振回路と、
前記共振回路の出力から所定の信号を復調する復調回路と、
前記復調回路で得られた信号を処理する処理回路と、
前記処理回路から出力される信号を変調し共振回路に出力する変調回路と、
前記共振回路を、前記共振コンデンサが前記アンテナコイルに接続された接続状態と、前記共振コンデンサが前記アンテナコイルから切断された非接続状態とに切り換えるスイッチ部と、
前記共振回路に発生する出力電圧の大きさに基づいて前記スイッチ部を切り換え制御するスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記共振回路が非接続状態である初期状態において、前記出力電圧が所定のしきい値以上に上昇したときに、前記スイッチ部を制御することで前記共振回路を接続状態にし、その後、前記出力電圧が前記しきい値未満の電圧に下降したときに前記スイッチ部を制御することで前記共振回路を非接続状態にすることを特徴とする非接触通信媒体。A resonant circuit including an antenna coil and a resonant capacitor that generate an induced electromotive force by receiving electromagnetic waves and transmit and receive signals;
A demodulation circuit for demodulating a predetermined signal from the output of the resonance circuit;
A processing circuit for processing a signal obtained by the demodulation circuit,
A modulation circuit that modulates a signal output from the processing circuit and outputs the modulated signal to a resonance circuit;
A switch unit that switches the resonant circuit between a connected state in which the resonant capacitor is connected to the antenna coil and a disconnected state in which the resonant capacitor is disconnected from the antenna coil ;
A switch control unit for switching and controlling the switch unit based on the magnitude of the output voltage generated in the resonance circuit,
The switch control unit controls the switch unit to place the resonance circuit in a connected state when the output voltage rises above a predetermined threshold in an initial state where the resonance circuit is in a disconnected state. Thereafter, when the output voltage drops to a voltage lower than the threshold value, the resonance circuit is brought into a non-connected state by controlling the switch unit. 前記共振回路で生成された交流電力から前記処理回路で使用する電力を生成する電源回路と、この電源回路と前記処理回路の電力供給端子との間に、前記処理回路への電力の供給を接続または遮断する電力供給スイッチ部と、を設け、前記スイッチ部が制御された後、前記出力電圧が前記しきい値より大きな第２のしきい値以上に上昇したときに、前記電力供給スイッチ部を接続し、前記処理回路に電力を供給することを特徴とする請求項１記載の非接触通信媒体。 A power supply circuit that generates power to be used in the processing circuit from AC power generated in the resonance circuit, and a power supply to the processing circuit is connected between the power supply circuit and a power supply terminal of the processing circuit Or a power supply switch unit for cutting off , and after the switch unit is controlled, when the output voltage rises above a second threshold value greater than the threshold value, the power supply switch unit is The non-contact communication medium according to claim 1, wherein the non-contact communication medium is connected and power is supplied to the processing circuit . 前記共振回路は、前記共振回路の出力電圧が前記所定のしきい値以上に上昇して前記共振回路が接続状態となった後、近接状態にある他の非接触通信媒体の共振回路も接続状態となったときの該他の非接触通信媒体の共振回路との相互誘導により前記出力電圧が下降するよう挙動し、且つ、前記他の非接触通信媒体の共振回路が接続状態から非接続状態に移行したとき、前記相互誘導がなくなることにより前記出力電圧が再び上昇し前記第２のしきい値以上に上昇するよう挙動する、請求項２記載の非接触通信媒体。  In the resonance circuit, after the output voltage of the resonance circuit rises to the predetermined threshold value or more and the resonance circuit enters the connection state, the resonance circuits of other non-contact communication media in the proximity state are also connected. The output voltage drops due to mutual induction with the resonance circuit of the other non-contact communication medium, and the resonance circuit of the other non-contact communication medium changes from the connected state to the non-connected state. 3. The non-contact communication medium according to claim 2, wherein when the transition is made, the output voltage rises again due to the absence of the mutual induction and behaves so as to rise above the second threshold value. 前記共振回路は、前記共振回路の出力電圧が前記所定のしきい値以上に上昇して前記共振回路が接続状態となった後、近接状態にある他の非接触通信媒体の共振回路も接続状態となったときの該他の非接触通信媒体の共振回路との相互誘導により前記出力電圧が前記所定のしきい値未満に下降するよう挙動し、
前記スイッチ制御部は、前記出力電圧が前記所定のしきい値未満に下降したとき前記スイッチ部を切り換えて前記共振回路を非接続状態にし、
前記共振回路は、前記共振回路が非接続状態となった後に前記他の非接触通信媒体の共振回路の出力電圧が上昇するときに、該他の非接触通信媒体の共振回路との電磁結合により出力電圧を前記第２のしきい値電圧以上に上昇させるよう挙動する、請求項２記載の非接触通信媒体。In the resonance circuit, after the output voltage of the resonance circuit rises above the predetermined threshold value and the resonance circuit enters a connection state, the resonance circuits of other non-contact communication media in the proximity state are also connected. Behaves so that the output voltage falls below the predetermined threshold by mutual induction with the resonance circuit of the other non-contact communication medium when
The switch control unit switches the switch unit when the output voltage falls below the predetermined threshold value so that the resonance circuit is disconnected.
When the output voltage of the resonance circuit of the other non-contact communication medium rises after the resonance circuit becomes disconnected, the resonance circuit is electromagnetically coupled with the resonance circuit of the other non-contact communication medium. The non-contact communication medium according to claim 2, wherein the non-contact communication medium behaves so as to increase an output voltage to be higher than the second threshold voltage. 前記共振回路は、コイルとコンデンサの並列共振回路で構成され、
前記スイッチ部は、前記コンデンサに直列に接続されたアナログスイッチで構成されたことを特徴とする、請求項１記載の非接触通信媒体。The resonant circuit is composed of a parallel resonant circuit of a coil and a capacitor,
The non-contact communication medium according to claim 1, wherein the switch unit includes an analog switch connected in series to the capacitor. 前記スイッチ制御部は、前記スイッチ部を制御することで前記共振回路を接続状態にした後、この接続状態を継続している所定時間内に、前記出力電圧が前記第２のしきい値以上に上昇しない場合に、前記共振回路を非接続状態にすることを特徴とする請求項１記載の非接触通信媒体。 The switch control unit controls the switch unit to place the resonant circuit in a connected state, and then the output voltage becomes equal to or higher than the second threshold value within a predetermined time during which the connected state is maintained. if not increase, before Symbol contactless communication medium according to claim 1, wherein to Rukoto a resonant circuit in the non-connected state. 外観がカード形状である請求項１に記載の非接触通信媒体。  The contactless communication medium according to claim 1, wherein the appearance is a card shape. 非接触通信媒体と通信装置との間で非接触による通信を行う非接触通信システムであって、
前記非接触通信媒体は、前記通信装置からの電磁波を受信することで誘導起電力を発生し信号を送受信するアンテナコイルと共振コンデンサとからなる共振回路と、
前記共振回路の出力から所定の信号を復調する復調回路と、
前記復調回路で得られた信号を処理する処理回路と、
前記処理回路から出力される信号を変調し共振回路に出力する変調回路と、
前記共振回路を、前記共振コンデンサが前記アンテナコイルに接続された接続状態と、前記共振コンデンサが前記アンテナコイルから切断された非接続状態とに切り換えるスイッチ部と、
前記共振回路に発生する出力電圧の大きさに基づいて前記スイッチ部を切り換え制御するスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記共振回路が非接続状態である初期状態において、前記出力電圧が所定のしきい値以上に上昇したときに、前記スイッチ部を制御することで前記共振回路を接続状態にし、その後、前記出力電圧が前記しきい値未満の電圧に下降したときに前記スイッチ部を制御することで前記共振回路を非接続状態にし、
前記通信装置は、前記非接触通信媒体との間で信号の送受信を行うアンテナコイルと共振コンデンサとからなる共振回路と、送受信処理を行う送受信部とを備えることを特徴とする非接触通信システム。A non-contact communication system that performs non-contact communication between a non-contact communication medium and a communication device,
The non-contact communication medium generates an induced electromotive force by receiving an electromagnetic wave from the communication device, and a resonance circuit including an antenna coil and a resonance capacitor that transmits and receives signals;
A demodulation circuit for demodulating a predetermined signal from the output of the resonance circuit;
A processing circuit for processing a signal obtained by the demodulation circuit,
A modulation circuit that modulates a signal output from the processing circuit and outputs the modulated signal to a resonance circuit;
A switch unit that switches the resonant circuit between a connected state in which the resonant capacitor is connected to the antenna coil and a disconnected state in which the resonant capacitor is disconnected from the antenna coil ;
A switch control unit for switching and controlling the switch unit based on the magnitude of the output voltage generated in the resonance circuit,
The switch control unit controls the switch unit to place the resonance circuit in a connected state when the output voltage rises above a predetermined threshold in an initial state where the resonance circuit is in a disconnected state. Then, the resonant circuit is disconnected by controlling the switch unit when the output voltage falls below the threshold voltage,
The communication device includes a resonance circuit including an antenna coil and a resonance capacitor that transmit and receive signals to and from the contactless communication medium, and a transmission and reception unit that performs transmission and reception processing.
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