JP3917006B2 - 復調回路およびそれを用いる非接触式ｉｃカードの端末装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式で位相変調された信号を復調する復調回路およびそれを用いる非接触式ＩＣカードの端末装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な物にＩＣチップを埋込み、非接触で通信を行うことで、埋込まれた物品や、それを携帯する人物の情報を読取ることが従来から行われている。特に、前記ＩＣチップをカードに埋込んで、既に定期券などとして実用化されている。そのようなＩＣカードの分野において、非接触でリーダライタ装置にデータを通信する方式として、ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３に、ＢＰＳＫ変調を用いた通信方式が規定されている。なお、ＩＣカードをリーダライタ装置に取込んで、端子を接触させて書込み／読出しを行うことができるとともに、無線によって前記非接触で書込み／読出しを行うことができるコンビ型と称されるＩＣカードも、前記非接触での通信にはＢＰＳＫ変調が用いられる。
【０００３】
前記ＢＰＳＫ変調とは、リーダライタ装置から送信されたキャリア波に対して、ＩＣカードがサブキャリア波の負荷を加えるか否かで変調するものであり、リーダライタ装置は、変調されたキャリア波から位相変化の点を検出することでデータを復調する。前記ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３では、周波数１３．５６ＭＨｚのキャリア波に対して、周波数８４７ｋＨｚのサブキャリア波で負荷変調するようになっている。
【０００４】
そして、１つのデータは、たとえば１０６ｋｂｐｓで通信する等倍速通信の場合、「０１０１０１０１０１０１０１０１」と、１８０°位相の異なる「１０１０１０１０１０１０１０１０」との２通りのデータ列で表現される。すなわち、前記８４７ｋＨｚの１／２の周期で「０」と「１」とを繰返すので、前記１０６ｋｂｐｓのデータ伝送速度の場合、１６個のデータで表現されることになる。前記８４７ｋＨｚの１／２の周期は、後述するデータフレームとなる。
【０００５】
また、２１２ｋｂｐｓで通信する２倍速通信では、１０６ｋｂｐｓで通信する前記等倍速通信の倍の情報量の通信を行うので、１つのデータは半分のデータ列長によって表現され、「０１０１０１０１」と、「１０１０１０１０」とで表現される。同様に４２４ｋｂｐｓで通信する４倍速通信では、１つのデータはデータ列「０１０１」と、「１０１０」とで表現され、８倍速通信では、データ列「０１」と、「１０」とで表現される。
【０００６】
一方、データの復調は、前記ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３では、初期状態の位相状態をデータ「１」として、１８０°の位相変調があればデータ「０」に変化したとみなすことで行う。すなわち、たとえば前記等倍速通信の場合、初期状態のデータ列が「０１０１０１０１０１０１０１０１」であれば、そのデータ列がデータ「１」を意味し、１８０°位相の異なるデータ列「１０１０１０１０１０１０１０１０」がデータ「０」を意味し、前記データ列「０１０１０１０１０１０１０１０１」を繰返している間は前記データ「１」が続いていると判定し、データ列「１０１０１０１０１０１０１０１０」になると「０」に切換わったと判定する。つまり、前記１８０°の位相変調によって、「００」または「１１」と続いた箇所をデータ列が切換わった箇所と判定する。
【０００７】
同様に、前記２倍速通信の場合は、たとえば初期状態がデータ列「０１０１０１０１」であれば、これがデータ「１」であり、データ列「１０１０１０１０」がデータ「０」となる。また、４倍速通信の場合は、初期状態がデータ列「０１０１」であるとすると、これがデータ「１」であり、データ列「１０１０」がデータ「０」となる。さらにまた、８倍速通信の場合は、初期状態がデータ列「０１」であるとすると、これがデータ「１」であり、データ列「１０」がデータ「０」となる。このようにして、受信した信号からデータ列を抽出し、最終的にデータを復元することを復調回路によって行う。
【０００８】
図１は、非接触式のＩＣカード１と、そのリーダライタ装置２との一般的な構成を示すブロック図である。ＩＣカード１の外周部にはアンテナコイル３が埋込まれており、そのアンテナコイル３に前記リーダライタ装置２からの前記１３．５６ＭＨｚのキャリア波が加えられると、起電力を生じ、コンデンサ４を介して、ＩＣチップモジュール５に電源として供給される。ＩＣチップモジュール５は、必要に応じてデータの書込み／読出しを行い、送信すべきデータに対応して、アンテナコイル３から、前記キャリア波を前記８４７ｋＨｚのサブキャリア波で負荷変調する。
【０００９】
リーダライタ装置２では、制御回路６からの信号に応答して、送信回路７がアンテナコイル８から前記キャリア波を発生し、該アンテナコイル８で受信された信号は、受信回路９で復調され、復調されたデータは前記制御回路８に取込まれ、必要に応じて、通信ポート１０を介して、ホスト装置等に転送される。
【００１０】
図２は、前記受信回路９の一構成例を示すブロック図である。この受信回路９は、大略的に、ローパスフィルタ１１と、増幅器１２と、コンパレータ１３と、復調回路１４と、基準電圧を生成する直列抵抗１５，１６とを備えて構成される。
【００１１】
前記受信信号はローパスフィルタ１１に与えられ、前記１３．５６ＭＨｚのキャリア波成分が除去され、情報となる前記８４７ｋＨｚのサブキャリア波成分が抽出される。前記サブキャリア波成分は、増幅器１２において増幅され、コンパレータ１３の一方の入力に入力される。前記コンパレータ１３の他方の入力には、電源電圧を前記直列抵抗１５，１６で分割して発生された基準電圧が与えられており、該コンパレータ１３は、前記サブキャリア波成分が基準電圧よりも電位が高ければ「１」、低ければ「０」と判定することで、デジタルデータを得る。こうして、前記「０」と「１」とを繰り返す前記データ列が得られることになる。このデータ列が、発明対象回路である復調回路１４に入力され、上述のように１８０°の位相変調の有無から、データが復調される。
【００１２】
前記復調回路１４の典型的な従来技術は、特開２０００−１９６６９１号公報に示されている。その従来技術では、前述のように、先ず復調回路１４への入力信号を、サブキャリア周波数８４７ｋＨｚをｆｓとすると、２倍の周波数である２・ｆｓの周波数のクロック、すなわち前記データフレーム毎にサンプリングを行い、データ列を抽出する。そして、データ列の区切りとして、データ列「００」「１１」を検出することによって、位相の変化を検出し、データを復調する。
【００１３】
したがって、たとえば前記２１２ｋｂｐｓで通信する場合で、入力されたデータ列が「０１０１０１０１１０１０」であるとすると、「１１」の箇所で初めて位相の変化があったことが分かり、データ列の最初の状態がデータ「１」を示す「０１０１」であるので、位相変化が発生するまでがデータ「１」であり、位相変化を検出することでデータが「０」に変化したとみなし、データ「１１０」が復調される。
【００１４】
しかしながら、このままであるとビットエラーが発生した場合は正常に位相の変化を検出できないので、この従来技術では、区切り用データ列の前後のデータも合わせて、データ列「０１１０」「１００１」を検出した場合に位相の変化があったと認識することで、エラー訂正を行うことが示されている。具体的には、データ列「１０１」から１ビットエラーによって「１１１」となった場合およびデータ列「０１０」から１ビットエラーによって「０００」となった場合は、位相の変化として認識しないことで、データ途中に１ビットのエラーが発生しても、正確に復調を行うことができるように工夫されている。
【００１５】
図７は、上述の復調処理をより詳細に示すフローチャートである。ステップＳ１では、データ列を１ビットシフトして、データが読込まれる。ステップＳ２では、データ列が期待値「０１１０」に一致しているか否かが判定され、一致していなければさらにステップＳ３において、期待値「１００１」に一致しているか否かが判定され、一致していなければステップＳ４に進み、位相の変化がなかったことから、復調データはそのまま前回のデータ値のままとされる。
【００１６】
これに対して、前記ステップＳ２においてデータ列が期待値「０１１０」に一致している場合、および前記ステップＳ３において期待値「１００１」に一致している場合はステップＳ５に進み、位相の変化があったことから、前回のデータが「１」か「０」かが判定される。前回のデータが「１」であれば、ステップＳ６に進み、データ「０」を確定する。前回のデータが「０」であれば、ステップＳ７に進み、データ「１」を確定する。
【００１７】
前記ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ７からはステップＳ８に進み、データの通信が終了してデータ列が終了しているか否かが判断され、データ列が終了していると復調処理を終了し、終了していなければ前記ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰返す。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような特開２０００−１９６６９１号の従来技術では、位相変調が起こっていないときにビットエラーが発生した場合に、誤って位相変調があったと判定することがないように構成されている。しかしながら、位相変調が起こったときにビットエラーが発生した場合は、正常に信号を復調することができないという問題がある。たとえば、本来のデータ列が「１００１」であった場合に、１ビットのビットエラーが発生してデータ列が「１０１１」となったら、「０１１０」又は「１００１」と一致しているか否かで位相変調が起こったか否かを判定する本従来例では、位相変調が起こっていないと判定してしまうことになる。このように位相変化時にビットエラーが発生した場合、すなわちデータ列が「０１１０」でも「１００１」でもない場合は、位相変調されていないと判断されてデータは変化していないとみなされ、正常に復調を行うことができない。
【００１９】
また、復調回路１４への入力信号をサブキャリアの２倍の周波数である２・ｆｓの周波数のクロックにてサンプリングを行い、データ列を抽出するので、サンプリング時にノイズ等の影響によって正常なデータをサンプリングできない場合があり、この場合も後段の復調処理で正常なデータの復調ができないという問題がある。
【００２０】
本発明の目的は、ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を正しく復調することができる復調回路およびそれを用いる非接触式ＩＣカードの端末装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の復調回路は、ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を復調する復調回路において、前記ＢＰＳＫ変調のデータフレームを規定する同期手段と、前記同期手段によって規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりエッヂおよび立ち下がりエッヂをカウントし、それらの差分から各データフレームにおけるデータを抽出するデータ抽出手段と、前記データ抽出手段で求められるデータに対して、位相が変化していない場合の期待値のデータを作成する期待値作成手段と、前記データ抽出手段で求められたデータと、前記期待値作成手段で作成された期待値のデータとを相互に比較し、不一致の場合に位相が変化したことを検出する位相変化検出手段と、前記位相変化検出手段で位相の変化が検出されると、現在のデータを反転することによってデータを復調する復調手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
上記の構成によれば、非接触式のＩＣカードリーダライタ装置などとして実現されるＢＰＳＫ信号の復調回路において、従来では、同期手段によって予め規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において、各復調データ長内のデータと期待値作成手段で作成された期待値のデータとを比較することで復調データを得ていたのに対して、本発明では、先ずデータ抽出手段は、規定された各データフレーム毎に、受信信号の立ち上がりエッヂのカウント値と立ち下がりエッヂのカウント値との差分から各データフレームにおけるデータを抽出する。したがって、ノイズによって、たとえば受信信号に立ち上がりのエラーが生じても、立ち下がりによってそのエラーは相殺され、該データ抽出手段からは、前記ノイズの影響を除去したデータが出力される。
【００２３】
したがって、位相変調が生じているタイミングでエラーが発生しても、そのエラーは前記立ち上がりエッヂのカウント値と立ち下がりエッヂのカウント値との差分を求めることで相殺されており、ＢＰＳＫ変調を用いた非接触通信において、キャリア波に重畳されるデータ列にエラーが発生しても、非常に高い信頼性で受信すべきデータを復調することができる。
【００２４】
また、本発明の復調回路は、予め規定されたデータフレーム毎に、データ抽出手段においてＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において各復調データ長内のデータと期待値のデータとを比較し、不一致の場合に位相が変化したことを検出し、復調手段において現在のデータを反転することによって復調データを得るようにした復調回路において、前記復調手段に対して、前記データ抽出手段から最初にデータが出力された時点を起点として、復調データ長の１／２の期間が経過した時点の位相変化検出手段からのデータを最初の復調データとしてサンプリングさせ、以降、前記復調データ長毎にデータをサンプリングさせて前記復調データとするフレーム長訂正手段を含むことを特徴とする。
【００２５】
上記の構成によれば、非接触式のＩＣカードリーダライタ装置などとして実現されるＢＰＳＫ信号の復調回路において、予め規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において、各復調データ長内のデータと期待値作成手段で作成された期待値のデータとを比較することで復調データを得るにあたって、従来では、位相変化検出手段で位相の変化が検出された時点で、復調手段が復調データを反転し、フレーム長が変動していたのを、本発明では、復調手段による復調データの反転を、フレーム長訂正手段で許可されたタイミングで許容する。具体的には、前記データ抽出手段から最初にデータが出力された時点を起点として、復調データ長の１／２の期間が経過した時点の位相変化検出手段からのデータを最初の復調データとしてサンプリングさせ、以降、前記復調データ長毎にデータをサンプリングさせる。
【００２６】
したがって、データ抽出手段のサンプリングタイミングにエラーが発生しても、復調データ長が変動することなく、正しくデータを復調することができる。
【００２７】
さらにまた、本発明の非接触式ＩＣカードの端末装置は、前記の復調回路を用いることを特徴とする。
【００２８】
上記の構成によれば、ＩＣカードと非接触でデータをやり取りする端末装置との間の通信方式として前記ＢＰＳＫ変調を用いた通信方式が規定されているので、前記の復調回路を使用することで、ＩＣカードからのデータを正しく復調することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３０】
本発明に係る復調回路は、前述の図２で示す受信回路９の復調回路１４として使用することができ、またＩＣカードおよびそのリーダライタ装置は、前述の図１で示すような構成を用いることができ、それらの説明は省略する。
【００３１】
図３は、本発明の実施の一形態の復調回路の動作を説明するための波形図であり、前述の図２を合わせて参照して、データ伝送速度が４２４ｋｂｐｓの４倍速通信の場合を例として、該復調回路の動作を説明する。図３（ａ）はローパスフィルタ１１への入力信号であり、図３（ｂ）は増幅器１２への入力信号であり、図３（ｃ）はコンパレータ１３への入力信号であり、図３（ｄ）は該復調回路１４への入力信号であり、図３（ｆ）該復調回路１４から出力される復調データである。また、図３（ｅ）は、復調回路１４内でのデータフレーム毎のビットデータの判定結果を示す。
【００３２】
したがって、図３（ａ）では、正弦波状の波形が周波数１３．５６ＭＨｚのキャリア波に相当し、その包絡線である矩形状の波形が８４７ｋＨｚのサブキャリア波に相当する。この受信信号から、ローパスフィルタ１１によって周波数１３．５６ＭＨｚのキャリア波成分が取除かれると、情報となる周波数８４７ｋＨｚのサブキャリア波成分が図３（ｂ）で示すように抽出される。この信号を増幅器１２で増幅すると図３（ｃ）で示すようになり、コンパレータ１３において矩形波に整形すると、復調回路１４への入力は図３（ｄ）で示すようになる。
【００３３】
復調回路１４では、先ず前記１／２ｆｓの期間をデータフレームＴ１として、このデータフレームＴ１毎に、順次ビットデータを判定し、前記データ列を作成してゆくのであるけれども、本発明では、入力信号のパルスのセンターを求めて、そこから前記データフレームＴ１毎に同期を取る。それぞれのデータフレームＴ１を受信データフレームとし、最初の受信データフレームから順に、ステップ０、ステップ１、ステップ２、…とする。そして、サブキャリアの周波数ｆｓに対して、１６倍の周波数であるキャリア信号φｆｃをサンプリング用のクロックとして使用する。したがって、前記データフレームＴ１内で８回サンプリングされることになる。
【００３４】
そして次に、このデータフレームＴ１内で、立ち上がりエッヂのカウント値と、立ち下がりエッヂのカウント値との差分からビットデータを判定する。詳しくは、先ず立ち上がりエッヂの数ＵＰ＿ＣＯＵＮＴから立ち下がりエッヂの数ＤＯＷＮ＿ＣＯＵＮＴを引いた数である差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴを求める。次に、前記差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと期待値ＥＸＰとを比較して受信データの判定を行う。
【００３５】
前記期待値ＥＸＰは、それぞれ現在の復調データの値および受信データフレームのステップ数によって変化する。現在の復調データが「１」の場合、受信データフレームのステップが偶数ステップでは期待値ＥＸＰは「１」とし、奇数ステップでは「−１」とする。一方、現在の復調データが「０」の場合、受信データフレームのステップが偶数ステップでは期待値ＥＸＰは「−１」とし、奇数ステップでは「１」とする。
【００３６】
そして、前記差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと期待値ＥＸＰとを比較して、一致の場合は、位相変調が発生していないと判断して、受信データは、現在の受信データが「１」であれば「１」とし、「０」であれば「０」とする。前記差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと期待値ＥＸＰとを比較して、不一致の場合は、位相変調が発生していると判断して、受信データは、現在の受信データが「１」であれば「０」とし、「０」であれば「１」とする。
【００３７】
したがって、図３（ｄ）において、波線が正常な信号であり、実線がエラーの発生しているケースである。参照符α，βは受信データフレーム内での短いパルス波形エラーであるが、この波形のケースでは、上記の立ち上がりエッヂ数ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと立ち下がりエッヂ数ＤＯＷＮ＿ＣＯＵＮＴとの差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴを取って判定することで、該エラーの影響を受けないで正常に受信データを復調していることが理解される。
【００３８】
一方、参照符γは、３つの受信データフレームに亘るエラーである。本来、位相変調したと判定されるより１つ前のフレームで位相変調したと判定されていることが理解される。しかしながら、本発明では、後述するようにして、その位相変調の判定フレームのずれが解消される。こうして、図３（ｄ）で示すコンパレータ１３からの入力は、最終的に図３（ｆ）で示す復調データとなる。
【００３９】
前記判定フレームのずれの訂正は、最初のビットデータが出力された時点を起点として、復調データ長Ｔ２の１／２の期間が経過した時点のデータを最初の復調データとし、以降、前記復調データ長Ｔ２毎のデータを復調データとすることで行う。
【００４０】
たとえば、前記４倍速通信の場合では、図３（ｅ）で示すように、１復調データ長Ｔ２当りの受信データフレームＴ１の数は４となるが、エラーの出方によって、図３（ｅ）で示すように、復調されるデータの長さが受信データフレームＴ１の数で、３になったり５になったりするケースが発生する。そのため、期待値ＥＸＰとの比較で、最初にデータが「０」であると判定した時点から、３フレーム目の値を最終的な復調データとして取得する。その後は、常に４フレーム毎のデータを復調データとして取得する。この処理によって、図３（ｆ）で示すような正常なデータの長さを持った復調データが取得される。
【００４１】
同様に、等倍速通信の場合は、最初の復調データとして９フレーム目のデータを取得し、次から１６フレーム毎に取得してゆく。また、２倍速の場合は、最初の復調データとして５フレーム目のデータを取得し、次から８フレーム毎に取得してゆく。さらにまた、８倍速通信の場合は、最初の復調データとして２フレーム目のデータを取得し、次から２フレーム毎に取得してゆく。
【００４２】
こうして、前記参照符γで示すエラーのように復調データのサンプリングタイミングにエラーが発生しても、フレーム長が変動することなく、正しくデータを復調することができる。
【００４３】
図４および図５は、上述のような復調処理をより詳細に示すフローチャートである。ステップＳ１１では、受信データシフトレジスタおよび復調データレジスタを「１」にセットして初期化が行われる。ステップＳ１２では受信信号との同期を取り、タイミングを合わせるためにステップＳ１３で、受信データ周期カウンタ、受信データフレームカウンタ、復調データ周期カウンタ、立ち上がりエッヂカウンタ、立ち下がりエッヂカウンタ、受信データ開始フラグをリセットする。
【００４４】
ステップＳ１４では、受信信号のレベルが立ち上がりエッヂであるか否かが判断され、立ち上がりエッヂであれば、ステップＳ１５で立ち上がりエッヂカウンタがカウントアップされた後、ステップＳ１６に進み、立ち上がりエッヂでなければ、直接前記ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、受信信号のレベルが立ち下がりエッヂであるか否かが判断され、立ち下がりエッヂであれば、ステップＳ１７で立ち下がりエッヂカウンタがカウントアップされた後、ステップＳ１８に進み、立ち下がりエッヂでなければ、直接前記ステップＳ１８に進む。
【００４５】
ステップＳ１８では、受信データ周期カウンタがカウントアップされる。ステップＳ１９では、受信データ周期カウンタが７であるか否かが判断され、７であれば、すなわち８回目のサンプリングを終了すると、１データフレーム期間が終了したのでステップＳ２１へ進み、受信データ周期カウンタが７でなければ１データフレーム期間が終了していないので、前記ステップＳ１４に戻る。
【００４６】
ステップＳ２１では、立ち上がりエッヂカウンタ値ＵＰ＿ＣＯＵＮＴから立ち下がりエッヂカウンタ値ＤＯＷＮ＿ＣＯＵＮＴを引いた差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴを計算する。
【００４７】
ステップＳ２２〜ステップＳ２８では、受信データフレームステップカウンタが偶数か否か、および現在の受信データが「１」か否かによって、位相変調が発生していないと仮定したときの期待値ＥＸＰを、「１」または「−１」に設定する。
【００４８】
ステップＳ２９では、受信データフレームの過去３ステップで受信データの変化がないか否かを判定する。過去３ステップで変化がなければステップＳ３０へ進み、変化があれば位相変調が過去３ステップ以内に発生しているので、位相変調はないと判定してステップＳ３１へ進む。ステップＳ３０では、前記差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと位相変調が発生していない場合の期待値ＥＸＰとを比較し、一致すると位相変調はないと判定して前記ステップＳ３１へ進み、一致しないと位相変調があったと判定してステップＳ３２へ進む。ステップＳ３１では、受信データはそのままとされ、一方ステップＳ３２では、現在の受信データが「１」であれば受信データを「０」に、現在の受信データが「０」であれば受信データを「１」とする。
【００４９】
前記ステップＳ３１，Ｓ３２からはステップＳ３３に移り、受信データが初めて「０」になったか否かを判定する。すなわち、受信データ開始フラグＲ＿ＦＬＡＧが「０」で、かつ、受信データが「０」か否かを判定し、そうであればステップＳ３４へ進む。ステップＳ３４では、初めての受信データ「０」を受け取ったということで受信データ開始フラグＲ＿ＦＬＡＧを「１」とする。続いてステップＳ３５で復調データ周期カウンタを１カウントアップし、ステップＳ３６で受信データフレームカウンタを１カウントアップした後、前記ステップＳ１４に戻る。
【００５０】
これに対して、前記ステップＳ３３で、受信データが初めて「０」になったのでなければステップＳ３７に進み、受信データ開始フラグＲ＿ＦＬＡＧが「１」あればステップＳ３８へ進み、そうでなければステップＳ４１へ進む。ステップＳ３８では、復調データの周期を揃えるために復調データ周期カウンタが「２」であればステップＳ３９へ進み、そうでなければステップＳ４０へ進む。ステップＳ３９では、受信データを復調データとしてステップＳ４０へ進む。ステップＳ４０では、復調データ周期カウンタをカウントアップし、ステップＳ４１へ進む。ステップＳ４１では、復調したデータがＩＳＯ１４４４３の規定によるデータの終了を示す「ＥＯＦ」かどうか判断する。「ＥＯＦ」であれば処理を終了すし、そうけなければ前記ステップＳ３６に進む。
【００５１】
図６は、上述した本発明による復調処理を実現する復調回路のブロック図である。この復調回路は、大略的に、同期回路２１と、立ち上がりエッヂカウンタ２２と、立ち下がりエッヂカウンタ２３と、差分器２４と、比較器２５と、比較器２６と、ＯＲゲート回路２７と、ＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲート回路２８と、セレクタ２９と、ＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲート回路３０と、受信データシフトレジスタ３１と、「０」検出回路３２と、復調データ周期カウンタ３３と、受信データ周期カウンタ（３ビット）３４と、１６分周回路３５と、受信データフレームステップカウンタ（１ビット）３６と、セレクタ３７と、復調データレジスタ３８とを備えて構成される。
【００５２】
前記コンパレータ１３からの入力信号、初期化用リセット信号およびサンプリングクロックとなるキャリア信号を同期回路２１に入力して、受信データ周期カウンタ３４、受信データフレームステップカウンタ３６、復調データ周期カウンタ３３、立ち上がりエッヂカウンタ２２、立ち下がりエッヂカウンタ２３および「０」検出回路３２のタイミングを合わせるためのリセット信号を作成する。そして、受信データ周期カウンタ３４で１データフレーム期間Ｔ１をカウントする間に、立ち上がりエッヂカウンタ２２および立ち下がりエッヂカウンタ２３で入力信号のエッヂをカウントして、差分器２４でその差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴを計算する。
【００５３】
次に、受信データフレームステップカウンタ３６の値から求められる受信データフレームステップが偶数であるかまたは奇数であるかと、受信データシフトレジスタ３１の現在の受信データの値Ｑ０とによって、ＥＸＯＲゲート回路２８とセレクタ２９とを使用して、差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと比較するための期待値ＥＸＰを作成する。比較器２５で、その差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと期待値ＥＸＰとを比較して、一致していれば出力Ｙは「１」となる。また、受信データシフトレジスタ３１の出力Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２を比較器２６で比較し、Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２が全て「１」または全て「０」であれば過去３回で受信データの変化がなかったと判断して比較器２６の出力Ｙが「１」となり、ＯＲゲート回路２７、ＥＸＯＲゲート回路２８を通して受信データシフトレジスタ３１の入力Ｄに入力して、受信データの値を更新する。この受信データシフトレジスタ３１のクロックには、サンプリングクロックであるキャリア信号φｆｃを１６分周回路３５で分周した信号を使用する。
【００５４】
一方、前記「０」検出回路３２で初めての受信データ「０」が検出されると、復調データ周期カウンタ３３がスタートされる。この復調データ周期カウンタ３３の出力Ｙの値によってセレクタ３７を制御することによって、最終的な復調データを出力する復調データレジスタ３８の値を変更しないようにするか、または、受信データシフトレジスタ３１の出力Ｑ０の値とするかが選択され、前記フレーム長が一定とされる。
【００５５】
このようにして、エッヂの数で状態判定を行い、所定の期待値との比較を行い、データを復調するという前述の復調処理およびフレーム長の訂正処理を実現することができ、位相変調が起こったときにビットエラーが発生した場合においても、またサンプリング時に復調回路への信号エラーが発生した場合においても、正常にデータを復調することができる。
【００５６】
また、本発明の復調回路は、簡潔なアルゴリズムで、図６で示すように、１つの同期回路２１、２つのエッヂカウンタ２２，２３、１つの差分器２４、２つの比較器２５，２６、３つの基本ゲート回路２７，２８，３０、２つのセレクタ２９，３７、１つのシフトレジスタ３１、１つの「０」検出回路３２、３つのカウンタ３３，３４，３６、１つの分周回路３５および１つのレジスタ３８から成る小規模な回路で実現可能であり、大幅なコスト増を伴わずに実現することができる。
【００５７】
本発明による復調回路および復調方式は、前述のように非接触式のＩＣカードあるいは接触／非接兼用のコンビネーション型のＩＣカードに適用することによって、通信環境の悪い状況下でも信頼性の高い通信を行うことができ、幅広い応用分野へ適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の復調回路は、以上のように、非接触式のＩＣカードリーダライタ装置などとして実現されるＢＰＳＫ信号の復調回路において、従来では、同期手段によって予め規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において、各復調データ長内のデータと期待値作成手段で作成された期待値のデータとを比較することで復調データを得ていたのに対して、本発明では、先ずデータ抽出手段は、規定された各データフレーム毎に、受信信号の立ち上がりエッヂのカウント値と立ち下がりエッヂのカウント値との差分から各データフレームにおけるデータを抽出する。
【００５９】
それゆえ、位相変調が生じているタイミングでエラーが発生しても、そのエラーは前記立ち上がりエッヂのカウント値と立ち下がりエッヂのカウント値との差分を求めることで相殺されており、ＢＰＳＫ変調を用いた非接触通信において、サブキャリア波に重畳されるデータ列にエラーが発生しても、非常に高い信頼性で受信すべきデータを復調することができる。
【００６０】
また、本発明の復調回路は、以上のように、非接触式のＩＣカードリーダライタ装置などとして実現されるＢＰＳＫ信号の復調回路において、予め規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において、各復調データ長内のデータと期待値作成手段で作成された期待値のデータとを比較することで復調データを得るにあたって、従来では、位相変化検出手段で位相の変化が検出された時点で、復調手段が復調データを反転し、フレーム長が変動していたのを、本発明では、復調手段による復調データの反転を、フレーム長訂正手段で許可されたタイミングで許容する。具体的には、前記データ抽出手段から最初にデータが出力された時点を起点として、復調データ長の１／２の期間が経過した時点の位相変化検出手段からのデータを最初の復調データとしてサンプリングさせ、以降、前記復調データ長毎にデータをサンプリングさせる。
【００６１】
それゆえ、データ抽出手段のサンプリングタイミングにエラーが発生しても、復調データ長が変動することなく、正しくデータを復調することができる。
【００６２】
さらにまた、本発明の非接触式ＩＣカードの端末装置は、以上のように、前記の復調回路を用いる。
【００６３】
それゆえ、ＩＣカードと端末装置との間の通信方式として前記ＢＰＳＫ変調を用いた通信方式が規定されているので、前記の復調回路を使用することで、ＩＣカードからのデータを正しく復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非接触式のＩＣカードと、そのリーダライタ装置との一般的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１で示すリーダライタ装置における受信回路の一構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の一形態の復調回路の動作を説明するための波形図である。
【図４】本発明の復調処理をより詳細に示すフローチャートである。
【図５】本発明の復調処理をより詳細に示すフローチャートである。
【図６】前記図４および図５で示す復調処理を実現する復調回路のブロック図である。
【図７】典型的な従来技術の復調処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ＩＣカード
２ リーダライタ装置
３，８ アンテナコイル
５ ＩＣチップモジュール
６ 制御回路
７ 送信回路
９ 受信回路
１０ 通信ポート
１１ ローパスフィルタ
１２ 増幅器
１３ コンパレータ
１４ 復調回路
１５，１６ 直列抵抗
２１ 同期回路（同期手段）
２２ 立ち上がりエッヂカウンタ（データ抽出手段）
２３ 立ち下がりエッヂカウンタ（データ抽出手段）
２４ 差分器（データ抽出手段）
２５，２６ 比較器（位相変化検出手段）
２７ ＯＲゲート回路（位相変化検出手段）
２８ ＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲート回路（位相変化検出手段）
２９ セレクタ（期待値作成手段）
３０ ＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲート回路（期待値作成手段）
３１ 受信データシフトレジスタ（期待値作成手段）
３２ 「０」検出回路（フレーム長訂正手段）
３３ 復調データ周期カウンタ（フレーム長訂正手段）
３４ 受信データ周期カウンタ（同期手段）
３５ １６分周回路（同期手段）
３６ 受信データフレームステップカウンタ（同期手段）
３７ セレクタ（復調手段）
３８ 復調データレジスタ（復調手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式で位相変調された信号を復調する復調回路およびそれを用いる非接触式ＩＣカードの端末装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な物にＩＣチップを埋込み、非接触で通信を行うことで、埋込まれた物品や、それを携帯する人物の情報を読取ることが従来から行われている。特に、前記ＩＣチップをカードに埋込んで、既に定期券などとして実用化されている。そのようなＩＣカードの分野において、非接触でリーダライタ装置にデータを通信する方式として、ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３に、ＢＰＳＫ変調を用いた通信方式が規定されている。なお、ＩＣカードをリーダライタ装置に取込んで、端子を接触させて書込み／読出しを行うことができるとともに、無線によって前記非接触で書込み／読出しを行うことができるコンビ型と称されるＩＣカードも、前記非接触での通信にはＢＰＳＫ変調が用いられる。
【０００３】
前記ＢＰＳＫ変調とは、リーダライタ装置から送信されたキャリア波に対して、ＩＣカードがサブキャリア波の負荷を加えるか否かで変調するものであり、リーダライタ装置は、変調されたキャリア波から位相変化の点を検出することでデータを復調する。前記ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３では、周波数１３．５６ＭＨｚのキャリア波に対して、周波数８４７ｋＨｚのサブキャリア波で負荷変調するようになっている。
【０００４】
そして、１つのデータは、たとえば１０６ｋｂｐｓで通信する等倍速通信の場合、「０１０１０１０１０１０１０１０１」と、１８０°位相の異なる「１０１０１０１０１０１０１０１０」との２通りのデータ列で表現される。すなわち、前記８４７ｋＨｚの１／２の周期で「０」と「１」とを繰返すので、前記１０６ｋｂｐｓのデータ伝送速度の場合、１６個のデータで表現されることになる。前記８４７ｋＨｚの１／２の周期は、後述するデータフレームとなる。
【０００５】
また、２１２ｋｂｐｓで通信する２倍速通信では、１０６ｋｂｐｓで通信する前記等倍速通信の倍の情報量の通信を行うので、１つのデータは半分のデータ列長によって表現され、「０１０１０１０１」と、「１０１０１０１０」とで表現される。同様に４２４ｋｂｐｓで通信する４倍速通信では、１つのデータはデータ列「０１０１」と、「１０１０」とで表現され、８倍速通信では、データ列「０１」と、「１０」とで表現される。
【０００６】
一方、データの復調は、前記ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３では、初期状態の位相状態をデータ「１」として、１８０°の位相変調があればデータ「０」に変化したとみなすことで行う。すなわち、たとえば前記等倍速通信の場合、初期状態のデータ列が「０１０１０１０１０１０１０１０１」であれば、そのデータ列がデータ「１」を意味し、１８０°位相の異なるデータ列「１０１０１０１０１０１０１０１０」がデータ「０」を意味し、前記データ列「０１０１０１０１０１０１０１０１」を繰返している間は前記データ「１」が続いていると判定し、データ列「１０１０１０１０１０１０１０１０」になると「０」に切換わったと判定する。つまり、前記１８０°の位相変調によって、「００」または「１１」と続いた箇所をデータ列が切換わった箇所と判定する。
【０００７】
同様に、前記２倍速通信の場合は、たとえば初期状態がデータ列「０１０１０１０１」であれば、これがデータ「１」であり、データ列「１０１０１０１０」がデータ「０」となる。また、４倍速通信の場合は、初期状態がデータ列「０１０１」であるとすると、これがデータ「１」であり、データ列「１０１０」がデータ「０」となる。さらにまた、８倍速通信の場合は、初期状態がデータ列「０１」であるとすると、これがデータ「１」であり、データ列「１０」がデータ「０」となる。このようにして、受信した信号からデータ列を抽出し、最終的にデータを復元することを復調回路によって行う。
【０００８】
図１は、非接触式のＩＣカード１と、そのリーダライタ装置２との一般的な構成を示すブロック図である。ＩＣカード１の外周部にはアンテナコイル３が埋込まれており、そのアンテナコイル３に前記リーダライタ装置２からの前記１３．５６ＭＨｚのキャリア波が加えられると、起電力を生じ、コンデンサ４を介して、ＩＣチップモジュール５に電源として供給される。ＩＣチップモジュール５は、必要に応じてデータの書込み／読出しを行い、送信すべきデータに対応して、アンテナコイル３から、前記キャリア波を前記８４７ｋＨｚのサブキャリア波で負荷変調する。
【０００９】
リーダライタ装置２では、制御回路６からの信号に応答して、送信回路７がアンテナコイル８から前記キャリア波を発生し、該アンテナコイル８で受信された信号は、受信回路９で復調され、復調されたデータは前記制御回路８に取込まれ、必要に応じて、通信ポート１０を介して、ホスト装置等に転送される。
【００１０】
図２は、前記受信回路９の一構成例を示すブロック図である。この受信回路９は、大略的に、ローパスフィルタ１１と、増幅器１２と、コンパレータ１３と、復調回路１４と、基準電圧を生成する直列抵抗１５，１６とを備えて構成される。
【００１１】
前記受信信号はローパスフィルタ１１に与えられ、前記１３．５６ＭＨｚのキャリア波成分が除去され、情報となる前記８４７ｋＨｚのサブキャリア波成分が抽出される。前記サブキャリア波成分は、増幅器１２において増幅され、コンパレータ１３の一方の入力に入力される。前記コンパレータ１３の他方の入力には、電源電圧を前記直列抵抗１５，１６で分割して発生された基準電圧が与えられており、該コンパレータ１３は、前記サブキャリア波成分が基準電圧よりも電位が高ければ「１」、低ければ「０」と判定することで、デジタルデータを得る。こうして、前記「０」と「１」とを繰り返す前記データ列が得られることになる。このデータ列が、発明対象回路である復調回路１４に入力され、上述のように１８０°の位相変調の有無から、データが復調される。
【００１２】
前記復調回路１４の典型的な従来技術は、特開２０００−１９６６９１号公報に示されている。その従来技術では、前述のように、先ず復調回路１４への入力信号を、サブキャリア周波数８４７ｋＨｚをｆｓとすると、２倍の周波数である２・ｆｓの周波数のクロック、すなわち前記データフレーム毎にサンプリングを行い、データ列を抽出する。そして、データ列の区切りとして、データ列「００」「１１」を検出することによって、位相の変化を検出し、データを復調する。
【００１３】
したがって、たとえば前記２１２ｋｂｐｓで通信する場合で、入力されたデータ列が「０１０１０１０１１０１０」であるとすると、「１１」の箇所で初めて位相の変化があったことが分かり、データ列の最初の状態がデータ「１」を示す「０１０１」であるので、位相変化が発生するまでがデータ「１」であり、位相変化を検出することでデータが「０」に変化したとみなし、データ「１１０」が復調される。
【００１４】
しかしながら、このままであるとビットエラーが発生した場合は正常に位相の変化を検出できないので、この従来技術では、区切り用データ列の前後のデータも合わせて、データ列「０１１０」「１００１」を検出した場合に位相の変化があったと認識することで、エラー訂正を行うことが示されている。具体的には、データ列「１０１」から１ビットエラーによって「１１１」となった場合およびデータ列「０１０」から１ビットエラーによって「０００」となった場合は、位相の変化として認識しないことで、データ途中に１ビットのエラーが発生しても、正確に復調を行うことができるように工夫されている。
【００１５】
図７は、上述の復調処理をより詳細に示すフローチャートである。ステップＳ１では、データ列を１ビットシフトして、データが読込まれる。ステップＳ２では、データ列が期待値「０１１０」に一致しているか否かが判定され、一致していなければさらにステップＳ３において、期待値「１００１」に一致しているか否かが判定され、一致していなければステップＳ４に進み、位相の変化がなかったことから、復調データはそのまま前回のデータ値のままとされる。
【００１６】
これに対して、前記ステップＳ２においてデータ列が期待値「０１１０」に一致している場合、および前記ステップＳ３において期待値「１００１」に一致している場合はステップＳ５に進み、位相の変化があったことから、前回のデータが「１」か「０」かが判定される。前回のデータが「１」であれば、ステップＳ６に進み、データ「０」を確定する。前回のデータが「０」であれば、ステップＳ７に進み、データ「１」を確定する。
【００１７】
前記ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ７からはステップＳ８に進み、データの通信が終了してデータ列が終了しているか否かが判断され、データ列が終了していると復調処理を終了し、終了していなければ前記ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰返す。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような特開２０００−１９６６９１号の従来技術では、位相変調が起こっていないときにビットエラーが発生した場合に、誤って位相変調があったと判定することがないように構成されている。しかしながら、位相変調が起こったときにビットエラーが発生した場合は、正常に信号を復調することができないという問題がある。たとえば、本来のデータ列が「１００１」であった場合に、１ビットのビットエラーが発生してデータ列が「１０１１」となったら、「０１１０」又は「１００１」と一致しているか否かで位相変調が起こったか否かを判定する本従来例では、位相変調が起こっていないと判定してしまうことになる。このように位相変化時にビットエラーが発生した場合、すなわちデータ列が「０１１０」でも「１００１」でもない場合は、位相変調されていないと判断されてデータは変化していないとみなされ、正常に復調を行うことができない。
【００１９】
また、復調回路１４への入力信号をサブキャリアの２倍の周波数である２・ｆｓの周波数のクロックにてサンプリングを行い、データ列を抽出するので、サンプリング時にノイズ等の影響によって正常なデータをサンプリングできない場合があり、この場合も後段の復調処理で正常なデータの復調ができないという問題がある。
【００２０】
本発明の目的は、ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を正しく復調することができる復調回路およびそれを用いる非接触式ＩＣカードの端末装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の復調回路は、ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を復調する復調回路において、前記ＢＰＳＫ変調のデータフレームを規定する同期手段と、前記同期手段によって規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりエッヂおよび立ち下がりエッヂをカウントし、それらの差分から各データフレームにおけるデータを抽出するデータ抽出手段と、前記データ抽出手段で求められるデータに対して、位相が変化していない場合の期待値のデータを作成する期待値作成手段と、前記データ抽出手段で求められたデータと、前記期待値作成手段で作成された期待値のデータとを相互に比較し、不一致の場合に位相が変化したことを検出する位相変化検出手段と、前記位相変化検出手段で位相の変化が検出されると、現在のデータを反転することによってデータを復調する復調手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
上記の構成によれば、非接触式のＩＣカードリーダライタ装置などとして実現されるＢＰＳＫ信号の復調回路において、従来では、同期手段によって予め規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において、各復調データ長内のデータと期待値作成手段で作成された期待値のデータとを比較することで復調データを得ていたのに対して、本発明では、先ずデータ抽出手段は、規定された各データフレーム毎に、受信信号の立ち上がりエッヂのカウント値と立ち下がりエッヂのカウント値との差分から各データフレームにおけるデータを抽出する。したがって、ノイズによって、たとえば受信信号に立ち上がりのエラーが生じても、立ち下がりによってそのエラーは相殺され、該データ抽出手段からは、前記ノイズの影響を除去したデータが出力される。
【００２３】
したがって、位相変調が生じているタイミングでエラーが発生しても、そのエラーは前記立ち上がりエッヂのカウント値と立ち下がりエッヂのカウント値との差分を求めることで相殺されており、ＢＰＳＫ変調を用いた非接触通信において、キャリア波に重畳されるデータ列にエラーが発生しても、非常に高い信頼性で受信すべきデータを復調することができる。
【００２４】
また、本発明の復調回路は、予め規定されたデータフレーム毎に、データ抽出手段においてＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において各復調データ長内のデータと期待値のデータとを比較し、不一致の場合に位相が変化したことを検出し、復調手段において現在のデータを反転することによって復調データを得るようにした復調回路において、前記復調手段に対して、前記データ抽出手段から最初にデータが出力された時点を起点として、復調データ長の１／２の期間が経過した時点の位相変化検出手段からのデータを最初の復調データとしてサンプリングさせ、以降、前記復調データ長毎にデータをサンプリングさせて前記復調データとするフレーム長訂正手段を含むことを特徴とする。
【００２５】
上記の構成によれば、非接触式のＩＣカードリーダライタ装置などとして実現されるＢＰＳＫ信号の復調回路において、予め規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において、各復調データ長内のデータと期待値作成手段で作成された期待値のデータとを比較することで復調データを得るにあたって、従来では、位相変化検出手段で位相の変化が検出された時点で、復調手段が復調データを反転し、フレーム長が変動していたのを、本発明では、復調手段による復調データの反転を、フレーム長訂正手段で許可されたタイミングで許容する。具体的には、前記データ抽出手段から最初にデータが出力された時点を起点として、復調データ長の１／２の期間が経過した時点の位相変化検出手段からのデータを最初の復調データとしてサンプリングさせ、以降、前記復調データ長毎にデータをサンプリングさせる。
【００２６】
したがって、データ抽出手段のサンプリングタイミングにエラーが発生しても、復調データ長が変動することなく、正しくデータを復調することができる。
【００２７】
さらにまた、本発明の非接触式ＩＣカードの端末装置は、前記の復調回路を用いることを特徴とする。
【００２８】
上記の構成によれば、ＩＣカードと非接触でデータをやり取りする端末装置との間の通信方式として前記ＢＰＳＫ変調を用いた通信方式が規定されているので、前記の復調回路を使用することで、ＩＣカードからのデータを正しく復調することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３０】
本発明に係る復調回路は、前述の図２で示す受信回路９の復調回路１４として使用することができ、またＩＣカードおよびそのリーダライタ装置は、前述の図１で示すような構成を用いることができ、それらの説明は省略する。
【００３１】
図３は、本発明の実施の一形態の復調回路の動作を説明するための波形図であり、前述の図２を合わせて参照して、データ伝送速度が４２４ｋｂｐｓの４倍速通信の場合を例として、該復調回路の動作を説明する。図３（ａ）はローパスフィルタ１１への入力信号であり、図３（ｂ）は増幅器１２への入力信号であり、図３（ｃ）はコンパレータ１３への入力信号であり、図３（ｄ）は該復調回路１４への入力信号であり、図３（ｆ）該復調回路１４から出力される復調データである。また、図３（ｅ）は、復調回路１４内でのデータフレーム毎のビットデータの判定結果を示す。
【００３２】
したがって、図３（ａ）では、正弦波状の波形が周波数１３．５６ＭＨｚのキャリア波に相当し、その包絡線である矩形状の波形が８４７ｋＨｚのサブキャリア波に相当する。この受信信号から、ローパスフィルタ１１によって周波数１３．５６ＭＨｚのキャリア波成分が取除かれると、情報となる周波数８４７ｋＨｚのサブキャリア波成分が図３（ｂ）で示すように抽出される。この信号を増幅器１２で増幅すると図３（ｃ）で示すようになり、コンパレータ１３において矩形波に整形すると、復調回路１４への入力は図３（ｄ）で示すようになる。
【００３３】
復調回路１４では、先ず前記１／２ｆｓの期間をデータフレームＴ１として、このデータフレームＴ１毎に、順次ビットデータを判定し、前記データ列を作成してゆくのであるけれども、本発明では、入力信号のパルスのセンターを求めて、そこから前記データフレームＴ１毎に同期を取る。それぞれのデータフレームＴ１を受信データフレームとし、最初の受信データフレームから順に、ステップ０、ステップ１、ステップ２、…とする。そして、サブキャリアの周波数ｆｓに対して、１６倍の周波数であるキャリア信号φｆｃをサンプリング用のクロックとして使用する。したがって、前記データフレームＴ１内で８回サンプリングされることになる。
【００３４】
そして次に、このデータフレームＴ１内で、立ち上がりエッヂのカウント値と、立ち下がりエッヂのカウント値との差分からビットデータを判定する。詳しくは、先ず立ち上がりエッヂの数ＵＰ＿ＣＯＵＮＴから立ち下がりエッヂの数ＤＯＷＮ＿ＣＯＵＮＴを引いた数である差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴを求める。次に、前記差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと期待値ＥＸＰとを比較して受信データの判定を行う。
【００３５】
前記期待値ＥＸＰは、それぞれ現在の復調データの値および受信データフレームのステップ数によって変化する。現在の復調データが「１」の場合、受信データフレームのステップが偶数ステップでは期待値ＥＸＰは「１」とし、奇数ステップでは「−１」とする。一方、現在の復調データが「０」の場合、受信データフレームのステップが偶数ステップでは期待値ＥＸＰは「−１」とし、奇数ステップでは「１」とする。
【００３６】
そして、前記差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと期待値ＥＸＰとを比較して、一致の場合は、位相変調が発生していないと判断して、受信データは、現在の受信データが「１」であれば「１」とし、「０」であれば「０」とする。前記差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと期待値ＥＸＰとを比較して、不一致の場合は、位相変調が発生していると判断して、受信データは、現在の受信データが「１」であれば「０」とし、「０」であれば「１」とする。
【００３７】
したがって、図３（ｄ）において、波線が正常な信号であり、実線がエラーの発生しているケースである。参照符α，βは受信データフレーム内での短いパルス波形エラーであるが、この波形のケースでは、上記の立ち上がりエッヂ数ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと立ち下がりエッヂ数ＤＯＷＮ＿ＣＯＵＮＴとの差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴを取って判定することで、該エラーの影響を受けないで正常に受信データを復調していることが理解される。
【００３８】
一方、参照符γは、３つの受信データフレームに亘るエラーである。本来、位相変調したと判定されるより１つ前のフレームで位相変調したと判定されていることが理解される。しかしながら、本発明では、後述するようにして、その位相変調の判定フレームのずれが解消される。こうして、図３（ｄ）で示すコンパレータ１３からの入力は、最終的に図３（ｆ）で示す復調データとなる。
【００３９】
前記判定フレームのずれの訂正は、最初のビットデータが出力された時点を起点として、復調データ長Ｔ２の１／２の期間が経過した時点のデータを最初の復調データとし、以降、前記復調データ長Ｔ２毎のデータを復調データとすることで行う。
【００４０】
たとえば、前記４倍速通信の場合では、図３（ｅ）で示すように、１復調データ長Ｔ２当りの受信データフレームＴ１の数は４となるが、エラーの出方によって、図３（ｅ）で示すように、復調されるデータの長さが受信データフレームＴ１の数で、３になったり５になったりするケースが発生する。そのため、期待値ＥＸＰとの比較で、最初にデータが「０」であると判定した時点から、３フレーム目の値を最終的な復調データとして取得する。その後は、常に４フレーム毎のデータを復調データとして取得する。この処理によって、図３（ｆ）で示すような正常なデータの長さを持った復調データが取得される。
【００４１】
同様に、等倍速通信の場合は、最初の復調データとして９フレーム目のデータを取得し、次から１６フレーム毎に取得してゆく。また、２倍速の場合は、最初の復調データとして５フレーム目のデータを取得し、次から８フレーム毎に取得してゆく。さらにまた、８倍速通信の場合は、最初の復調データとして２フレーム目のデータを取得し、次から２フレーム毎に取得してゆく。
【００４２】
こうして、前記参照符γで示すエラーのように復調データのサンプリングタイミングにエラーが発生しても、フレーム長が変動することなく、正しくデータを復調することができる。
【００４３】
図４および図５は、上述のような復調処理をより詳細に示すフローチャートである。ステップＳ１１では、受信データシフトレジスタおよび復調データレジスタを「１」にセットして初期化が行われる。ステップＳ１２では受信信号との同期を取り、タイミングを合わせるためにステップＳ１３で、受信データ周期カウンタ、受信データフレームカウンタ、復調データ周期カウンタ、立ち上がりエッヂカウンタ、立ち下がりエッヂカウンタ、受信データ開始フラグをリセットする。
【００４４】
ステップＳ１４では、受信信号のレベルが立ち上がりエッヂであるか否かが判断され、立ち上がりエッヂであれば、ステップＳ１５で立ち上がりエッヂカウンタがカウントアップされた後、ステップＳ１６に進み、立ち上がりエッヂでなければ、直接前記ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、受信信号のレベルが立ち下がりエッヂであるか否かが判断され、立ち下がりエッヂであれば、ステップＳ１７で立ち下がりエッヂカウンタがカウントアップされた後、ステップＳ１８に進み、立ち下がりエッヂでなければ、直接前記ステップＳ１８に進む。
【００４５】
ステップＳ１８では、受信データ周期カウンタがカウントアップされる。ステップＳ１９では、受信データ周期カウンタが７であるか否かが判断され、７であれば、すなわち８回目のサンプリングを終了すると、１データフレーム期間が終了したのでステップＳ２１へ進み、受信データ周期カウンタが７でなければ１データフレーム期間が終了していないので、前記ステップＳ１４に戻る。
【００４６】
ステップＳ２１では、立ち上がりエッヂカウンタ値ＵＰ＿ＣＯＵＮＴから立ち下がりエッヂカウンタ値ＤＯＷＮ＿ＣＯＵＮＴを引いた差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴを計算する。
【００４７】
ステップＳ２２〜ステップＳ２８では、受信データフレームステップカウンタが偶数か否か、および現在の受信データが「１」か否かによって、位相変調が発生していないと仮定したときの期待値ＥＸＰを、「１」または「−１」に設定する。
【００４８】
ステップＳ２９では、受信データフレームの過去３ステップで受信データの変化がないか否かを判定する。過去３ステップで変化がなければステップＳ３０へ進み、変化があれば位相変調が過去３ステップ以内に発生しているので、位相変調はないと判定してステップＳ３１へ進む。ステップＳ３０では、前記差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと位相変調が発生していない場合の期待値ＥＸＰとを比較し、一致すると位相変調はないと判定して前記ステップＳ３１へ進み、一致しないと位相変調があったと判定してステップＳ３２へ進む。ステップＳ３１では、受信データはそのままとされ、一方ステップＳ３２では、現在の受信データが「１」であれば受信データを「０」に、現在の受信データが「０」であれば受信データを「１」とする。
【００４９】
前記ステップＳ３１，Ｓ３２からはステップＳ３３に移り、受信データが初めて「０」になったか否かを判定する。すなわち、受信データ開始フラグＲ＿ＦＬＡＧが「０」で、かつ、受信データが「０」か否かを判定し、そうであればステップＳ３４へ進む。ステップＳ３４では、初めての受信データ「０」を受け取ったということで受信データ開始フラグＲ＿ＦＬＡＧを「１」とする。続いてステップＳ３５で復調データ周期カウンタを１カウントアップし、ステップＳ３６で受信データフレームカウンタを１カウントアップした後、前記ステップＳ１４に戻る。
【００５０】
これに対して、前記ステップＳ３３で、受信データが初めて「０」になったのでなければステップＳ３７に進み、受信データ開始フラグＲ＿ＦＬＡＧが「１」あればステップＳ３８へ進み、そうでなければステップＳ４１へ進む。ステップＳ３８では、復調データの周期を揃えるために復調データ周期カウンタが「２」であればステップＳ３９へ進み、そうでなければステップＳ４０へ進む。ステップＳ３９では、受信データを復調データとしてステップＳ４０へ進む。ステップＳ４０では、復調データ周期カウンタをカウントアップし、ステップＳ４１へ進む。ステップＳ４１では、復調したデータがＩＳＯ１４４４３の規定によるデータの終了を示す「ＥＯＦ」かどうか判断する。「ＥＯＦ」であれば処理を終了すし、そうけなければ前記ステップＳ３６に進む。
【００５１】
図６は、上述した本発明による復調処理を実現する復調回路のブロック図である。この復調回路は、大略的に、同期回路２１と、立ち上がりエッヂカウンタ２２と、立ち下がりエッヂカウンタ２３と、差分器２４と、比較器２５と、比較器２６と、ＯＲゲート回路２７と、ＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲート回路２８と、セレクタ２９と、ＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲート回路３０と、受信データシフトレジスタ３１と、「０」検出回路３２と、復調データ周期カウンタ３３と、受信データ周期カウンタ（３ビット）３４と、１６分周回路３５と、受信データフレームステップカウンタ（１ビット）３６と、セレクタ３７と、復調データレジスタ３８とを備えて構成される。
【００５２】
前記コンパレータ１３からの入力信号、初期化用リセット信号およびサンプリングクロックとなるキャリア信号を同期回路２１に入力して、受信データ周期カウンタ３４、受信データフレームステップカウンタ３６、復調データ周期カウンタ３３、立ち上がりエッヂカウンタ２２、立ち下がりエッヂカウンタ２３および「０」検出回路３２のタイミングを合わせるためのリセット信号を作成する。そして、受信データ周期カウンタ３４で１データフレーム期間Ｔ１をカウントする間に、立ち上がりエッヂカウンタ２２および立ち下がりエッヂカウンタ２３で入力信号のエッヂをカウントして、差分器２４でその差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴを計算する。
【００５３】
次に、受信データフレームステップカウンタ３６の値から求められる受信データフレームステップが偶数であるかまたは奇数であるかと、受信データシフトレジスタ３１の現在の受信データの値Ｑ０とによって、ＥＸＯＲゲート回路２８とセレクタ２９とを使用して、差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと比較するための期待値ＥＸＰを作成する。比較器２５で、その差分ＵＤ＿ＣＯＵＮＴと期待値ＥＸＰとを比較して、一致していれば出力Ｙは「１」となる。また、受信データシフトレジスタ３１の出力Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２を比較器２６で比較し、Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２が全て「１」または全て「０」であれば過去３回で受信データの変化がなかったと判断して比較器２６の出力Ｙが「１」となり、ＯＲゲート回路２７、ＥＸＯＲゲート回路２８を通して受信データシフトレジスタ３１の入力Ｄに入力して、受信データの値を更新する。この受信データシフトレジスタ３１のクロックには、サンプリングクロックであるキャリア信号φｆｃを１６分周回路３５で分周した信号を使用する。
【００５４】
一方、前記「０」検出回路３２で初めての受信データ「０」が検出されると、復調データ周期カウンタ３３がスタートされる。この復調データ周期カウンタ３３の出力Ｙの値によってセレクタ３７を制御することによって、最終的な復調データを出力する復調データレジスタ３８の値を変更しないようにするか、または、受信データシフトレジスタ３１の出力Ｑ０の値とするかが選択され、前記フレーム長が一定とされる。
【００５５】
このようにして、エッヂの数で状態判定を行い、所定の期待値との比較を行い、データを復調するという前述の復調処理およびフレーム長の訂正処理を実現することができ、位相変調が起こったときにビットエラーが発生した場合においても、またサンプリング時に復調回路への信号エラーが発生した場合においても、正常にデータを復調することができる。
【００５６】
また、本発明の復調回路は、簡潔なアルゴリズムで、図６で示すように、１つの同期回路２１、２つのエッヂカウンタ２２，２３、１つの差分器２４、２つの比較器２５，２６、３つの基本ゲート回路２７，２８，３０、２つのセレクタ２９，３７、１つのシフトレジスタ３１、１つの「０」検出回路３２、３つのカウンタ３３，３４，３６、１つの分周回路３５および１つのレジスタ３８から成る小規模な回路で実現可能であり、大幅なコスト増を伴わずに実現することができる。
【００５７】
本発明による復調回路および復調方式は、前述のように非接触式のＩＣカードあるいは接触／非接兼用のコンビネーション型のＩＣカードに適用することによって、通信環境の悪い状況下でも信頼性の高い通信を行うことができ、幅広い応用分野へ適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の復調回路は、以上のように、非接触式のＩＣカードリーダライタ装置などとして実現されるＢＰＳＫ信号の復調回路において、従来では、同期手段によって予め規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において、各復調データ長内のデータと期待値作成手段で作成された期待値のデータとを比較することで復調データを得ていたのに対して、本発明では、先ずデータ抽出手段は、規定された各データフレーム毎に、受信信号の立ち上がりエッヂのカウント値と立ち下がりエッヂのカウント値との差分から各データフレームにおけるデータを抽出する。
【００５９】
それゆえ、位相変調が生じているタイミングでエラーが発生しても、そのエラーは前記立ち上がりエッヂのカウント値と立ち下がりエッヂのカウント値との差分を求めることで相殺されており、ＢＰＳＫ変調を用いた非接触通信において、サブキャリア波に重畳されるデータ列にエラーが発生しても、非常に高い信頼性で受信すべきデータを復調することができる。
【００６０】
また、本発明の復調回路は、以上のように、非接触式のＩＣカードリーダライタ装置などとして実現されるＢＰＳＫ信号の復調回路において、予め規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において、各復調データ長内のデータと期待値作成手段で作成された期待値のデータとを比較することで復調データを得るにあたって、従来では、位相変化検出手段で位相の変化が検出された時点で、復調手段が復調データを反転し、フレーム長が変動していたのを、本発明では、復調手段による復調データの反転を、フレーム長訂正手段で許可されたタイミングで許容する。具体的には、前記データ抽出手段から最初にデータが出力された時点を起点として、復調データ長の１／２の期間が経過した時点の位相変化検出手段からのデータを最初の復調データとしてサンプリングさせ、以降、前記復調データ長毎にデータをサンプリングさせる。
【００６１】
それゆえ、データ抽出手段のサンプリングタイミングにエラーが発生しても、復調データ長が変動することなく、正しくデータを復調することができる。
【００６２】
さらにまた、本発明の非接触式ＩＣカードの端末装置は、以上のように、前記の復調回路を用いる。
【００６３】
それゆえ、ＩＣカードと端末装置との間の通信方式として前記ＢＰＳＫ変調を用いた通信方式が規定されているので、前記の復調回路を使用することで、ＩＣカードからのデータを正しく復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非接触式のＩＣカードと、そのリーダライタ装置との一般的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１で示すリーダライタ装置における受信回路の一構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の一形態の復調回路の動作を説明するための波形図である。
【図４】本発明の復調処理をより詳細に示すフローチャートである。
【図５】本発明の復調処理をより詳細に示すフローチャートである。
【図６】前記図４および図５で示す復調処理を実現する復調回路のブロック図である。
【図７】典型的な従来技術の復調処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ＩＣカード
２ リーダライタ装置
３，８ アンテナコイル
５ ＩＣチップモジュール
６ 制御回路
７ 送信回路
９ 受信回路
１０ 通信ポート
１１ ローパスフィルタ
１２ 増幅器
１３ コンパレータ
１４ 復調回路
１５，１６ 直列抵抗
２１ 同期回路（同期手段）
２２ 立ち上がりエッヂカウンタ（データ抽出手段）
２３ 立ち下がりエッヂカウンタ（データ抽出手段）
２４ 差分器（データ抽出手段）
２５，２６ 比較器（位相変化検出手段）
２７ ＯＲゲート回路（位相変化検出手段）
２８ ＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲート回路（位相変化検出手段）
２９ セレクタ（期待値作成手段）
３０ ＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲート回路（期待値作成手段）
３１ 受信データシフトレジスタ（期待値作成手段）
３２ 「０」検出回路（フレーム長訂正手段）
３３ 復調データ周期カウンタ（フレーム長訂正手段）
３４ 受信データ周期カウンタ（同期手段）
３５ １６分周回路（同期手段）
３６ 受信データフレームステップカウンタ（同期手段）
３７ セレクタ（復調手段）
３８ 復調データレジスタ（復調手段）
Claims (3)
- ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を復調する復調回路において、
前記ＢＰＳＫ変調のデータフレームを規定する同期手段と、
前記同期手段によって規定されたデータフレーム毎に、前記ＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりエッヂおよび立ち下がりエッヂをカウントし、それらの差分から各データフレームにおけるデータを抽出するデータ抽出手段と、
前記データ抽出手段で求められるデータに対して、位相が変化していない場合の期待値のデータを作成する期待値作成手段と、
前記データ抽出手段で求められたデータと、前記期待値作成手段で作成された期待値のデータとを相互に比較し、不一致の場合に位相が変化したことを検出する位相変化検出手段と、
前記位相変化検出手段で位相の変化が検出されると、現在のデータを反転することによってデータを復調する復調手段とを含むことを特徴とする復調回路。 - 予め規定されたデータフレーム毎に、データ抽出手段においてＢＰＳＫ変調された受信信号の立ち上がりまたは立ち下がりを判定し、その判定結果を各データフレームにおけるデータとして抽出し、求められたデータを前記ＢＰＳＫ変調の復調データ長毎に区分して、位相変化検出手段において各復調データ長内のデータと期待値のデータとを比較し、不一致の場合に位相が変化したことを検出し、復調手段において現在のデータを反転することによって復調データを得るようにした復調回路において、
前記復調手段に対して、前記データ抽出手段から最初にデータが出力された時点を起点として、復調データ長の１／２の期間が経過した時点の位相変化検出手段からのデータを最初の復調データとしてサンプリングさせ、以降、前記復調データ長毎にデータをサンプリングさせて前記復調データとするフレーム長訂正手段を含むことを特徴とする復調回路。 - 前記請求項１または２記載の復調回路を用いることを特徴とする非接触式ＩＣカードの端末装置。
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