JP4030546B2 - 非接触データキャリア - Google Patents

Description

本発明は、主回路部と、結合素子と、主回路部と並列接続された制御可能な負荷とを備えた非接触データキャリアであって、主回路部が、制御可能な負荷（３）を負荷変調のために軽減可能な変調コントローラ（４）を有する、非接触データキャリアに関する。

さらに、本発明は、主回路部が制御可能な負荷と並列接続され、データの返送が負荷軽減変調によって行われる非接触データキャリアの動作方法に関する。

非接触データキャリアから書き込み／読み出し装置にデータを送信するために、書き込み／読み出し装置によって生成された電磁界から非接触データキャリアによって獲得されたエネルギーを変更することが、知られている。獲得されたエネルギーの変更は、書き込み／読み出し装置によって検出され、この方法において、対応する変調あるいは復調によって伝送データが認識される。そのような非接触データキャリアあるいはチップカードの今日有効な規定は、ＩＳＯ１４４４３あるいはＩＳＯ１５６９３である。既知のデータキャリアは、抵抗性あるいは容量性の負荷変調を用いて動作する。そのために、変調のために主回路部に並列接続された負荷が増大され、その結果、非接触データキャリアの獲得される電力が増大する。

変調の荷重の際に、主回路部の供給に使用可能な電圧が低下することは、負荷変調にとって問題である。そのためこれは、機能障害、例えば電圧低下検出回路が反応性し、あるいは、書き込み／読み出し装置の電磁界によって伝送されるクロック信号を評価するクロック検出が停止するということを導く。エネルギー変動（Ｅｎｅｒｇｉｅｈｕｂ）、すなわち負荷接続の程度を、低く維持する手段は存在するが、書き込み／読み出し装置が変調を認識し得るための最小変調振幅が要求される。総じて、負荷変調は、所望しない到達範囲（Ｒｅｉｃｈｗｅｉｔｅ）の限界を導く。この範囲制限のために、通常、負荷抵抗の妥協的なサイズとなる。

さらに、非線形の変調も知られ、その際、変調度は、供給電圧が許容低電圧閾値に達する前に、低減される。しかしながら、非接触データキャリアのこの実施の際には、変調信号は弱まり、その結果、エラーが存在するデータ伝送の確率は増加する。

上記問題を回避するために、負荷（Ｂｅｌａｓｔｕｎｇ）変調に代えて負荷軽減（Ｅｎｔｌａｓｔｕｎｇ）変調を備えることが知られている。そのような方法によって動作する非接触データキャリアは、例えばＥＰ１０４２７３１Ｂ１によって知られている。そこに示された回路においては、接続（ｚｕｓｃｈａｌｔｅｎ）および切断（ａｂｓｃｈａｌｔｅｎ）が可能なシャントトランジスタが提供されている。その際、エネルギー変動は、シャントにおいて破棄されるエネルギーに依存する。通常の動作状態において、データが送信されない場合、シャントは接続され、非接触データキャリアの電流消費を増加させる。変調のためにシャントは切断され、それは電流消費を低減させ、それは書き込み／読み出し装置によって認識され得る。書き込み／読み出し装置側において、非接触データキャリアの変調信号は、ＡＣに重畳され、そのため、単に変調側波帯のスペクトル振幅が考慮される。そのため、負荷変調あるいは負荷軽減変調が行われたかは、問題ではない。その結果、原理に従って、負荷軽減変調によって動作する非接触データキャリアは、既存の書き込み／読み出し装置と互換性を有する。シャントが切断された場合、読み出し動作のための可能な限り大きな到達範囲を得るために、シャントは活性化されず、そのため負荷が軽減されない。そのため、データの送信はもはや可能ではない。さらに、通常状態において接続される負荷は、所望しない到達範囲限界を導く。

本発明の課題は、そのため、エネルギーの不必要な破棄を回避し、到達範囲の最適化されたデータキャリアが形成される、非接触データキャリアを提供することにある。同様に、本発明の課題は、対応する方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、冒頭に記載された態様の非接触データキャリアによって解決される。本発明による非接触データキャリアは、主回路部の電流消費を低減可能であり、かつ、一定の全電流消費の生成のために、制御可能な負荷を増加可能な、電流消費コントローラが提供されることを特徴とする。方法に関しては、課題は、冒頭に記載された態様の方法によって解決される。本発明による方法は、通常動作状態において、制御可能な負荷が第１の低い値に設定され、データの送信の負荷変調の前に、主回路部の電流消費が低減され、同時に、負荷が、一定の全電流消費の生成のために、増加され、データの送信の負荷変調のために、制御可能な負荷は、送信されるデータに依存して減少され、データの送信の後に、主回路部の電流消費が再び増加され、負荷が第１の値に軽減されることを特徴とする。

本発明によるデータキャリアあるいは方法の利点は、到達範囲を減少させる結果となる、恒常的なエネルギーの破棄がなされるのではない点にある。これに代えて、データが送信される比較的短い時間が利用され、特に送信動作中において、負荷軽減変調のエネルギー変動のために利用可能な電流節約処置が、実行される。電流消費の低下が、変調信号自体と比べて比較的遅いため、接続される、あるいは高められる負荷内に最初に得られたエネルギーは破棄され、負荷軽減変調は、負荷が切断される、あるいは破棄される早い負荷軽減によって行われる。

電流消費を低減するための有利な処置は、クロック周波数の低減、あるいは、特にデータの返送の際に使用されない、主回路部内のモジュールの一時的な切断である。

さらに、有利にも、所定の最大許容電圧が結合素子において得られるまで、負荷は、変調制御の間、軽減され得る。それによって、常に可能な限り大きな変調振幅が得られる。

本発明の実施例が、以下に図面を参照して詳述される。

図１に、本発明による非接触データキャリアの第１の実施例が示される。データキャリアは、コイル状の結合素子２を有し、コイル内において、書き込み／読み出し装置による電磁界が電圧を誘導する。電磁界を介して、データとともに、非接触データキャリアの動作に必要なエネルギーが伝達される。結合素子２の端子ＬＡおよびＬＢに、復調器１２が接続され、復調器１２はコイル２に誘導された電圧から伝送されたデータを抽出し、データ信号１３の形で主回路部１に利用可能にする。同様に、結合素子２の端子ＬＡおよびＬＢに、整流器８が接続される。整流器８は、主回路部およびデータキャリアの他の回路成分の動作に必要な直流電圧を、誘導交流電圧から生成する。バックアップコンデンサ（Ｓｔｕｅｔｚｋｏｎｄｅｎｓａｔｏｒ）Ｃは、整流交流電圧を平滑する。主回路部１は、データ処理を行うような機能ユニット、および例えば変調コントローラ４を含む。主回路部１の動作のために、整流器８から供給される電流Ｉ_Ｈが必要である。

電磁界は、さらに、コイル２に接続されたクロック検出装置９によって評価されるクロック信号を伝送する。クロック検出装置９によって提供される周波数は、主回路部１によってクロック信号として使用し得るには高過ぎる。そのため、クロック検出装置９の出力には、分周器１０が接続される。分周器１０は、対応するクロック比を設定することによって、主回路部１に提供される適切なクロック信号ＣＬＫを生成する。一定で正確なクロック周波数を維持するために、図１の実施例においては、分周器１０はトラッキング同期装置（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋ ｌｏｏｐ、ＰＬＬ）に接続されている。

一般に、書き込み／読み出し装置と非接触データキャリアとの間の双方向通信が要求され、そのため、データは反対方向に伝達されねばならない。これは、本発明に基づくデータキャリアにおいては、負荷変調を介して行われる。書き込み／読み出し装置から非接触データキャリアを見る負荷が変更される。このために、制御可能な負荷３が提供され、この制御可能な負荷３は、図１の回路においては整流器８の出力に接続され、直接、主回路部１と並列に位置する。制御可能な負荷は、変調コントローラ４によって制御可能である。データを伝送するために、負荷３が変更され、その結果、負荷３を流れる電流Ｉ_Ｓが、変調基準（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｖｏｒｇａｂｅ）に従って変化する。そのため、負荷３による電流Ｉ_Ｓと主回路部１による電流Ｉ_Ｈとによって構成されるコイルを流れる電流は、変調に対応して変動する。この負荷変動は、書き込み／読み出し装置によって検出可能である。制御可能な負荷３は、一般に、例えば抵抗あるいは容量が直列に接続されたトランジスタである。

本発明に基づく非接触データキャリアにおいて、負荷変調は、負荷軽減変調（Ｅｎｔｌａｓｔｕｎｇｓｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって行われる。そのため、信号が伝送されるとき、負荷３が軽減され、その結果、電流Ｉ_Ｓが低下し、書き込み／読み出し装置は、それを負荷軽減として認識する。しかしながら、負荷軽減が可能であるために、まず、負荷（Ｂｅｌａｓｔｕｎｇ）が存在する必要がある。そのために、従来技術の回路においては、定電流が負荷３を流れ、それによって電力が消費される一方、本発明によれば、データが送信されない通常の動作状態において、電流が負荷３を流れることがなく、それは電流Ｉ_Ｓがゼロであることを意味する。しかしながら、データの送信の前に、電流Ｉ_Ｓが負荷３によって増加されねばならず、そのため、データ伝送のための迅速な軽減の手段が存在する。しかしながら、全電流（Ｉ_Ｓ＋Ｉ_Ｈ）が増加される必要はないため、Ｉ_Ｓの増加と同時に、電流Ｉ_Ｈは、主回路部１によって低減されねばならない。

これは、電流消費コントローラ５によってなされる。これは、そのために、主回路部１の電流消費を低減するように調整される。これは、図１の場合、主回路部１が動作するクロック周波数を低減するように、分周器１０の分周比に影響を与えることによって行われる。それによって、主回路部１の電流消費が自動的に低減される。電流消費低減のための他の処置は、不必要な部品６の一時的な切断にある。例えば、データの送信の際に、単にデータの受信のために提供される部品は、余分である。そのような電流消費部品の切断によって、電流Ｉ_Ｈはさらに減少する。電流消費コントローラ５は、対応する方法によって、制御可能な負荷３を制御し、その結果、主回路部１内において低減された全電流消費は、負荷３によって増加された電流に一致する。全電流消費は、すなわちコイル２を流れる電流は、そのため同一である。

データを送信するために、負荷３を流れる電流Ｉ_Ｓによる負荷は、短時間、軽減され、その結果、コイル２を流れるが低化し、その低化は、書き込み／読み出し装置によってデータ伝送として検出され得る。この方法によって生成されるエネルギー変動は、従来技術による回路の場合のような、シャントの単なる回路開放に比べてはるかに大きい。軽減手段の作成のために提供される、負荷３による電力の無駄な消費は、本発明によれば、データが送信される時間のみに制限される。一方、従来技術による場合、恒常的なエネルギーの無駄な消費が存在する。

図２には、本発明による非接触データキャリアの第２の実施例が示される。図２の実施例においては、トラッキング同期装置が削除されている。しかしながら、本質的な相違は、制御可能な負荷３が整流器８の後に接続されるのではなく、負荷３が直接コイル２の端子に接続されることにある。そのため、この場合、制御可能な負荷３と主回路部１との直接の並列回路は存在せず、その間に整流器が接続される。にもかかわらず、達成される効果は等しい。コイルを流れる電流は、負荷３による電流Ｉ_Ｓと主回路部１による電流Ｉ_Ｈとによって構成される。復調器１２およびクロック検出装置９による消費電流は、この場合無視され得る。

さらなる相違は、制御可能な負荷３の制御にある。図１の実施例においては、変調コントローラ４および電流消費コントローラ５の制御が行われるが、図２の実施例においては、電流消費コントローラ５は、制御可能な負荷３に接続される変調コントローラ４を制御する。その際、変調コントローラ４による制御は、送信されるデータおよび電流消費コントローラ５による基準が、共通の制御信号に統合される。

全体の経過が、図３の信号グラフによって特に明白に示される。相互間において、送信データＳＥＮＤ ＤＡＴＡの論理的表現が示され、その下に、主回路部１を流れる電流Ｉ_Ｈが示され、その下に制御可能な負荷３を流れる電流Ｉ_Ｓが示され、図３の最下段に結合素子すなわちコイル２の電圧Ｕ_ＬＡＢが示される。データが送信される時刻は、主回路部１において、予め認識される。第１のデータの送信の前に十分大きな間隔をおいて、主回路部１を流れる電流Ｉ_Ｈは、いわゆるエネルギー変動Ｅ_Ｈだけ低下する。同時に、制御可能な負荷３を流れる電流Ｉ_Ｓは、同一の値Ｅ_Ｈだけ上昇する。それによって、電圧Ｕ_ＬＡＢによって認められるように、コイル２において、いかなる変化も生じない。

論理「１」が送信される場合、負荷が軽減され、対応して負荷３を流れる電流Ｉ_Ｓが減少する。主回路部１を流れる電流Ｉ_Ｈが同一であるため、これは、コイル２内の電流変化を引き起こし、それによって、コイルの端子（ＬＡおよびＬＢ）間の電圧Ｕ_ＬＡＢの変化に現れる。その際、負荷３を流れる電流Ｉ_Ｓが低下は、電圧Ｕ_ＬＡＢの上昇の許容するような大きさで、すなわち値Ｕｍａｘを超えないような大きさで、行われる。有利な実施において提供されるように、絶えず可能な限り大きな軽減が供給されることによって、変調振幅は可能な限り大きく、また、データ伝送の際のエラーも回避される。同時に、絶えず到達範囲が最適化された動作方法が保証される。

データ送信が行われる時間区分の後に、電流消費コントローラ５によって切断された機能ユニットが再び接続され、クロック周波数が上昇する。同時に、制御可能な負荷３を流れる電流Ｉ_Ｓが低減され、その結果、続いて、定常動作状態が再び形成される。データの受信および処理のために、再び、全体の機能ユニットが最大処理速度において利用可能である。

本発明による非接触データキャリアの第１の実施形態を示す。 データキャリアの第２の実施形態を示す。 図１および図２の回路の信号グラフを示す。

符号の説明

１ 主回路部
２ 結合素子
３ 制御可能な負荷
４ 変調コントローラ
５ 電流消費コントローラ
６ 機能ユニット
８ 整流器
９ クロック検出装置
１０ 分周器
１１ トラッキング同期装置
１２ 復調器
１３ データ信号
１４ データ信号
ＬＡ、ＬＢ コイル端子
Ｉ_Ｓ 負荷３を流れる電流
Ｉ_Ｈ 主回路部１を流れる電流
Ｕ_ＬＡＢ 結合素子２の電圧

Claims (9)

1. 主回路部（１）と、
   結合素子（２）と、
   該主回路部（１）と並列接続された制御可能な負荷（３）とを備え、
   該主回路部（１）は、該制御可能な負荷（３）を負荷変調のために軽減可能な変調コントローラ（４）を有し、
   該主回路部（１）の電流消費を低減可能であり、かつ、一定の全電流消費の生成のために、該制御可能な負荷（３）を増加可能な、電流消費コントローラ（５）が提供されることを特徴とする、非接触データキャリア。
2. 前記主回路部（１）の前記電流消費は、クロック周波数の低減のために低減可能であることを特徴とする、請求項１に記載の非接触データキャリア。
3. 前記主回路部（１）の前記電流消費の前記低減は、特に、データの返送の際に使用されない機能ユニットを一時的に切断することによって行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の非接触データキャリア。
4. 前記変調コントローラ（４）による前記負荷（３）の軽減は、前記結合素子（２）において所定の最大許容電圧が得られるまで、行われることを特徴とする、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の非接触データキャリア。
5. 前記制御可能な負荷（３）は、前記結合素子（２）の端子（ＬＡ、ＬＢ）に接続されることを特徴とする、請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の非接触データキャリア。
6. 前記制御可能な負荷は、整流器（８）の直流電圧出力部に接続されることを特徴とする、請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の非接触データキャリア。
7. 出力側に分周器（１０）を有するクロック検出装置（９）が、前記主回路部（１）に対してクロック周波数を準備するために提供され、トラッキング同期装置（１１）が、該クロック周波数の調節のために該分周器（１０）の接続されていることを特徴とする、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の非接触データキャリア。
8. 主回路部（１）が制御可能な負荷（３）と並列接続され、データの返送が負荷軽減変調によって行われる非接触データキャリアの動作方法であって、
   通常動作状態において、該制御可能な負荷（３）が第１の低い値に設定され、
   データの送信の負荷変調の前に、該主回路部（１）の電流消費が低減され、同時に、該負荷（３）が、一定の全電流消費の生成のために増加され、
   データの送信の負荷変調のために、該制御可能な負荷（３）は、該送信されるデータに依存して減少され、
   該データの送信の後に、該主回路部（１）の該電流消費が再び増加され、該負荷が該第１の値に軽減されることを特徴とする、非接触データキャリアの動作方法。
9. 前記第１の値は、前記負荷（３）の切断に対応することを特徴とする、請求項８に記載の方法。

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