JP6129726B2 - 携帯端末 - Google Patents

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Description

本発明は、近距離無線通信機能を有する携帯端末に関する。
近年高機能化が進む携帯端末の中には、これまで非接触ICカードが行っていたクレジットや電子マネー決済などの機能を実現するために、非接触ICカードをエミュレートする機能(以下「カードエミュレーション機能」という。)を有するものがある。このような携帯端末は、非接触ICカードとして動作し、ユーザによりリーダライタにかざされるとリーダライタとの間で近距離無線通信を行う(特許文献1参照)。ここで、携帯端末による信号の受信時に、フェージングの影響などにより携帯端末が受信する信号のレベルが過大となり、受信した信号から正常なデータの復元ができないことがある。このような場合、携帯端末が受信する信号レベルを適切な範囲に収めるために、ユーザが携帯端末の位置を動かして、携帯端末とリーダライタとの距離を適切にすることになる。しかしながら、携帯端末の位置を動かすことを強いられるのはユーザにとって不便である。
ここで、携帯端末における近距離無線通信用のLSI(Large Scale Integration)が、受信する信号のゲインを調整する回路を備えていれば、上述のようなユーザにとっての不便さは生じない。しかしながら、一般に広く用いられている近距離無線通信用のLSIは、上述のようなユーザにとっての不便さについてはあまり考慮されておらず、ゲインを調整する回路を備えていない。
このため、ゲインを調整するには、携帯端末にRSSI(Received Signal Strength Indicator)を測定するためのIC(Integrated Circuit)(特許文献2を参照)や回路を追加する必要がある。
特開2008−283590号公報 特開2005−130203号公報
しかしながら、携帯端末にRSSIを測定するためのICや回路を追加する場合、さらに、そのRSSI値を用いてゲインを調整するための回路の追加、及びそれらを制御する制御プログラムを実行するプロセッサなども追加する必要があり、回路規模が増大してしまうという問題がある。
本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、RSSIを測定するための回路等を用いるよりも簡易な構成により受信信号のゲインを調整することができる携帯端末を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明に係る携帯端末は、アンテナと、自身が搬送波を出力するアクティブモードと他装置が出力する搬送波を利用するパッシブモードとの2つのモードを有し、前記2つのモードを交互に切り替えて前記アンテナを用いた電磁誘導による通信を試み、通信が成立している間はモードを切り替えずに通信する通信部と、前記通信部において前記2つのモードの少なくとも一方への切り替えがなされる毎に、単位数ずつ変化する値を出力するN(Nは自然数)ビット計数部と、前記通信部が前記アンテナを用いて受信する信号のゲインを、前記Nビット計数部により出力された値に応じて変更するゲイン変更部とを備える。
上述の構成により、本発明に係る携帯端末は、簡易な構成によりゲイン調整を行うことができる。
本発明の一実施形態に係る通信システムの機能構成を示すブロック図 通信が行われていない場合における主な信号等のタイミング図 アクティブモードで通信が行われている場合における主な信号等のタイミング図 パッシブモードで通信が行われている場合における主な信号等のタイミング図 通信システムによる通信処理の手順を示すフローチャート 本発明の一変形例に係る通信システムの機能構成を示すブロック図 (a)本発明の一変形例に係る、波形整形回路が状態信号を生成する場合に各素子で生成される信号の一例を示す図、(b)本発明の一変形例に係る、カウンタに入力される信号の一例を示す図
<1.概要>
以下、本発明の一実施形態に係る通信システム1について図面を参照しながら説明する。通信システム1は、図1に示すように、携帯端末2、NFC(Near Field Communication)タグ3、及びリーダライタ4を含んで構成される。
携帯端末2は、非接触ICカードのリーダライタとして動作するリーダライタ機能と、非接触ICカードとして動作するカードエミュレーション機能とを有する。携帯端末2は、リーダライタとして動作する場合には、NFCタグ3と通信を行って各種のデータを交換する。また、携帯端末2は、非接触ICカードとして動作する場合には、リーダライタ4と通信を行って各種のデータを交換する。
ここで、携帯端末2は、RSSIを測定する回路のような大規模な回路を使用せず、カウンタ、DAコンバータ、分圧抵抗を組み合わせた簡易な回路により、通信における受信信号のゲイン調整を実現している。
<2.携帯端末2>
携帯端末2は、一例としてスマートフォンである。携帯端末2は、リーダライタ機能の実行と、カードエミュレーション機能の実行とを交互に繰り返す(図2参照)。携帯端末2は、50msの間リーダライタ機能を実行し、250msの間カードエミュレーション機能を実行する。ただし、リーダライタ機能を実行している間にNFCタグ3との通信が確立した場合、携帯端末2は、50msが経過しても、一連の通信が終了するまでリーダライタ機能の実行を継続する。また、カードエミュレーション機能を実行している間にリーダライタ4との通信が確立した場合、携帯端末2は、250msが経過しても、一連の通信が終了するまでカードエミュレーション機能の実行を継続する。
携帯端末2は、リーダライタ機能を実行する場合に、アクティブモードで通信を行い、カードエミュレーション機能を実行する場合には、パッシブモードで通信を行う。アクティブモード及びパッシブモードでの通信の詳細については後述する。なお、携帯端末2は、上記の機能以外の他の一般的なスマートフォンが有する機能についても有する。
<2−1.構成>
携帯端末2は、主な機能構成として、図1に示すようにアンテナ21、整合回路22、コンデンサ23、抵抗24、カウンタ25、ゲイン変更部26、NFC制御部27、記憶部28及び制御部29を含んで構成される。
アンテナ21は、導体を環状にしたコイルで実現されており、このコイルに流れる電流が変化することで電磁波を出力する。また、アンテナ21としてのコイルを通る磁束が変化することで、アンテナ21に電流が流れる。
整合回路22は、インダクタ素子及びコンデンサ素子を組み合せて構成されており、アンテナ21と、携帯端末2を構成する回路とのインピーダンスとを整合させる機能を有する。
コンデンサ23は、コンデンサ素子で実現されており、直流成分をカットし、NFC制御部27の端子RXに入力される受信信号に、端子VMIDから出力されるバイアス電圧を加える機能を有する。
抵抗24は、抵抗素子で実現される。抵抗24の抵抗値は500Ωである。
カウンタ25は、N(一例としてN=3)ビットカウンタIC(Integrated Circuit)で実現され、0から「2のN乗−1」までの計数を繰り返し、計数値を外部に出力する機能を有する。計数値は、可変抵抗121の抵抗値を定めるのに用いられる。なお、可変抵抗121の抵抗値は計数値×100Ωとなる。
カウンタ25は、入力されるパルスの立ち下がりエッジを検出し、立ち下がりエッジを検出するごとに計数値を単位数(一例として1)ずつインクリメントし、計数値をゲイン変更部26に出力する。ただし計数値が7である場合にパルスの立ち下がりエッジを検出すると、カウンタ25は、計数値を単位数インクリメントせずに0に戻す。
ゲイン変更部26は、カウンタ25から出力される計数値に応じて、受信信号のゲインを変更する機能を有する。ゲイン変更部26は、可変抵抗121、及びDAC122を含んで構成される。
可変抵抗121は、入力される信号の電圧値に応じて、抵抗値が変化する可変抵抗器で実現されている。抵抗値は、入力される信号の電圧値×1000Ωとなる。例えば、入力される信号の電圧値が0V(ボルト)の場合、可変抵抗121の抵抗値は0Ωであり、入力される信号の電圧値が0.7Vの場合、可変抵抗121の抵抗値は700Ωである。
可変抵抗121と抵抗24とは、抵抗分圧回路を構成している。アンテナ21から整合回路22を介してRXに入力される信号は、抵抗分圧回路により分圧される。ここで、RXに入力された信号は、NFC制御部27が内蔵するAD(Analog to Digital)コンバータでデジタル値に変換されてNFC制御部27内で用いられる。このため、上述の抵抗分圧回路における抵抗24及び可変抵抗121の抵抗値は、RXに入力される信号がADコンバータの入力範囲である0〜2Vに収まるように予め規定されている。
DAC122は、DA(Digital to Analog)コンバータICで実現されており、デジタル信号をアナログ信号に変換する機能を有する。DAC122は、カウンタ25から出力される計数値を取得し、取得した計数値に応じた電圧の信号を可変抵抗121に対し出力する。DAC122が出力する信号の電圧値は、計数値×0.1Vである。
NFC制御部27は、アンテナ21を用い、非接触ICカード(一例としてNFCタグ3)、及びリーダライタ(一例としてリーダライタ4)と近距離通信を行うための制御用ICで実現される。NFC制御部27は、図1に示すように、信号端子としてTX、RX、VMID、STを有する。
TXは、データを送信するための信号をアンテナ21に対し出力する出力端子である。
RXは、アンテナ21により受信された信号が、抵抗24と可変抵抗121とで分圧され、VMIDから出力されるバイアス電圧でバイアスされて入力される入力端子である。
VMIDは、バイアス電圧を出力する出力端子である。
STは、NFC制御部27が現在使用している通信モードがアクティブモードであるかパッシブモードであるかを示す動作デバッグ用の信号SIG0を出力する出力端子である。ここで、アクティブモードは、NFC制御部27自身が搬送波を出力して通信するモードである。パッシブモードは、外部のリーダライタなどの通信相手が出力する電磁波を利用してデータの送受信を行うモードである。SIG0は、通信モードがアクティブモードの場合にHレベルになり、通信モードがパッシブモードの場合にLレベルになる。携帯端末2では、SIG0を動作デバッグに用いるのではなく、カウンタ25へ入力するためのパルスとして用いる。
NFC制御部27は、主な機能として、アクティブモード及びパッシブモードを交互に用いて通信するための制御を行う通信制御機能を有する。通信制御機能については後述する。
記憶部28は、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)などの不揮発性メモリで実現される。
制御部29は、プロセッサ及びメモリを含んで構成されており、携帯端末2の全体動作を制御する機能を有する。ここで、制御部29の有する各機能は、メモリに記憶されているプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。制御部29は、主な機能として、上述の携帯端末2におけるリーダライタ機能を実現するため制御、及びカードエミュレーション機能を実現するための制御を行う機能を有する。
<2−2.NFC制御部27の通信制御機能>
以下、NFC制御部27のアクティブモードによる通信機能、及びパッシブモードによる通信機能のそれぞれについて説明する。なお、アクティブモード及びパッシブモードで通信する場合、通信するデータにはCRC(Cyclic Redundancy Check)が付される。NFC制御部27は、通信相手から受信した受信データについてCRCをチェックし、CRCが正しかった場合に受信が成功したと判断する。
<2−2−1.アクティブモードによる通信機能>
(1)アクティブモード
アクティブモードは、携帯端末2がリーダライタ機能を実行する場合に用いる通信モードである。アクティブモードで通信する場合、NFC制御部27は、自身が搬送波を出力して非接触ICカードとの間でデータの送受信を行う。ここで、搬送波の周波数は、一例として13.56MHzであり、通信速度は212kbps(kilo bits per second)である。また、非接触ICカードは、具体的には、NFCタグ3である。
アクティブモードでは、NFC制御部27は、制御部29から指定される送信データを送信する場合、送信データをマンチェスタ符号化し、符号化された送信データに基づき搬送波をASK(Amplitude Shift Keying)10%方式で変調して出力する。送信データの送信後、NFC制御部27は、所定期間、信号を出力し続ける。これによりアンテナ21から搬送波が送信される。送信したデータに対する応答がある場合、通信相手であるNFCタグ3は、応答として送信すべきデータに基づき負荷変調を行うことにより、携帯端末2に対しデータを送信する。この場合、NFC制御部27は、アンテナ21を介して受信した受信信号をASK方式で復調し、マンチェスタ符号化方式で復号することにより受信データを取り出し、取り出した受信データを制御部29に対し出力する。
(2)携帯端末2とNFCタグ3との間のデータ交換
携帯端末2は、アクティブモードで通信する場合、まず、周囲に存在する通信相手の特定を行うためにポーリング処理を行う。ポーリング処理として、携帯端末2は、ポーリングリクエストフレームを送信する。
NFCタグ3は、ポーリングリクエストフレームを受信した場合、自身のNFCIDを例えば乱数によって決定し、そのNFCIDを含むポーリングレスポンスフレームを携帯端末2に対し送信する。
携帯端末2は、NFCタグ3から送信されてくるポーリングレスポンスフレームを受信し、通信相手であるNFCタグ3のNFCIDを認識する。以上により、携帯端末2及びNFCタグ3は、それぞれ通信相手を認識する。その後、携帯端末2及びNFCタグ3は、相互に各種データの交換を行う。ポーリングリクエストフレーム及びポーリングレスポンスフレームについては、ISO/IEC18092に規定されている。
<2−2−2.パッシブモードによる通信機能>
(1)パッシブモード
パッシブモードは、携帯端末2がカードエミュレーション機能を実行する場合に用いる通信モードである。パッシブモードで通信する場合、NFC制御部27は、外部のリーダライタが出力する電磁波を利用して、リーダライタとの間でデータの送受信を行う。ここで外部のリーダライタは、具体的には、リーダライタ4である。
パッシブモードでは、NFC制御部27は、リーダライタ4から、リーダライタ4が搬送波を変調することによりリーダライタ4から送信される信号を受信する。NFC制御部27は、受信した信号をASK10%方式で復調し、復調した信号をマンチェスタ符号化方式で復号することで、リーダライタ4が送信したデータを取り出す。NFC制御部27は、取り出したデータを制御部29に出力する。
ここで、制御部29は、取得したデータに対する応答をリーダライタ4に行う場合、NFC制御部27に対し、送信すべきデータを出力する。NFC制御部27は、制御部29から取得したデータをマンチェスタ符号化方式で符号化する。次にNFC制御部27は、符号化したデータに基づき、リーダライタ4が出力している搬送波を負荷変調することで、データをリーダライタ4に送信する。ここで、負荷変調に用いる変調方式はASK方式である。
(2)携帯端末2とリーダライタ4との間のデータ交換
携帯端末2は、パッシブモードで通信する場合、まず、リーダライタ4からポーリングリクエストフレームが正常に受信できるのを待つ。携帯端末2は、ポーリングリクエストフレームを受信すると、自身のNFCIDを例えば乱数によって決定し、そのNFCIDを含むポーリングレスポンスフレームをリーダライタ4に対し送信する。リーダライタ4は、ポーリングレスポンスフレームを受信し、通信相手である携帯端末2のNFCIDを認識する。以上により、携帯端末2及びリーダライタ4は、それぞれ通信相手を認識する。その後、携帯端末2及びリーダライタ4は、相互に各種データの交換を行う。
<3.NFCタグ3>
NFCタグ3は、非接触ICカードである。NFCタグ3は、リーダライタから送信される電磁波から電力を生成してリーダライタと通信を行う機能を有する。NFCタグ3が通信するリーダライタは、具体的には、リーダライタ機能を実行することによりリーダライタとして動作する携帯端末2である。NFCタグ3は、携帯端末2が出力する電磁波から電磁誘導によって電力を取得して動作する。NFCタグ3は、主な機能構成として、図1に示すようにアンテナ31、RFI/F(Radio Frequency InterFace)32、記憶部33及び制御部34を含んで構成される。
アンテナ31は、導体を環状にしたコイルで実現されており、このコイルに流れる電流が変化することで電磁波を出力する。また、アンテナ31としてのコイルを通る磁束が変化することでアンテナ31に電流が流れる。
RFI/F32は、アンテナ31を用いてリーダライタと非接触通信を行うためのICで実現される。RFI/F32は、主な機能として、データ受信機能、及びデータ送信機能を有する。
データ受信機能は、携帯端末2から搬送波を変調することにより送信されるデータを受信する機能である。RFI/F32は、受信したデータを制御部34に出力する。RFI/F32は、アンテナ31を介して信号を受信した場合に、受信した信号をASK10%方式で復調し、マンチェスタ符号化方式で復号することでデータを取り出す。
データ送信機能は、制御部34により取得する送信すべきデータを、携帯端末2に対し送信する機能である。データの送信は、携帯端末2が送信する搬送波を負荷変調することにより行う。RFI/F32は、携帯端末2にデータを送信する場合、データをマンチェスタ符号化方式で符号化する。また、負荷変調は、符号化したデータに基づき、ASK方式を用いて行う。
記憶部33は、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)などの不揮発性メモリで実現される。
制御部34は、プロセッサ及びメモリを含んで構成されており、NFCタグ3の全体動作を制御する機能を有する。ここで、制御部34の有する各機能は、メモリに記憶されているプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。
制御部34は、RFI/F32を介してポーリングリクエストフレームを受信した場合、自身のNFCIDを例えば乱数によって決定する。次に、制御部34は、そのNFCIDを含むポーリングレスポンスフレームを携帯端末2に対し送信するようRFI/F32に指示する。
その後、制御部34は、携帯端末2から受信するデータに応じた処理を実行する。例えば、制御部34は、携帯端末2からRFI/F32を介して受信したデータが、記憶部33の所定領域に記憶しているデータの送信指示であった場合、記憶部33の所定領域からデータを読み出す。そして、制御部34は、読み出したデータを送信するようRFI/F32に対し指示する。また、制御部34は、RFI/F32を介して携帯端末2から受信したデータが、記憶部33の所定領域への所定データの書き込み指示であった場合、記憶部33の所定領域に所定データを書き込む。なお、所定データは、書き込み指示と共に携帯端末2から送信される。
<4.リーダライタ4>
リーダライタ4は、非接触ICカードのリーダライタである。リーダライタ4は、非接触ICカードと通信を行い、非接触ICカードからのデータの読み出し、及び非接触ICカードへのデータの書き込みを行う機能を有する。リーダライタ4が通信する非接触ICカードは、具体的には、カードエミュレーションモードを実行することにより非接触ICカードとして動作する携帯端末2である。リーダライタ4は、主な機能構成として、図1に示すようにアンテナ41、RFI/F42、及び制御部43を含んで構成される。
アンテナ41は、導体を環状にしたコイルで実現されており、このコイルに流れる電流が変化することで電磁波を出力する。また、アンテナ41としてのコイルを通る磁束が変化することでアンテナ41に電流が流れる。
RFI/F42は、アンテナ41を用いて非接触ICカードと非接触通信を行うICで実現される。RFI/F42は、主な機能として、データ送信機能、及びデータ受信機能を有する。
データ送信機能は、制御部43により送信するよう指示されたデータを携帯端末2に対し送信する機能である。RFI/F42は、制御部43から取得したデータを送信する場合、データをマンチェスタ符号化し、符号化されたデータに基づき搬送波をASK10%方式で変調して出力する。
データ受信機能として、RFI/F42は、上述のデータ送信機能によるデータの送信後、所定期間だけ搬送波を出力し続ける。送信したデータに対する応答が携帯端末2からある場合、搬送波が、携帯端末2により負荷変調される。RFI/F42は、負荷変調された搬送波を復調、復号することにより、携帯端末2により送信されたデータを取り出す。ここでRFI/F42がデータを取り出す場合、復調をASK方式で行い、復号をマンチェスタ符号化方式で行う。RFI/F42は、取り出したデータを制御部43に対し出力する。
制御部43は、プロセッサ及びメモリを含んで構成されており、リーダライタ4の全体動作を制御する機能を有する。ここで、制御部43の有する各機能は、メモリに記憶されているプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。
制御部43は、所定の時間間隔毎に、ポーリングリクエストフレームを送信するようRFI/F42に指示する。また、制御部43は、ポーリングリクエストフレームに対する応答として、NFCIDを含むポーリングレスポンスフレームを受信した場合、受信以降は、そのNFCIDにより識別される通信相手、すなわち携帯端末2との間で、RFI/F42を介して各種のデータの交換を行う。
<5.動作>
<5−1.通信処理手順>
以上のように構成した通信システム1における通信処理の手順について、携帯端末2による処理を中心に図5を用いて説明する。
ステップS501において、NFC制御部27は、通信モードをアクティブモードに切り替えて、SIG0をHレベル(図2〜図4のSIG0におけるPoll)にする。
ステップS502において、NFC制御部27は、ポーリング処理を開始する。NFC制御部27は、ポーリングリクエストフレームの送信を行う。
ステップS503において、制御部29は、NFCタグ3からの返答があるか否か判断する。返答があるか否かは、NFC制御部27が、所定期間(一例として50ms)内に、NFCタグ3からポーリングレスポンスフレームを正常に受信できるか否かにより判断する。制御部29は、所定期間内に返答があった場合、NFC制御部27を用いてNFCタグ3と通信を行う(ステップS521)。通信完了後、ステップS501に進む。返答が無かった場合、ステップS511に進む。
ステップS511において、NFC制御部27は、通信モードをパッシブモードに切り替えて、SIG0をLレベル(図2〜図4のSIG0におけるListen)にする。
ステップS512において、NFC制御部27は、リッスン処理を開始する。リッスン処理として、NFC制御部27は、リーダライタ4からポーリングリクエストフレームを受信するのを待つ。
ステップS513において、信号SIG0のステップS511におけるHレベルからLレベルの変化を検出したカウンタ25が、計数値をカウントアップする。ただし計数値が7である場合には、カウンタ25は計数値をカウントアップせずに0に戻す。
ステップS514において、DAC122は、ステップS513において計数値が変化したのに伴い、可変抵抗121に出力する電圧を計数値に応じた電圧に変更する。そうすると、可変抵抗121の抵抗値が、DAC122が出力する電圧に応じて変化する。これにより、抵抗24の抵抗値と可変抵抗121の抵抗値との比率が変わり、比率に応じてRXに入力される信号のゲインが変化する。
ステップS515において、制御部29は、携帯端末2とリーダライタ4とが近接することにより、リーダライタ4から送信される信号(具体的にはポーリングリクエストフレーム)を、所定期間(一例として250ms)内にNFC制御部27を介して正常に受信したか否か判断する。制御部29は、受信した場合(ステップS515でYES)、NFC制御部27を用いてリーダライタ4と通信を行う(ステップS531)。具体的には、NFC制御部27は、乱数からNFCIDを生成し、ポーリングレスポンスフレームに含めてリーダライタ4に送信する。また、制御部29は、NFC制御部27を制御し、カードエミュレーション機能を実行するのに必要なデータの交換をリーダライタ4との間で交換する。制御部29は、受信していない場合(ステップS515でNO)、ステップS501に進む。
以上で通信処理手順の説明を終える。次に、上述の通信処理を実行した場合に、状態信号(SIG0)、カウンタ25における計数値、DAC122による出力電圧、及び可変抵抗121の抵抗値がそれぞれどのように変化するかについて説明する。
<5−2.通信が成立しない場合>
携帯端末2が、NFCタグ3及びリーダライタ4と近接しない場合など、NFCタグ3及びリーダライタ4のいずれとも通信が成立しないときの状態信号等の変化について、図2を用いて説明する。図2の横軸は時刻tである。
NFC制御部27は、SIG0として250msの間、パッシブモードを示すLレベルの信号(図2、SIG0の「Listen」)を出力し、次いで50msの間、アクティブモードを示すHレベルの信号(図2のSIG0における「Poll」)を出力することを繰り返す。
カウンタ計数値は、カウンタ25が計測し、DAC122に出力する計数値を表す。
カウンタ計数値は、初期値が0であり、SIG0がLレベルからHレベルに変化するごとに1ずつカウントアップする。ただし計数値が7である場合に、SIG0がLレベルからHレベルに変化すると、計数値は0に戻る。
DAC出力電圧は、DAC122から出力される電圧を示しており、カウンタ計数値に応じて変化する。DAC出力電圧は、計数値×0.1Vとなる。
可変抵抗値は、可変抵抗121の抵抗値を示し、DAC出力電圧に応じて変化する。DAC出力電圧値×1000Ωとなる。
以上、通信が行われない場合には、可変抵抗121の抵抗値は、0Ωから100Ω刻みで700Ωまで増加し0Ωに戻るという変化を繰り返す。
<5−3.アクティブモード時にNFCタグ3との通信が成立する場合>
携帯端末2が、NFCタグ3との通信が成立する場合の状態信号等の変化について図3を用いて説明する。以下、一例として、携帯端末2とNFCタグ3との通信が、可変抵抗値が500Ω以外の場合には成立せず、可変抵抗値が500Ωになった場合に受信信号のゲインが適切な値となり、成立する場合について説明する。
図3が図2と異なるのは、カウンタ計数値が5である、すなわち可変抵抗値が500Ωの部分である。すなわち、携帯端末2のNFC制御部27は、通信が成立している間は、SIG0のレベル(図3の場合Hレベル)を維持する。この場合に受信信号のゲインが適切な値に保たれる。
<5−4.パッシブモード時にリーダライタ4との通信が成立する場合>
携帯端末2とリーダライタ4との通信が成立する場合の状態信号等の変化について、図4を用いて説明する。以下、一例として、携帯端末2とリーダライタ4との通信が、可変抵抗値が400Ω以外の場合には成立せず、可変抵抗値が400Ωになった場合に受信信号のゲインが適切な値となり、成立する場合について説明する。
図4が図2と異なるのは、カウンタ計数値が4である、すなわち可変抵抗値が400Ωの部分である。すなわち、携帯端末2のNFC制御部27は、通信が成立している間は、SIG0のレベル(図4の場合Lレベル)を維持している。この場合に受信信号のゲインが適切な値に保たれる。
<6.変形例その他>
以上、本発明に係る通信システムの実施形態を説明したが、例示した通信システムを以下のように変形することも可能であり、本発明が上述の実施形態で示した通りの通信システムに限られないことは勿論である。
(1)上述の実施形態では、カウンタ25への入力信号として、NFC制御部27から出力される信号SIG0を用いていたが、これに限らず、搬送波を用いて一連のデータを送信する期間又はデータを受信する期間程度の周期のパルスを用いれば足りる。
例えば、携帯端末2及びリーダライタ4のそれぞれが搬送波を出力している期間、第1のレベル(例えばHレベル)となり、携帯端末2及びNFCタグ3のいずれもが搬送波を出力していない期間、第2のレベル(例えばLレベル)となる状態信号を、カウンタ25へ入力することとしてもよい。
以下、本変形例に係る通信システム1aについて、図6及び図7を用いて説明する。図6の通信システム1aと、図1の通信システム1とで異なるのは、携帯端末に波形整形回路600を加え、波形整形回路600が出力する信号SIG10をカウンタ25に入力している点である。
(波形整形回路600)
波形整形回路600は、端子TXと整合回路22との間の信号線L601に現れる信号を入力とする。L601には、携帯端末2が搬送波を送信したとき、及び、携帯端末2がリーダライタ4から搬送波を受信したときに、図7(a)のSIG1に示すように搬送波に対応する正弦波の波形が現れる。
波形整形回路600は、SIG1が入力されている期間はHレベルになり、入力されていない期間はLレベルになる、図7(a)のSIG10のような波形を出力する機能を有する。
波形整形回路600は、図6に示すように、直列的に接続されたダイオード601、遅延素子であるバッファ602〜605、及びOR素子606で構成されている。
ダイオード601は、SIG1の負の信号部分をカットして出力する。ダイオード601の出力(図7(a)のSIG2)は、バッファ602及びOR素子606に入力される。OR素子606及びバッファ602において、SIG2は、所定の閾値以上の部分がHレベルと判断され、閾値未満の部分がLレベルと判断される。すなわち、OR素子606及びバッファ602は、SIG2が入力された場合、SIG7が入力されたのと同じ動作をすることになる。
バッファ602〜バッファ605は、入力信号を時間DTだけ遅延させた信号を出力する。バッファ602〜バッファ605が出力する信号は、それぞれ図7(a)のSIG3〜SIG6のようになる。
ダイオード601、バッファ602〜バッファ605の出力であるSIG2〜SIG6は、OR素子606に入力される。OR素子606は、SIG7及びSIG3〜SIG6を論理和演算したSIG10を出力する。
以上のように、波形整形回路600は、搬送波が入力された場合、搬送波が入力されている期間だけHレベルとなる信号SIG10を出力することになる。
(L601に現れる信号)
本変形例に係る携帯端末2aは、上述の実施形態の場合と同様に、アクティブモードによる通信と、パッシブモードによる通信とを交互に繰り返す。
携帯端末2aは、アクティブモードで通信する場合、搬送波を出力する。この場合、端子TXと整合回路22との間の信号線L601に、アンテナ21を用いて搬送波を送信するためにNFC制御部27が出力する信号が現れる。L601に現れる信号は、一例として図7(a)のSIG1のような波形の信号となる。
また、携帯端末2aが、パッシブモードを用いて動作しているときに、リーダライタ4から送信される搬送波を受信すると、L601に、アンテナ21が受信した搬送波に応じた波形の信号が現れる。このとき、L601に現れる信号も、図7(a)のSIG1と同様の波形の信号となる。携帯端末2aが、パッシブモードで動作しているときに、リーダライタ4と近接しておらず、リーダライタ4との通信が成立しない場合には、L601には、信号が現れない。
ここで、ISO/IEC18092等の規格では、リーダライタ4が搬送波を出力する場合、携帯端末2aが搬送波を出力するのを終了してから、所定期間の間隔を開けた後、送信しなければならないと規定されている。また、携帯端末2aが搬送波を出力する場合も同様に、リーダライタ4が搬送波を出力するのを終了してから、所定期間の間隔を開けた後、送信しなければならないと規定されている。これらの場合、所定期間、L601には、信号が現れない状態となる。
以上より、L601には、携帯端末2aと、リーダライタ4のいずれかが搬送波を出力している場合に、搬送波に応じた信号が現れる。また、携帯端末2aによる搬送波の出力終了からリーダライタ4による搬送波の出力開始までの所定期間、リーダライタ4による搬送波の出力終了から携帯端末2aによる搬送波の出力開始までの所定期間には、L601には、信号が現れない。
(波形整形回路600が出力する信号(カウンタ25に入力される信号))
携帯端末2aが、アクティブモードでの通信とパッシブモードでの通信とを交互に行った場合に、波形整形回路600が出力しカウンタ25に入力される信号について、図7(b)を参照しながら説明する。
(A)まず携帯端末2aは、アクティブモードを用い、搬送波を出力する。よって、波形整形回路600は、アクティブモードが用いられている間Hレベルの信号を出力する。この信号は、図7(b)の信号710に相当する。なお、搬送波は、実際には送信データに基づいて変調されたものである。
(B)次に携帯端末2aは、パッシブモードを用いて通信する。このとき携帯端末2aとリーダライタ4との通信が成立しないとする。この場合、携帯端末2aは、搬送波を受信しない。よって、波形整形回路600は、パッシブモードが用いられている間、Lレベルの信号を出力する。この信号は、図7(b)の信号711に相当する。
(C)次に携帯端末2aは、アクティブモードを用い、搬送波を出力する。このとき、L601に、搬送波に応じた波形の信号が現れる。よって、波形整形回路600は、アクティブモードが用いられている間Hレベルの信号を出力する。この信号は、図7(b)の信号712に相当する。
(D)次に携帯端末2aは、パッシブモードを用いて通信する。このとき、携帯端末2aとリーダライタ4との通信が成立するとする。ただし、リーダライタ4は、携帯端末2aによる搬送波の送信が終了してから、所定期間、搬送波を送信しない。よって、波形整形回路600は、所定期間、Lレベルの信号を出力する。この信号は、図7(b)の信号713に相当する。
所定期間の経過後、リーダライタ4が搬送波を送信し、携帯端末2aが受信する。このとき、L601に、搬送波に応じた波形の信号が現れる。よって、波形整形回路600は、パッシブモードが用いられている間Hレベルの信号を出力する。この信号は、図7(b)の信号714に相当する。
(E)次に携帯端末2aは、アクティブモードを用いて通信するのであるが、上述の(D)において、リーダライタ4により搬送波が送信されている。よって、携帯端末2aは、リーダライタ4による搬送波の送信が終了してから、所定期間、経過するのを待つ。このとき、L601には信号が現れない。よって、波形整形回路600は、所定期間、Lレベルの信号を出力する。この信号は、図7(b)の信号715に相当する。
そして、携帯端末2aは、アクティブモードを用いて通信するため、搬送波を出力する。このとき、L601に、搬送波に応じた波形の信号が現れる。よって、波形整形回路600は、アクティブモードが用いられている間Hレベルの信号を出力する。この信号は、図7(b)の信号716に相当する。
以上のように、カウンタ25には、図7(b)のSIG10に示すような、携帯端末2a及びリーダライタ4のいずれかが搬送波を出力している期間だけHレベルになるパルス信号が入力されることになる。なお、このようなパルス信号をカウンタ25が受け付けた場合の、カウンタ25、DAC122、及び可変抵抗121の動作は、上述の実施形態と同様である。
(2)上述の実施形態では、データの変調方式としてASK方式、ASK10%方式を用いていたが、PSK(Phase Shift Keying)や、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)などの他の方式を用いることとしてもよい。また、振幅の変調度についても、10%、100%に限らず、30%、50%など好適なものを用いてもよい。
また、上述の実施形態では、データの符号化方式としてマンチェスタ符号化を用いていたが、他の符号化方式を用いてもよい。例えば、モディファイドミラー方式や、NRZ(Non Return Zero)方式などを用いてもよい。
また、上述の実施形態では、搬送波の周波数を13.56MHz、データの通信速度を212kbpsとしたが、他の値を用いてもよい。
(3)上述の実施形態では、可変抵抗121の抵抗値が0Ω〜700Ωまで変化するよう、カウンタ25、可変抵抗121及びDAC122が構成されていた。しかしながら、抵抗値は、RXに入力される信号レベルが、RXに入力された信号からデータを復元するためにNFC制御部27が内蔵しているADコンバータの入力範囲に収まるように定められていれば足りる。例えば可変抵抗121の抵抗値は700Ωを超えるよう構成されていてもよいし、抵抗24の抵抗値を500Ω以外の値としてもよい。
また、上述の実施形態では、可変抵抗121の抵抗値は100Ωずつ変化するよう構成されていたが、より小さい値(例えば50Ω)ずつ変化するよう構成してもよいし、より大きい値(例えば200Ω)ずつ変化するよう構成してもよい。
(4)上述の実施形態では、カウンタ25を、所定の単位数として1ずつカウントアップする3ビットカウンタICで実現していたが、カウントダウンする構成としてもよい。また、所定の単位数は1以外の値でもよい。
また、カウンタ25は、計数値として生成すべき値(実施の形態では0〜7)のそれぞれを、おおよそ等確率で生成することができれば足りる。例えば、カウンタ25は、パルスの立ち下がりエッジを検出する毎に、0〜7のいずれかの数値をランダムに生成するデバイスであってもよい。
また、カウンタ25は、入力されるパルスの立ち下がりエッジを検出していたが、これに限らず、パルスの立ち上がりエッジを検出してもよいし、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方を検出することとしてもよい。
(5)上述の実施形態では、RXに入力される信号の電圧を、DAC122から出力される電圧に応じて分圧抵抗の分圧比を変更することにより調整していた。しかしながら、分圧抵抗を用いる以外にも、簡易な構成により、DAC122から出力される電圧に応じ、RXに入力される信号の電圧を調整できれば足りる。
例えば、DAC122から出力される信号を制御用信号とし、制御用信号の電圧に応じて、入力信号の増幅率を変化させて出力するトランジスタや、オペアンプなどの素子を用い、これらの素子から出力される信号をRXに入力するよう構成してもよい。
(6)上述の実施形態では、携帯端末2が非接触ICカードとして動作する場合に、携帯端末2とリーダライタ4とが通信するとき、リーダライタ4のみが搬送波を出力していた。より具体的には、携帯端末2がリーダライタ4にデータを送信する場合、リーダライタ4により出力される搬送波を携帯端末2が負荷変調することによりデータの送信を行っていた。しかしながら、携帯端末2は、データを送信する場合に、上述のように負荷変調を行うのに代えて、自身が搬送波を生成し、送信すべきデータを用いて搬送波を変調して、リーダライタ4に対し出力することによりデータを送信してもよい。
また、上述の実施形態では、携帯端末2とNFCタグ3とが通信するとき、携帯端末2のみが搬送波を出力していた。より具体的には、NFCタグ3が携帯端末2にデータを送信する場合、携帯端末2により出力される搬送波をNFCタグ3が負荷変調することによりデータの送信を行っていた。しかしながら、NFCタグ3は、搬送波を自ら生成し、生成した搬送波を用いてデータを送信する機能を有している場合、この機能を用いて携帯端末2に対しデータを送信することとしてもよい。
(7)上述の実施形態で示したリーダライタ機能を実現するための処理、カードエミュレーション機能を実現するための処理などの各処理を携帯端末2のプロセッサ、及びそのプロセッサに接続された各種回路に実行させるための機械語或いは高級言語のプログラムコードからなる制御プログラムを、記録媒体に記録すること、又は各種通信路等を介して流通させ頒布することもできる。このような記録媒体には、ICカード、ハードディスク、光ディスク、フレキシブルディスク、ROM、フラッシュメモリ等がある。流通、頒布された制御プログラムはプロセッサに読み出され得るメモリ等に格納されることにより利用に供され、そのプロセッサがその制御プログラムを実行することにより各実施形態で示したような各機能が実現されるようになる。なお、プロセッサは、制御プログラムを直接実行する他、コンパイルして実行或いはインタプリタにより実行してもよい。
(8)上述の実施形態で示した各機能構成要素(整合回路22、NFC制御部27、制御部29、RFI/F32、制御部34、RFI/F42、及び制御部34など)は、その機能を実行する回路として実現されてもよいし、1又は複数のプロセッサによりプログラムを実行することで実現されてもよい。
(9)上述の実施形態及び各変形例を、部分的に組み合せてもよい。
本発明の一形態に係る携帯端末は、非接触ICカード、非接触ICカードのリーダライタとして動作する機能を有する端末等として好適である。
1、1a 通信システム
2 携帯端末
3 NFCタグ
4 リーダライタ
21、31、41 アンテナ
22 整合回路
23 コンデンサ
24 抵抗
25 カウンタ
26 ゲイン変更部
27 NFC制御部
28、33 記憶部
29、34、43 制御部
32、42 RFI/F
121 可変抵抗
122 DAC
600 波形整形回路
601 ダイオード
602〜605 バッファ
606 OR素子

Claims (6)

  1. アンテナと、
    自身が搬送波を出力するアクティブモードと他装置が出力する搬送波を利用するパッシブモードとの2つのモードを有し、前記2つのモードを交互に切り替えて前記アンテナを用いた電磁誘導による通信を試み、通信が成立している間はモードを切り替えずに通信する通信部と、
    前記通信部において前記2つのモードの少なくとも一方への切り替えがなされる毎に、単位数ずつ変化する値を出力するN(Nは自然数)ビット計数部と、
    前記通信部が前記アンテナを用いて受信する信号のゲインを、前記Nビット計数部により出力された値に応じて変更するゲイン変更部と
    を備えることを特徴とする携帯端末。
  2. 前記通信部は、前記アクティブモードに切り替えた場合に第1レベルとなり、前記パッシブモードに切り替えた場合に第2レベルとなる状態信号を前記Nビット計数部に出力し、
    前記Nビット計数部は、前記状態信号が第2レベルから第1レベルに変わったときに、前記通信部において前記アクティブモードへの切り替えがなされ、前記状態信号が第1レベルから第2レベルに変わったときに、前記通信部において前記パッシブモードへの切り替えがなされたと判断する
    ことを特徴とする請求項1記載の携帯端末。
  3. 前記通信部及び通信相手の一方が搬送波の出力を終了した場合、他方は、一方による搬送波の出力終了後、所定時間以上経過してから搬送波の出力を開始し、
    前記Nビット計数部は、前記通信部及び通信相手が出力する搬送波を検出し、搬送波を検出していない状態から搬送波を検出している状態に変わったときに、前記2つのモードの少なくとも一方への切り替えがなされたと判断する
    ことを特徴とする請求項1記載の携帯端末。
  4. 前記ゲイン変更部は、分圧抵抗とDAコンバータとを含み、
    前記分圧抵抗は、固定抵抗と、入力される信号レベルに応じて抵抗値が変化する可変抵抗とから成り、前記アンテナを用いて受信する信号の電圧を、前記固定抵抗の抵抗値と、前記可変抵抗の抵抗値との比率で分圧し、
    前記DAコンバータは、前記Nビット計数部により出力される値を入力として受け付け、受け付けた値に応じた信号レベルの信号を前記可変抵抗に出力する
    ことを特徴とする請求項1記載の携帯端末。
  5. 前記Nビット計数部は、前記単位数ずつ変化する値として、一の端値から他の端値までの整数値で可変な、Nビットで表現される計数値を保持しており、前記通信部において前記2つのモードの少なくとも一方への切り替えがなされる毎に、前記計数値が2つの端値のうち第1の端値である場合には第2の端値に変更し、前記第1の端値でない場合には前記単位数ずつ変化させて、当該計数値を出力する
    ことを特徴とする請求項1記載の携帯端末。
  6. 前記Nビット計数部は、前記通信部における通信が成立している間は、出力する値を一定に保ち、
    前記ゲイン変更部は、前記通信部における通信が成立している間、ゲインを一定に保つ
    ことを特徴とする請求項1記載の携帯端末。
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