JPH0233197B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、２端子の集積回路装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年の著しい半導体集積回路技術および実装技
術の進歩により、従来から広く用いられているク
レジツトカード、キヤツシユカード等と同様のプ
ラスチツク製カードに情報処理機能を有する集積
回路チツプ（以下、ICチツプという）、すなわち
比較的簡単なCPUおよびメモリを実装した、い
わゆるICカードが開発され実用段階に達しつつ
ある。

第１図はこのようなICカードの一構成例を示
すもので、プラスチツク製のカード状基体１に従
来のクレジツトカード等の磁気カードとの互換性
を確保するための磁気ストライプ（図示せず）と
ICエリア２が構成されている。ICエリア２は第
１図ｂにその断面を拡大して示すように、カード
状基体１に形成した凹部にスペーサ３を介して固
定した支持板４の内側面上にICチツプ５を取付
け、このICチツプ５の端子（ボンデイングパツ
ド）をリード線６を介して支持板４上に被着形成
させた５〜８個程度の電極７に接続し、これらの
電極７を通してICチツプ５とICカードリーダ等
の外部装置との接続をなすように構成されたもの
である。

しかしながら、このような構造ではICチツプ
５上の端子からリード線６を取出すためのスペー
スが必要であるため、カードの厚みを小さくする
ことが困難であり、また実装工程がワイヤボンデ
イングを含み複雑であるという問題がある。さら
に、多数の電極７と外部装置との接続の信頼性を
確保することが難しいことも欠点となつている。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、外部接続端子数が少なく
ICカード等の扁平な物体への装着が容易な集積
回路装置を提供することである。

〔発明の概要〕

この発明に係る集積回路装置は、外部装置と接
続のための端子として、電源入力および信号の入
出力を兼ねる２個の端子を備え、さらにこれらの
端子を介して外部装置より供給される電源入力に
重畳された信号を検出する信号検出手段と、前記
端子に外部装置へ伝達すべき信号を送出する信号
送出手段と、前記信号検出手段で検出された信号
を処理するとともに、前記信号送出手段から送出
する信号を生成する信号処理手段とを備えたこと
を特徴とする。

〔発明の効果〕

この発明によれば、外部接続端子数が２個で済
むため、これらの端子を例えば集積回路チツプの
表裏面にそれぞれ形成した上で、これらの端子が
それぞれICカード等の表裏面側に位置するよう
に実装すれば、従来のようなリード線によるボン
デイングのためのスペースが不要となり、ICカ
ード等の薄形化に寄与することができる。また、
煩雑なワイヤボンデイングが不要となることによ
り実装が簡単となり、工数の大幅な削減が可能と
なる。

また、端子に信号電流のほか電源入力による大
きな電流が流れるため、端子のクリーニング作用
が期待でき、動作の信頼性を上げることができ
る。

さらに、端子数の減少によつて集積回路チツプ
の内部素子数、つまり集積度を上げることが可能
となるので、チツプサイズが同じであれば情報処
理能力（例えばメモリの容量等）を増大させるこ
とができ、また情報処理能力が同じであればチツ
プサイズをより小さくすることが可能となる。

〔発明の実施例〕

第２図ａ，ｂはこの発明は係る集積回路装置１
０（以下ICチツプという）とこれに接続される
外部装置２０の回路構成を原理的に示すもので、
ａは電圧駆動形の例、ｂは電流駆動形の例であ
る。

第２図ａにおいて、外部装置２０はICチツプ
１０への電力供給を行なうための直流電圧源V_O
と、送信データ信号S₁に対応して電圧が０とV_S
との２値に変化する可変電圧源V_Sと、電流変化
検出用の抵抗ｒと、直流成分阻止用のコンデンサ
C₁および受信データ信号S₂を得るセンスアンプ
A₁とからなつている。

一方、ICチツプ１０はCPU、メモリ等を含む
負荷回路R_Lと、このR_Lに流れ込む電流変化を検
出するための直流成分阻止用のレベルシフト回路
LSおよび受信データ信号S₃を得るセンスアンプ
A₂と、送信データ信号S₄に応じて抵抗値が∞と
R_Sとの２値に変化する可変抵抗R_Sとからなつて
おり、端子１１，１２を介して外部装置２０に接
続されている。

今、外部装置２０よりICチツプ１０へ送信デ
ータ信号S₁が送られる場合を考える。この状態で
は可変抵抗R_Sの値は∞とされており、センスア
ンプA₂の入力にはピーク・ツウ・ピークで
R_L／（R_L＋ｒ）V_Sなる方形波電圧が印加され、これが 増幅されて受信データ信号S₃として取出される。
なお、ｒは抵抗ｒの抵抗値、R_Lは負荷回路R_Lの
等価内部抵抗を表わす。一方、逆にICチツプ１
０より外部装置２０へ送信データS₄が送られる場
合には、可変電圧源V_Sの電圧は０とされ、セン
スアンプA₁の入力にはピーク・ツウー・ピーク
で （１／R_LR_S＋ｒ−１／R_L＋ｒ）V_Oｒ ＝rR_L ²／（R_L＋ｒ）（R_LR_S＋rR_L＋rR_S）V_O なる方形波電圧が印加され、これが増幅されて受
信データ信号S₂として取出される。V_Oは直流電
圧源V_Oの電圧を表わす。なお、負荷回路R_Lの等
価内部抵抗R_LはICチツプ１０の内部状態によら
ず、ほぼ一定の値を示すものとする。ちなみに
R_L＝100Ω、ｒ＝100Ω、R_S＝575Ω、V_S＝0.4V、
V_O＝5Vとすると、センスアンプA₁，A₂の入力電
圧はいずれも0.2V_ppとなり、センスアンプに十分
検知可能な電圧となる。

一方、第２図ｂの電流駆動形構成によれば、外
部装置２０はICチツプ１０へ電力供給を行なう
ための電流源I_Oと、送信データ信号S₁に対応して
電流が０とI_Sとの２値に変化する可変電流源I_Sと、
電圧変化を検出するための直流成分阻止用のコン
デンサC₁およびセンスアンプA₁とからなつてい
る。また、ICチツプ１０は負荷回路R_Lと、この
負荷回路R_Lに印加される電圧変化を検出するた
めの直流成分阻止用のレベルシフト回路LSおよ
びセンスアンプA₂と、送信データ信号S₄に対応
して抵抗値が０とR_Sとの２値に変化する可変抵
抗R_Sとからなつている。

今、外部装置２０からICチツプ１０へ送信デ
ータS₁が送られる場合は、可変抵抗R₃はR_S＝０、
すなわち短絡状態とされており、センスアンプ
A₂の入力にはピーク・ツウ・ピークでI_SR_Lなる
方形波電圧が印加され、これが増幅されて受信デ
ータS₃として取出される。逆にICチツプ１０か
ら外部装置２０へ送信データS₄が送られる場合
は、可変電流源I_Sの電流が０とされることによ
り、センスアンプA₁の入力にピーク・ツウ・ピ
ークでI_OR_Sなる方形波電圧が印加され、これが増
幅されて受信データS₃として取出される。R_L＝
100Ω、R_S＝８Ω、I_O＝25ｍＡ、I_S＝２ｍＡとす
れば、センスアンプA₁，A₂の入力電圧は0.2V_pp
と、十分検知可能な電圧となる。

なお、上記説明では負荷回路R_Lの等価内部抵
抗R_Lをほぼ一定としたが、実際にはその内部動
作状態の変化に伴なつて変化し、その変化はセン
スアンプA₂の入力に誤差電圧として現われ、
Ｓ／Ｎの低下を招き、誤動作の原因ともなる。
Ｓ／Ｎを10dB以上確保するものとすると、送受
信データ信号の周波数近傍以上の抵抗R_Lの変化
は第２図ａの電圧駆動形構成では±30％まで、ま
たｂの電流駆動形構成では±2.5％まで許容され
ることになり、ａの電圧駆動形構成の方がＳ／Ｎ
の点で有利となる。

負荷回路R_Lの抵抗変化（負荷変動）によるセ
ンスアンプA₂の入力電圧の変動を許容値以下に
抑えるための方策としては、例えば第３図ａ，ｂ
に示すように負荷回路R_Lと直列または並列にダ
ミー抵抗R_Dを付加し、R_Lの変動による影響を少
なくする方法がある。また、第３図ａ，ｂをさら
に発展させ、第３図ｃ，ｄに示すようにR_Lの変
動を制御回路CONTより検出し、それに応じて
ダミー抵抗R_Dの値を変化させることによつて、
負荷が常に本来の機能を発揮しているときの最大
負荷近傍の一定値となるよう制御すれば一層効果
的である。

別の方法としては、負荷回路R_L自身に状態変
化による負荷変動の少ないものを用いるとか、あ
るいはデータ信号の送受信時は例えばバツフアメ
モリの書込み、読出し動作など単純かつ負荷変動
により小さい動作のみを行ない、それ以外の複雑
でより大きい負荷変動を伴なう動作は送受信以外
の状態において行なうなどの方法も有効である。

以上の説明において、ICチツプ１０と外部装
置２０との間のデータ信号の送受信は、双方向で
あるものの同時には行なわない、いわゆるピンポ
ン伝送であるが、例えば第４図に示すようにセン
スアンプＡの前に自装置（ICチツプ１０または
外部装置２０）より送信したデータ信号を打消す
ためのハイブリツド回路H_ybを挿入することによ
つて、双方向同時伝送を行なうことも可能であ
る。

第５図は第２図ａの電圧駆動形構成をより具体
的に示すもので、ICチツプ１０においてスイツ
チングトランジスタ（図示の例ではMOSFET）
１０１および抵抗１０２は可変抵抗R_Sに、レベ
ルシフト回路１０３はレベルシフト回路LSに、
抵抗１０４およびコンパレータ１０５はセンスア
ンプA₂にそれぞれ対応し、また安定化電源１０
６並びにここから電力の供給を受ける同期発振器
１０７、エンコーダ１０８、デコーダ１０９、コ
ントローラおよびメモリ１１０は負荷回路R_Lに
対応している。一方、外部装置２０において電源
２０１は電圧源V_Oに、抵抗２０２は抵抗ｒに、
ドライバ２０３およびコンデンサ２０４は可変電
圧源V_Sに、コンデンサ２０５はコンデンサC₁に、
また抵抗２０６およびコンパレータ２０７はセン
スアンプA₁に、それぞれ対応している。

さて、上記構成において、ICチツプ１０と外
部装置２０との間で送受されるデータ信号は、第
６図に示すようにデータ信号部の初めに装置間で
のクロツク信号の同期をとるためのプリアンブル
信号が付加されたもので、その後に所望のデータ
信号、さらに必要があればデータ信号の後に
CRC等の誤り訂正符号が付加される。これらの
信号はクロツク信号を重畳する形式の符号、例え
ば第７図に示すようなマンチエスタ符号に変換さ
れている。外部装置２０内の別の回路により上記
のプリアンブル信号等が付加され、さらに符号化
された送信データ信号S₁は、ドライバ２０３コン
デンサ２０４を経てICチツプ１０へ送られ、端
子１１、レベルシフト回路１０３を介してコンパ
レータ１０５及び同期発振器１０７に印加され
る。上述の符号化信号よりクロツク信号を抽出す
るための回路を備えた同期信号発振器１０７で
は、抽出したクロツク信号と同期したより高い周
波数のクロツク信号を発生し、エンコーダ１０
８、デコーダ１０９さらにコントローラおよびメ
モリ１１０に供給する。一方、レベルシフト回路
１０３を通して検出されコンパレータ１０５によ
り整形および増幅された信号は、デコーダ１０９
にて復元化され、受信データ信号S₃としてコント
ローラおよびメモリ１１０に送られる。逆に、
ICチツプ１０より外部装置２０に送信データ信
号S₄を送る場合は、フリーランニング状態となつ
た同期発振器１０７からのクロツク信号を受け
て、コントローラおよびメモリ１１０でプリアン
ブル信号等が付加された送信データ信号が生成さ
れ、さらにエンコーダ１０８にて符号化された
後、この符号化信号によつてトランジスタ１０１
がON／OFFされることによつて、抵抗１０２に
流れる電流が制御される。この電流変化は端子１
１，１２を介して外部装置２０に伝送され、コン
デンサ２０５を経て抵抗２０６及びコンパレータ
２０７にて検出、増幅された後、外部装置２０内
の別の回路に供給される。また外部装置２０より
ICチツプ１０内に端子１１，１２を介して供給
された直流電力は、第７図に示すように端子１１
の平均電圧V_Tより低い電圧V_DDに安定化電源１０
６にて変換され、ICチツプ１０内の電源として
供給される。

なお、この安定化電源１０６には、前述した等
価内部抵抗をほぼ一定に保つためのダミー抵抗、
並びに必要があれば制御回路が内蔵されている。
また、直流成分除去用のレベルシフト回路１０３
は好ましくはトランジスタのV_BEあるいはダイオ
ードの順方向電圧降下を利用したものが用いられ
るが、コンパレータ１０５の入力抵抗が極めて大
きいため、小容量のコンデンサを用いた場合でも
所望の帯域信号を通過させることが可能であり、
いずれの場合もモノリシツクIC内に構成するこ
とができる。

第８図はICチツプ１０の他の構成例を示すも
ので、第５図におけるトランジスタ１０１及び抵
抗１０２の部分はドライバ１１１に置換され、ド
ライバ１１１の出力端はコンデンサ１１２を介し
て第１の端子１１に接続される。また第５図にお
けるレベルシフト回路１０３と抵抗１０４および
コンパレータ１０５の部分はコンパレータ１１３
に、安定化電源１０６は昇圧安定化電源１１４お
よびコンデンサ１１５に、同期発振器１０７は発
振器１１６に、それぞれ置換されている。送受さ
れるデータ信号は第９図に示すように例えばダイ
フエーズ符号に符号化されており、デコーダ１０
９では自励発振している発振器１１６からのクロ
ツク信号を用いてダイフエーズ符号のパルス幅を
カウントすることにより復元を行ない、受信デー
タ信号S₃を出力する。同様に、コントローラおよ
びメモリ１１０からの送信データ信号S₄はエンコ
ーダにて発振器１１６からのクロツク信号により
ダイフエーズ符号に符号化され、適切な出力イン
ピーダンスを有するドライバ１１１にて増幅され
た後、コンデンサ１１２を介して第１の端子１１
に交流結合される。一方、昇圧安定化電源１１４
の出力は第９図のダイフエーズ符号の平均レベル
V_Tと同じ電圧となるよう昇圧安定化されており、
コンパレータ１１３の基準電圧として用いられ
る。従つてコンパレータ１１３の信号入力端は、
第５図に見られるような直流成分阻止用レベルシ
フト回路１０３を介することなく第１の端子１１
に直結されている。なお、本実施例ではコンデン
サ１１２，１１５として比較的大容量のものが必
要であるため、現状の技術レベルではチツプコン
デンサ等を用いたハイブリツド構成となる。

また、以上の説明ではデータ信号を基底帯域の
まま伝送しているが、FM、AM、PM等の変調
波に変換した後、直流電力に重畳してもよいこと
は勿論である。特にその変調に際し、搬送波を短
波、超短波等高周波に選べば、コンデンサ１１
２，１１５等は容量の小さなもので済み、ICチ
ツプ内に形成することも容易である。

第１０図ａ，ｂはICチツプ１０をモノリシツ
クで構成した場合の端子１１，１２の配設構造の
例を示すもので、半導体基板１３の素子領域の上
にあるアルミ等の電極配線１４上にSiO₂、ポリ
イミド、シリコン窒化膜等からなる絶縁層１５を
形成し、その上に第１の端子１１を蒸着等により
被着形成し、また基板１３の裏面に第２の端子１
２を蒸着形成している。ここで第２の端子１２は
アース端子となるもので、ａの例では基板１３上
のアース配線１４′と内部的に接続され、ｂの例
では基板１３の側面上で導電性エポキシ樹脂等の
導電性接着物質１６、例えば銀ペーストによつて
アース配線１４′と接続されている。

第１１図はこの発明をICカードに適用した例
を示すものである。第１１図ａにおいては、IC
チツプ１０はプラスチツク等の絶縁材料からなる
２枚のカード状基体２１ａ，２１ｂによつて保持
され、かつ端子１１，１２はそれぞれカード状基
体２１ａ，２１ｂに形成された電極２２，２３に
接続されている。すなわち、カード状基体２１
ａ，２１ｂはICエリアに、径が２段階に変化す
る貫通孔を有し、この孔の径大部を互いに対向さ
せて接着剤にて貼合せられることによつてICチ
ツプ１０を挾持固定する。電極２２，２３はこの
場合、カード状基体２１ａ，２１ｂの上記貫通孔
の径小部に充填された導電性エポキシ樹脂等の導
電物質からなり、ICチツプ１０の端子１１，１
２と後述する外部装置とを接続する役割を果た
す。

第１１図ｂにおいては、電極２２，２３はカー
ド状基体２１の表裏全面に形成され、導電ゴムの
ような可撓性を有する導電性部材２４，２５によ
つてICチツプ１０の端子１１，１２と接続され
ている。

第１１図ｃは第１１図ｂの導電ゴム等の代りに
スプリング接点２６，２７を用いて電極２２，２
３と端子１１，１２とを接続したものである。

第１１図ｄは電極２２，２３の内面に突起２２
ａ，２３ａを一体的に形成し、突起２２ａと２３
ａとの間にICチツプ１０を挾んで電極２２，２
３と端子１１，１２との接続をなすようにしたも
のである。

第１１図ｅは電極２２，２３をカード状基体２
１の一部に設けた点以外は第１１図ｂのものと同
様である。

第１１図ｆは電極２２，２３を導電ゴムあるい
は導電プラスチツクのような可撓性を有する導電
性部材で形成してICチツプ１０の端子１１，１
２と直接接続した例である。この場合、カード状
基体２１も軟質ゴムのような可撓性材料で形成す
れば、全体として可撓性のあるICカードとなる。

ところで、第５図あるいは第８図の回路構成で
は、ICカードを外部装置２０に表裏逆に挿入し
た場合、逆方向に電流が流れICチツプ１０内の
回路を破損するおそれがある。第１２図はICカ
ードを表裏逆に挿入可能とする実施例を示すもの
で、ICチツプ１０の第１の端子１１にダイオー
ドＤを接続し、このダイオードＤを介してICチ
ツプ１０内の各回路に直流電力およびデータ信号
を供給するようにしたものである。このような構
成にすると、ICカードを表裏逆に外部装置２０
に挿入したとしても回路が破壊されることなく、
さらに外部装置２０側にてICカードを挿入した
時にICチツプ１０内に流れ込む電流を検出して、
適正な電流が流れている場合にはそのままデータ
信号伝送を開始し、逆に適正な電流が流れていな
い時は、外部装置２０内にてICチツプ１０の端
子１１，１２との接続の向きを自動的に逆になる
ように切り替え、適正な電流が流れ始めたことを
確認した後、、データ信号伝送を開始することも
可能である。

第１３図はこうした構成のICチツプ１０をい
わゆる電子コインに応用した実施例を示すもの
で、２枚の円形カード状基体３１，３２の間に
ICチツプ１０を挾持固定し、ICチツプ１０の端
子１１，１２を電極２２，２３を接続している。
このようなコインは表裏を一切意識することな
く、自動販売機等に通常のコインと同様に使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは従来のICカードの側面図およ
び要部拡大断面図、第２図ａ，ｂはこの発明の原
理的構成を示す電圧駆動型および電流駆動型集積
回路装置とそれに接続される外部装置の等価回路
図、第３図ａ〜ｄはダミー抵抗による負荷回路の
等価内部抵抗の変動補償方法を説明するための
図、第４図は同時双方向伝送を行なうための構成
を示す図、第５図はこの発明の一実施例に係る集
積回路装置の構成を外部装置とともに示す回路
図、第６図は伝送データ信号のフオーマツトを示
す図、第７図はデータ信号をマンチエスタ符号化
した一例を示す図、第８図はこの発明の他の実施
例を示す回路図、第９図は同実施例におけるデー
タ信号のダイフエーズ符号化の例を示す図、第１
０図ａ，ｂはこの発明に係る集積回路装置のチツ
プ構造を示す断面図、第１１図ａ〜ｆはこの発明
に係る集積回路装置をICカードに実装した例を
示す断面図、第１２図は表裏逆に挿入可能とした
ICカードに有用な集積回路装置の回路構成の一
部を示す図、第１３図ａ，ｂはこの発明を電子コ
インに適用した例を示す平面図および断面図であ
る。 １０……ICチツプ（集積回路装置）、１１，１
２……端子、２０……外部装置、１０１，１０
２，１１１，１１２……信号送出手段、１０３，
１０４，１０５，１１３……信号検出手段、１０
８，１０９，１１０……信号処理手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外部装置との接続のための２個の端子と、こ
   れらの端子を介して外部装置より供給される電源
   入力に重畳された信号を検出する信号検出手段
   と、前記端子に前記外部装置へ伝達すべき信号を
   送出する信号送出手段と、前記信号検出手段で検
   出された信号を処理するとともに、前記信号送出
   手段から送出する信号を生成する信号処理手段と
   を備えたことを特徴とする集積回路装置。 ２ 信号検出手段と信号送出手段および信号処理
   手段は１つの集積回路チツプ内に構成され、前記
   端子はこの集積回路チツプの表裏両面に被着形成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の集積回路装置。 ３ 外部装置との間の信号の送受および外部装置
   からの電力供給は前記端子に接続されたダイオー
   ドを介して行なわれることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の集積回路装置。 ４ 集積回路チツプは信号送出手段の最終段を除
   く回路部分の消費電力をその内部動作状態の変化
   によらずほぼ一定とするためのダミー抵抗を含む
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の集積回路装置。 ５ ダミー抵抗は可変抵抗であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載の集積回路装置。 ６ 集積回路チツプは信号の送受信時は負荷変動
   のより小さい限定された動作のみを行なうもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第２項また
   は第４項記載の集積回路装置。 ７ 信号検出手段は前記２個の端子のいずれか一
   方に一端が接続された直流成分阻止用のレベルシ
   フト回路と、このレベルシフト回路の他端に入力
   端が接続されたセンスアンプとを含むものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の集積回路装置。 ８ センスアンプは直流成分除去用のレベルシフ
   ト回路の他端が一方の入力端に接続され他方の入
   力端に一定電位が与えられたコンパレータである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の集
   積回路装置。 ９ 信号送出手段は前記２個の端子間に接続され
   た可変抵抗素子を含み、この可変抵抗素子の抵抗
   値が外部装置へ伝達すべき信号に応じて制御され
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の集積回路装置。 １０ 信号検出手段は前記２個の端子の一方に一
   方の入力端が接続され他方の入力端に外部装置か
   ら供給される電源入力を昇圧安定化した電圧が与
   えられたコンパレータを含むものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の集積回路装置。 １１ 信号送出手段は外部装置へ伝達すべき信号
   を増幅するドライバと、このドライバの出力端と
   前記２個の端子の一方との間に接続された交流結
   合用のコンデンサとを含むものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   集積回路装置。