JPH0696300A - 電磁誘導結合による非接触型ｉｃカードおよびリーダライタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一対のアンテナ系１３、１６で電力、クロッ
ク及びリセット信号が供給できかつ双方向通信が可能と
し、通信時のＩＣカードの裏表上下等の制限を無くす
る。 【構成】 外部システムからの書き込み信号は処理回路
１１を通じ変調器１２で変調され、アンテナ系１３によ
り送信される。アンテナ系１６でこの信号を受け電源回
路１７、クロック抽出回路１８により電力、リセット信
号、クロックを得る。同時にアンテナ系１６の出力は復
調器１９に入力され、その復調信号は処理回路２１を通
じメモリに書き込まれる。メモリからの読み出し信号は
処理回路２１を通じ変調器２０により振幅変調され、ア
ンテナ系を通じて復調器１４により復調され、その復調
信号は処理回路１１を通じて外部システムに出力され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカードもしくはそれに類
するものに、半導体集積回路、変復調回路、アンテナに
相当するものおよび電源部等を内蔵したＩＣカードと、
それに対しデータ等の送信受信を電磁誘導結合により非
接触で行なう装置に関するもので、入退室管理、生産工
程管理、鉄道や道路の通行券等の自動照合あるいは各種
金融決算等に利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のものとしては、例えば特開
昭５９−２１２９４９「ＩＣカードの処理方法および処
理装置ならびにＩＣカード」がある。ここでいう処理装
置およびＩＣカードはそれぞれ本発明のリーダライタお
よび非接触型ＩＣカード（以下単にＩＣカードと略記す
る）に相当する。以下図１０を参照して従来技術につき
説明する。

【０００３】前記公報によると従来技術の主要点は次の
様である。カード処理装置１０１からＩＣカード１０２
に対しては、パワー供給用平面コイル１１９及びパワー
受信用平面コイル１２２を用いて、磁気信号により非接
触で電力及びクロック信号の供給を行ない、これとは別
にデータ出力用平面コイル１１４及びデータ入力用変換
素子１２５を用いて、磁気信号により非接触でデータ伝
送を行なう。逆にＩＣカード１０２からカード処理装置
１０１に対してはまた別のデータ出力用平面コイル１２
８及びデータ入力用変換素子１１６を用いて、磁気信号
により非接触でデータ伝送を行なう。以上により電気接
点を有する所謂ＩＣカードの電気接点にかかわる問題点
を解決し、しかも接触方式と同等機能を有するＩＣカー
ド１０２及びカード処理装置１０１を提供するというも
のである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記公報の従来技術に
あっては、カード処理装置側ではパワー兼クロック供給
用のコイルとデータ出力用のコイルとさらにデータ入力
用変換素子が別々に合計３個必要となり、ＩＣカード側
においてもパワー兼クロック受信用コイルと、データ入
力用変換素子と、さらにデータ出力用コイルが別々に合
計３個必要となる。この事は合計３個の磁気回路（磁
路）が存在する事を示している。この場合各コイルの発
する磁界の強さによっては、さらにまた各コイル及び各
変換素子の配置関係や大きさによっては各磁気信号の相
互干渉の可能性が有り、正常なクロック供給やデータ伝
送が阻害される可能性が有る。また当然の事ながら前記
３個の磁気回路を正常に確保するにはカード処理装置に
なんらかの位置合わせ機構が必要となり同時にカードの
裏表や上下の制限が発生する。

【０００５】本発明はこれらの問題点を解決するために
成されたものであり、各信号間の磁気干渉によるデータ
伝送の異常発生の可能性を無くし、また前述した様なＩ
Ｃカードの裏表や上下の制限を無くし、カード処理装置
即ち本発明でいうリーダライタとの相対位置関係に関す
る制限もできるだけ少なくし、さらにまたＩＣカードと
リーダライタ間の通信距離を比較的長くとれるようにす
ることにより、ＩＣカードを特に厳密な位置合せをする
ことなくリーダライタに近づけるだけでデータ通信が可
能となるようにして、使い勝手の向上を計ったＩＣカー
ドとそのリーダライタを提供する事を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のリーダライタにおいては、一つのコイル
（ループアンテナに相当）を兼用して、ＩＣカードに対
する電力及びクロックの供給、データ送信及びデータ受
信を行なうような構成にし、同様にＩＣカードにおいて
も一つのコイル（ループアンテナに相当）を兼用して、
電力及びクロックの受領、データの受信及び送信を行な
うような構成とする。即ち、詳細は実施例で記載する
が、前記二つのコイル間の相互インダクタンスにより、
ＩＣカードとリーダライタ間を非接触で結合し、リーダ
ライタより発射される一つの磁気キャリア（無線通信で
いう搬送波に相当し、本出願では交流磁界のこと）を用
いて電力やクロックの供給及びデータの双方向通信を行
う構成とする。

【０００７】電力、クロックの供給やデータの送受信を
効率よくするために即ち前記各コイルに流れる電流また
は誘起される電流（電圧）をできるだけ多くするために
は、またその周波数選択性を利用する事により外来ノイ
ズの影響を受けにくくするためには、前記各コイルがそ
れぞれそれ自身でＬＣ共振回路のＬ成分となる様にコン
デンサを付加してアンテナ系を構成すればよい。尚本ア
ンテナ系は後述する様に必ずしもＬＣ共振回路とする必
要はない。

【０００８】前記アンテナ系に実施例で詳述する変調
器、復調器、処理回路、及び電源回路を付加してリーダ
ライタを構成する。ＩＣカード側では前記アンテンナ系
に、これも実施例で詳述する、電源回路、クロック抽出
回路、復調器、変調器、処理回路及びメモリを付加した
構成とする。

【０００９】ＩＣカード側においては前記コイルは一つ
でよいため、必要に応じコイルの径（面積）をＩＣカー
ドのほぼ全周近くまで大きくしてかつコイルの中心とＩ
Ｃカードの中心が一致するかもしくはそれに近い様な実
装とする。リーダライタ側においても同様にコイルは一
つでよいため、要求される通信エリアの広さはまた筺体
の大きさにもよるが、コイルの径（面積）をできるだけ
大きくして実装する。当然のことながら、リーダライタ
にカード取り込み、位置合せ、カード払い出し等の機構
が付加されている様な場合は、この限りではない。即ち
リーダライタの前記コイルは、ＩＣカードのそれと同じ
くらいの大きさで充分である。

【００１０】

【作用】上記の様に構成されたＩＣカード及びリーダラ
イタにあっては、ＩＣカード側及びリーダライタ側はそ
れぞれ一つのコイルでよいため、磁気回路（磁路）は一
つしか存在せず、そのため少なくとも内部磁気相互干渉
によるデータ伝送の異常は起こり得ない。

【００１１】またコイルはＩＣカード側、リーダライタ
側それぞれ一つでよいため、また特にＩＣカード側はそ
のコイルの中心がＩＣカードの中心もしくはそれに近い
位置に実装されている為、両者がデータ伝送を行なう場
合、ＩＣカードの裏表および上下左右等の方向の制限が
無くなる。

【００１２】同様にリーダライタ側のコイルも一つでよ
いため、そのコイルの径あるいは面積を比較的大きくす
る事ができ、このためデータ伝送時の通信エリアが比較
的広くできる。

【００１３】さらに、前記の如く内部磁気干渉が起こり
得ないため、それに起因するデータ伝送の異常が発生せ
ず、リーダライタが発射する磁気キャリアの出力を比較
的大きくする事ができるので、リーダライタとＩＣカー
ド間の通信距離を比較的長くすることができる。

【００１４】

【実施例】実施例について図面を参照しながら詳細に説
明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。そのうち（Ａ）はリーダライタのそれであり、
（Ｂ）はＩＣカードのそれである。

【００１５】最初に図１（Ａ）を参照してリーダライタ
の構成を説明する。外部システム（たとえばパソコンな
どのホストコンピュータやあるいはネットワーク系）と
接続可能な処理回路１１に変調器１２の入力部及び復調
器１４の出力部を接続し、変調器１２の出力部及び復調
器１４の入力部をアンテナ系１３に接続する。電源回路
１５はリーダライタの各部に必要電力Ｐを供給する。さ
らに必要に応じて処理回路１１に初期化用リセット信号
を供給する。（図示せず）

【００１６】次に図１（Ｂ）を参照してＩＣカードの構
成を説明する。アンテナ系１６には電源回路１７が接続
されておりその出力は必要に応じてＩＣカード内の回路
に接続され電力Ｐを供給する。同様にアンテナ系１６に
はクロック抽出回路１８、復調器１９、の各入力部及び
変調器２０の出力部が接続される。クロック抽出回路１
８、復調器１９、の各出力部及び変調器２０の入力部に
は処理回路２１が接続され、処理回路２１にはメモリ２
２が接続される。さらに処理回路２１には電源回路から
発生されるパワーオンリセット信号（電源をオンにした
瞬間のみに発生するシステム初期化用パルス信号であり
略して以下ＰＯＲと称す）が必要に応じ接続される。

【００１７】次に図２を参照して本出願の主要点である
ＩＣカード側及びリーダライタ側それぞれ一つのコイル
を用いてリーダライタからＩＣカードへの電力、クロッ
クの供給及び双方向データ伝送を行なう原理について説
明する。（Ａ）はＬＣ共振回路を用いた例であり、
（Ｂ）は用いない例である。まず（Ａ）を参照して以下
説明する。

【００１８】抵抗Ｒ_１、コンデンサＣ_１、コイルＬ_１で
構成される直列共振回路に角周波数Ｗの発振源Ｅが接続
されているとする。これらにより構成される回路を一次
回路と称し コイルＬ_１はリーダライタのループアンテナに相当す
る。

【００１９】一方コイルＬ_２、コンデンサＣ_２、抵抗Ｒ
_２で構成される並列共振回路を二次回路と称しＩＣカー
ド側に相当する。ここでＬ_２はＩＣカード側のループア
ンテナに相当し抵抗Ｒ_２はＩＣカードの負荷（各回路の
合成並列抵抗）に相当し、前記特許請求の範囲でいう等
価並列負荷抵抗に相当する。コイルＬ_１およびＬ_２は相
互インダクタン の結合係数であり、Ｌ_１Ｌ_２はそれぞれコイルの自己イ
ンダクタンスとする。

【００２０】 交流磁界が発生する。二次回路ではこの交流磁界をコイ
ルＬ_２が受けてループ電流 として負荷に供給されるのはいうまでも無い。この場合
ＩＣカードの裏表の制限が無いのはいうまでも無い。即
ちＩＣカードが裏であろうと表であろうと、二次回路の
Ｌ_２に誘起される電圧は位相は反転するが振幅は一定だ
からである。

【００２１】次にクロックの伝達の原理を説明する。相
互インダクタンスＭによる電磁誘導 持つ交流電圧が発生する。この交流電圧信号を後述する
クロック抽出回路（例えば零交差検出回路）に入力処理
することによりクロックが抽出され、Ｗ／２πの周波数
のクロックが伝送されることになる。この場合も同様
に、ＩＣカードをリーダライタに近づける途中で裏表を
逆転しない限り位相は連続でありなんらクロックの抽出
に問題はない。即ちＩＣカードの裏表の制限は無い。

【００２２】次にリーダライタからＩＣカードへのデー
タ伝送の原理について説明する。発 ば、二次回路のコイルＬ_２の両端にはその変調された信
号が現われる。この信号を後述する復調回路で復調すれ
ばデータが伝送されることになる。この場合二次回路側
でコイルＬ_２に現われる信号は、前述のクロック抽出に
支障が無い信号とする。たとえば一次側での変調方式を
振幅変調とした場合、その変調度は決して１００％にな
らない様に即ちデータ１，０に拘わらずキャリア信号が
常に存在する様にする。（但しＩＣカード内で自身でク
ロックを発生し外部より供給の必要がない場合はこの限
りでない。）これにより前述の零交差検出が送信データ
の１，０にかかわらず常に可能となり、クロックが忠実
に伝送されることになる。そしてこの場合も変調方式は
振幅変調であるため、その原理上ＩＣカードの裏表の制
限が無いのは明らかである。

【００２３】最後に、ＩＣカードからリーダライタにデ
ータ伝送を行なう原理について説明する。いま、一次回
路を直列共振回路とし、二次回路を並列共振回路とすれ
ば、交流理論により数１の（１）（２）（３）（４）
（５）の各式が成立し、これら のｊは虚数とする。

【００２４】

【数１】

【００２５】前記（６）式より、相互インダクタンスＭ
が零でなく一定なときあるいはその変化のし方が後述す
るＲ_２の変化即ちデータ伝送速度によるＲ_２の変化のし
方に比べ も変化する。ＩＣカードよりリーダライタに対して、送
信しようとするデータに応じて負荷抵抗Ｒ_２に相当する
値を後述する様な方式で変化さす即ち変調をかける事に
よりコイルＬ_１の両端には送信データ１または０に応じ
た電圧が現われる。即ち振幅変調された信号が現われ
る。この信号を検波復調する事により復調信号が得ら
れ、ＩＣカードからリーダライタに対しデータが伝送さ
れる事になる。この場合も原理上ＩＣカードの裏表の制
限が無いのは明らかである。

【００２６】次に図２の（Ｂ）について説明する。この
場合は抵抗Ｒ_１とコイルＬ_１の直列回路 する。ここでは理論式は省略するがこの場合も相互イン
ダクタンスＭが零でなけ は変化する。よって図２の（Ａ）で説明したのと同様の
事がいえる。このほかにもさまざまな回路例が考えられ
るが要は二次回路の抵抗Ｒ_２を変化させる事により 伝送すればよい。

【００２７】前記の様に本発明ではＩＣカードからリー
ダライタにデータ伝送を行う場合の の振幅は少なくてもＩＣカードからリーダライタにデー
タ伝送する時は一定でなければならない。例えばリーダ
ライタからＩＣカードに対しデータ伝送を行なう場合、
その変調方式を振幅変調とした場合、送信データ１又は
０に応じて発振源 はデータ伝送は不可能である。なぜなら両者が同時にデ
ータ伝送を行なう場合、両者の信号が混信し正常な受信
ができなくなるためである。即ちリーダライタがデータ
送信を行う時は、ＩＣカードは受信のみ可能でデータ送
信できない。したがってこの場合は所謂半二重通信方式
となる。ＩＣカードからリーダライタに対しデータ伝送
を行なう場合は、リーダライタは無変調磁気キャリアを
送出する必要が有るのは当然の事である。

【００２８】リーダライタからＩＣカードに対して行な
うデータ伝送の変調方式をＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉ
ｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）とした場合は原理上その被変調波
は振幅（包絡線）が一定で位相のみ変化するので、リー
ダライタが送信している時でもＩＣカードは送信が可能
であり両者は正常に受信が可能となり所謂全二重通信が
可能となる。但しＩＣカードに対する電力供給はなんら
問題がなくかえって利点（振幅一定のためＩＣカード側
での整流平滑が容易となる）があるが、ＩＣカード側で
のクロック抽出は注意を要する。即ち前記の様な単純な
零交差検出によるクロック抽出は不可能であり、この場
合は所謂同期検波に必須の技術である公知の各種搬送波
再生技術を用いることになる。搬送波が再生できればそ
れがクロックとなる。尚このＰＳＫ方式でデータ伝送を
行なう場合は、ＩＣカードが表の場合と裏の場合ではコ
イルＬ_２に誘起される電圧の位相は１８０度異なるので
ＩＣカードの裏表の制限が生じる。これを避けるには送
信データと絶対位相を対応させるのではなく、一連の送
信データ間の変化と位相のシフトを対応させる様な変調
方式即ち差動同期ＰＳＫ方式とすればよい。

【００２９】同様に、リーダライタからＩＣカードに対
するデータ伝送の変調方式をＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）とした場合もその被変
調波の振幅（包絡線）は一定のため、同時にＩＣカード
からリーダライタに対してデータ伝送が可能で全二重通
信方式が可能となる。ただしこの場合も電力の供給は問
題なくかえって有利であるがクロックの供給は問題があ
る。ＦＳＫ方式では、データに応じてキャリアの周波数
がシフトするため、ＩＣカード側で抽出したクロックの
周波数も同様に変動している。したがってこのままでは
クロックとしては利用できない。これを克服するにはリ
ーダライタからの送信データにスクランブルをかけてマ
ークスペース率を比較的短時間で５０％に近づけるか、
あるいは送信データを例えば公知のマンチェスタ符号あ
るいはＣＭＩ（Ｃｏｄｅｄ Ｍａｒｋ Ｉｎｖｅｒｓｉ
ｏｎ）符号に変換して送出する事により、比較的短時間
での被変調波の平均周波数が搬送波の中心周波数に等し
い様にし、ＩＣカード側で例えば零交差検出回路により
抽出した信号をさらに分周器に通す事により時間的に平
均化する事により安定したクロックを抽出する事ができ
る。当然のことなが てもＩＣカードが送信するときの送信タイミング（Ｓ
Ｔ）としては利用可能である。より高いクロック周波数
が必要な場合は公知の各種周波数てい倍回路を用いれば
よい。例えばＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏ
ｏｐ：位相同期ループ）回路がこれである。以上の様に
変調方式がＦＳＫ方式であるためその原理上この場合も
ＩＣカードの裏表の制限は無いのは明らかである。以上
により本発明の双方向データ伝送及び電力、クロックの
供給の原理は明らかであろう。

【００３０】次に図１（Ａ）のリーダライタの各ブロッ
クにつきその機能、動作例、具体的回路構成例、各部波
形例等につき詳細に説明する。

【００３１】電源回路１５は外部より電力の供給を受け
るか、または内蔵する電池を用いてその電圧を必要に応
じて昇圧あるいは降圧して各回路に電力Ｐを供給するも
のであり公知の技術である。

【００３２】処理回路１１は外部システムとのインター
フェース機能を有し、主として半導体集積回路、クロッ
ク発振回路等で構成され、マイクロコンピュータ等で構
成してもよい。外部システム例えばパーソナルコンピュ
ータあるいはネットワーク系を介したホストコンピュー
タ等からの制御信号やデータを適宜処理してシリアルの
送信データＳＤ_１として、変調器１２に出力し、また復
調器１４からのシリアル受信データＲＤ_１を適宜処理し
て、外部システムに出力する機能を有するこのである。
即ち外部システムとＩＣカード間の通信の中介に必要な
一切の信号処理を行う。場合によっては外部システムは
存在せず、かわりにリーダライタ自身にキー等の入力機
能や、液晶表示器等の表示機能を持たせ、あるいは外部
システムとも接続され、かつ入力機能や表示機能を持た
せる構成としてもよい。この場合は、本処理回路１１は
これらの入力処理や表示処理の機能もあわせ持つ様にす
る。また場合によっては、リーダライタを単なるモデム
（変復調装置）とみなし、外部システム自身がＩＣカー
ドとの通信にかかわる一切の制御（パケット構成、分
解、誤り制御等）やデータ処理を行う様に構成してもよ
い。この場合は本処理回路１１は例えばＲＳ−２３２Ｃ
等のインターフェース回路のみで構成される。

【００３３】変調器１２は、処理回路１１からの送信デ
ータＳＤ_１を受けて、前述の様な公知の各種変調方式を
用い変調を行い、アンテナ系１３に対し出力するもので
ある。以下本実施例では比較的構成の簡単な振幅変調方
式につき図３を参照して具体例を説明する。

【００３４】発振器３１は、主としてトランジスタまた
ば論理ＩＣと水晶振動子等の各種振動子により構成され
るもので公知の回路である。これは必要に応じ処理回路
１１からの制御信号で発振開始停止を行う様な構成にす
る事も可能である。また本発振器３１を省略して処理回
路１１かのクロックで代用してもよい。あるいは逆に処
理回路１１に対し本発振器３１からクロックを与える様
にしてもよい。

【００３５】発振器３１の出力をバッファー回路３２に
入力する。バッファー回路３２は一種の電力増幅回路で
あり、本実施例では論理ＩＣの一つである非反転型のバ
ッファー回路を採用しているが反転型回路であってもよ
い。電流駆動能力が不足する場合はトランジスタ等のデ
ィスクリート部品で構成してもよい。当然の事ながら発
振器３１の電流駆動能力が充分に有れば、本バッファー
回路３２は省略してもよい。

【００３６】バッファー回路３２の出力は抵抗３３に接
続され、抵抗３３はさらにコンデンサ３７とコイル３８
によるアンテナ系１３に接続される。一方抵抗３３とコ
ンデンサ３７の接続点にはさらに抵抗３４が接続され、
トランジスタ３５を通じてグランドレベルに接続され
る。トランジスタ３５のベースには抵抗３６を通じて処
理回路１１からの送信データＳＤ_１が接続される。

【００３７】以上のより変調器１２が構成される。尚本
変調器１２は振幅変調方式を採用した場合の一実施例で
あり、要は送信データＳＤ_１に応じてその出力振幅が変
化する様なもの即ち振幅変調が掛かる様なものであれば
どの様な回路方式であってもよい。以下に本変調器１２
の動作原理を説明する。

【００３８】今送信データＳＤ_１がローレベルのとき、
トランジスタ３５はオフとなり、抵抗３４は接地されず
バッファー回路３２の出力は抵抗３３を通じて、抵抗３
４により分流されることなくアンテナ系１３を駆動す
る。送信データＳＤ_１がハイレベルのときは、抵抗３４
は接地され、したがってバッファー回路３２の出力電圧
は、抵抗３３と抵抗３４により分圧され、アンテナ系１
３に供給される。したがって、送信データＳＤ_１がハイ
レベルの時の方がローレベルの時に比べアンテナ系１３
に印加される電圧は低くなり、したがってコイル３８よ
り発射される磁気出力は低くなる。逆の場合は磁気出力
は高くなる。即ち振幅変調が行なわれる。図４に波形例
を示す。（横軸は時間を表わす。以下同様）尚必要に応
じてトランジスタ３５でベース入力部にインバータ回路
を挿入して送信データＳＤ_１と磁気出力の関係を逆転し
てもよいのは当然の事である。

【００３９】変調度は抵抗３３と抵抗３４の比により決
定される。即ち、抵抗３３と一定とすれば抵抗３４が小
さくなるほど変調度は高くなる。変調度が高いほど後述
する様にＩＣカード側での検波出力が大となり復調は容
易となるがクロック抽出が困難となる。また電力供給に
も支障をきたす。即ち、変調度が大きいほど、ＩＣカー
ド側で整流平滑する場合その電圧は低くなりまた平滑コ
ンデンサの容量を大きくする必要がある。したがって適
当な変調度が必要となる。リーダライタがＩＣカードか
らのデータを受信する場合は、送信データＳＤ_１をその
間ローレベルに固定し、トランジスタ３５をオフにする
事により、アンテナ系１３に対する駆動電圧を大きくし
て、ＩＣカードに対する供給電力が大きくなる様にすれ
ば都合がよいのはいうまでもない。

【００４０】次に図５を参照して復調器１４の説明を行
なう。ＩＣカードが送信を行なっている時は、前述の様
にコイル３８の両端の電圧は送信データに応じ振幅変動
している。この信号を検波回路５１に入力して包絡線検
波を行なう。検波回路５１は例えばダイオード、抵抗、
コンデンサで構成される公知の回路である。この検波出
力をコンデンサ５２により直流分をカットして増幅回路
５３に入力する。増幅回路５３はトランジスタやオペア
ンプ等で構成される公知のものであり、もし検波回路５
１の出力電圧が充分に高ければ省略してもよい。またコ
ンデンサン５２は、増幅回路５３を交流増幅器とする事
により省略してもよい。増幅回路５３の出力をフィルタ
５４に通しその出力をコンレータ等で構成される公知の
スライサ５５により１又は０のデジタル信号に変換する
事により、受信データＲＤ_１が得られ復調が完了する。

【００４１】フィルタ５４は基本的には公知のハイパス
フィルタとする。ここでハイパスフィルタが必要な理由
は次の様である。前述の数１の（６）式より明らかな様
に、 たがってコイルＬ_１の両端の電圧も変動する。即ちＩＣ
カードがリーダライタに近 の両端の電圧も減少する。したがってＩＣカードが送信
を開始している時に、ＩＣカードをリーダライタに近づ
けたり遠ざけたりした時は、図５のコイル３８の両端の
電圧の包絡線は、本来のデータ伝送による比較的高周波
の変動と、相互インダクタンスＭの変動による比較的低
周波の変動が重畳した様になる。この後者の比較的低周
波の変動を除去し、後段のスライサ５５が正しくデータ
１，０を弁別できる様にするために本ハイパスフィルタ
が必要となる。尚このハイパスフィルタのカットオフ周
波数は、ＩＣカードのリーダライタに対する移動速度と
伝送しようとするデータの持つ低周波成分を考慮して決
定される。尚直流分カット用のコンデンサ５２の値を小
さくする事によりハイパスフィルタの機能を持たせてフ
ィルタ５４を省略する事も可能である。

【００４２】フィルタ５４をバンドパスフィルタとすれ
ば、前記ハイパスフィルタの機能を持ち且つデータ伝送
速度で規制されるローパスフィルタの機能を持つ事にな
り、スライサ５５に入力されるアイパターンが良好とな
り復調信号の符号歪みが減少しビットエラーレートが改
善される。尚ＩＣカードをリーダライタの所定の位置に
固定してからデータ伝送を開始する様な場合は、前記相
互インダクタンスＭは変動せず、したがってこのハイパ
スフィルタは省略する事も可能である。

【００４３】復調器１４に関する各部の波形例を図６に
示す。最下段の波形は、相互インダクタンスＭが変動し
た場合の波形例である。即ちＩＣカードがリーダライタ
に近づくにつれ検波出力の直流分が減少している様子を
示す。この場合フィルタ５４がなければ、スライサ５５
にオートマチックスレッショルダコントローラ機能（自
動閾値調整機能）がない限り、正しい受信データの弁別
は困難となる。

【００４４】アンテナ系１３（ここではループアンテナ
に相当するコイルに共振用コンデンサが付加されている
のでアンテナ系と称している。以下同様）は、図５のコ
ンデンサ３７とコイル３８により構成され、両者で本回
路の場合は直列共振回路を構成している。コイル３８は
同時にリーダライタのループアンテナの機能をはたして
おり、通常の線材等で作成してもよいし、あるいはプリ
ントパタン化して作成してもよい。また必要に応じてフ
ェライトコア付きのコイルとしてもよい。尚本アンテナ
系１３は、前記図２の（Ｂ）の説明からも明らかな様
に、特に共振回路にする必要なない。共振回路にしない
場合はコンデンサ３７は単なる直流分カット用のコンデ
ンサの働らきをする事になる。

【００４５】次に図１（Ｂ）のＩＣカードの各ブロック
につき、その機能、動作例、具体的回路構成例、各部波
形例、等につき詳細に説明する。

【００４６】アンテナ系１６の説明を図７を参照して行
なう。アンテナ系１６はコイル７１とコンデンサ７２の
並列共振回路であり、コイル７１及びコンデンサ７２は
それぞれ原理説明用の図２（Ａ）のＬ_２及びＣ_２に相当
する。コイル７１は並列共振回路のＬ成分を構成し同時
にＩＣカードのループアンテナの機能をはたしており、
その作成に当っては前記リーダライタの場合と同様とす
る。図７の回路例ではコイル７１の片側が回路グランド
に接地された様になっているが、これは後段の電源回路
１７の回路方式により適宜変更されるのは当然の事であ
る。電源回路１７が例えば全波整流ダイオードブリッジ
により構成される場合は、コイル７１の片側は回路グラ
ンドには接地されない。アンテナ系１６にはさらにクロ
ック抽出回路１８、復調器１９、変調器２０が接続され
る。尚本アンテナ系１６も前記図２の（Ｂ）の説明から
も明らかな様に、必ずしもＬＣ共振回路を構成する必要
がなく単にコイル７１のループアンテナのみでもよい。

【００４７】電源回路１７はＩＣカードの回路に対し必
要な電力Ｐを供給するもので、主として整流用ダイオー
ドと平滑用コンデンサ等により構成され各種公知の回路
方式が利用される。半波整流、全波整流、倍電圧整流等
の各方式がこれである。さらに必要に応じて、ツェナー
ダイオードやトランジスタ等を組み合わせた公知の定電
圧回路が付加されてもよく、さらに必要に応じ公知の昇
圧回路が付加されてもよい。また後述するメモリ２２を
揮発性メモリとし、二次電池をそのバックアップ用とし
て用いた場合、二次電池用の充電回路や電源切換回路等
が付加されてもよい。電源回路１７には処理回路２１を
初期化するための前記ＰＯＲ発生回路が含まれるが必要
がなければ省略してもよい。

【００４８】クロック抽出回路１８は前述の様にリーダ
ライタの変調方式によりさまざまな方式が考えられる
が、ここではリーダライタの変調方式を振幅方式とした
場合につき説明する。この場合は零交差検出回路を用い
ればよい。本回路はコンパレータそのものであり公知の
ものである。今図７の様にコイル７２の片方が接地され
ている様な場合、コンパレータの片方の入力部を回路グ
ランドに接地して、もう一方の入力部をコイル７１の非
接地側に接続すればよい。要するにコイル７１に誘起さ
れる交流電圧のゼロクロス点を検出し連続したパルス列
に変換できればどの様な方式であってもよい。このパル
ス列を必要に応じ逓倍あるいは分周して、あるいはその
ままＩＣカードに必要なクロックとして利用する。

【００４９】復調器１９はコイル７１に誘起されたリー
ダライタからの被変調信号を入力しそれを復調して受信
データＲＤ_２として処理回路２１に対し出力するもので
ある。前述した様に、リーダライタの変調方式により各
種公知の復調方式が考えられるが、ここではその変調方
式を振幅変調とした場合は、復調器１９は図５で説明し
たリーダライタの復調器１４と同様である。但し、リー
ダライタの変調器１２を図３の様な回路構成とした場合
は、送信データＳＤ_１と本復調器１９の受信データＲＤ
_２との論理の整合性をとるために、例えば論理反転回路
（インバータ）をスライサ５５のあとに挿入するなどし
て論理を反転して受信データＲＤ_２とする必要がある。

【００５０】変調器２０は処理回路２１より送信データ
ＳＤ_２を受けて、この信号によりアンテナ系１６に結果
的に並列接続される負荷抵抗の値を変化さす事により、
前記図２を用いて変調原理を示した様に、リーダライタ
のコイル３８に誘起される電圧に対し振幅変動を与える
事により一種の振幅変調を行うものである。以下図８を
参照して具体例を説明する。

【００５１】図８の（Ａ）においては、抵抗８１とスイ
ッチ８２で構成される直列回路が、アンテナ系１６に並
列に接続される。スイッチ８２のオンオフ制御入力部に
は、処理回路２１からの送信データＳＤ_２が接続され
る。今ＳＤ_２がハイレベルでスイッチ８２がオンになる
とすれば、この時抵抗８１はアンテナ系１６に並列に接
続される事になり、アンテナ系１６から右を見た抵抗値
即ち負荷抵抗は減少する。ＳＤ_２がローレベルのとき
は、スイッチ８２はオフとなり抵抗８１は接地されず、
したがって負荷抵抗はもとの値となる。即ちアンテナ系
１６に接続された各回路により合成された等価並列負荷
抵抗の値となる。即ち送信データＳＤ_２の値に応じてア
ンテナ系の負荷抵抗が変化する。この負荷抵抗は変調の
原理を説明した図２の抵抗Ｒ_２に相当する。以上により
変調器２０の動作原理は明らかである。尚スイッチ８２
はトランジスタやＭＯＳ ＦＥＴ等で構成される公知の
ものである。

【００５２】変調器２０にかかわる他の構成例について
図８の（Ｂ）を参照して説明する。アンテナ系１６の非
接地側に、抵抗８３とスイッチ８２で構成される並列回
路の一端を接続し、他端を電源回路１７、クロック抽出
回路１８、復調器１９に接続する。スイッチ８２のオン
オフ制御入力部には、処理回路２１からの送信データＳ
Ｄ_２を接続する。この場合も送信データＳＤ_２の値に応
じてアンテナ系１６の負荷抵抗は変化し、変調が掛けら
れるのは明らかである。尚クロック抽出回路１８及び復
調器１９の各入力信号は、直接アンテナ系１６の非接地
側から取ってもよい。

【００５３】ここで図示はしないが、変調器２０に関す
る回路構成はこのほかさまざまに考えられる。例えば電
源回路１７を構成する整流回路のあとにこれら変調器２
０を並列にあるいは直列に挿入する方法であってもよ
い。要するにアンテナ系１６から右を見た負荷抵抗が送
信データＳＤ_２に応じて変化する様な回路構成であれ
ば、どの様な方法であってもよい。

【００５４】ここで図９を参照して、以上ＩＣカードを
構成する主要ブロックの波形例を説明する。このうち図
（Ａ）はリーダライタからの変調された磁気信号を受け
て、コイル７１に誘起される電圧と、電源回路１７、ク
ロック抽出回路１８、復調器１９の各出力電圧との関係
及びＰＯＲ信号を示す。図（Ｂ）はＩＣカードが送信す
る時の送信データＳＤ_２とコイル７１の誘起電圧との関
係を示す。

【００５５】処理回路２１は主として半導体集積回路で
構成され、電源回路１７からのＰＯＲ信号で初期化（リ
セット）され、クロック抽出回路１８からのクロックを
発振源として用い、ＩＣカードの全ての動作の制御即ち
送信制御、受信制御、メモリアクセス制御、各種データ
演算等の信号処理を行なうものでマイクロコンピュータ
を用いて構成することもできる。復調器１９からのシリ
アル受信データＲＤ_２を受けて誤り検定、誤り制御等の
受信制御を行ない適宜信号処理をしてメモリ２２にデー
タを書き込む。またメモリ２２がデータを読み出し、適
宜データ演算、送信制御等の信号処理を行ない、シリア
ルの送信データＳＤ_２として変調器２０に対し送出す
る。また処理回路２１は場合によっては変調器２０、復
調器１９と相俟って公知の各種符号化変復調の機能もあ
わせ持つ様にしてもよい。

【００５６】メモリ２２は情報の記憶手段であって、処
理回路２１に接続され、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯ
Ｍ、ＥＥＰＲＯＭ、あるいは電池でバックアップされた
ＳＲＡＭ等公知の各種メモリが使用される。尚前記処理
回路２１が各種ＲＡＭ、ＲＯＭを含んだ所謂ワンチップ
マイクロコンピュータで構成される場合は、このメモリ
２２は省略することも可能である。

【００５７】以上ＩＣカードの各ブロックにつき説明し
たが、本発明のＩＣカードは、必ずしも標準の所謂ＩＣ
カード寸法即ち横５４ｍｍ、縦８６ｍｍ、厚さ０．７６
ｍｍに限るものではなく、比較的小型で携帯性が有れば
これ以外の寸法であってもよいのはいうまでもない。外
形も必ずしもカード状とする必要はなく、例えば円盤状
あるいは円筒状等としてもよい。またＩＣカードという
名称も必ずしも限定されるものではなく、所謂メモリカ
ードに本発明の非接触通信機能等を付加したものも本発
明に含まれるのはいうまでもない。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、以上説明した様に構成されて
いるので、以下に記載される様な効果を奏する。

【００５９】リーダライタ側、ＩＣカード側それぞれに
一つのコイルをループアンテナとして、一つの磁気キャ
リアを兼用して電力、クロックの供給及び双方向データ
伝送が可能なため、コイルを複数個使用し複数の磁気信
号を使用する場合にありがちな内部磁気干渉によるデー
タ伝送等の異常がおこらない。

【００６０】ＩＣカードをリーダライタに対抗させてデ
ータ伝送を行なう時、ＩＣカードの裏表の制限及び上
下、左右、斜め等の回転角度の制限がなく、使用に際し
て使い勝手が向上する。

【００６１】同様に両者のコイルがそれぞれ一個でよい
ため、それらコイルの径（面積）を比較的大きくする事
ができるので、データ伝送時の通信エリアが比較的広く
でき使い勝手が向上する。

【００６２】さらに原理上内部磁気相互干渉が起こり得
ないため、リーダライタが発射する磁気キャリアの出力
お比較的大きくする事ができるので、リーダライタとＩ
Ｃカード間の通信距離を比較的大きくすることができ、
また特に厳密な両者の位置合わせを行うことなく、ＩＣ
カードをリーダライタの通信エリア内に近づけるだけ
で、データ伝送が可能となり使い勝手が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図であり、
（Ａ）はリーダライタのそれであり、（Ｂ）はＩＣカー
ドのそれである。

【図２】データ伝送等に関する原理説明用の回路図例で
ある。

【図３】リーダライタの変調器１２に関する具体的な回
路構成例である。

【図４】リーダライタの変調器１２に関する波形例であ
る。

【図５】リーダライタの復調器１４及びアンテナ系１３
に関する構成例である。

【図６】リーダライタの復調器１４に関する波形例であ
る。

【図７】ＩＣカードのアンテナ系１６に関する回路例で
ある。

【図８】ＩＣガードの変調器２０に関する具体的回路構
成例である。

【図９】ＩＣカードの主要各部の波形例である。

【図１０】従来技術のブロック図である。

【符号の説明】

１１、２１ 処理回路 １２、２０ 変調器 １３、１６ アンテナ系 １５、１７ 電源回路 １８ クロック抽出回路 ２２ メモリ ３８、７１ コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メモリ、及び該メモリに対し情報の読
   み出し処理を行なうまたは情報の書き込み及び読み出し
   処理を行なう処理回路、及び電磁誘導結合により非接触
   で情報伝達を行なう通信手段、を有する非接触型ＩＣカ
   ードと、その非接触型ＩＣカードに対し、前記メモリの
   情報の読み出し、あるいは情報の書き込み及び読み出
   し、を前記電磁誘導結合により非接触で行なう通信手段
   及び処理回路を有するリーダライタにおいて、前記非接
   触型ＩＣカード側及び前記リーダライタ側にそれぞれに
   ただ一つづつ設けられたコイルにより両者を電磁誘導結
   合し、前記リーダライタから前記非接触型ＩＣカードに
   対し電力を供給するとともに、前記リーダライタから前
   記非接触型ＩＣカードへの情報の伝達は前記リーダライ
   タ側の前記コイルの駆動電流を伝達しようとする情報に
   応じ変化させ即ち変調を掛けて前記非接触型ＩＣカード
   側の前記コイルに誘導される電流の変化を検出し復調す
   ることにより行なわれ、さらに前記非接触型ＩＣカード
   から前記リーダライタへの情報の伝達は、前記非接触型
   ＩＣカード側の前記コイルに接続された等価並列負荷抵
   抗を伝達しようとする情報に応じて変化させ即ち変調を
   掛けて前記電磁誘導結合により前記リーダライタ側の前
   記コイルに流れる電流を変化させ、この変化を検出し復
   調することにより行なわれることを特徴とする非接触型
   ＩＣカードおよびリーダライタ。
2. 【請求項２】 非接触型ＩＣカード内にクロック抽出
   回路を設けることによりリーダライタから非接触型ＩＣ
   カードに対し必要なクロックを供給するようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の非接触型ＩＣカードおよび
   リーダライタ。