JPS62100887A - 半導体デ−タキヤリアおよびデ−タ・リ−ドライト方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は半導体データキャリアに関し、特に詳しくいえ
ば、身分証明カード、銀行カード、クレジットカードな
どのようなデータカードとして、また、生化学分析など
におけるサンプルを同定するデータラベルとして、その
他２進データの形で各種のデータを保持するメモリとし
て使用される半導体データキャリアと、このデータキャ
リアに対するデータの書込みおよび読出し方式に関する
。

（従来技術の説明） 半導体メモリを使用したデータキャリアとしては、種々
の形式が知られているが、データのリードライト方式か
らみると、接触形と非接触形とがあり、後者の非接触形
には高周波結合形、光学結合形、静電結合形および電磁
結合形が知られている。また、電源方式から区別すれば
、内蔵電池形、太陽電池形、マイクロ波伝播形および高
周波誘導形とがある。使用する半導体メモリの種類とし
ては、ＲＯＭからＦＲＯＭ、そして最近ではＥＰＲＯＭ
やＥＥＰＲＯＭも知られている。この分野の最近の動き
を示す代表的な例は次のとおりである。

２１）　特公昭５３−６４９１ ２）　　　　ＩＩ　　５７−５２６２０４、）　　　　
Ｉｔ　　５８−１５１７２２５）　　　　〃　５８−１
５４０８２ ６）　　　　ＩＩ　　５９−７７６９９半導体データキ
ャリアの用途は、従来の磁気カートにとって代わるにと
とまらず、これまでにない新しい分野にも急激に広がっ
ているが、公知の提案された方式はいくつかの点で欠点
があり、それらは次のとうりである。

（１）初期のデータキャリアシステムにおいては、デー
タの読出し・書き込みのとき、データキャリアと読出し
あるいは書き込み装置との接続に電気的接点を必要とす
るため、接触点の劣下による信頼性の低下や接触面確保
のため、形状、外観に大きな制限を与えた。

（２）その後、電気的接触点を必要としないものもいく
つか提案されたが、高エネルギー場を形成する必要を肴
し、読出し、書込み装置が複雑になったり、高エネルギ
ー場により取扱い者の人体に悪い影響を与える想念があ
った。

（３）電気的接触点も持たずかつ問題視される程の高エ
ネルギー場の形成を必要としないものもあった。しかし
、機能が限定されてしまい、単なる信号処理やエネルギ
ー場を再利用する送信装置など単一機能に限定され、単
独としての利用価値に欠けるものであった。

（４）コストの問題も重要である。従来は機能を優先さ
せるため、構造の簡素化に欠け、高価なＣＰＵを必要と
し、それがコストに波及していた。

公知のいくつかの方式の一般的な欠点について述べたが
、本発明にとってもっとも近いと思われる先行技術は特
公昭５７−５２６２０である。この方式の特徴は、誘導
性電気手段によって読取部から特定の周波数で送出され
る電力を受取り、この特定周波数とは異なる周波数でデ
ータカードから読取部へデータを送るようになっている
。

しかしながら、非接触によるデータの読出しは実現でき
たものの、この読出しと同様に非接触でデータの書込み
を行なうことができない欠点があり、また、読出しデー
タは高周波パルスを搬送波とするＦＳＫ変調されるにす
ぎないため、外部雑音の影響を受けやすくデータ誤りの
危険がある。

（発明の目的） 本発明は一般的な目的は、データキャリアに対する電力
の供給とデータの書き込みおよび読出しが非接触で行う
ことができるデータキャリアシステムを提供しようとす
るにある。

本発明の目的は、ノズルや外乱による意図しないデータ
の書込みや書込まれたデータの不本意な変更を生ずるこ
とがほとんどない信頼性の高いデータキャリアを提供し
ようとするにある。

また、本発明の目的は、書込み動作中に書込みデータを
確認することが可能なライトアクタ−リード方式のデー
タキャリアシステムを提供しようとするにある。

本発明の別の目的は、きわめて小形軽量かつ安価に製作
できるデータキャリアを提供しようとするにある。

（発明の概要） 本発明によるデータキャリアシステムは、第１図から明
らかなように大きく分けてマスターユニット１００と、
データキャリア２００の２つのシステムよりなる。マス
ターユニット１００は、後で詳細に説明されるように電
磁界の微小なエネルギー場を形成する発振部と、書き込
みデータ及びデータキャリア側のクロックをエネルギー
場に形成する回路と、エネルギー場を介して反射してく
るデータキャリアからのデ〜りを解読する回路と、シス
テムを管理および動作させるマイクロプロセッとがある
。もう一方のデータキャリア２００は、上記マスターユ
ニット１００より受けたエネルギーに基づいてその内部
に電力とデータとを発生させ、このデータを記憶したり
、自身の持つデータを送信するシステムをもつ装置であ
る。基本的にはマスターユニット１００で発生する高周
波の電磁界の場を利用してデータキャリア２００と相互
でデータの書き込み、読出しを行なう。この場合、デー
タキャリア２００で必要な電力および内部クロックパル
スは電磁界の場を利用して非接触な形でマスターユニッ
ト１００より供給される。データキャリア内には、書き
込みに対する保護回路があり、データの改ざんおよび不
正な読出し等を禁止している。

（実施例の説明） 第２ａ図を参照すると、マスターユニット１００は、マ
イクロプロセッサ１０１を中心に前システムのコントロ
ールを行ない、また、読出し専用メモリおよびランダム
アクセスメモリ１０２と入出カニニット１０３とからの
データをシフトレジスタ１０４を介してアドレスフラグ
、データを包含してひとかたまりのライトデータを作成
する。

このライトデータは送／受信変換器１０５を介してデー
タキャリア２００の動作となるパルスと共にコンポジッ
トされてパワー発振器１０６へ送られる。ハワー発振部
１（１６では５０ＭＨｚのキャリア波が発生されて送受
信変換器１０５より送られてきた信号とコンポジットさ
れてコイル１０７に送られ外部に発進される。これによ
りコイル１０７は外部に対してライトデータを包含した
エネルギー場を形成する。詳細は後で述べら九るが、デ
ータキャリア２００　（第２ｂ図参照）では、このエネ
ルギー場より電力を供給され内部でライトデータを処理
しながら、内部発振器を起動させ、マスターユニット１
．００によって形成されたエネルギー場に反射波を乗せ
ることによりツー１クデータを転送する。データキャリ
ア２００から戻るリードデータは、コイル１０７で第１
図に示すような波形の形でパワー発振器１０６に反射さ
れる。これが送／受信変換器１０５でリードデータのみ
同調され、シフトレジスタ＋０４に送られ一連の処理を
受けた後、マスターユニット１００の内データバス１０
９に乗り各部に転送されかつ処理され、その結果が表示
されたり記憶される。なお、参照符号１１０は入出力デ
コーダ、１１２はタロツクパルス分周器である。

次に第２ｂ図を参照すると、データキャリア２００はマ
スターユニット１００により形成されたエネルギー場を
介してコイル２０１に電力が誘起される。この電力には
データキャリア１００の動作クロックとライトデータも
含まれているため、まず、電力発生部２０２で′６源と
なる電力を分離しデータキャリア２００内の各ブロック
に供給される。さらにデータ／クロック分雑部２０３に
て、クロックとライトデータとに分離され、ライトデー
タはシフトレジスタ部２０４に送られる。ここでは、比
較器２０７どの間において、データキャリア自身が持つ
内部コードと比較され、それが一致した場合に限りメモ
リ２０５にアクセスが可能になる。メモリ一部２０５の
データバスには、詳細は後述さ孔るように書き込み時の
パスラインにスイッチが取付けられて、リード／ライト
データの識別が行われる。さらにメモリ２０５に出力さ
れたデータは、データ送／受信部２０６に送られ、デー
タキャリア２００内の発振器から発生した波とコンポジ
ットされて、コイル２０１に誘起される。このリードデ
ータは、エネルギー場を介してマスターユニット１００
側にエコーのように反射した形で発生し、そこで識別さ
れる。

なお、参照符号２０９はメモリ２０５として半導体ラン
ダムアクセスメモリを使用した場合のバックアップ用電
源である。

第３ａ図と第３ｂ図は、それぞれ第１図と第２図に示さ
れたマスターユニット１００とデータキャリア２００と
をもう少し詳細なブロック図で図解したものであるが、
これらの図面を参照して、以下、マスターユニット１０
０とデータキャリア２００との間におけるデータの書き
込みと読出しについて説明する。

最初に書き込みモードについて説明すれば、マイクロプ
ロッセサ１２０より転送モードになったことを知らせる
信号が発振器１２１に到達すると、この発振器１２１は
内部に有する水晶発振器（４ＭＩ（ｚ）から２　Ｍ　Ｈ
ｚのパルスを発生する。

この２　Ｍ　Ｈｚのパルスは、書き込みデータ加工用と
して出力波合成変調回路１２２に供給されるものと、読
み出し・書き込み用クロック生成のためにクロック発生
回路１２３に供給されるものとに分割される。読み出し
・書き込みクロックは第４図に示すようなタイミングで
発生する。

マイクロプロツセサ１２０側から８ビツトパラレルの書
き込みアドレス／データが上記書き込みクロックととも
にパラレル−シリアル変換回路１２４へ送られシリアル
データに変換される。

書き込みクロックはカウンタ回路１２５で９サイクルづ
つの１８サイクル分カウントされる。これがパラレル−
シリアル変換回路１２４に送られ。

８ビツトづつの書き込みアドレス／データが第５図のよ
うに構成される。さらにパラレル−シリアル変換回路１
３３でシリアル形式に構成されたデータは、クロック発
生回路１２３からの書き込みクロック（第６ａ図）と発
振器１２１からの２Ｍ１（ｚのパルス（第６ｂ図）によ
ってデータ″１″′。

ＬＬ　ＯＩ＋を第６ｃ図のように加工する。上記書き込
みデータは転送キャリア変調回路１２６に送られ、搬送
波発振器１２７の５０ＭＨｚキャリアの振幅を変調する
。この被変調波はコイル１２８から放射される。参照符
号１４０はＲＯＭ、１４１はＲＡＭ、１４２はチップセ
レクタ、１４３はディスプレイ、１４４は信号用電源制
御回路、１４５は転送用電源制御回路である。

第３ａ図につづいて第３ｂ図を参照すると、マスターユ
ニット１００のコイル１２８より電磁波に変換された書
き込みデータは５０ＭＨｚのキャリアにのってデータキ
ャリア２００のコイル２２０にエネルギーを誘起する。

この時の誘起電圧波形には読み出しデータによる波形も
発生するので後に説明を加える。上記受信ネルギーは整
流回路２２１で整流され、かつ電源・信号波分離回路２
２２で電源と信号波に分けられる。その信号波はデータ
・タロツク分離回路２２３でさらにデータキャリア２０
０内の内部クロックと書き込みデータに分けられる。書
き込みデータはシリアル−パラレル変換回路２２４に送
られシリアルデータがパラレルデータに変換される。こ
の回路２２４より出力されるシリアルデータ形式は第５
図に示されたものと同様である。クロックは、読み出し
・書き込みストローブを生成する。書き込みストローブ
はデータシリアルパラレル変換回路２２４およびアドレ
スシリアル−パラレル変換回路２２５に供給され１６ビ
ツトのパラレルデータを作るために利用され、読み出し
ストローブは出力データパラレル−シリアル変換回路２
２６に利用される。

ストローブと１６ビツト識別信号及びアドレス／データ
により動作コード確認回路２２８では読み出し・書き込
みのイネーブルを制御する。

この回路２２８では、データキャリア２００のもつ４つ
のモートを選択するようになっているが、各モートにつ
いては以下の４通りがある。

１）初期モード 電源オン時のメモリー・データ入出力端子をハイインピ
ーダンスにし、バススイッチ２３０をオフとする。これ
によりデータキャリア２００から送られる信号は何も意
味をもたなくなる。

２）書き込み用モード マスターユニット１００からデータギヤリア２００内の
メモリーにデータの書き込みを可能とするモードである
。

３）読み出し用モード データキャリア２００のもつ情報をマスターユニット１
００へ送ることを可能にするモードである。

４）確認用モード メモリーのデータ入出力端子はハイインピーダンスにな
り、パススイッチ２３０をオンすることにより、データ
キャリア２００が受信した信号をそのまま送信するモー
ドである。マスターユニット１００での確認用として用
いることができる。

上記データキャリア２００のもつ４つのモードにより、
本システムはデータキャリア２００内データの読出し、
書き込みの制御及びデータ転送時の信頼性の向上、メモ
リー内データのプロテクトがなされる。更にマスターユ
ニット１００内でデータの暗号または符号化を行うよう
にすれば、データキャリア２００内のデータは２重の保
護を施されることとなり、データの機密性は更に向上さ
れる。

動作コード確認回路２２８ではストローブと１６ビツト
識別信号及びアドレス／データが書込み用コードになっ
た場合にはメモリ２２９を書き込みイネーブルする。書
き込みイネーブルするとスイッチ２３０はオンされ、デ
ータキャリア２００内のデータバス２３１は書き込みモ
ードに移行することによって書き込みイネーブルの間、
コイル２２０には、書き込みデータに関する反射インピ
ーダンスローディングが起こり、マスターユニット１０
０側では書き込みデータのモニタが可能となる。メモリ
２２９は非同期式メモリーであり。

１度書き込みモードに移行した後は、書き込みアドレス
／データがパラレル変換された時に生成されるストロー
ブによって書き込みが可能となる。

書き込み用コードのアドレス／データとストローブ、識
別信号が同期して発生しないときは、読出しモードの状
態を維持する。また、書き込みモードから読出しモード
への移行は書き込み用コードのアドレス／データと上記
のストローブ、識別信号を同期させることにより可能と
なる。マスターユニット１００より書き込みブロックを
通してアドレスを送信すれば、読出しモードではメモリ
ー２２９は、上記アドレスデータをメモリーの出力端に
出力する。メモリー２２９は、この例ではバックアップ
用電池２３５を備えたランダムアクセスメモリからなっ
ているが、これはＥ　Ｅ　Ｐ　ＲＯＭに代えることもで
きる。この時スイッチ２３０はオフ状態となり、データ
キャリア２００内のデータバス２３１は読出し、書き込
み用のデータバスに分割される。メモリ２２９より出力
された読出しデータは回路２２６でパラレルからシリア
ルに変換される。シリアルデータに変換された読出しデ
ータは、出力波変調回路２３３において読出し用発振器
２３２の発振波とコンポジットされる。さらに共振回路
のインピーダンスを変換する。インピーダンスの変換は
マスターユニット１００　（Ｉｌｌに反射インヒータン
スローデイングを起こし、コイル１２８で発生するキャ
リア波を変調する。マスターユニット１００内に転送さ
れた読出しデータは共振回路１３０で復調され入力デー
タクロック同期回路１３１に送られる。

最初に述べた発振器１２１によって読出し・書き込みデ
ータを１タロツクサイクル内に位置付けたわけだが、こ
こで発生させる読出し用クロックによってデータキャリ
ア２００からの読出しデータを回路＋３１を介して同期
させる。読出しデータはシリアルデータなので回路１３
２でパラレル変換しマイクロプロセッサ１２０側に伝え
る。

これまで述べたところから明らかなとおり、本発明によ
るデータキャリアシステムにおいては、データキャリア
２００による反射インピーダンスローディングがマスタ
ーユニット１００に生じ、それによりマスターユニット
１００はデータキャリア２００からの読出しデータを解
読する点に特徴を有しているが、この点をさらに説明す
る。

第７図はマスターユニット１００とともにデータキャリ
ア２００のパワーレギュレータ、データ受信器およびデ
ータ送信器の部分の詳細図を示しているが、この回路図
において、負荷インピーダンスをＲＬ、コイル、同調用
コンデンサが理想素子と考えれば同回路は第８図と等価
となる。第８図のスイッチが第７図のトランジスタＴｒ
と等価で、このトランジスタＴｒのＯＮ、　ＯＦＦによ
りマスターユニット１００側からみた負荷に変動が起こ
り、マスターユニットコイルＬ１に反映する。このとき
の転送波形は第１図に示されたものである。本方式にお
いては、１つのコイルにおいてリード、ライト動作を行
なう。また、対象となるデータキャリア２００の内部ク
ロックはマスターユニット１００よりリードデータとコ
ンポジットされて供給される。更に１ビツトの転送時に
リード／ライトを行なう。この説明を１ビツトのデータ
転送時間内にパワー発振器１２７のコイル１２８に表わ
れる電圧波形を参照しながら説明を行なう。まず、設定
としてキャリア波は５０ＭＨｚ、読出しデータはＩｌｌ
＋＋、書き込みデータは１１１”の場合、またクロック
については４０ＫＨｚとする。クロックドライブ１２３
で発生するクロック波を第９ａ図に示す。また、データ
／クロック混合器１２２でライトデータＩＩ　Ｉ　ＩＩ
とクロック波がコンポジットされた波形を第９ｂ図に示
す。さらにデータキャリアのデータ送信器２３２で加工
されたリードデータｔｒ　Ｉ　ＩＩの出力波形を第９ｃ
図に示す。

第９図の（ａ）からＣＣ）に示された出力波形により転
送波形は影響を受け、結果的に変調されたことになる。

次に影響を受けた後の転送波形すなわちマスターユニッ
ト側送信コイル１２８の両端に表われる波形を第９ｄ図
に示す。これにより１０μｓｅｃ幅の１タロツク内に反
射インピーダンスローディングによって生じたＩ　Ｍ　
Ｈｚの読出しデータ″１”が確認される。クロック・ド
ライバ１２３で発生する読出し・書き込みタイミングは
第４図に示されている。読出しストローブに同期して読
出しデータは入力データクロック同期回路１３１で判別
される６以上により反射インピーダンスローディングに
より、データの受は渡しが可能となる。

以上、本発明による特定の実施例について詳細に説明し
たが、本発明の実施例として、これまでに説明したもの
の他にホストコンピュータの末端にデータキャリアを作
動的に接続することもできる。

（発明の作用効果） 本発明によるデータキャリアは動作電源を必要とせず、
またＣＰＵも必要とせず、その構成は小形薄形コイルと
ＩＣチップ、それと場合によってはＲＡＭ内データ保持
用のバックアップ用電池だけであるから、その形状は指
定が少ない。バックアップ用電池はＲＡＭの代りにＥＥ
ＰＲＯＭ　（消去形プログラマブル読出しメモリ使用す
るときは不要となる。また、非接触でデータの受は渡し
を行うことが可能なため、利用に関しても外観に与える
影響は極めて少ない。

また、入出力装置についても比較的簡単な構造のために
コンパクトで人が携帯することもできる。これよりデー
タキャリアは、ものに対して、メモリを取付けることが
できるから、センサなどを介して、取付けたものの識別
や状態を記録したりもでき、その応用は各ユーザーのニ
ーズによって与えられるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるデータキャリアシステムのマスタ
ーユニットとデータキャリアとからなる全体構成を図解
するとともにマスターユニットとデータキャリアとの間
で転送される代表的な波形を示す説明図、第２ａ図と第
２ｂ図はそれぞれ第１図に示されたマスターユニットと
データキャリアのブロック図、第３ａ図と第３ｂ図はそ
れぞれ第２ａ図および第２ｂ図に示されたマスターユニ
ッ１−とデータキャリアのもう少し詳細な回路図、第４
図は芹き込みクロックと読出しクロックのタイミングを
図解する波形図、第５図はデータ配列を示す説明図、第
６図は書き込みクロックと２進データとの関係を示す波
形図であって、第６ａ図は書込みクロックパルス、第６
ｂ図は書込み発振器出力パルス、第６Ｃ図は合成出力パ
ルス、第７図はデータキャリアの一部を詳細に示す回路
図、第８図は第７図の等価回路図、第９図はマスターユ
ニットからデータキャリアへ転送される信号の形成過程
を示す波形図であり、（ａ）はクロック波、（ｂ）はデ
ータとタロツクとが重畳された波形、（Ｃ）はデータキ
ャリアにおけるデータ送信器の出力波形５（ｄ）はマス
ターユニット側コイルの両端に表われる転送波形である
。 １００・・・マスターユニ−ット ２００・・・データキャリア １２１・・・書込み用発振器 １２２・・・出力波合成回路 ］２３・・・クロックパルス発生器 １２６・・・転送キャリア変調器 １２７・・・転送用キャリア発振器 １２８・・・マスターユニット側コイル２２０・・デー
タキャリア側コイル ２２１・・整流回路 ２２９・・・ランダム・アクセス・メモリ２３３・・・
出力波変調器 特許出願人　　スター　マイクロニクスリサーチ　ラボ
ラトリーズ インコーポレーテイッド 代　　　理　　　人　　　伊　　　　東　　　　頁　　
　　雄第５図 に）ニー１８□い、。、７２ケイ２７．−二“°１”ゲ 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体メモリと、このメモリに対するデータの書込みと
   読出しとを制御する入出力制御手段と、前記メモリおよ
   び入出力制御手段に対して電力を供給する電源手段とを
   含むデータキャリアと、前記入出力制御手段と協働して
   、前記メモリに書込むべきデータを送りかつ該メモリか
   ら読出されたデータを受取るマスターユニットとを備え
   たデータキャリアシステムにおいて、前記マスターユニ
   ットは、クロックパルスを発生する手段と、前記クロッ
   クパルスの各周期ごとに前記データキャリアに書込むべ
   きデータの内容に関連づけられた第１の信号を発生する
   手段と、前記クロックパルスに第１の信号を重畳させて
   なる第２の信号を形成する手段と、搬送波を発生する手
   段と、前記第２の信号によって前記搬送波を振幅変調し
   てなる第３の信号を形成する手段とを含み、前記データ
   キャリアは前記マスターユニットから前記第３の信号の
   形でデータと電力とを供給されることを特徴とする半導
   体データキャリアおよびデータ・リードライト方式。