JP2003296683A - 非接触icカード - Google Patents

非接触icカード

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JP2003296683A JP2002102493A JP2002102493A JP2003296683A JP 2003296683 A JP2003296683 A JP 2003296683A JP 2002102493 A JP2002102493 A JP 2002102493A JP 2002102493 A JP2002102493 A JP 2002102493A JP 2003296683 A JP2003296683 A JP 2003296683A
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card
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセスばらつきや温度変動による通信品質
の劣化を抑制し、高性能な非接触ICカードを実現す
る。 【解決手段】 アンテナコイルL1・同調容量Ct・充
電容量Ca・整流器3・シャントレギュレータ4・復調
器6・デジタル信号処理部7・変調器8を備える。シャ
ントレギュレータ4は、電源VDDの低域の周波数成分
を通過させるLPFと、ゲートとソースとドレインを、
それぞれ、LPFの出力と電源VDDとVSSに接続す
るトランジスタM1とを含む。このシャントレギュレー
タ4は、電源VDDの低域成分の電力を消費する。これ
により、RX信号帯域での信号品質の劣化を抑制する非
接触ICカードを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、非接触で外部よ
り電源が供給される非接触ICカードに関し、特に、素
子ばらつきや温度変動によって生じる通信品質の劣化を
抑制する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】セキュリティ機能・個人認証機能などを
特徴とするCPU付きICカードは、リーダライタとの
データ通信を接点を介して行う「外部端子付きICカー
ド(接触型ICカード)」と電磁誘導等により行う「非
接触ICカード」とに大別される。この中で、無線でデ
ータ通信を行う非接触ICカードは、外部機器との接続
端子を必要としないため耐久性に優れる。また、受信電
波を整流器で整流しICの動作に必要なDC電源を生成
するため電池が不要であり、システムの小型化・ローコ
スト化に有効である。
【0003】図9は、従来の非接触ICカードの構成を
示す図である。図9に示す非接触ICカード1は、アン
テナコイルL1と、半導体集積回路2とを備える。半導
体集積回路2は、同調容量Ct・充電容量Ca・整流器
3・シャントレギュレータ4・復調器6・デジタル信号
処理部7・変調器8を含む。同調容量Ctとアンテナコ
イルL1とは並列に接続され、整流器3の入力に接続さ
れる。整流器3には、図10に示すように、ダイオード
D1〜D4を用いた全波整流回路を用いる。アンテナコ
イルL1で受信された信号は、整流器3により整流およ
び容量Caに充電され、デジタル信号処理部7の電源V
DDを生成する。復調器6は、電源VDDに重畳された
RX信号(受信信号)を抽出する。RX信号は、CPU
やメモリなどで構成されるデジタル信号処理部7で信号
処理される。変調器8は、デジタル信号処理部7から送
られるTX信号(送信信号)に応じてアンテナコイル間
のインピーダンスに変調をかける。シャントレギュレー
タ4は、半導体集積回路2の耐圧以上に電源VDDが上
昇するのを防ぐ回路である。
【0004】ここで、通信方式をISO/IEC 14
443 Type−Bとすると、通信周波数は13.5
6MHz・転送レートは106kbps・リーダライタ
から非接触ICカードへの変調方式は10%ASK変調
・非接触ICカードからリーダライタへの変調方式はB
PSKとなる。この場合、復調器6は電源VDDの振幅
の変動を感知してRX信号を抽出する。
【0005】非接触ICカード1に供給される電力は、
カードコイル(アンテナコイルL1)が受ける磁界強度
で決まる。磁界強度は、コイル間の距離がリーダライタ
のアンテナコイルのサイズに対して小さい場合はほぼ一
定であるが、大きい場合は距離の2乗に反比例して減衰
する。通常、非接触ICカードとリーダライタとの距離
はアンテナコイルのサイズ以上に変わるため、ICカー
ドに供給される電力は大きく変動する。たとえば、受信
電力が10mW時に半導体集積回路2の電源VDDが3
Vだったとする。ここで、非接触ICカードをリーダラ
イタに近づけて受信電力が90mWになったとする。す
ると電源VDDは9Vまで上昇する。現在の半導体プロ
セスで製造できるトランジスタの耐圧は、ゲート酸化膜
厚を10nmとすると5V程度である。このような電源
VDDの上昇はトランジスタの破壊につながる。
【0006】こうした電源VDDの電圧上昇を抑制する
ために、不要な電力を消費するシャントレギュレータ4
が用いられる。図11は従来のシャントレギュレータ4
の回路図である。電源VDDを抵抗R1,R2で抵抗分
割し、nMOSトランジスタM1のゲートに接続する。
トランジスタM1のソースは接地電圧VSSに、ドレイ
ンは電源VDDに接続される。この場合、シャントレギ
ュレータ4の動作電圧Vaは、R1とR2との抵抗比お
よびトランジスタM1のしきい値電圧Vtによって決定
される。例えば、Vt=0.7V,R1=400kΩ,
R2=100kΩとすると、 Va=(R1+R2)/R2×Vt=3.5 となり、3.5V以上の電源VDDの上昇を抑えること
ができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図11に
示したシャントレギュレータは、プロセスばらつきや温
度ばらつきによって同一の電源VDDでも消費電力がば
らつく。特に、MOSトランジスタを用いてシャントレ
ギュレータを構成すると、そのバラツキは非常に大きく
なる。例えば、MOSトランジスタのしきい値電圧Vt
が0.1V変動すると、そのトランジスタに流れる電流
および消費電力は30%程度変動する。このようにVt
がばらついてもチップ内のDC電圧を耐圧以下に抑える
には、シャントレギュレータの消費電力を大きくする必
要がある。しかし、ASK変調のような変調方式の無線
システムにおいてシャントレギュレータの消費電力を大
きくすると、RX信号の信号レベルを低下させ、通信品
質を劣化させる。
【0008】図12は、従来のシャントレギュレータ4
の電源VDDに対する消費電力の周波数特性を示す。全
周波数でほぼ平坦な特性を有する。また、図13は、A
SK変調信号を整流器3で整流した後の電源VDDの周
波数特性を示す。DCと、100kHzから数MHzの
RX信号周波数帯と、10MHz以上の搬送波周波数帯
の3つに分類できる。従来のシャントレギュレータは、
DCのみならずRX信号成分まで減衰させてしまう。
【0009】この発明は上記のような問題を解決するた
めになされたものであり、その目的は、通信品質の劣化
を抑制することができる非接触ICカードを提供するこ
とである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の1つの局面に
従うと、非接触ICカードは、電源を外部から非接触で
受けるものであって、シャントレギュレータと、復調回
路とを備える。シャントレギュレータは、受けた電源か
らRX信号の復調に不要な帯域の信号成分を減衰させ
る。復調回路は、レギュレータにより不要な帯域の信号
成分が減衰させられた電源からRX信号の復調を行う。
【0011】この発明のもう1つの局面に従うと、非接
触ICカードは、アンテナコイルと、半導体集積回路と
を備える。アンテナコイルは、信号を外部から非接触で
受信する。半導体集積回路は、整流器と、シャントレギ
ュレータと、復調器と、デジタル信号処理部とを含む。
整流器は、アンテナコイルによって受信された信号を整
流し電源を生成する。シャントレギュレータは、整流器
によって整流された信号の低域成分の電力を消費する。
復調器は、シャントレギュレータにより低域成分の電力
が消費された電源からRX信号を抽出する。デジタル信
号処理部は、整流器によって整流された電源を受け、復
調器によって抽出されたRX信号を処理する。
【0012】上記非接触ICカードでは、電源の低域成
分の電力を消費するシャントレギュレータを設けたた
め、通信品質の劣化を抑制できる。
【0013】この発明のさらにもう1つの局面に従う
と、非接触ICカードは、アンテナコイルと、半導体集
積回路とを備える。アンテナコイルは、信号を外部から
非接触で受ける。半導体集積回路は、RX復調部と、信
号処理部とを含む。RX復調部は、第1の整流器と、シ
ャントレギュレータと、復調器とを含む。第1の整流器
は、アンテナコイルによって受信された信号を整流し第
1の電源を生成する。シャントレギュレータは、第1の
電源の低域成分の電力を消費する。復調器は、シャント
レギュレータにより低域成分の電力が消費された電源か
らRX信号を抽出する。信号処理部は、第2の整流器
と、デジタル信号処理部とを含む。第2の整流器は、ア
ンテナコイルによって受信された信号を整流し第2の電
源を生成する。デジタル信号処理部は、第2の電源を受
け、復調器によって抽出されたRX信号を処理する。
【0014】上記非接触ICカードではRX復調部と信
号処理部とを分離したため、デジタル信号処理部から生
じるノイズの復調器への影響を低減できる。
【0015】好ましくは、上記シャントレギュレータは
さらに、電源または第1の電源の高域成分の電力を消費
する。
【0016】上記非接触ICカードによれば、搬送波成
分のノイズを除去できる。
【0017】好ましくは、上記シャントレギュレータ
は、ローパスフィルタと、トランジスタとを含む。ロー
パスフィルタは、電源または第1の電源の低域の周波数
成分を通過させる。トランジスタは、電源または第1の
電源を受ける電源ノードと接地電圧を受ける接地ノード
との間に接続され、ローパスフィルタの出力をゲートに
受ける。
【0018】好ましくは、上記シャントレギュレータ
は、バンドリジェクションフィルタと、トランジスタと
を含む。バンドリジェクションフィルタは、電源または
第1の電源の低域および高域の周波数成分を通過させ
る。トランジスタは、電源または第1の電源を受ける電
源ノードと接地電圧を受ける接地ノードとの間に接続さ
れ、バンドリジェクションフィルタの出力をゲートに受
ける。
【0019】好ましくは、上記トランジスタはMOSト
ランジスタである。
【0020】好ましくは、上記低域の周波数は10kH
z以下である。
【0021】好ましくは、上記高域の周波数は10MH
z以上である。
【0022】好ましくは、上記半導体集積回路はTX変
調部をさらに含む。TX変調部は、デジタル信号処理部
からのTX信号に応じてアンテナコイル間のインピーダ
ンスに変調をかける。
【0023】好ましくは、上記整流器は全波整流回路で
ある。
【0024】好ましくは、上記復調器はASK変調信号
を復調する。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。なお、以下の図において、同様の機能を有
する構成要素については従来技術(図9〜図13)と同
じ符号を付してその説明を省略する。
【0026】(第1の実施形態)まず、本発明の第1の
実施形態による非接触ICカードを、図1を用いて説明
する。
【0027】従来例(図9)との相違は、電源VDDに
対して周波数特性を有するシャントレギュレータ10を
設けたことである。シャントレギュレータ10は、図2
に示すように、ローパスフィルタ(LPF)11とnM
OSトランジスタM1とを含む。LPF11は電源VD
Dの低周波成分のみ通す。LPF11を通過した信号
は、トランジスタM1のゲートに供給される。トランジ
スタM1のドレインおよびソースは、電源VDDおよび
接地VSSにそれぞれ接続される。図2に示すように、
ここではLPF11を抵抗R1,R2と容量C1とで構
成する。例えば、R1=100kΩ,R2=400k
Ω,C1=50pFとすれば、LPF11のカットオフ
周波数は30kHz程度となる。この時、シャントレギ
ュレータ10の消費電力は、図3に示すように、電源V
DDの低域の周波数(30kHz以下)で大きく、RX
信号の信号帯域(100kHzから数MHz)を含む高
域の周波数で小さくなる。これは、電源VDDの上昇を
抑制するためにシャントレギュレータ10の消費電力を
大きくしてもRX信号に影響を与えないことを意味す
る。そのため、ばらつきや温度変動による通信品質の劣
化を抑制し、高性能な非接触ICカードを実現できる。
【0028】なお、ここで用いた変調回路8・整流器3
・シャントレギュレータ10・RX信号周波数・通信周
波数・変調方式はあくまで具体的な一例であり、本発明
はこの具体例には限定されない。
【0029】たとえば、整流器3として全波整流回路を
用いたが、交流信号を整流する回路であればよい。
【0030】また、変調器8をアンテナコイル間に接続
したが、電源VDDとVSSの間に接続してもよい。ア
ンテナ間のインピーダンスに変調をかける変調器であれ
ばよい。なお、送信を必要としないシステムにおいて
は、変調器8は不要となる。
【0031】また、シャントレギュレータ10にMOS
トランジスタM1を用いたが、バイポーラトランジスタ
を用いてもよい。
【0032】また、変調方式は、ASK変調でもPSK
変調でもFSK変調でもよい。
【0033】要は、電源VDDの低域の周波数で消費電
力が大きく、RX信号の信号帯域で消費電力が小さいシ
ャントレギュレータを有する非接触ICカードは全て本
発明に含まれる。
【0034】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態による非接触ICカードを、図4を用いて説明
する。
【0035】図4に示す非接触ICカードは、図1に示
したシャントレギュレータ10に代えてシャントレギュ
レータ40を備える。その他の構成は、図1に示した非
接触ICカードと同様である。第1の実施形態との相違
は、シャントレギュレータ40がさらに、電源VDDの
高域の周波数で電力を消費することである。
【0036】シャントレギュレータ40は、図1に示し
たシャントレギュレータ10の構成(LPF11、nM
OSトランジスタM1)に加えてさらに、LPF41
と、pMOSトランジスタM2とを含む。LPF41は
電源VDDの低周波成分のみ通す。LPF41を通過し
た信号は、トランジスタM2のゲートに供給される。ト
ランジスタM2のソースおよびドレインは、電源VDD
およびVSSにそれぞれ接続される。図5に示すよう
に、ここではLPF41を抵抗R3,R4と容量C2と
で構成する。例えば、R3=10kΩ,R4=40k
Ω,C2=5pFとすれば、LPF41のカットオフ周
波数は3MHz程度となる。すると、シャントレギュレ
ータ40の消費電力は、図6に示すように、電源VDD
の低域(30kHz以下)および高域(3MHz以上)
の周波数で大きく、RX信号の信号帯域(100kHz
から3MHz)で小さくなる。これは、電源VDDの上
昇および搬送波信号や他の周波数に生じたノイズの低減
を図ることができる。ここで、他の周波数に生じたノイ
ズとは、メモリやCPUなどのデジタル信号処理部7で
生じるノイズを指す。以上のことは、プロセスばらつき
や温度変動による通信品質の劣化を低減し、高性能な非
接触ICカードを実現できることを意味する。
【0037】なお、ここで用いたシャントレギュレータ
40はあくまで具体的な一例であり、本発明はこの具体
例には限定されない。
【0038】たとえば、シャントレギュレータ40に代
えて、図7に示すようなシャントレギュレータ70を用
いてもよい。図7に示すシャントレギュレータ70は、
図1および図2に示したシャントレギュレータ10にお
いてLPF11の代わりにバンドリジェクションフィル
タ(BRF)71を用いたものである。この場合にも周
波数特性は図6のようになり、搬送波帯域の信号成分が
除去できる。
【0039】要は、電源VDDの低域および高域の周波
数で消費電力が大きいシャントレギュレータを備える非
接触ICカードは全て本発明に含まれる。
【0040】また、RX信号帯域と高域の消費電力が同
レベルでもよい。この場合、高域の周波数での消費電力
を低減することにより、RX信号帯域での信号品質を小
さくできる。
【0041】このように、本発明は、高性能な非接触I
Cカードを実現することに寄与し、極めて有用となる。
【0042】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態による非接触ICカードを、図8を用いて説明
する。
【0043】第1および第2の実施形態との相違は、半
導体集積回路2内部にRX復調部80と信号処理部90
とをそれぞれ設けたことである。
【0044】RX復調部80は、整流器3と、シャント
レギュレータ81と、充電容量Caと、復調器6とを含
む。
【0045】信号処理部90は、整流器30と、充電容
量Cbと、シャントレギュレータ91と、デジタル信号
処理部7とを含む。
【0046】整流器3および整流器30の入力はアンテ
ナコイルL1に接続される。整流器3で整流された信号
は充電容量Caおよびシャントレギュレータ81に接続
され、電源VDD1を生成する。復調器6は、電源VD
D1からRX信号を抽出する。
【0047】整流器30で整流された信号は、充電容量
Cbおよびシャントレギュレータ91に接続され、デジ
タル信号処理部7の電源VDD2を生成する。デジタル
信号処理部7は、復調器6で抽出されたRX信号を信号
処理する。
【0048】ここで、シャントレギュレータ81には、
第1・第2の実施形態で用いたシャントレギュレータを
用いる。これにより、第1・第2の実施形態と同様に、
通信品質の劣化の無い非接触ICカードが実現できる。
【0049】また、信号処理部90とRX復調部80と
を分離しているため、さらに、デジタル信号処理部7で
生じるデジタルノイズの復調器6への影響を低減でき
る。
【0050】このように、本発明は高性能な非接触IC
カードを実現することに寄与し、極めて有用となる。
【0051】
【発明の効果】この発明による非接触ICカードは、電
源の低域で電力を消費するシャントレギュレータを設け
たため、通信品質の劣化を抑制できる。
【0052】また、シャントレギュレータはさらに、電
源の高域の周波数で電力を消費するため、搬送波成分の
ノイズを除去できる。
【0053】また、RX復調部と信号処理部とを分離し
たため、デジタル信号処理部から生じるノイズの復調器
への影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態による非接触ICカ
ードの構成を示すブロック図である。
【図2】 図1に示したシャントレギュレータの構成を
示す回路図である。
【図3】 図2に示したシャントレギュレータの消費電
力の周波数特性を示す図である。
【図4】 本発明の第2の実施形態による非接触ICカ
ードの構成を示すブロック図である。
【図5】 図4に示したシャントレギュレータの構成の
一部を示す回路図である。
【図6】 図4に示したシャントレギュレータの消費電
力の周波数特性を示す図である。
【図7】 バンドリジェクションフィルタ(BRF)を
用いたシャントレギュレータの構成を示す回路図であ
る。
【図8】 本発明の第3の実施形態による非接触ICカ
ードの構成を示すブロック図である。
【図9】 従来の非接触ICカードの構成を示すブロッ
ク図である。
【図10】 図9に示した整流器の構成を示す回路図で
ある。
【図11】 図9に示したシャントレギュレータの構成
を示す回路図である。
【図12】 図9に示したシャントレギュレータの消費
電力の周波数特性を示す図である。
【図13】 整流後の電源の周波数特性を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 非接触ICカード、2 半導体集積回路、3,30
整流器、10,40,70,81 シャントレギュレ
ータ、6 復調器、7 デジタル信号処理部、8変調
器、80 RX復調部、90 信号処理部、L1 アン
テナコイル、M1,M2 MOSトランジスタ、RX
受信信号(RX信号)、TX 送信信号(TX信号)、
11,41 ローパスファイルタ、71 バンドリジェ
クションフィルタ。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源を外部から非接触で受ける非接触I
    Cカードであって、 受けた電源からRX信号の復調に不要な帯域の信号成分
    を減衰させるレギュレータと、 前記レギュレータにより不要な帯域の信号成分が減衰さ
    せられた電源から前記RX信号の復調を行う復調回路と
    を備えることを特徴とする非接触ICカード。
  2. 【請求項2】 アンテナコイルと、 半導体集積回路とを備え、 前記半導体集積回路は、 前記アンテナコイルによって受信された信号を整流し電
    源を生成する整流器と、 前記電源の低域成分の電力を消費するシャントレギュレ
    ータと、 前記シャントレギュレータにより不要な低域成分の電力
    が消費された電源からRX信号を抽出する復調器と、 前記整流器によって整流された電源を受け、前記復調器
    によって抽出されたRX信号を処理するデジタル信号処
    理部とを含むことを特徴とする非接触ICカード。
  3. 【請求項3】 アンテナコイルと、 半導体集積回路とを備え、 前記半導体集積回路は、 RX復調部と、信号処理部とを含み、 前記RX復調部は、 前記アンテナコイルによって受信された信号を整流し第
    1の電源を生成する第1の整流器と、 前記第1の電源の低域成分の電力を消費するシャントレ
    ギュレータと、 前記シャントレギュレータにより低域成分の電力が消費
    された第1の電源からRX信号を抽出する復調器とを含
    み、 前記信号処理部は、 前記アンテナコイルによって受信された信号を整流し第
    2の電源を生成する第2の整流器と、 前記第2の電源を受け、前記復調器によって抽出された
    RX信号を処理するデジタル信号処理部とを含むことを
    特徴とする非接触ICカード。
  4. 【請求項4】 請求項2または請求項3において、 前記シャントレギュレータはさらに、 前記電源または前記第1の電源の高域成分の電力を消費
    することを特徴とする非接触ICカード。
  5. 【請求項5】 請求項2または請求項3において、 前記シャントレギュレータは、 前記電源または前記第1の電源の低域の周波数成分を通
    過させるローパスフィルタと、 前記電源または前記第1の電源を受ける電源ノードと接
    地電圧を受ける接地ノードとの間に接続され、前記ロー
    パスフィルタの出力をゲートに受けるトランジスタとを
    含むことを特徴とする非接触ICカード。
  6. 【請求項6】 請求項4において、 前記シャントレギュレータは、 前記電源または前記第1の電源の低域および高域の周波
    数成分を通過させるバンドリジェクションフィルタと、 前記電源または前記第1の電源を受ける電源ノードと接
    地電圧を受ける接地ノードとの間に接続され、前記バン
    ドリジェクションフィルタの出力をゲートに受けるトラ
    ンジスタとを含むことを特徴とする非接触ICカード。
  7. 【請求項7】 請求項5において、 前記トランジスタはMOSトランジスタであることを特
    徴とする非接触ICカード。
  8. 【請求項8】 請求項2または請求項3において、 前記低域の周波数は10kHz以下であることを特徴と
    する非接触ICカード。
  9. 【請求項9】 請求項4において、 前記高域の周波数は10MHz以上であることを特徴と
    する非接触ICカード。
  10. 【請求項10】 請求項2または請求項3において、 前記半導体集積回路はTX変調部をさらに含み、 前記TX変調部は、 前記デジタル信号処理部からのTX信号に応じて前記ア
    ンテナコイル間のインピーダンスに変調をかけることを
    特徴とする非接触ICカード。
  11. 【請求項11】 請求項2または請求項3において、 前記整流器は全波整流回路であることを特徴とする非接
    触ICカード。
  12. 【請求項12】 請求項2または請求項3において、 前記復調器はASK変調信号を復調することを特徴とす
    る非接触ICカード。
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