JP2007164369A - Non contact ic card, method for adjusting tuning frequency, frequency adjuster and system for adjusting tuning frequency - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁誘導を用いた非接触通信を行う非接触ICカード、非接触ICカードの同調周波数の調整方法、非接触ICカードの周波数調整器、及び、非接触通信の同調周波数の調整システムに関する。 The present invention relates to a non-contact IC card that performs non-contact communication using electromagnetic induction, a method for adjusting a tuning frequency of a non-contact IC card, a frequency adjuster for a non-contact IC card, and a tuning frequency adjustment system for non-contact communication About.
近年、地下鉄等の交通機関の共通乗車券、または、電子マネーシステム等に非接触ICカードが導入されている。このICカードに対するデータの書き込み、あるいは読み出しは、電磁誘導の原理に基づいて、非接触で行われる。 In recent years, non-contact IC cards have been introduced into common tickets for transportation such as subways or electronic money systems. Data is written to or read from the IC card in a non-contact manner based on the principle of electromagnetic induction.
非接触ICカードシステムは、ICカードとリーダライタとから構成される。リーダライタは、ICカードに電磁波を放射する。ICカードには、ループアンテナと同調コンデンサとからなる共振回路が設けられており、この共振回路がリーダライタから放射された電磁波を受信する。ICカードは、受信した電磁波に整流平滑や安定化などの処理を施し、電磁波から直流電流を生成する。 The non-contact IC card system includes an IC card and a reader / writer. The reader / writer emits electromagnetic waves to the IC card. The IC card is provided with a resonance circuit including a loop antenna and a tuning capacitor, and the resonance circuit receives an electromagnetic wave radiated from the reader / writer. The IC card performs processing such as rectification smoothing and stabilization on the received electromagnetic wave, and generates a direct current from the electromagnetic wave.
ICカードには、電池が設けられておらず、受信した電磁波から必要な電力を取得してデータの送信を行う。ICカードは、十分な電力を得るために、電磁波をできるだけ効率良く受信する必要がある。 The IC card is not provided with a battery, and transmits necessary data from the received electromagnetic wave to transmit data. The IC card needs to receive electromagnetic waves as efficiently as possible in order to obtain sufficient power.
ICカードは、基本的には1枚だけで使用されるが、複数枚、例えば、2枚重ねられた状態で使用される場合もある。交通機関の共通乗車券や電子マネーなどでは、ループアンテナの同調周波数として13.56MHzを採用している。複数枚のICカードを重ねた場合、ICカードの間に相互インダクタンスが発生し、定格の同調周波数である13.56MHzよりも同調周波数が低くなる。 Basically, only one IC card is used, but there are also cases where a plurality of IC cards, for example, two are used. In common tickets for transportation and electronic money, 13.56 MHz is adopted as a tuning frequency of the loop antenna. When a plurality of IC cards are stacked, mutual inductance is generated between the IC cards, and the tuning frequency is lower than the rated tuning frequency of 13.56 MHz.
そこで、既存の非接触ICカードシステムでは、複数枚重ねたときの同調周波数の低下を考慮し、ICカードの同調周波数を13.56MHzよりも高めに設定している。これは、カードを2枚重ねた場合においてアンテナ間の結合により同調周波数が13.56MHzとなり効率よく通信ができることが意図したものである。 Therefore, in the existing non-contact IC card system, the tuning frequency of the IC card is set higher than 13.56 MHz in consideration of a decrease in tuning frequency when a plurality of sheets are stacked. This is intended to enable efficient communication with a tuning frequency of 13.56 MHz due to coupling between antennas when two cards are stacked.
しかし、実際には、例えば、鉄道の改札などにおいてカードを1枚のみでかざすことが多い。1枚で使用した場合、リーダライタから受信する電力のエネルギー効率が悪くなる。通信距離が同調周波数13.56MHzのものに比べて短くなる。また、同調周波数がずれると、不感帯が存在し、距離が近くとも通信できない場合がある。このように、同調周波数のずれは、通信に大きな支障をきたすことが考えられる。 In practice, however, there are many cases where only one card is held over, for example, a railway ticket gate. When it is used alone, the energy efficiency of the electric power received from the reader / writer is deteriorated. The communication distance is shorter than that with a tuning frequency of 13.56 MHz. In addition, when the tuning frequency is shifted, there is a dead zone and communication may not be possible even if the distance is short. As described above, it is conceivable that the shift in the tuning frequency causes a great trouble in communication.
従来の技術には、ICカードにアダプタを装着し、ICカードが1枚であっても、複数のICカードが重ねられた状態と同等の状態とさせ、リーダライタと最適な同調周波数の信号で通信させる技術が存在する(特許文献1参照)。 In the conventional technology, an adapter is attached to an IC card, and even if there is only one IC card, the state is equivalent to a state in which a plurality of IC cards are stacked, and a signal with an optimum tuning frequency is obtained from the reader / writer. There is a technology for communication (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1記載のアダプタは、ICカードと同じ形状寸法を持つアンテナを意図しており、また、アダプタの素材や構成が明記されていない。また、特許文献1記載のアダプタは、貼り付け位置にも自由度がない。
However, the adapter described in
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、同調周波数を調整することができる非接触ICカード、非接触ICカードの同調周波数の調整方法、周波数調整器、及び、同調周波数の調整システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a non-contact IC card capable of adjusting a tuning frequency, a method for adjusting a tuning frequency of a non-contact IC card, a frequency regulator, and a tuning frequency. The purpose is to provide a coordination system.
上述した目的を達成するために、本発明は、ループアンテナと、ループアンテナとともに共振回路を生成する同調コンデンサと、同調コンデンサに接続され共振回路を介して電波を送受信するICチップと、同調周波数の調整に用いる共振回路である周波数調整回路とを有する非接触ICカードの周波数調整回路に磁性体を近接させることにより、ループアンテナと同調コンデンサとからなる共振回路と周波数調整回路との間の相互インダクタンスを変化させ共振点を調整する。 In order to achieve the above-described object, the present invention includes a loop antenna, a tuning capacitor that generates a resonance circuit together with the loop antenna, an IC chip that is connected to the tuning capacitor and transmits and receives radio waves via the resonance circuit, and a tuning frequency. The mutual inductance between the resonance circuit composed of the loop antenna and the tuning capacitor and the frequency adjustment circuit by bringing the magnetic substance close to the frequency adjustment circuit of the non-contact IC card having the frequency adjustment circuit which is a resonance circuit used for adjustment To adjust the resonance point.
本発明を適用した非接触ICカードは、ループアンテナと同調コンデンサとからなる送受信用の共振回路のほかに、周波数調整用の共振回路である周波数調整回路とを備える。非接触ICカードの周波数調整回路に磁性体を近接させることにより2つの共振回路の相互インダクタンスを変化させ共振点を調整することができる。 A contactless IC card to which the present invention is applied includes a frequency adjustment circuit, which is a resonance circuit for frequency adjustment, in addition to a transmission / reception resonance circuit composed of a loop antenna and a tuning capacitor. By bringing a magnetic substance close to the frequency adjustment circuit of the non-contact IC card, the mutual inductance of the two resonance circuits can be changed and the resonance point can be adjusted.
以下、図面を参照して本発明を適用した同調周波数の調整システムについて説明する。なお、本実施の形態では、調整システムの説明に先立って、既存の非接触ICカードの仕組みについて説明する。 Hereinafter, a tuning frequency adjustment system to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, prior to the description of the adjustment system, the mechanism of an existing non-contact IC card will be described.
図1は、既存のICカードシステム1の構成を示す概念図である。図1に示すように、非接触ICカードシステム1は、リーダライタ2と、ICカード3とから構成され、リーダライタ2とICカード3との間で、電磁誘導を用いた非接触な通信を行う。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of an existing
ICカード3は、図1及び図2に示すように、ループアンテナ4、ICチップ5、同調コンデンサ6を備える。ループアンテナ4は、同調コンデンサ5とともに共振回路を構成する。共振回路は、リーダライタ2から放射された電磁波を受信し、受信した電磁波を電気信号に変換する。ICカード3がバッテリを有しないバッテリレス型である場合、ICチップ5は、受信した電磁波に整流平滑や安定化などの処理を施し、電磁波から直流電流が生成する。直流電流は、ICカード3の各部に供給される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the IC card 3 includes a loop antenna 4, an
リーダライタ2から放射された電磁波には、コマンドやデータなどの信号が含まれる。ICチップ5は、電磁波を復調して信号に変換し、信号に含まれるデータをICチップ5に記録したり、ICチップ5に記録されたデータを変調してリーダライタ2に送信する送信処理を行う。
The electromagnetic waves emitted from the reader / writer 2 include signals such as commands and data. The
ICカード3の同調周波数は、ループアンテナ4のインダクタンスと同調コンデンサ6容量とICチップ5の容量との総和によって決まることが一般に知られている。ここで、図2に示すICカード3のループアンテナ4のインダクタンスをL1、同調コンデンサ6とICチップ5との総容量をC1とおくと、その共振点ω0は、式(1)から求められる。
ω0=1/(L1×C1)1/2 ・・・(1)
図3では、既存のICカード3−1,3−2を重ねた様子を示す。ICカード3−1のループアンテナ4−1のインダクタンスをL1、同調コンデンサ6−1とICチップ5−1内の総容量をC1とし、ICカード3−2のループアンテナ4−2のインダクタンスをL2、同調コンデンサ6−2とICチップ5−2の総容量をC2とする。
It is generally known that the tuning frequency of the IC card 3 is determined by the sum of the inductance of the loop antenna 4, the capacitance of the tuning capacitor 6, and the capacitance of the
ω 0 = 1 / (L1 × C1) 1/2 (1)
FIG. 3 shows a state in which the existing IC cards 3-1 and 3-2 are stacked. The inductance of the loop antenna 4-1 of the IC card 3-1 is L1, the total capacity of the tuning capacitor 6-1 and the IC chip 5-1 is C1, and the inductance of the loop antenna 4-2 of the IC card 3-2 is L2. The total capacity of the tuning capacitor 6-2 and the IC chip 5-2 is C2.
2枚のICカード3−1,3−2の規格が同じであれば、ループアンテナ4−1,4−2のインダクタンスL1,L2と同調コンデンサ6−1,6−2とICチップ5−1,5−2内の総容量C1,C2が等しい。これを数式で表現すると、式(2)のようになる。
L2=L1,C2=C1 ・・・(2)
ICカード3を2枚重ねると、2枚のICカードの間に相互インダクタンスが発生する。式(2)を満たすようなICカード3−1,3−2がかざされたときの相互インダクタンスをMとすると、2枚のICカード3−1,3−2の共振点ω0’は、式(3)で表される。
ω0’=1/((L+M)×C)1/2 ・・・(3)
相互インダクタンスMが大きいと、式(3)の分母が大きくなり、共振点ω0’は低くなる。この傾向は式(4)のように2つの共振回路のインダクタンスL1,L2と同調コンデンサの容量C1,C2とが異なる場合にも成り立つ。
L1≠L2,C1≠C2 ・・・(4)
既存のICカードは、共振点の低下を考慮して、ICカードの同調周波数を高くし、複数枚のICカードを重ねたときに(本実施の形態では2枚)、最も効率のよい13.56MHzで共振するように設計されている。
If the standards of the two IC cards 3-1 and 3-2 are the same, the inductances L1 and L2 of the loop antennas 4-1 and 4-2, the tuning capacitors 6-1 and 6-2, and the IC chip 5-1. , 5-2 are equal in total capacity C1, C2. When this is expressed by a mathematical formula, the formula (2) is obtained.
L2 = L1, C2 = C1 (2)
When two IC cards 3 are stacked, mutual inductance is generated between the two IC cards. When the mutual inductance when the IC cards 3-1 and 3-2 satisfying the expression (2) are held over is M, the resonance point ω 0 ′ of the two IC cards 3-1 and 3-2 is It is represented by Formula (3).
ω 0 ′ = 1 / ((L + M) × C) 1/2 (3)
When the mutual inductance M is large, the denominator of the equation (3) is large and the resonance point ω 0 ′ is low. This tendency is also true when the inductances L1 and L2 of the two resonant circuits and the capacitances C1 and C2 of the tuning capacitors are different as shown in Expression (4).
L1 ≠ L2, C1 ≠ C2 (4)
The existing IC card has the highest efficiency when the tuning frequency of the IC card is increased in consideration of a decrease in the resonance point and a plurality of IC cards are stacked (two in this embodiment). Designed to resonate at 56 MHz.
既存のICカードシステム1では、1枚のICカード3で使用するときには、最適な同調周波数よりも少し高めになってしまう。同調周波数が最適値からずれると、リーダライタ2との通信可能距離が短くなったり、不感帯が発生したりする。
In the existing
本発明を適用した同調周波数の調整システムでは、ICカードを1枚で使用する場合であっても効率的な通信を可能とするため、磁性シート(後述)の付け外しによる同調周波数の調整を行う。 The tuning frequency adjustment system to which the present invention is applied adjusts the tuning frequency by attaching and detaching a magnetic sheet (described later) in order to enable efficient communication even when only one IC card is used. .
図4は、本発明を適用した同調周波数の調整システム10の構成を示す。本発明を適用した同調周波数の調整システム10は、同調周波数を調整するための回路(以下、周波数調整回路と記す)13を内蔵したICカード11と、磁性シート12とから構成される。
FIG. 4 shows a configuration of a tuning
ICカード11は、図5に示すように、周波数調整回路13、ループアンテナ4、ICチップ5、同調コンデンサ5を備える。ループアンテナ4、ICチップ5、同調コンデンサ6は、既存のICカード3と同じであるため、同符号を付して説明を省略する。
As shown in FIG. 5, the
周波数調整回路13は、ICカード11の略中央に設けられている。周波数調整回路13は、ループアンテナ14と、同調コンデンサ15とから構成される。周波数調整回路13は、たとえて言えば、小型の共振回路である。本発明を適用したICカード11は、ループアンテナ4と同調コイル5とからなる共振回路と小型の共振回路である周波数調整回路13とを有する。
The
ICカード5のループアンテナ4のインダクタンスをL1、同調コンデンサ6の容量とICチップ5の容量との総和をC1、周波数調整回路13のループアンテナ14のインダクタンスをL2、同調コンデンサ15の容量をC2とする。
The inductance of the loop antenna 4 of the
ICカード5と周波数調整回路13との間の相互インダクタンスが発生したとしても、周波数調整回路13のループアンテナ14の面積が十分小さいため、相互インダクタンスも低いが、この周波数調整回路13に磁性シート12を貼り付けると、貼り付けた部分の相互インダクタンスが大きくなり、より低い同調周波数へと共振点を変更することができる。
Even if the mutual inductance between the
磁性シート12は、例えば、樹脂と磁性材料とからなり、片面に粘着性のある素材が貼り付けられている。ICカード11には、例えば、磁性カード12の貼り付け位置を示すプリントが施されている。磁性シート12は、周波数調整回路13を覆う寸法形状をしており、所定の貼り付け位置に磁性シート12を貼り付けると、周波数調整回路13が磁性シート12で覆われる。
The
磁性シート12が貼り付けられると、周波数調整回路13とループアンテナ14とを通る磁束が大きくなり、相互インダクタンスMが大きくなる。これにより、ICカード11の共振点が変化する。本発明を適用した同調周波数の調整システムでは、このようにして、ICカードの同調周波数を規定の13.56MHzに調整している。
When the
図5に示すICカード11では、周波数調整回路13がICカード11の略中央に設けられていたため、磁性シート12を貼り付ける位置もICカード11の略中央に限定されている。
In the
次に、磁性シート12の貼り付け位置の自由度を上げたICカードについて説明する。図6に、ICカード20の一例を示す。図6において、図2のICカード3と同じ構成には、同一符号を付している。
Next, an IC card having a higher degree of freedom in the position where the
ICカード20の内部には、ループコイル4の内側に、4つの周波数調整回路13−1,13−2,13−3,13−4が設けられている。各周波数回路13−1,13−2,13−3,13−4は、図5に示した周波数回路13と同様に、ループアンテナ14−1,14−2,14−3,14−4と同調コンデンサ15−1,15−2,15−3,15−4とから構成される。
Inside the
ICカード20では、4つの周波数調整回路13−1,13−2,13−3,13−4を設けたため、磁性シート12の貼り付け位置が4箇所ある。ユーザは、4つの貼り付け位置から所望の位置を選択することができる。このように、複数の周波数調整回路13−1,13−2,13−3,13−4をICカード20に設けると、周波数調整回路13−1,13−2,13−3,13−4の数だけ貼り付け位置を増やすことができる。
Since the
しかし、複数の周波数調整回路13−1,13−2,13−3,13−4をICカード20の内部に設けたとしても、磁性シート12の貼り付け位置は、周波数調整回路13−1,13−2,13−3,13−4が配置された位置に限定されてしまう。
However, even if a plurality of frequency adjustment circuits 13-1, 13-2, 13-3, and 13-4 are provided inside the
次に、貼り付け位置の自由度をさらに高くした磁性シートについて説明する。図7は、磁性シートの一例を示す。図7の例では、磁性シート31そのものに周波数調整回路32がプリントされている。この場合、磁性シート31の貼り付け位置は、ループコイル4の内側であればよい。図7の斜線部は、磁性シート31を貼り付ける領域Aを示している。ループコイル4をなるべく外側に配置すれば、領域Aが広くなり、貼り付け位置の自由度をさらに高めることができる。また、この場合、ICカード30内部に周波数調整回路13を設けなくてもよいため、既存のICカード3の同調周波数も調整することができる。
Next, a description will be given of a magnetic sheet having a higher degree of freedom in the pasting position. FIG. 7 shows an example of a magnetic sheet. In the example of FIG. 7, the
以上説明したように、本発明を適用した同調周波数の調整システム10は、ループコイル4と共振コンデンサ6からなるICカード11の共振回路に小型の共振回路である周波数調整回路13を重ねて配置し、この周波数調整回路13を磁性シート12で覆う。これにより、ICカード11の共振回路と周波数調整回路13との間に相互インダクタンスが発生し、同調周波数を調整することができる。
As described above, in the tuning
なお、本実施の形態では、ICカードを1枚で使用するときに同調周波数が最適となるように調整を行ったが、2枚以上のICカードを重ねて使用するときに最適となるような調整を行ってもよい。 In this embodiment, adjustment is performed so that the tuning frequency is optimal when one IC card is used, but it is optimal when two or more IC cards are used in an overlapping manner. Adjustments may be made.
また、本実施の形態では、13.56MHzで共振するICカードについて説明したが、現在、電磁波を用いた非接触な通信には900MHz、2.45GHzなども利用されている。本発明は、周波数帯の異なるシステムにも適用することができる。 In this embodiment, an IC card that resonates at 13.56 MHz has been described. Currently, 900 MHz, 2.45 GHz, and the like are also used for non-contact communication using electromagnetic waves. The present invention can also be applied to systems having different frequency bands.
4 ループコイル、5 同調コンデンサ、6 ICチップ、11 ICカード、12 磁性シート、13 周波数調整回路、14 ループコンデンサ、15 同調コンデンサ 4 loop coil, 5 tuning capacitor, 6 IC chip, 11 IC card, 12 magnetic sheet, 13 frequency adjustment circuit, 14 loop capacitor, 15 tuning capacitor
Claims (7)
上記ループアンテナとともに共振回路を生成する同調コンデンサと、
上記同調コンデンサに接続され上記共振回路を介して電波を送受信するICチップと、
同調周波数の調整に用いる共振回路である周波数調整回路と
を有する非接触ICカードであって、
上記周波数調整回路に磁性体を近接させることにより、上記ループアンテナと上記同調コンデンサとからなる共振回路と上記周波数調整回路との間の相互インダクタンスを変化させ共振点を調整すること
を特徴とする非接触ICカード。 A loop antenna,
A tuning capacitor that generates a resonant circuit with the loop antenna;
An IC chip connected to the tuning capacitor for transmitting and receiving radio waves via the resonant circuit;
A non-contact IC card having a frequency adjustment circuit which is a resonance circuit used for adjusting a tuning frequency,
The non-resonance point is adjusted by changing the mutual inductance between the resonance circuit composed of the loop antenna and the tuning capacitor and the frequency adjustment circuit by bringing a magnetic substance close to the frequency adjustment circuit. Contact IC card.
上記ループアンテナとともに共振回路を生成する同調コンデンサと、
上記同調コンデンサに接続され上記共振回路を介して電波を受信するICチップと
を有する非接触ICカードの同調周波数の調整方法であって、
当該非接触ICカード内に同調周波数の調整に用いる共振回路である周波数調整回路を設け、上記周波数調整回路に磁性体を近接させることを特徴とする同調周波数の調整方法。 A loop antenna,
A tuning capacitor that generates a resonant circuit with the loop antenna;
A method of adjusting a tuning frequency of a non-contact IC card having an IC chip connected to the tuning capacitor and receiving radio waves via the resonance circuit,
A method for adjusting a tuning frequency, comprising: providing a frequency adjusting circuit, which is a resonance circuit used for adjusting a tuning frequency, in the non-contact IC card, and bringing a magnetic substance close to the frequency adjusting circuit.
シート状の磁性体に周波数調整のための共振回路である周波数調整回路を設けたことを特徴とする周波数調整器。 A frequency adjuster for adjusting a tuning frequency of a non-contact IC card having a loop antenna and a tuning capacitor that generates a resonance circuit together with the loop antenna,
A frequency regulator comprising a sheet-like magnetic body and a frequency adjustment circuit that is a resonance circuit for frequency adjustment.
上記ループアンテナとともに共振回路を生成する同調コンデンサと、
上記同調コンデンサに接続され上記共振回路を介して電波を受信するICチップと、
同調周波数の調整に用いる共振回路である周波数調整回路と
を有する非接触ICカードと、
磁性体と
を備え、
上記磁性体を上記周波数調整回路に近接させることにより、上記ループアンテナと上記同調コンデンサとからなる共振回路と上記周波数調整回路との間の相互インダクタンスを変化させ共振点を調整すること
を特徴とする同調周波数の調整システム。 A loop antenna,
A tuning capacitor that generates a resonant circuit with the loop antenna;
An IC chip connected to the tuning capacitor and receiving radio waves via the resonant circuit;
A non-contact IC card having a frequency adjusting circuit which is a resonance circuit used for adjusting a tuning frequency;
With magnetic material,
The resonance point is adjusted by changing the mutual inductance between the resonance circuit composed of the loop antenna and the tuning capacitor and the frequency adjustment circuit by bringing the magnetic body close to the frequency adjustment circuit. Tuning frequency adjustment system.
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