JP4260165B2 - 非接触ｉｃカードの有無検出回路 - Google Patents

Description

本発明は非接触ＩＣカード（以降では、「ＰＩＣＣ (Proximity IC Card)」と称す）に関し、特にＰＩＣＣへのデータの書き込みとＰＩＣＣからのデータの読み込みとを行うＰＩＣＣリード／ライト装置（ＰＩＣＣ−Ｒ／Ｗ）におけるＰＩＣＣの有無検出回路に関する。

ＰＩＣＣの諸規格はＩＳＯ(International Organization for Standardization)／ＩＥＣ(International Electrotechnical Commission) １４４４３に規定されており、ここでは本願発明との関連から上記ＰＩＣＣ−Ｒ／Ｗ等の非接触結合装置（以降、「ＰＣＤ (Proximity Coupling Device)」と称す）とＰＩＣＣとの間の電力及び双方向通信を提供するフィールドの性質と特性とを規定したＰＩＣＣ通信インタフェースのタイプＢについて簡単に説明する。

（１）ＰＣＤからＰＩＣＣへの電力の移送
ＲＦ (Radio Frequency) 動作フイールド内でＰＩＣＣに有効な電力を供給するため、ＰＣＤからＰＩＣＣへキャリア（ｆｃ＝１３．５６ＭＨｚ）が送出される。ＰＩＣＣでは受信したキャリアを整流し、内部回路の動作に必要な電源を作成する。

（２）ＰＣＤからＰＩＣＣへの通信
ＰＣＤは、データビット速度１０６Ｋｂｐｓ（ｆｃ／１２８）で前記キャリアの振幅値を１０％ＡＳＫ (Amplitude Shift Keying) 変調することにより、ＰＩＣＣへデータを送信する。

（３）ＰＩＣＣからＰＣＤへの通信
ＰＩＣＣは、前記キャリアの受信負荷をキャリア周波数の１６分の１の周波数（ｆｓ＝ｆｃ／１６）で負荷変調することによりサブキャリア（ｆｓ＝８４７ＫＨｚ）を生成し、そのサブキャリアの位相をデータビット速度１０６Ｋｂｐｓ（ｆｃ／１２８）でＢＰＳＫ (Binary Phase Shift Keying) 変調することにより、ＰＣＤへデータを送信する。

図１は、ＰＩＣＣの構成概要の一例を示したものである。
図１の例では、カード本体１０の内部にＣＰＵ部１１及びＲＦ部１２を構成する２つのチップが組み込まれており、またカード本体１０の周囲にはコイル状に巻かれたアンテナ（ＡＴ）１３が配置されている。ＣＰＵ部１１はいわゆるワンチップタイプのコンピュータで構成され、そこにはＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＥＥＰＲＯＭ、そして入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）等が含まれる。

図２には、ＰＣＤとＰＩＣＣとの間の通信インタフェースの一構成例を示している。
上記（２）で述べたＰＣＤからＰＩＣＣへの通信では、ＰＣＤの変調部（ＭＯＤ）２０によりキャリア（ｆｃ＝１３．５６ＭＨｚ）の振幅値を１０％ＡＳＫ変調した信号が出力アンプ２２、２３及びアンテナ２４を解してＰＩＣＣへ送信される。

一方、上記（３）で述べたＰＩＣＣからＰＣＤへの通信では、図１のＲＦ部１２の一部を構成するＰＩＣＣの変調部（ＭＯＤ）２９からの制御によってＲＦ信号の受信負荷２７が可変され、その負荷変調（結果的にＡＭ (Amplitude Modulation) 変調となる）によって生成されるサブキャリア（ｆｓ＝８４７ＫＨｚ）にさらに２値の位相情報（０度又は１８０度）を与えるＢＰＳＫ変調が行われる。

その変調された信号はアンテナ２６（図１の１３）を解してＰＣＤへ送信される。実際には、図２に示すようにＰＣＤが出力するキャリアで前記負荷変調（ＢＰＳＫ変調を含む）されたものを、ＰＣＤ自身がその検波部（ＤＥＴ）２１で検出することになる。

ＰＣＤの光センサ部２５は、ＰＩＣＣが通信範囲内に存在することを確認するために用いる。例えば、光センサ部２５はＰＤＣのカード検出器に取り付けられ、そのカード挿入部を通過するＰＩＣＣやカードスロットに置かれたＰＩＣＣをフォトダイオード等の光部品を使って検出する。

このように従来の回路構成では、ＰＩＣＣが通信範囲内に存在することを確認する手段が、データの送受信回路とは別個の光部品を使った回路として設けられていた。そのため、部品コストが上昇しさらに実装スーペスが制限されるという問題があった。しかしながら、近年ＰＩＣＣが普及し、その適用分野も広範に渡り、ＰＩＣＣに限らずＰＩＣＣリード／ライト装置についても極力小型化し且つローコスト化を図ることが強く要望されている。それには、先ず部品点数を可能な限り低減する必要がある。

また、従来の光センサ部２５等によるＰＩＣＣの検出手段では、例えばＰＩＣＣの変わりに鉄板等を使用してもＰＩＣＣ有りと判断される。この場合、前記鉄板等のような導電体・磁性体の存在によりＲＦフィールド内の空間インピーダンスが異常に低下し、その結果、ＰＩＣＣリード／ライト装置は過度のキャリア出力を行い、それにより出力後の電子部品が損傷するという問題があった。

そのため、従来においてはＰＩＣＣとそれ以外の導電体・磁性体とを識別するためのカード識別用の専用回路２６も別途設けられていた。これは、上述した部品コストを上昇させ、実装スーペスを制限するという問題をさらに助長するものであった。

そこで本発明の目的は、上記種々の問題に鑑み、従来のようにＰＩＣＣ有無検出回路２５及びＰＩＣＣ識別回路２５’等の専用回路を別途設けるのではなく、データ送受信部における既存の検波部（ＤＥＴ）２１の回路と一体的に構成した簡素な回路を使ってＰＩＣＣの有無検出を行い、同時にＰＩＣＣの識別をも行うＰＩＣＣの有無検出回路を提供することにある。

本発明によれば、装置が存在することを検出する検出回路において、ＲＦキャリア信号の受信レベル値をその検波整流によって検出する検出手段と、前記検出したＲＦキャリア信号の受信レベル値を所定値と比較することにより、前記装置がＲＦフィールド内に存在するかを判定する手段とで、構成する検出回路が提供される。

また本発明によれば、装置が存在することを検出する検出回路において、前記装置にＲＦキャリア信号を出力するアンテナと、前記アンテナを介して受信した前記ＲＦキャリア信号の受信レベル値をその検波整流によって検出する手段と、前記検出したＲＦキャリア信号の受信レベル値を所定値と比較することにより、前記装置がＲＦフィールド内に存在するかを判定する手段とで、構成する検出回路が提供される。

さらに本発明によれば、非接触装置が存在することを検出する検出回路において、前記非接触装置にＲＦキャリア信号を出力するアンテナと、前記アンテナを介して受信したＲＦキャリア信号の受信レベル値をその検波整流によって検出する手段と、前記検出したＲＦキャリア信号の受信レベル値を所定値と比較することにより、前記非接触装置がＲＦフィールド内に存在するかを判定する手段とで、構成する検出回路が提供される。

さらにまた本発明によれば、非接触装置に出力されるＲＦキャリア信号を受信するアンテナと、前記アンテナを介して受信したＲＦキャリア信号の受信レベル値をその検波整流によって検出する手段と、前記検出したＲＦキャリア信号の受信レベル値を所定値と比較することにより、前記非接触装置がＲＦフィールド内に存在するかを判定する手段とで、構成する前記非接触装置の検出回路が提供される。

そして本発明によれば、非接触ＩＣカードに出力されるＲＦキャリア信号を受信するアンテナと、前記アンテナを介して受信したＲＦキャリア信号の受信レベル値をその検波整流によって検出する手段と、前記検出したＲＦキャリア信号の受信レベル値を所定値と比較することにより、前記非接触ＩＣカードがＲＦフィールド内に存在するかを判定する手段とで、構成する非接触ＩＣカードの検出回路が提供される。

以上述べたように、本発明によれば、ＰＩＣＣリード／ライト装置において従来のようにＰＩＣＣ有無検出用の専用回路やＰＩＣＣ識別用の専用回路をそれぞれ別個に設けることなく、データ送受信部における既存の検波部（ＤＥＴ）２１の回路と一体的に構成された簡素な回路を使ってＰＩＣＣの有無検出を行い、同時にＰＩＣＣの識別を行うＰＩＣＣの有無検出回路が提供可能となる。

本発明のＰＩＣＣの有無検出回路は、既存の検波部の整流信号を使用し、それに簡易な電子回路を付加するだけで構成されるため、ＩＣ化やＰＬＡ等の使用により検波部と一体化した回路構成が容易に実現でき、部品点数、実装面積、及びコスト等の低減要求を十分満足させることができる。

図３は、本発明によるＰＩＣＣ有無検出回路の基本構成例を示したものである。
図３に示すように、本発明によるＰＩＣＣ有無検出回路３０は、既存の検波部２１におけるサブキャリア検波用の回路（カード検波回路部）２１と、その検波の際に得られるキャリア整流出力（ＤＣ）のレベル判定回路（電圧検出回路）３１とで構成される。ここでは、カード検波回路部２１からのキャリア整流出力を利用し、電圧検出回路３１でそのレベル判定を行うことにより、ＰＩＣＣの有無及び識別判定を行う。

従って、本発明によるＰＩＣＣ有無検出回路３０は、既存の検波部２１にＰＩＣＣの有無／識別判定機能を付加したものと見ることができる。これからは、１）サブキャリアである受信データ、２）カードの有無信号、又は３）鉄板等の導電体・磁性体の存在による異常信号、の全てが得られる。以下、本願発明の実施例を通じて上記本願発明の動作について詳述する。

図４は、図３のカード検出回路部の一実施例を示したものである。また、図５には、図４のカード検出回路部の入出力波形の一例を示している。
図５の（ａ）に示すように、ＰＩＣＣがＰＩＣＣリード／ライト装置との間で通信可能範囲にあり且つＰＩＣＣから送出する通信データが無い場合には、キャリア信号（ｆｃ＝１３．５６ＭＨｚ）にＢＰＳＫ変調の無いサブキャリア（ｆｓ＝８４７ＫＨｚ）が重畳した信号がアンテナ２４で受信される。

図４の検波回路では、その入力段に設けられた抵抗（Ｒ１及びＲ２）４１及び４２によって電源電圧を分圧した固定バイアス電位ＶB を前記受信信号に与える。この固定バイアス電位ＶB によりトランジスタ（Ｔｒ１）４４には常時微小なバイアス電流が流れ、アンテナでの受信信号レベルの大小に係わらずトランジスタ４４の線形領域での動作が保証される。

前記トランジスタ４４は、入力バッファ及び整流ダイオードとして動作し、抵抗（Ｒ４）４５とコンデンサ（Ｃ１）４６とでキャリア信号（ｆｃ＝１３．５６ＭＨｚ）の半波整流を行う整流回路を構成する。その整流出力は、図５の（ｂ）に示すように次段の増幅回路で増幅され出力される。ここで、ＶDCとして示した直流電位は後述するようにＰＩＣＣ有無の判断に用いられる。ＰＩＣＣがＰＩＣＣリード／ライト装置との通信範囲内にある場合とない場合とでは、アンテナ２４の両端に発生する信号受信電圧が異なり必然的に検波出力の直流電位ＶDCも異なるからである。

すなわち、１）ＰＩＣＣが存在しない場合は、空間インピーダンスが高くなってＶDCも大きくなる。２）一方、ＰＩＣＣがＲＦフィールド内に存在する場合には所定範囲内の空間インピーダンスとなりＶDCも所定範囲内の値となる。３）また、鉄板等がＲＦフィールド内に存在する場合は空間インピーダンスが極端に低下して小さなＶDCが得られる。なお、前記増幅回路の出力信号の内のサブキャリ成分については、図示しない後段の復調部において受信データとしてＢＰＳＫ復調される。

図６は、図３の電圧検出回路部の一実施例を示したものである。
また、図７及び図８には、前記電圧検出回路部によってＰＩＣＣ有無判定が行われる代表的な信号波形の一例を示している。
図６に示した回路例は、電圧検出回路部の機能動作及び回路規模を示すための例示であって、実際には同等な機能を有するＩＣ、トランジスタ回路、又はＰＬＡ等により構成される。

図６（ａ）において、検波回路からの信号（図５の（ｂ））は、それはそれぞれ異なる閾値Ｖ１及びＶ２が与えられた比較器５１及び５２に入力される。比較器５１の閾値Ｖ１は、図７及び図８の（ａ）に示すようにＰＩＣＣ無し（＞Ｖ１）とＰＩＣＣ有り（＜Ｖ１）との間の判定信号レベルを与える。また、比較器５２の閾値Ｖ２は、図７及び図８の（ｂ）に示すようにＰＩＣＣ有り（＞Ｖ２）と鉄板等の異物（導電体、磁性体等）を検出（＜Ｖ２）との判定信号レベルを与える。

図６の（ｂ）には図６（ａ）の回路の判定論理を示している。
入力信号（図５の直流電位ＶDC）が「Ｖ２＜ＶDC＜Ｖ１」の場合は、ＯＭ（カード有り）信号が“１”となる。この場合、ＰＩＣＣがＲＦフィールド内に存在することを示しており、その空間インピーダンスに応じた所定レベル範囲内のキャリア信号が受信される。その検波整流出力ＶDCは図７に示すようにＶ２＜ＶDC＜Ｖ１の範囲内に収まり、そのキャリア信号にはＰＩＣＣからのサブキャリ信号が重畳された信号が受信される。

入力信号が「Ｖ１＜ＶDC」の場合は、ＯＨ（カード無し）信号が“１”となる。この場合、ＰＩＣＣがＲＦフィールド内に存在しないことを示しており、空間インピーダンスが高くなって図８の（ａ）に示すように受信キャリア信号の検波整流出力ＶDCはＶ１以上の値となる（Ｖ１＜ＶDC）。また、ＲＦフィールド外のＰＩＣＣは起動しないことからＰＩＣＣからのサブキャリ信号は無く、受信キャリア信号の整流出力は略直流となる。

入力信号が「ＶDC＜Ｖ２」の場合は、ＯＬ（異常）信号が“１”となる。ここでは、ＲＦフィールド内に存在する鉄板等の異物（導電体、磁性体等）の存在を空間インピーダンスの極端な低下によって検出する。図８の（ｂ）に示すように受信キャリア信号の検波整流出力ＶDCはＶ２以下の値となり（ＶDC＜Ｖ２）、またＰＩＣＣからのサブキャリ信号は当然に存在しないことから受信キャリア信号の整流出力は略直流となる。

このように、本発明によれば図６に示したような極めて簡易な普通の電子回路でＰＩＣＣの有無の判断が可能となり、さらには異物（導電体、磁性体等）の検出も可能である。前者の場合は光部品等のような特別な回路を備える必要がなくなり、また後者の場合は異物を検出するための特殊な回路等が不要となる。なお、後者で異物（導電体、磁性体等）を検出した場合には、その検出信号によりキャリア出力制限等の制御が行なわれ、過大電流により信号送信段の増幅器等が損傷するのを防止する。

また、図７に簡単に示すように整流波形にサブキャリが存在し且つ直流値ＶDCが閾値Ｖ１又はＶ２近辺の場合には、図６の論理判定値が不安定になる恐れがある。これに対しては、閾値Ｖ１及びＶ２を簡易なシュミット回路構成（Ｖ１’及びＶ２’）としたり、又はサブキャリ周期分の判定マスクタイマ（Ｔ’）を設けて一周期範囲内での論理判定値の変動を防止する等の措置が適用可能である。

以上述べたように、本発明によれば、ＰＩＣＣリード／ライト装置において従来のようにＰＩＣＣ有無検出用の専用回路やＰＩＣＣ識別用の専用回路をそれぞれ別個に設けることなく、データ送受信部における既存の検波部（ＤＥＴ）２１の回路と一体的に構成された簡素な回路を使ってＰＩＣＣの有無検出を行い、同時にＰＩＣＣの識別を行うＰＩＣＣの有無検出回路が提供可能となる。

本発明のＰＩＣＣの有無検出回路は、既存の検波部の整流信号を使用し、それに簡易な電子回路を付加するだけで構成されるため、ＩＣ化やＰＬＡ等の使用により検波部と一体化した回路構成が容易に実現でき、部品点数、実装面積、及びコスト等の低減要求を十分満足させることができる。

ＰＩＣＣの構成概要例を示した図である。 ＰＣＤとＰＩＣＣとの間の通信インタフェースの一例を示した図である。 本発明によるＰＩＣＣ有無検出回路の基本構成例を示した図である。 図３のカード検出回路部の一実施例を示した図である。 図４のカード検出回路部の入出力波形の一例を示した図である。 図３の電圧検出回路部の一実施例を示した図である。 ＰＩＣＣ有無判定が行われる代表的な信号波形の一例（１）を示した図である。 ＰＩＣＣ有無判定が行われる代表的な信号波形の一例（２）を示した図である。

符号の説明

１０ 非接触ＩＣカード
１１ ＣＰＵ部
１２ ＲＦ部
１３、２４、２６ アンテナ
２０、２９ 変調部
２１、２８ 検波部
２５ 光センサ
２５’ ＰＩＣＣ識別部
３０ ＰＩＣＣ有無検出回路
３１ 電圧検出回路部
４４、４８ トランジスタ
４６ コンデンサ
４１、４２、４３、４５、４７、４９ 抵抗器
５１、５２ 比較器
５４ ＡＮＤ回路
５３、５５ インバータ回路

Claims (6)

1. 非接触ＩＣカードに出力されるキャリア信号を受信するアンテナと、
   非接触ＩＣカードに出力されるキャリア信号の出力レベルを制御する出力レベル制御手段と、
   前記アンテナを介して受信したキャリア信号を整流し、その直流成分を検出する直流検出手段と、
   前記直流検出手段によって検出された直流成分のレベルを判定し、前記直流成分のレベルが所定範囲内にあるときに、前記非接触ＩＣカードがＲＦフィールド内に存在すると判定するレベル判定手段と、で構成し、
   前記レベル判定手段は、前記直流検出手段からの直流成分のレベルが第１のレベル以上のときに前記非接触ＩＣカードがＲＦフィールド内に存在しないと判定し、前記第１のレベル以下であって第２のレベル以上のときに前記非接触ＩＣカードがＲＦフィールド内に存在すると判定し、そして前記第２のレベル以下のときに前記非接触ＩＣカード以外の物が存在すると判定し、
   前記出力レベル制御手段は、前記レベル判定手段が前記非接触ＩＣカード以外の物が存在すると判定した場合に、前記キャリア信号の出力レベルを制限する、
   ことを特徴とする非接触ＩＣカードの有無検出回路。
2. 前記直流検出手段は、前記キャリア信号に重畳された前記非接触ＩＣカードからのサブキャリア信号を検出する検波回路であって、前記検波回路は前記受信したキャリア信号の整流出力として前記非接触ＩＣカードの有無を判定するための前記直流成分とそれに重畳したサブキャリア信号とを出力する請求項１記載の検出回路。
3. 前記検波回路は、前記アンテナを介して受信したキャリア信号に所定の直流バイアス電位を与えるバイアス回路と、
   前記直流バイアスのバイアス点において前記アンテナからの受信信号を整流することにより、前記キャリア信号の直流成分及びそれに重畳したサブキャリア信号を抽出する整流回路と、
   前記バイアス点において前記抽出した直流成分及びサブキャリア信号を増幅する増幅回路と、から成る請求項２記載の検出回路。
4. 前記レベル判定手段は、前記直流成分のレベルが前記第１のレベルの近傍か前記第２のレベルの近傍の場合において、レベル判定結果の変動を抑止するためシュミット構成の閾値を有する請求項１記載の検出回路。
5. 前記レベル判定手段は、前記直流成分のレベルが前記第１のレベルの近傍か前記第２のレベルの近傍の場合において、レベル判定結果の変動を抑止するためサブキャリア周期以上の判定マスク用タイマを有する請求項１記載の検出回路。
6. 非接触ＩＣカードに出力されるキャリア信号を受信するアンテナと、
   前記非接触ＩＣカードに出力されるキャリア信号の出力レベルを制御する出力レベル制御手段と、
   前記アンテナを介して受信したキャリア信号を整流し、その直流成分を検出する直流検出手段と、
   前記直流検出手段によって検出された直流成分のレベルを判定し、前記直流成分のレベルが所定範囲内にあるときに、前記非接触ＩＣカードがＲＦフィールド内に存在すると判定するレベル判定手段と、で構成し、
   前記レベル判定手段は、前記直流検出手段からの直流成分のレベルが第１のレベル以上のときに前記非接触ＩＣカードがＲＦフィールド内に存在しないと判定し、前記第１のレベル以下であって第２のレベル以上のときに前記非接触ＩＣカードがＲＦフィールド内に存在すると判定し、そして前記第２のレベル以下のときに前記非接触ＩＣカード以外の物が存在すると判定し、
   前記出力レベル制御手段は、前記レベル判定手段が前記非接触ＩＣカード以外の物が存在すると判定した場合に、前記キャリア信号の出力レベルを制限する、
   ことを特徴とする非接触結合装置。

Images