JPH0690743B2 - Ｉｃカードの処理装置およびｉｃカード - Google Patents

Ｉｃカードの処理装置およびｉｃカード

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JPH0690743B2
JPH0690743B2 JP59168923A JP16892384A JPH0690743B2 JP H0690743 B2 JPH0690743 B2 JP H0690743B2 JP 59168923 A JP59168923 A JP 59168923A JP 16892384 A JP16892384 A JP 16892384A JP H0690743 B2 JPH0690743 B2 JP H0690743B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はICカードの処理装置およびICカードに関する。
（従来の技術） 従来、各種のデータを記録したカードとしてさん孔、金
属インサート、可視もしくは不可視の光学的符号パター
ン、磁気ストライプ等の受動データ担体が汎用されてい
る。
一方、マイクロエレクトロニクスの進歩の結果、カード
にマイクロプロセッサ、RMUおよびRAM等の能動電子回路
を組込むことが可能になり、カードに記録されたデータ
を端末機（処理装置）に取出すだけでなく、端末機から
カードにデータを書込むことも行い得る、双方向データ
交換が可能なICカードが出現している。
このICカードを用いる場合、電子回路に電源を供給する
こと、およびデータ交換を行うことのために、カードと
端末機との間を電気的相互伝送手段によって結合する必
要がある。そして、この電気的相互伝送手段としては、
カードおよび端末機双方に電気接点を設けるものがあ
る。
しかし、電気接点はカード使用による汚損により接触不
良を起し易く、またカードを屈曲すると破損することも
あり、信頼性に欠ける。
そこで、容量性伝送、光または熱による伝送、変調高調
波による伝送、誘導方式による伝送のような非接触方式
の伝送が提案されている。これらの中のいくつかは端末
機からカードへの伝送には用い得るが、カードから端末
機への伝送には用い得ない。なぜならば、広いスペース
を必要としISO規格に合致するメモリカード上に設ける
ことはできなかったり、伝送された信号を元の形に変換
するためにアナログ電子部品で構成された特殊な信号整
形器を必要としたりするからである。
本発明は上述の点で考慮してなされたもので、形状がコ
ンパクトで回路構成が簡単であってカードと端末機との
間の相互データ伝送を行い得るようなICカードの処理方
法および装置ならびにICカードを提供する。
（課題を解決するための手段および作用） この目的達成のため、本発明では、 ICカードおよび処理装置のそれぞれに２つのコイルと１
つの磁気検出手段を設けて、ICカードと処理装置との間
にコイル同士の結合を１組、コイルと磁気検出手段との
結合を２組磁路を共通にして形成し得るようにし、コイ
ル同士の結合によってクロック周波数の電磁界を伝送し
てクロック信号および電源電流を形成し、またコイルと
磁気検出手段との結合によりデータ信号の伝送を行うよ
うにし、且つこのデータ信号の伝送はICカードおよび処
理装置の一方から他方への伝送時は他方から一方への伝
送を停止するようにしたものである。
ここで、ICカード電源兼クロック用およびデータ伝送用
の各コイルを平コイルとして形成し、ICカードのデータ
伝送用平コイルにはその中心部に例えば半導体磁気検出
素子を配し、また処理装置のデータ伝送用コイルはICカ
ード挿入用ギャップを有する環状フエライトコアに巻装
し、このギャップ部に例えば半導体磁気検出素子を設け
る。
上記構成により、電気接点を用いることなくICカードと
処理装置との間で制御指令を含めてデータの相互伝送を
行うことができる。
（実施例） 以下添付図面を参照して本発明を実施例につき説明す
る。
図１は本発明の一実施例における処理装置の構成を示し
たものである。図において101はクロック発生器であ
り、4.9152MHzのクロックを発生する。このクロック
は、一方で増幅器102で増幅されて送電コイル103に与え
られ、ICカード（図示せず）に向けて送出される。また
クロック発生器101によるクロックは分周回路11に与え
られ、300Hzおよび9.6KHzの２種類のクロックが形成さ
れる。300Hzのクロックはリセット回路12に与えられ、
連続して複数回のデータ送受信を行うときのタイミング
信号となる。このリセット回路12からタイミング回路13
を介して処理装置の受信データ用ゲート18、送信データ
用ゲート14およびデータコントロール回路17、ならびに
これら各要素に接続された要素のリセットを行う。この
リセットはICカードの挿入検出によっても行うことがで
きる。
もう１つのクロックである9.6KHzのクロックはタイミン
グ回路13、受信データ用ゲート18、送信データ用ゲート
14およびデータコントロール回路17に与えられ、これら
各要素の動作タイミングの基準となる。これら各要素中
データコントロール回路17は、メモリ20からのデータを
送信データ用ゲート14を介してスタート信号を付加して
送信コイル15に与えるか、あるいはホールIC16からのデ
ータコントロール回路17からのデータを受信データ用ゲ
ート18を介して表示器19に与える制御を行う。
図２は、図１の処理装置に挿入されてこの処理装置から
電源兼クロック用電磁界が与えられ、処理装置との間で
データ伝送を行うICカードの構成を示している。
処理装置の送電コイル103から送出されたクロック周波
数（4.9152MHz）の電磁界が受電コイル104により受信さ
れ、クロック取出回路105によりクロック信号が取出さ
れて第１分周回路31に与えられ、また整流回路106によ
り電源電圧＋Ｖが取出されて各回路要素に給電される。
第１分周回路31は4.9152MHzのクロック信号を分周して1
53.6KHzのクロック信号を形成し、波形整流回路32およ
び第２個回路33に与える。波形整形回路32は、スタート
信号を取出して第２分周回路33に与えると共に、クロッ
ク信号とホールIC34による受信データ信号とによってデ
ータを取出しデータコントロール回路35に与える。また
第２分周回路33は153.6KHzのクロック信号から9.6KHzの
クロック信号を形成し、エンド信号回路41、タイミング
回路36、送信データ用ゲート39およびデータコントロー
ル回路35に与える。
タイミング回路36は、9.6KHzのクロック信号に基き、デ
ータコントロール回路35、送信データ用ゲート39および
エンド信号回路41の動作タイミングを決定する。タイミ
ング回路36は、まずデータコントロール回路35を動作さ
せて波形整流回路32からの受信データを比較回路37に与
えてメモリ38の記憶データと照合させ、次にデータコン
トロール回路35および送信データ用ゲート39を動作させ
て比較回路37の比較結果を送信データ用ゲート39を介し
て送信コイル40に与え、処理装置（図１）に向けて送出
させる。この後、タイミング回路36はエンド信号回路41
を動作させて第２分周回路33を動作停止させる。
次に図１の処理装置と図２のICカードとの強調動作を説
明する。
いま処理装置にICカードが挿入されると、処理装置の送
電コイル103からICカードの受電コイル104にクロック周
波数の電磁界が与えられ、これによりICカードは電源供
給およびクロック形成ができるようになる。
一方、図示しないカード挿入検出手段によりリセット回
路12を作動させてタイミング回路13に信号を与え、タイ
ミング回路13に接続された各回路をリセットさせた上で
データコントロール回路17を作動させてメモリ20の記憶
データを送信データ用ゲート14を介して送信コイル15に
送り出す。この際、送信データ用ゲート14は送信データ
の先頭にスタート信号を付加して送出する。
送信コイル15によって送出されたデータは、ICカードに
おけるホールIC34により検出され、波形整形回路32に与
えられる。波形整形回路32は、受信したデータ信号のう
ち最初に付加されたスタート信号を検出して第２分周回
路33に与え、この第２分周回路33を動作開始させる。こ
れにより第２分周回路33は9.6KHzのクロックを送出し始
める。
波形整形回路32は、続いてデータコントロール回路35に
データ信号を与える。この状態で、タイミング回路36は
データコントロール回路35に与えられたデータを比較回
路37に与えさせ、メモリ38からのデータと比較させる。
そして比較結果をデータコントロール回路35に取出させ
る。この後、タイミング回路36は送信データ用ゲート39
を開いてデータコントロール回路35から比較結果を送信
コイル40に与えさせる。
送信コイル40から送出された比較結果は処理装置のホー
ルIC16により受信されてデータコントロール回路17に与
えられる。ICカードからこの比較結果が与えられた時点
では、タイミング回路13がデータコントロール回路17に
おける比較結果を受信データ用ゲート18を介して表示器
19に与え、表示させる。この表示は検査員もしくは係員
により読取られ、ICカード使用者に対し適当な応接が行
われることになる。
図３は、図１および図２に示した処理装置１およびICカ
ード２の電源系およびデータ送受信系の各回路構成を示
したものである。図中央部の２点鎖線を境にして左側が
処理装置１、右側がICカード２であり、いまICカード２
が処理装置１に挿入されているとする。
まず電源系については、クロック信号発生器101からの
4.9152MHzクロック信号に基づき、RF発振器102がパワー
供給用平面コイル103に対し高調波給電を行う。すなわ
ち、クロック信号がＨであるとダイオードD1がオフ、 D2がオンになってトランジスタQ11がオン、したがってQ
21もオン、一方トランジスタQ12がオフ、したがってQ22
もオフになる。反対にクロック信号がＬになると、この
反対にダイオードD1がオン、D2がオフになってトランジ
スタQ11がオフ、したがってQ21もオフ、一方トランジス
タQ12がオン、したがってQ22もオンになる。この結果FE
TQ23が4.9152MHzでオン、オフを行い、コイル103に通電
を行う。
これによりICカード２のパワー受信用コイル104に高調
波電流が誘起され、この誘起電流は一方でクロック信号
として取出されると共に、他方でダイオードＤにより整
流され、平滑回路を経た上で定電圧回路106Aに与えられ
た定電圧出力に変換される。この定電圧出力は雑音除去
用回路を経てICカード２内の各部回路に供給される。
次にデータ送受信系は次の通りである。まずICカード２
から処理装置１へのデータ伝送系について説明すると、
いま出力増幅器40Aに対し送信データ用ゲート39から960
0BPSのデータ信号が与えられると、このデータ信号は一
方でインバータINV2を介してトランジスタQ28に与えら
れ、他方でトランジスタQ27に直接与えられる。これに
よりトランジスタQ27，Q28を互いに逆位相でオン、オフ
させてデータ出力用コイル40に順、逆の通電を行う。こ
の結果コイル40は順方向、逆方向の磁界を生じ、この磁
界が処理装置１のホール素子16で検出され、入力増幅器
16AのトランジスタQ24で増幅された上でデータコントロ
ール回路17に送出される。入力増幅器16Aには、ホール
素子16のゼロ点調節用の可変抵抗VR1と入力増幅器16Aの
ゲイン調節用の可変抵抗VR2とが設けられている。
次に処理装置１からICカード１へのデータ伝送系につい
て説明する。いま出力増幅器15Aに対し送信データ用ゲ
ート14から9600BPSのデータ信号が与えられると、この
データ信号は一方でインバータINV1を介してトランジス
タQ25に与えられ、他方でトランジスタQ26に直接与えら
れる。これによりトランジスタQ25，Q26を互いに逆位相
でオン、オフさせてデータ出力用コイル15に順、逆の通
電を行う。これによりコイル15は順方向、逆方向の磁界
を生じ、この磁界がICカード２のホール素子34で検出さ
れ入力増幅器34AのトランジスタQ29で増幅された上で波
形整形回路32に出力される。入力増幅器34Aには処理装
置１の入力増幅器16A同様に、可変抵抗VR3，VR4により
ゲイン調整およびホール素子のゼロ点調整が行われる。
図４および図５は、本発明に係るICカードの処理装置１
にICカードをかけて処理動作を行う際の状態を示したも
のである。ここでは処理装置１全体を示さずに、パワー
送信用コイル103およびパワー送信回路101,102からなる
電源系と、フエライトコア、コイル15およびホール素子
16からなるデータ送受信系とを処理装置１を代表するも
のとして図示している。そしてパワー送信用コイル103
とフエライトコアに設けられた磁気ギャップは同一平面
内に属するように配され、この磁気ギャップに面するフ
エライトコアの端面中央部にホール素子16が設けられ
る。これに対応してICカード２においても、カード面に
パワー受信コイル104、データ入力用ホール素子34およ
びデータ出力用コイル40が設けられる。
そしてICカード２を処理装置１の所定の位置に挿入すれ
ば、これら両者相互間に電源系、データ送受信系の連繋
が行われる。つまり、電源系、データ送受信系は各別に
１つずつ磁気回路を形成する。
図６乃至図10は本発明の他の実施例について説明するた
めの図であり、これについて説明する。
磁気コイルとホールセンサの組合わせにより電気信号、
なるべくなら一連のデジタル信号を磁気状態の形で端末
機とカードの間でやりとりし、かつそれらの磁気信号を
歪なしに一連の電気的状態に戻すことが可能となる。２
個のコイル15,201（図６）の間の伝送の場合には、信号
は誘導法則に従って微分され、したがって電子回路によ
り元の形に戻さなければならない。一方、ホールセンサ
202は磁界に比例する電圧を供給する。その電圧はコイ
ル15による磁界を歪なしに再生する。
図７に示すように、識別器の主な部品は電源204と、ホ
ールセンサ34と、書込みコイル40と、論理回路207,208,
209と、メモリとである。電源204は端末機の周波数に同
調された共振回路であり、整流器と電圧調整器を含む。
他の例では太陽電池あるいは通常の電池に置換ても良
い。集積回路はカウンタ207と、シフトレジスタ208と、
比較器209とを含む。カード側回路はホールセンサを含
め論理回路メモリを１つの集積回路にすることができ
る。識別器が平らなカードである場合には、電源の共振
回路は印刷／ニッチング技術により最も容易に作られ
る。ホールセンサのすぐ上にそのホールセンサと同心状
に平らな書込みコイルが配置される。これら識別機の部
品は、プラスチックまたは紙等によるサンドイッチ構造
とし外部に露出する接点を無くすることが出来る。
図８に示されているように、端末機において最も重要な
ユニットは識別器のユニットに対応する。端末機も書込
みコイル15と、ホールセンサ16と、カウンタ212と、シ
フトレジスタ213とを有する。
磁気回路が環状フエライトコアにより構成される。その
磁気回路は、端末機からカードへの伝送の例を用いてい
る図９に示すように、端末機とカードのコイルとホール
センサを有するセット内に配置される。このフエライト
コアの機能は、効率を高くするために磁界を集中させる
ことと、伝送を妨害するおそれのある外部磁界を避ける
ことである。端末機内の書込みコイル15はフエライトコ
アに直接巻かれる。
信号伝送のために、カード内のホールセンサ34がフエラ
イトコアの磁極の間で終端するようにカードが端末機の
中に挿入される。端末機内のホールセンサ16はフエライ
トコアの磁極に直接とりつけられ、カードが端末機の中
に挿入された時に書込みコイル40の上、またはカードの
ホールセンサ40の上部に位置させられる。端末機内のフ
エライトコアに巻かれている書込みコイル15に矩形の電
気信号が供給され、それにより磁気信号を発生する。そ
の磁気信号はホールセンサ34により受けられる。ホール
センサ34により受けられた磁気信号は矩形の電気信号に
変換される。その直列に受けられた矩形の電気信号は、
カード内のシフトレジスタ220により並列の矩形信号に
変換されてから比較器において予め定められている信号
と比較される。そして両方の信号が等しいと、要求に応
じて構成できる応答信号、この実施例においてはy2、が
与えられる。
識別器が端末機の中に挿入されると、電力を識別器に供
給するように構成されている高調波発生器が動作させら
れて高調波の場が発生され、その高調波の場から端末機
と識別器においてパルスが得られる（図示せず）。
この装置が停止している時は、端末機内の書込みコイル
15はオン状態になっている、すなわち、磁界が存在して
いる。スタート指令が与えられると、書込みコイル15に
より発生されている磁界が零となる。カードはその磁界
の変化を検出し、識別器内でパルスの発生が開始され
る。そのパルスの周波数で、端末機内に格納されている
２進データが磁気パルスの形で書込みコイル15を介して
バイト（１バイトは８ビット）ごとに直列にカードのホ
ールセンサ34へ送られ、そのホールセンサ34により電気
信号に戻される。
それらの電気信号はカード内のシフトレジスタ220内に
直列に格納され、伝送が終わった後で（各８ビット後
で）、それらの電気信号がカード内に格納されているデ
ータ記録と比較される。全ての伝送が終わると、端末機
の書込みコイル15はセットされる。端末機により供給さ
れたデータがカード内の記録と同じであれば、信号「Ye
s」（たとえば１ビット）がカードのシフトレジスタ220
へ与えられ、また、端末機により供給されたデータがカ
ード内の記録と同じでなければ、信号「No」（たとえば
８ビット）がカードのシフトレジスタ220へ与えられ、
パルスによりカードの書込みコイルと端末機のホールセ
ンサ16を介して端末機へ送られ、そこで処理および表示
が行われる。
図10は、カードと端末機における信号のタイミング波形
図である。図10の上側の信号は端末機とカードに共通の
パルスを示す。この実施例においては、送信と返信のた
めに18個のクロックパルスを含む一連の信号が用いられ
る。それは各場合に８ビットデータ伝送の２倍と、１個
のスタートビットと、伝送の終りにおける約１ビットの
長さの休止時間とよりなる。伝送されるデータに対して
スタートビットが常に示され、８個のデータビットにす
ぐ続く。
スタートビットが送られるカードにより送り返された最
大８ビット長の応答信号を端末機が受ける用意ができ
る。カードに対しては、データを受けた後に比較器にお
いて応答信号が発生される。比較器は応答の種類を定
め、同時にカードのデータ伝送器を動作させる。応答が
終わると終了信号が与えられる。その終了信号はカード
のデータ伝送器の動作を終らせ、カードが次のデータセ
ットを受けることができるようにする。
〔発明の効果〕
本発明は上述のように構成し端末機とICカード間で制御
指令とデータを非接触で送受信するようにしたため、電
気接点をカード表面に形成させる必要がなくなり従来の
接触方式の欠点であったカードの汚れによる接点の接触
不良、接点の磨耗そして静電気によるカード内電子部品
の破損の恐れがなくなり、また、カードが多少曲ってい
てもデータ交換可能となった。
また、従来の非接触方式では回路の部品数が増えて複雑
化し、カードのスペースを占領しがちであったが、送受
信にホールセンサと平面コイルを使用した磁気回路を用
いているので送受信部が小さくでき、さらにホールセン
サと平面コイルを同心状に構成したり、ホールセンサを
含むマイクロプロセッサ、論理回路およびメモリを１つ
の集積回路にすることができるのでより小型化できる。
また、ホールセンサで磁気信号を受信しているので歪な
しに電気信号に変換でき回路にアナログ電子部品を必要
としなくなり回路動作が簡単化し高信頼性となり、応用
範囲の広い端末機とICカード間の双方向データ交換が可
能となった。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例におけるカード処理装置の構
成を示すブロック線図、第２図は同じくICカードの構成
を示すブロック線図、第３図は上記処理装置およびICカ
ードの相互関係を回路構成と共に示した図、第４図はIC
カードを処理装置にかけた状態を示す説明図、第５図は
ICカードを処理装置にかけた状態を示す説明図、第６図
はコイルからコイルおよびコイルからホールセンサへの
伝送の間の実験的な比較を示す回路図、第７図は識別器
の回路図、第８図は端末機の回路図、第９図は磁気回路
としてのフエライトコアの配置図、第10図は端末機とカ
ードにおける信号のタイミング波形図である。 １…カード処理装置、２…ICカード、15,40…データ出
力用コイル、16,34…ホール素子、103…送電コイル、10
4…受電コイル。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】データ伝送およびデータ処理要素を有する
    ICカードとの間で、ギャップのあるコアにより形成され
    た磁気回路を介して非接触電磁方式でデータ伝送を行う
    ICカードの処理装置において、 ギャップを有するコアに巻装され、前記ICカードへデー
    タを電磁界信号として送出する送信コイル、および前記
    ICカードからデータが電磁界信号として与えられたと
    き、この電磁界信号に対応した電気信号を形成する磁気
    検出素子が、前記磁気回路内に設けられてなる信号授受
    手段と、 前記磁気検出素子からのデータ信号を処理するデータ処
    理回路と、 をそなえたことを特徴とするICカードの処理装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
    て、 前記コアのギャップに、前記磁気検出素子が設けられて
    なるICカードの処理装置。
  3. 【請求項３】データ蓄積要素およびデータ処理要素を有
    し、ギャップの有るコアにより形成された磁気回路を持
    つICカード処理装置に挿入されて、該処理装置との間で
    非接触電磁方式でデータ伝送を行うICカードにおいて、 前記ICカード処理装置からの電磁界信号を受け、この電
    磁界信号に対応した電気信号を受信データとして形成す
    る半導体磁気検出素子と、 この受信データ信号を処理するデータ処理回路と、 このデータ処理回路が処理した結果を電磁界信号として
    前記ICカード処理装置へ送出する送信コイルを有し、前
    記ICカード処理装置に挿入されたとき、前記半導体磁気
    検出素子および前記送信コイルが、前記コアのギャップ
    に配されて信号授受を行う信号授受手段と、 をそなえたことを特徴とするICカード。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項記載のICカードにお
    いて、 前記送信コイルは、平コイルであり、その中心位置に前
    記半導体磁気検出素子が配されてなるICカード。
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