JPH1040346A - 非接触ｉｃカードおよび非接触ｉｃカードシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 どのような提示方向であっても、リーダライ
タとの間で常に正常にデータの通信を行うことができる
非接触ＩＣカードを提供する。 【解決手段】 電力受信部１０２は、リーダライタ２０
０から受信される電力波に基づいて電源電圧ＶＣＣを発
生し、各部に供給する。クロック抽出回路１１１は、上
記電力波の零クロスを検出し、位相が１８０度ずれた抽
出クロック１および２を出力する。表裏判定回路１１２
は、リーダライタ２００からの受信信号を整形したデー
タ整形波を復調回路１０５から受け取り、これを上記抽
出クロック１および２と比較することにより、データが
受信されるタイミングで発生される抽出クロックを選択
する。復調回路１０５はこの選択されたクロックに基づ
きデータ復調を行う。

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、リーダライダと
の間で無線によりデータの授受を行う非接触ＩＣカード
および該非接触ＩＣカードを使用する非接触ＩＣカード
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】非接触ＩＣカードシステムを構成する場
合、利用者が携帯する非接触ＩＣカード（以下、単にカ
ードという。）の回路構成をできるだけ簡単化する必要
がある。何故ならば、かかるシステムにおいては、カー
ドを安価に製造する必要があるからである。また、カー
ドの通信距離を拡大し、寿命を長く保つためには、カー
ド自体の消費電力を低減させることが必要であり、その
ためにはカード内部の回路の簡単化が必須事項となるか
らである。

【０００３】特に、カード側にバッテリを有していな
い、いわゆるバッテリレスカードにおいては、リーダラ
イタから放射される電力波をループアンテナ等によって
受信し、この電力波を整流したものを電源として用いる
ので、消費電力に自ずと制限がある。そのため、カード
内部では高周波のクロックで動作する回路を用いること
はできず、また、複雑な回路を用いることもできない。

【０００４】このような背景から、カード側では、送信
回路や内部クロックを発生するための発振回路を持た
ず、リーダライタ側からの受信波から返信信号や内部ク
ロックを生成する方式が多く用いられている。図３はこ
の種の方式を採用した従来の非接触ＩＣカードシステム
の構成を示すブロック図である。

【０００５】この非接触ＩＣカードシステムは、利用者
が携帯するカード１００と、このカード１００に対し情
報の読み出し／書き込みを行うリーダライタ２００とに
より構成されている。ここで、リーダライタ２００は、
図示の通り、発振器２０１、ＣＰＵ２０２、分周器２０
３、位相調整器２０４、電力波送信アンテナ２０５、変
調回路２０６、復調回路２０７、切替指令回路２０８、
切り替え回路２０９およびデータ送受信アンテナ２１０
により構成されている。一方、カード１００は、電力波
受信アンテナ１０１、電力受信部１０２、クロック抽出
部１０３、データ送受信アンテナ１０４、復調回路１０
５、変調回路１０６、制御回路１０７およびメモリ１０
８により構成されている。

【０００６】図４（ａ）はリーダライタ２００内の各部
の信号波形を例示したものである。また、図４（ｂ）
は、カード１００内の各部の信号波形を例示したもので
ある。以下、これらの図を参照し、リーダライタ２００
およびカード１００内の各部の機能および動作を説明す
る。

【０００７】まず、リーダライタ２００においては、発
振器２０１により基本クロックが発生され、リーダライ
タ２００内の各部の動作タイミングはこの基本クロック
により制御される。ＣＰＵ２０２は、この基本クロック
に同期しリーダライタ内の各部の制御および各種のデー
タ処理を実行する。分周器２０３は、ＣＰＵ２０２から
基本クロックを受け取り、この基本クロックを分周する
ことにより所定周波数のシリアルクロックを出力する
（図４（ａ）参照）。このシリアルクロックは、位相
調整器２０４によって位相の調整が行われ、電力クロッ
クとして出力される（図４（ａ）参照）。そして、こ
の電力クロックは、中波帯の電力波となって電力波送信
アンテナ２０５から送信される（図４（ａ）参照）。
また、シリアルクロックは、後述する送信データの変調
および受信データの復調を制御するためのタイミング信
号として使用される。

【０００８】切替指令回路２０８は、ＣＰＵ２０２によ
る制御の下、送信／受信の動作の切り替えを行う手段で
ある。すなわち、この切替指令回路２０８は、データの
送信が行われるときには、変調回路２０６をデータ送受
信アンテナ２１０に接続するための切替指令を切替回路
２０９に送ると共に変調回路２０６にシリアルクロック
を送る。一方、この切替指令回路２０８は、データの受
信が行われるときには、復調回路２０７をデータ送受信
アンテナ２１０に接続するための切替指令を切替回路２
０９に送ると共に復調回路２０７にシリアルクロックを
送る。

【０００９】変調回路２０６は、データ送信動作時にＣ
ＰＵ２０２から与えられる送信データ（図４（ａ）参
照）を上記シリアルクロックに同期したバイフェーズ符
号等の変調データ（図４（ａ）参照）に変換し、この
変調データにより上記電力波の数倍〜数十倍の周波数帯
の搬送波を変調する。この変調により得られた信号は、
切替回路２０９を介してデータ送受信アンテナ２１０へ
送られ、データ波となって送信される（図４（ａ）参
照）。

【００１０】また、データ受信動作時においては、デー
タ送受信アンテナ２１０によって受信されたカード１０
０側からのデータ波が切替回路２０９を介して復調回路
２０７に送られる。復調回路２０７では、シリアルクロ
ックに基づき、このデータ波からデータが復調される。

【００１１】一方、カード１００においては、リーダラ
イタ２００側からの電力波が電力波受信アンテナ１０１
によって受信され（図４（ｂ）参照）、データ波がデ
ータ送受信アンテナ１０４によって受信される（図４
（ｂ）参照）。

【００１２】カード１００における電力受信部１０２
は、電力波受信アンテナ１０１によって受信された電力
波から電源電圧ＶＣＣを発生し、カード１００内の各部
に供給する。また、クロック抽出部１０３は、電力波受
信アンテナ１０１によって受信された電力波の一部を電
力受信部１０２から受け取り、この電力波を半波整流す
ることによりクロックＣＬＫを抽出する（図４（ｂ）
参照）。制御回路１０７は、この抽出されたクロックＣ
ＬＫに同期し、カード１００内の各部の動作の制御を行
うと共にメモリ１０８についてのデータの読み出し／書
き込みの制御を行う。

【００１３】復調回路１０５は、上記制御回路１０７に
よる制御の下、受信アンテナ１０４によって受信された
リーダライタ２００側からのデータ波（図４（ｂ）参
照）を整形し、データ整形波を出力する（図４（ｂ）
参照）。そして、クロックＣＬＫの発生タイミングにお
けるデータ整形波のレベルを判定することにより、元の
データを復調する（図４（ｂ）参照）。変調回路１０
７は、リーダライタ２００へ送るべきデータを制御回路
１０７から受け取り、このデータをリーダライタ２００
がデータ波の送信を行っていないタイミングを利用して
送信する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のカードにおいては、リーダライタに対して提示する
カードの向きにより、リーダライタ側から受信したデー
タ波の復調が正しく行われない場合が生じるという問題
があった。この問題を図４を参照して説明すると次のよ
うになる。

【００１５】まず、カードを表向きにしてリーダライタ
に対して提示した場合には、前掲図４（ｂ）に示す信号
波形が各部において得られ、正常なデータの復調が行わ
れる。

【００１６】ところが、全く同じ条件でカードの向きの
みを裏向きにしてリーダライタに対して提示したとする
と、カード内の各部の信号波形は図４（ｃ）に示すもの
となるのである。すなわち、カードを裏向きとすると電
力波受信アンテナ１０１の向きが反転するため、カード
を表向きとした場合に受信される電力波の波形を反転し
た電力波が電力波受信アンテナ１０１によって受信され
ることとなる（図４（ｃ）参照）。この結果、カード
を表向きとした場合に得られるクロックＣＬＫに対し位
相が１８０度シフトしたクロックＣＬＫが電力波から抽
出されることとなる（図４（ｃ）参照）。

【００１７】一方、カードを裏向きとするとデータ送受
信アンテナ１０４の向きも反転するため、このデータ送
受信アンテナ１０４によって受信されるデータ波の波形
も反転することとなるが（図４（ｃ）参照）、このデ
ータ波から得られるデータ整形波はカードを表向きにし
たときと同じ位相のものが得られる（図４（ｃ）参
照）。

【００１８】そして、このデータ整形波のレベルの判定
が１８０度位相のずれたクロックＣＬＫに同期して行わ
れると、図４（ｃ）に示すように、元のデータとは全
く異なったデータが復調されてしまうのである。

【００１９】また、このように位相のずれたクロックＣ
ＬＫが抽出されると、カードからのリーダライタへのデ
ータ返信もこのクロックＣＬＫに同期して行われるた
め、リーダライタにおいても受信エラーが生じ、システ
ムが誤動作することとなる。

【００２０】以上のようにカード側において電力波から
クロックを抽出する方式のシステムにおいては、カード
を提示する向きによっては正常な位相のクロックが抽出
されず、通信に異常が生じるという問題があった。

【００２１】このように電力波からクロックを抽出する
のではなく、変調データ（バイフェーズ符号）によって
変調されたデータ波をリーダライタ側からカード側へ送
り、カード側ではこのデータ波からクロックを抽出する
方式のシステムがある。しかしながら、このシステムの
場合、データ波に同じデータ（HighまたはLow）が連続
して含まれているとクロックを正しく抽出することがで
きず、従って正しく復号をすることができないという問
題があった。

【００２２】この発明は、以上説明した事情に鑑みてな
されたものであり、どのような提示方向であっても、リ
ーダライタとの間で常に正常にデータの通信を行うこと
ができる非接触ＩＣカードおよび非接触ＩＣカードシス
テムを提供することを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
リーダライタから放射される電力波を受信し、該電力波
を電源として動作する非接触ＩＣカードであって、前記
リーダライタから受信される電力波に基づき、位相の異
なった２種類のクロックを発生するクロック発生手段
と、前記２種類のクロックのうち前記リーダライタから
のデータが受信されるタイミングで発生されるクロック
を選択する選択手段とを具備し、前記選択手段によって
選択されたクロックに同期し、前記リーダライタとの間
でデータの授受を行うことを特徴とする非接触ＩＣカー
ドを要旨とする。

【００２４】請求項２に係る発明は、前記クロック発生
手段は、前記電力波の零クロス点を検出することにより
前記２種類のクロックを発生することを特徴とする請求
項１記載の非接触ＩＣカードを要旨とする。

【００２５】請求項３に係る発明は、前記選択手段は、
前記リーダライタからの受信信号を波形整形したデータ
整形波または該受信信号から得られるデータ復調波の前
記２種類のクロックの各々の発生タイミングでのレベル
に基づいてクロックの選択を行うことを特徴とする請求
項１記載の非接触ＩＣカードを要旨とする。

【００２６】請求項４に係る発明は、電力波を送信する
と共に該電力波の周波数の１／Ｎ（Ｎは１以上の整数）
の伝送速度でデータ波の送受信を行うリーダライタと、
前記リーダライタから放射される電力波を受信し、該電
力波を電源として動作する非接触ＩＣカードであって、
前記リーダライタから受信される電力波に基づき、位相
の異なった２種類のクロックを発生するクロック発生手
段と、前記２種類のクロックのうち前記リーダライタか
らのデータが受信されるタイミングで発生されるクロッ
クを選択する選択手段とを具備し、前記選択手段によっ
て選択されたクロックに同期し、前記リーダライタとの
間でデータの授受を行う非接触ＩＣカードとからなるこ
とを特徴とする非接触ＩＣカードシステムを要旨とす
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施形
態である非接触ＩＣカードシステムの構成を示すブロッ
ク図である。本システムでは、従来のカード１００に代
えて図示のカード１００ａを使用する。リーダライタ２
００の構成については従来のものと何等変りはない。

【００２８】本システムにおけるカード１００ａは、図
３におけるクロック抽出回路１０３に代えて、クロック
抽出回路（クロック発生手段）１１１および表裏判定回
路（選択手段）１１２を設けた点が従来のカード１００
と異なっている。なお、これらの要素以外のカード１０
０ａ内の各要素については従来のカード１００を構成し
ていたものと変りがないので共通の符号を付してその説
明を省略する。

【００２９】クロック抽出回路１１１は、電力波受信ア
ンテナ１０１によって受信される電力波の一部を電力受
信部１０２から受け取り、この電力波の波形の零クロス
を検出することにより１８０度位相の異なった２種類の
クロックを抽出する。すなわち、電力波が零レベルを正
方向に横切るタイミングで発生する抽出クロック１と負
方向に横切るタイミングで発生する抽出クロック２であ
る。

【００３０】表裏判別回路１１２は、上記抽出クロック
１および２の各々を復調回路１０５から得られるデータ
整形波とを比較し、データ整形波と位相の一致するもの
を選択し、クロックＣＬＫとして復調回路１０５へ供給
する。復調回路１０５では、このようにして供給された
クロックＣＬＫに基づき、データ整形波からデータ復調
波が生成される。

【００３１】図２は本実施形態の動作を示した波形図で
あり、図２（ａ）はリーダライタ２００内の各部の信号
波形を、図２（ｂ）はカード１００ａ内の各部の信号波
形を各々示している。なお、従来技術との対比のため、
これらの図２（ａ）および（ｂ）には、リーダライタ２
００側から前掲図４（ａ）に示したものと全く同じ内容
をデータの送信を行った場合の各部の信号波形が示され
ている。従って、図２（ａ）に示す各信号波形は図４
（ａ）において示したものと同じである。

【００３２】本実施形態においては、上述の通り、クロ
ック抽出回路１１１によって電力波の零クロス検出が行
われ、１８０度位相の異なった抽出クロック１および２
が得られる（図２（ｂ）参照）。

【００３３】一方、データ送受信アンテナ１０４によっ
て受信されたデータ波（図２（ｂ）参照）は復調回路
１０５によって整形されるが、この結果得られるデータ
整形波（図２（ｂ）参照）は表裏判定回路１１２に送
られ、抽出クロック１および２と比較される。図２
（ｂ）の例では、データ整形波は抽出クロック１の発生
タイミングに同期して生じていることから、表裏判定回
路１２はカード１００ａが表向きであるとみなし、表裏
判定フラグをセットする（図２（ｂ）参照）。このよ
うに表裏判定フラグがセットされることにより、表裏判
別回路１１２では抽出クロック１（図２（ｂ）参照）
が選択され、クロックＣＬＫとして復調回路１０５へ供
給される。復調回路１０５では、このようにして供給さ
れたクロックＣＬＫに基づき、データ整形波からデータ
復調波が生成される（図２（ｂ）参照）。

【００３４】カード１００ａを裏向きにした場合には、
図２（ｂ）において抽出クロック１および２の発生タイ
ミングが入れ替わることとなる。この場合には、データ
整形波と同期したタイミングで発生される抽出クロック
２が表裏判定回路１１２によって選択され、クロックＣ
ＬＫとして復調回路１０５に送られる。

【００３５】このように本実施形態においては、カード
１００ａが表向きであろうと裏向きであろうと、電力波
から得られた抽出クロック１または２のうちデータ整形
波と位相の一致したものが復調回路１０５に供給される
ため、カードの向きとは無関係に常に正常にデータの復
調が行われるのである。

【００３６】また、カードからのリーダライタへのデー
タ返信も、このようにして選択された適正な位相のクロ
ックＣＬＫに同期して行われるため、リーダライタにお
いても受信エラーが生じることもない。

【００３７】なお、本実施形態においては、カード側で
データ“０”が受信されるときには抽出クロック１およ
び２のいずれかの発生タイミングにおいてもデータ整形
波のレベルがＬｏｗレベルとなるため、クロックの選択
を行うことができない。従って、本実施形態の場合、カ
ード１００ａ側にクロックの選択の機会を与えるため、
リーダライタ２００側からある程度の期間、データ
“１”を連続的に送信する等の手段を講じるのが望まし
い。

【００３８】しかしながら、このような手段を講じるの
ではなく、カード側の処理のみによりクロックの選択を
行うことも可能である。すなわち、カード１００ａ側に
おいて、ある程度の個数のデータをリーダライタ２００
から受信すれば、その中にはある程度の個数のデータ
“１”が含まれているはずであり、このデータ“１”が
受信されると抽出クロック１または２のいずれかが発生
されるタイミングにおいてデータ整形波がＨｉｇｈレベ
ルとなるはずである。そこで、所定個数のデータを連続
して受信し、この間に得られるデータ整形波のレベルを
抽出クロック１および２の各発生タイミングにおいて判
定し、各抽出クロック毎にデータ整形波がＨｉｇｈレベ
ルであると判定された回数を求める。そして、この回数
の多い方の抽出クロックをクロックＣＬＫとして選択す
ればよい。

【００３９】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではな
く、本発明の範囲から逸脱しない範囲で種々の変形が可
能である。

【００４０】例えば本発明においては復調のためのクロ
ックを電力波に基づいて生成するので、リーダライタと
カードとの間でデータの授受を行う際のデータ変調方式
を定めるに当たってカード側でのクロック抽出を考慮す
る必要がない。従って、ＡＳＫ変調方式、ＦＳＫ変調方
式、ＰＳＫ変調方式等、任意のデータ変調方式を用いる
ことができる。

【００４１】また、上記実施形態では、データの伝送速
度と電力波に含まれるクロックの伝送速度とが等しい場
合を例に説明したが、前者の伝送速度を後者の整数分の
１に設定してもよい。両者の伝送速度がこのような関係
にあれば、カード側でのデータの受信タイミングが電力
波から得られる２種類のクロックの一方の発生タイミン
グと必ず一致するため、上記実施形態と全く同様の効果
が得られるからである。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、リーダライタに対して提示するときの向きによら
ず、非接触ＩＣカード側において電力波から適正なクロ
ックを得ることができ、リーダライタとの間で常に正常
なデータ通信を行うことができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態である非接触ＩＣカード
システムの構成を示すブロック図である。

【図２】同実施形態の動作を示す波形図である。

【図３】従来の非接触ＩＣカードシステムの構成を示す
ブロック図である。

【図４】同システムの動作を示す波形図である。

【符号の説明】

１００ａ 非接触ＩＣカード １０３ クロック抽出回路 １１２ 表裏判定回路 １０５ 復調回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リーダライタから放射される電力波を受
   信し、該電力波を電源として動作する非接触ＩＣカード
   であって、 前記リーダライタから受信される電力波に基づき、位相
   の異なった２種類のクロックを発生するクロック発生手
   段と、 前記２種類のクロックのうち前記リーダライタからのデ
   ータが受信されるタイミングで発生されるクロックを選
   択する選択手段とを具備し、 前記選択手段によって選択されたクロックに同期し、前
   記リーダライタとの間でデータの授受を行うことを特徴
   とする非接触ＩＣカード。
2. 【請求項２】 前記クロック発生手段は、前記電力波の
   零クロス点を検出することにより前記２種類のクロック
   を発生することを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣ
   カード。
3. 【請求項３】 前記選択手段は、前記リーダライタから
   の受信信号を波形整形したデータ整形波または該受信信
   号から得られるデータ復調波の前記２種類のクロックの
   各々の発生タイミングでのレベルに基づいてクロックの
   選択を行うことを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣ
   カード。
4. 【請求項４】 電力波を送信すると共に該電力波の周波
   数の１／Ｎ（Ｎは１以上の整数）の伝送速度でデータ波
   の送受信を行うリーダライタと、 前記リーダライタから放射される電力波を受信し、該電
   力波を電源として動作する非接触ＩＣカードであって、 前記リーダライタから受信される電力波に基づき、位相
   の異なった２種類のクロックを発生するクロック発生手
   段と、 前記２種類のクロックのうち前記リーダライタからのデ
   ータが受信されるタイミングで発生されるクロックを選
   択する選択手段とを具備し、 前記選択手段によって選択されたクロックに同期し、前
   記リーダライタとの間でデータの授受を行う非接触ＩＣ
   カードとからなることを特徴とする非接触ＩＣカードシ
   ステム。