JPH1174823A - 非接触icカードシステム - Google Patents

非接触icカードシステム

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JPH1174823A
JPH1174823A JP9232222A JP23222297A JPH1174823A JP H1174823 A JPH1174823 A JP H1174823A JP 9232222 A JP9232222 A JP 9232222A JP 23222297 A JP23222297 A JP 23222297A JP H1174823 A JPH1174823 A JP H1174823A
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Manabu Nakamura
学 中村
Shinichi Miyashita
信一 宮下
Mitsuhiro Okada
充弘 岡田
Keisuke Igarashi
啓介 五十嵐
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触ICカードシステムで、ロードスイッ
チ方式のデータ伝送を行う場合、変調が浅い場合にも良
好なデータの復調を行えるようにする。 【解決手段】 非接触ICカードシステムのリードライ
トユニットでの復調に、搬送波発振器と検波用の掛け算
器との間に移相器を設け、掛け算を行う搬送波の位相を
変化させることで位相変化分をも利用し効率のよい復調
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロードスイッチ方
式を用いた非接触ICカードシステムに係わり、特にリ
ーダライタユニット(以下RWUと記述する)でのデー
タ復調装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】ICカード内には電源をもたず、RWU
(リーダライタユニット)より電磁誘導などにより非接
触で電力を伝送し、その電力でICカードを動作させる
非接触ICカードシステムが開発されている。このシス
テムのRWUの構成を図5に、非接触ICカードの構成
を図6に示す。RWUからは、搬送波発振器5の出力が
変調器4を経由しパワーアンプ3で増幅され、RWUの
コイルアンテナ1から送出される。図6の非接触ICカ
ードのコイルアンテナがRWUのコイルアンテナ1に近
づくと、RWUから電磁誘導で電力が伝達される。非接
触ICカードのコイルアンテナはコンデンサCと並列共
振回路を形成し、共振周波数は受信した搬送波の周波数
に同調し、効率のよい受信を行う。この並列共振回路で
受けた受信電力はブリッジ整流器で整流されて直流電源
となり、平滑コンデンサで脈流が平滑されレギュレータ
で一定電圧に安定化されて制御部や復調器に供給されて
いる。
【0003】RWUと非接触ICカードの間ではデータ
伝送も行われる。RWUから非接触ICカードへデータ
を伝送するには、図5で電力を送出しているRWUの搬
送波発振器5の出力を、制御部12からの送信データに
したがい変調器4で振幅変調する。非接触ICカードで
はコイルアンテナで受信した電力用搬送波から変調成分
を取り出し、復調器で復調する。また、送信データのク
ロックは、クロック抽出回路により取り出される。一
方、非接触ICカードからのデータの送出には、ロード
スイッチ方式が使われることが多い。このロードスイッ
チ方式とは、非接触ICカードのコイルアンテナで電力
を受信する場合に、受信インピーダンスを送出するデー
タにより変化させ、RWU側では送出した電力搬送波の
送出出力振幅が変化するのを検出する方式である。例え
ば図6の制御部は、データ“1”を送出する場合は何も
しないが、データ“0”を送る場合は、スイッチを接続
し、コイルアンテナに並列に接続されているコンデンサ
Cにさらに並列にコンデンサC1とC2の直列回路を付
加する。コンデンサC1とC2の直列回路が並列に付加
されると、非接触ICカードの受信コイルアンテナの共
振周波数が変わるので、電力を受信する受信インピーダ
ンスが変化し、電磁結合しているRWU側のコイルアン
テナ1の負荷が変化する。そのためパワーアンプ3の送
出電圧値が変化し、その変化を下記のようにしてRWU
で検出することで、非接触ICカードからのデータ信号
を受信することができる。
【0004】RWUでのデータ受信は、コイルアンテナ
1とパワーアンプ3の間に設けられた結合器2を介して
行われる。コイルアンテナ1と電磁結合している負荷が
変化することによるパワーアンプ3の送出電圧の振幅の
変化を復調するためには、非同期検波方式や同期検波方
式が用いられるが、同期検波方式の方が検波効率がよ
い。通常の同期検波方式では、受信した変調波から搬送
波成分を、PLL(フェーズロックループ)回路などで
抽出し、受信変調波と掛け算を行うことで変調されたデ
ータ信号成分を取り出すが、ロードスイッチ方式では、
受信変調波は、電力を送信する搬送波発振器からの搬送
波であるので、搬送波成分を新たに抽出する必要はな
い。すなわち、図5で、結合器2で負荷変動により振幅
が変化した送出電圧を取り出し、搬送波発振器5の出力
と掛け算器7で掛け算を行わせる。掛け算器7の出力か
ら、LPF(低域ろ波器)8で高周波成分を取り去り、
アンプ9で増幅し、コンパレータ10でデータを判定す
る。受信データは整形器11で波形整形され制御部12
で受信される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ロードスイッチ方式に
おける非接触ICカードからのデータ伝送は、非接触I
Cカードからは搬送波を新たに送出することなくデータ
を送出できるので極めて簡便な方式であるが、もともと
RWUとICカードの電磁結合が小さく、電力を受信す
るときの受信インピーダンスを変化させるだけであるの
で、変調度を大きくすることができない。すなわちRW
Uの電力用の搬送波出力に大きな振幅変化を与えること
がむずかしい。そのため、RWUでのデータ復調は変調
度が浅く困難な面があった。特にRWUのコイルアンテ
ナ1と非接触ICカードのコイルアンテナの距離が離
れ、電磁結合が弱まると、RWU側での復調はきわめて
むづかしくなった。
【0006】本発明の目的は、ロードスイッチ方式での
データ受信において、変調が浅い場合にもより良好なデ
ータの復調を行うことができるデータ復調装置を提供す
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】非接触ICカードからの
データ伝送に、非接触ICカードのコイルアンテナに並
列に挿入されたコンデンサの容量を変化させるロードス
イッチ方式を用いた場合に、RWUの搬送波出力には、
振幅変化と位相変化が生ずることに着目し、RWUでの
復調には、搬送波発振器と掛け算器との間に移相器を設
け、掛け算を行う搬送波の位相を変化させることで位相
変化分をも利用し効率のよい復調を行う。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。図1は、本発明になる非接触ICカードシ
ステムのRWUの構成図である。この構成が図5の従来
のRWUの構成と異なっているのは、搬送波発振器5と
掛け算器7の間に移相器6が挿入されている点であり、
他は同じである。以下、図1を用いて本発明のシステム
に於けるデータ復調方法を説明する。
【0009】図6で示したように、非接触ICカードの
コイルアンテナに並列に挿入されているコンデンサを変
化させるロードスイッチ方式では、コンデンサの容量が
変わることでコイルアンテナとの並列共振周波数が電力
用に受信している搬送波の周波数からずれ、RWUのコ
イルアンテナ1から送出される搬送波の振幅と位相に変
化が生ずる。図1の結合器2で検出されたロードスイッ
チ方式の変調波を e(t)とおくと、 e(t)は次式で表わさ
れる。
【数1】e(t)=Ao(1+m)cos(ωct+θ) ここで、Aoは搬送波の振幅、ωcは搬送波の角周波数で
ある。mとθは非接触ICカードでコンデンサを変化さ
せたときに搬送波に生じる振幅変化分と位相変化分で、
送出データ“1”のときは、m=0、θ=0、送出デー
タが“0”のときは、m=mo θ=θoになるものとす
る。この変調波e(t)は掛け算器7へ入力される。搬送波
発振器5からの出力をcosωctとすると、移相器6を通
過し、位相がφだけ移相した信号y(t)は、y(t)=cos(ω
ct+φ)となる。このy(t)が掛け算器7でe(t)と掛け算
されると以下の式になる。
【数2】e(t)×y(t)=Ao(1+m)cos(ωct+θ)×cos(ωct+
φ)={Ao(1+m)/2}×{cos(2ωct+θ+φ)+cos(θ-
φ)} 2ωcの成分をLPF(低域ろ波器)8で取り除くと、L
PF8の出力である復調出力データb(t)は次式にな
る。
【数3】b(t)={Ao(1+m)/2}×cos(θ-φ) 出力データとしては、データ“1”のときの出力振幅と
データ“0”のときの出力振幅の差Dが大きければ、コ
ンパレータ10で検出しやすい。そこで上記の出力振幅
差Dを求めると以下の式になる。
【数4】 D=(Ao/2)×cos(-φ)-{Ao(1+mo)/2}×cos(θo-φ) この式から明らかなように、移相器6の移相量φを変化
させると、振幅差Dが変化することがわかる。すなわ
ち、最大のDの値が得られる移相量φを移相器6で設定
すれば効率の良いデータ復調装置が得られることにな
る。
【0010】以下に、(数4)を用いて具体的な値を計
算してみる。(数4)で搬送波振幅Ao=2と仮定する。
moやθoの値は、図6の非接触ICカードのコイルアン
テナと並列のコンデンサCによる並列共振回路のQや、
並列に挿入されるコンデンサC1、C2の値により定ま
る。いまmo=-0.1 とすると、出力振幅差Dは以下の式
になる。
【数5】D=cos(φ)-0.9cos(θo-φ) このデータ“1”のときの振幅とデータ“0”のときの
出力振幅の差Dは、コンパレータ10の入力でのデータ
出力振幅に相当するので、この値が大きいとコンパレー
タ10でデータ“1”かデータ“0”かの識別がしやす
くなる。そこで(数5)のDの値を、θoが90°、30
°、0°の場合に、φを変化させて計算してみると図
2、図3、図4となる。これからまず、図2のθoが90
°の場合には、移相器6での移相量φを0°から360°ま
で変化させると、出力振幅差Dは図に示すように変化す
る。最大値は移相量が318°の場合で1.345となる。一
方、移相器6で位相を移相しない場合、すなわち従来方
式と同様のφ=0°のときの出力振幅差Dは、図2から
1である。従って、移相器6で位相を318°移相させる
と出力振幅差Dを1.345倍にすることができることを示
している。
【0011】図3はθoが30°の場合である。図2と同
様に移相器6での移相量φを0°から360°まで変化させ
ると、出力振幅差Dの最大値は移相量が296°のときで
0.501であることがわかる。移相量φが0°の場合の出
力振幅差Dは0.22であるので、2倍以上の出力振幅差が
得られている。また、図4はθoが0°の場合である。こ
れは位相の変化がないことを意味する。この場合は、移
相器6での移相量φも0°のときが最大の出力振幅差D
が得られているが、その値は0.1ときわめて小さいこと
がわかる。
【0012】以上の図2、3、4の結果より、ロードス
イッチ方式で、搬送波が振幅変化のみしかない場合は、
本発明の方法を用いても効果はないが、振幅変化ととも
に位相変化をもともなうときは、本発明により著しい効
果があることがわかる。図6に示したような、非接触I
Cカードでのデータ伝送に、コイルアンテナに並列に挿
入されるコンデンサの値を変化させるロードスイッチ方
式を用いた場合は、振幅変化と位相変化の両方の変化が
搬送波にあるので、本発明の復調方法はきわめて有効で
ある。
【0013】
【発明の効果】本発明により、振幅変調における振幅変
化分以上の復調出力振幅がえられるので以下の効果があ
る。 (1)RWUのコイルアンテナのC/N比が小さくても良
好な受信が行える。 (2)RWUと非接触ICカードの距離が離れてもデー
タの伝送ができるので非接触ICカードのサービスエリ
アを広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に成る非接触ICカードシステムのリー
ダライタユニットの構成例を示す図である。
【図2】θが90°の場合の搬送波の位相を0°から36
0°まで移相したときのデータの出力振幅差を示す図で
ある。
【図3】θが30°の場合の搬送波の位相を0°から36
0°まで移相したときのデータの出力振幅差を示す図で
ある。
【図4】θが0°の場合の搬送波の位相を0°から36
0°まで移相したときのデータの出力振幅差を示す図で
ある。
【図5】従来方式のリーダライタユニットの構成図であ
る。
【図6】非接触ICカードの構成図である。
【符号の説明】
1 RWUのコイルアンテナ 2 結合器 3 パワーアンプ 4 変調器 5 搬送波発振器 6 移相器 7 掛け算器 8 LPF(低域ろ波器) 9 アンプ 10 コンパレータ 11 整形器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 充弘 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 (72)発明者 五十嵐 啓介 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リーダライタユニットとそのリーダライ
    タユニットより電磁結合で電力を供給される非接触IC
    カードからなる非接触ICカードシステムであって、 非接触ICカードでは、そのアンテナ負荷を送信データ
    に応じて可変する事により、リーダライタユニットから
    みた負荷の変化に少なくとも位相変化が生じるようにし
    てデータを送信し、 リーダライタユニットでは、そのアンテナに供給される
    搬送波を検波するためのローカルキャリアを、リーダラ
    イタユニットの搬送波発振器出力から移相器を介して生
    成する構成としたことを特徴とする非接触ICカードシ
    ステム。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003067689A (ja) * 2001-08-23 2003-03-07 Sony Corp 通信装置および方法
JP2006295419A (ja) * 2005-04-08 2006-10-26 Fujitsu Ltd Rfid用送受信装置
JP2010504683A (ja) * 2006-09-21 2010-02-12 サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド mRFIDリーダ機
WO2014199654A1 (ja) * 2013-06-13 2014-12-18 日本航空電子工業株式会社 電流センサ

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