JP2000348152A - Non-contact IC card - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】非接触ＩＣカード通信システムに於いて、非接
触ＩＣカードへの電力伝送が過剰に供給された場合、Ｉ
Ｃが発熱を生じ、ＩＣ誤動作・破損、非接触ＩＣカード
母材の変形が生じるおそれがある。
【解決手段】アンテナコイル自身の抵抗成分を大きくし
て、ICチップで従来消費されていた過剰電力の一部をア
ンテナで消費させる。
(57) [Summary] In a non-contact IC card communication system, when power transmission to a non-contact IC card is excessively supplied, I
C generates heat, which may cause malfunction or breakage of the IC and deformation of the base material of the non-contact IC card. The resistance component of an antenna coil itself is increased, and a part of excess power conventionally consumed by an IC chip is consumed by the antenna.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は非接触ＩＣカードが
受ける過電力電送によるＩＣチップの発熱抑制に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to suppression of heat generation of an IC chip due to overpower transmission to a contactless IC card.
【０００２】[0002]
【従来の技術】非接触ＩＣカードシステムにおいてはリ
ーダライタ装置から受ける電力をアンテナコイルを通し
て最大限にＩＣに伝えるため、アンテナコイルの抵抗成
分をできるだけ小さくし、電力をＩＣに供給していた。2. Description of the Related Art In a non-contact IC card system, in order to transmit electric power received from a reader / writer device to an IC through an antenna coil to a maximum extent, a resistance component of the antenna coil is made as small as possible and electric power is supplied to the IC.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ＩＣチップを動作させ
るために必要とされる電力の供給量は、技術の進歩によ
って低下しており、数ｍＷのオーダーとなるのはもはや
時間の問題である。ＩＣの動作に必要な電力の低下によ
り、リーダライタ装置からの電力供給は過剰となり、Ｉ
Ｃの発熱をもたらす。その発熱は該ＩＣの誤動作や破
損、局所的な発熱のためカード母材の変形をもたらすと
いう問題が生じる。ＩＣの小型化もＩＣに生じる熱が集
中し、放熱しにくくなるため、問題を加速させる原因と
なっている。The supply of power required to operate IC chips has been reduced by technological advances, and the order of a few mW is no longer a matter of time. Due to the decrease in power required for the operation of the IC, the power supply from the reader / writer device becomes excessive,
C generates heat. The heat generated causes a problem that the IC base material is deformed due to malfunction or damage of the IC and local heat generation. Also in the downsizing of ICs, the heat generated in the ICs is concentrated and it is difficult to dissipate the heat.
【０００４】過電力伝送によるＩＣの発熱を抑制する方
法が特開平１０−２４０８８９号および特開平１０−２
４０８９０号に開示されている。アンテナからＩＣに電
力が供給されるまでの間に抵抗または正特性サーミスタ
で過剰電力を消費させる方法である。しかし、上記の従
来技術では過剰電力供給手段をIC内に組み込めない。IC
内へ発熱を生じさせないためには、 熱を消費させる抵
抗または生得性サーミスタを別のチップで形成する必要
が生じる。そのため、 ＩＣカードのアンテナ以外の搭
載部品の全てを１チップにできず、接続点の多さからの
不良発生率や実装上の経費がかかるなどの問題点が生じ
る。Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-240889 and 10-2 disclose methods of suppressing heat generation of an IC due to overpower transmission.
No. 40890. This is a method in which excess power is consumed by a resistor or a positive temperature coefficient thermistor until power is supplied from the antenna to the IC. However, in the above-mentioned conventional technology, the excess power supply means cannot be incorporated in the IC. I c
In order to prevent the generation of heat inside, it is necessary to form a heat consuming resistor or an inherent thermistor on another chip. For this reason, all of the mounted components other than the antenna of the IC card cannot be integrated into one chip, which causes problems such as a failure rate due to the large number of connection points and a cost for mounting.
【０００５】また、ＩＣの発熱をさけるためにリーダラ
イタからＩＣカードへ必要最小限の電力を供給する方法
が特開平７−２７１９４０号に、安定した電力を供給す
る方法が特開平７−２７１９４１号に開示されている。
しかし、ＩＣカード内に電力供給が足りているかどうか
の検出回路を付加しなければならないという点や、本来
のＩＣカードとリーダライタ間の通信信号外の信号を処
理しなければならないなど、装置が複雑になるという問
題点がある。Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-271940 discloses a method of supplying a minimum necessary power from a reader / writer to an IC card in order to prevent heat generation of an IC. Is disclosed.
However, devices such as the need to add a circuit for detecting whether the power supply is sufficient in the IC card and the need to process signals outside the communication signal between the original IC card and the reader / writer are required. There is a problem that it becomes complicated.
【０００６】本発明の課題は上記の述べた過剰電力によ
るＩＣの発熱を容易に抑制することにある。An object of the present invention is to easily suppress heat generation of an IC due to the above-mentioned excessive power.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】過剰電力をアンテナコイ
ルで消費させるため、ICにはシャントレギュレータを具
備させ、シャントレギュレータの最小直流抵抗値より、
アンテナコイルの直流抵抗の大きさを大きく設定する。
シャントレギュレータの抵抗値は電圧値を上げていくと
ある電圧値までは無限大に近い値を取り、上記電圧値を
越えると、ほぼ一定の最小値を持つ。本発明においてシ
ャントレギュレータの最小直流抵抗値とは上記最小値の
ことをさす。直流と明記しているのは、誘導性・容量性
の成分を除く旨である。In order to consume excess power in the antenna coil, the IC is provided with a shunt regulator.
Set the DC resistance of the antenna coil to a large value.
The resistance value of the shunt regulator takes a value close to infinity up to a certain voltage value as the voltage value is increased, and has a substantially constant minimum value when the voltage value is exceeded. In the present invention, the minimum DC resistance value of the shunt regulator refers to the above minimum value. The fact that DC is specified means that inductive and capacitive components are excluded.
【０００８】従来アンテナコイルが受ける電力を最大限
ICに伝えるため、低抵抗の要求のあった非接触ＩＣカー
ドのアンテナコイルの抵抗を本願発明では逆に高くし
て、発熱の原因となっているＩＣへの過剰電力の一部を
アンテナコイルで消費させる。[0008] Maximize the power received by conventional antenna coils
In order to convey to the IC, the resistance of the antenna coil of the non-contact IC card, which has been required to have a low resistance, is increased in the present invention, and a part of the excess power to the IC which is causing the heat is generated by the antenna coil. To consume.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】図２は非接触ＩＣカードの通信回
路部分を略した本願発明の実施例の構成図である。図２
において、アンテナコイル１が受信した交流電力はＩＣ
２内の整流平滑回路３を通って直流電力に変換され、Ｉ
Ｃ２内の半導体の耐電圧を越えた電圧の発生を押さえる
ためのシャントレギュレータ回路６を経由し、ロジック
回路５を駆動するのに必要な電圧に降圧するシリーズレ
ギュレータ４で所定の電圧とし、ロジック回路６に供給
される。シャントレギュレータ回路６は過剰電力を電流
として消費するよう動作する。そこで、アンテナコイル
１の直流抵抗値をシャントレギュレータの最小直流抵抗
値に比べ大きくすることにより、シャントレギュレータ
回路６で流れる電流の大きさを減少させ、アンテナコイ
ル１で過剰電力の一部を消費させる。これにより、ＩＣ
２内のシャントレギュレータで消費される電力が減少
し、ＩＣ２の発熱を抑える効果が得られる。ロジック回
路の動作電圧を規制する手段での電力消費が抑えられる
ため、ロジック回路と過剰電力制御手段を同一チップに
することができる。過剰電力制御手段で過剰電力を消費
する手法を用いると、ロジック回路と過剰電力制御手段
を同じ半導体基板上に形成することはできないが、本発
明のように過剰制御手段であるレギュレータでは過剰電
力の一部のみ消費させて、大部分をアンテナで消費させ
る構成を取れば、同じ半導体基板上にロジック回路と過
剰電力制御手段を形成することができる。FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the present invention in which a communication circuit portion of a contactless IC card is omitted. FIG.
, The AC power received by the antenna coil 1 is
2 through a rectifying / smoothing circuit 3 in the DC power source 2 to be converted into DC power.
Through a shunt regulator circuit 6 for suppressing generation of a voltage exceeding the withstand voltage of the semiconductor in C2, the voltage is reduced to a voltage necessary for driving the logic circuit 5 by a series regulator 4 and is set to a predetermined voltage. 6. The shunt regulator circuit 6 operates to consume excess power as current. Therefore, by increasing the DC resistance value of the antenna coil 1 compared to the minimum DC resistance value of the shunt regulator, the magnitude of the current flowing in the shunt regulator circuit 6 is reduced, and the antenna coil 1 consumes a part of the excess power. . Thereby, IC
2, the power consumed by the shunt regulator in the IC 2 is reduced, and the effect of suppressing the heat generation of the IC 2 is obtained. Since power consumption by the means for regulating the operating voltage of the logic circuit is suppressed, the logic circuit and the excess power control means can be provided on the same chip. If a method of consuming excessive power by using the excess power control means is used, the logic circuit and the excess power control means cannot be formed on the same semiconductor substrate. With a configuration in which only a part is consumed and most is consumed by the antenna, the logic circuit and the excess power control means can be formed on the same semiconductor substrate.
【００１０】図１にはシャントレギュレータを介さず、
整流平滑回路３を通って直流電力に変換され、シリーズ
レギュレータ４で定電圧化してロジック回路５を動作さ
せている非接触ＩＣカードの構成ブロック図である。し
かしながら、シャントレギュレータを介さずロジック回
路に電力が供給されれば、たとえ図２の実施例と同様に
アンテナコイル１の抵抗を高くしても電流変化が少ない
ため、過剰電力をアンテナに消費分担させる効果は低く
なる。従って、本発明においてはシャントレギュレータ
を介してロジック回路５に耐圧以下の電圧を与える必要
がある。シリーズレギュレータは１９９４年３月５日森
北出版より発行の「電子回路」第１４１頁図８・１４に
示されるもので構成することができる。FIG. 1 does not use a shunt regulator.
FIG. 2 is a configuration block diagram of a non-contact IC card in which DC power is converted into DC power through a rectifying / smoothing circuit 3, and is converted into a constant voltage by a series regulator 4 to operate a logic circuit 5. However, if power is supplied to the logic circuit without passing through the shunt regulator, even if the resistance of the antenna coil 1 is increased similarly to the embodiment of FIG. The effect is lower. Therefore, in the present invention, it is necessary to apply a voltage lower than the withstand voltage to the logic circuit 5 via the shunt regulator. The series regulator can be constituted by the one shown in FIGS. 8 and 14 on page 141 of “Electronic Circuit” published by Morikita Publishing on March 5, 1994.
【００１１】図３も本発明の実施例を示している。図３
において、アンテナコイル１が受信した交流電力はＩＣ
２内の整流平滑回路３を通って直流電力に変換され、Ｉ
Ｃ２内の半導体の耐電圧を越えた電圧の発生を押さえる
ためのシャントレギュレータ回路６を経由し、ロジック
回路５を駆動するのに必要な電圧に降圧するＤＣ−ＤＣ
コンバータ７で所定の電圧とし、ロジック回路６に供給
される。シャントレギュレータ回路６は過剰電力を電流
として消費するよう動作する。同様にアンテナコイル１
の直流抵抗を、シャントレギュレータの最小直流抵抗値
に比べ大きくすることにより過剰に受信した電力による
IC内での集中した発熱を低減することができる。本実施
例においても以下の実施例と同様に、過剰電流制御手段
での発熱は抑えられるため、アンテナをのぞいたロジッ
ク回路、整流平滑回路、シャントレギュレータを同じＩ
Ｃチップ内に組み込むことができる。FIG. 3 also shows an embodiment of the present invention. FIG.
, The AC power received by the antenna coil 1 is
2 through a rectifying / smoothing circuit 3 in the DC power source 2 to be converted into DC power.
DC-DC which drops to a voltage necessary for driving the logic circuit 5 via a shunt regulator circuit 6 for suppressing generation of a voltage exceeding the withstand voltage of the semiconductor in C2
The voltage is converted into a predetermined voltage by the converter 7 and supplied to the logic circuit 6. The shunt regulator circuit 6 operates to consume excess power as current. Similarly, antenna coil 1
By increasing the DC resistance of the shunt regulator compared to the minimum DC resistance of the shunt regulator.
Concentrated heat generation in the IC can be reduced. In this embodiment as well, as in the following embodiments, heat generated by the excess current control means is suppressed, so that the logic circuit, rectifying and smoothing circuit, and shunt regulator except for the antenna are the same I.
It can be incorporated in a C chip.
【００１２】図４は本発明の実施例を示したブロック図
である。図４において、本発明を効果的に実施するにあ
たり不可欠な要素が示されている。アンテナコイル１が
受信した交流電力はＩＣ２内の整流平滑回路３を通って
直流電力に変換され、ロジック回路５を駆動するのに必
要な電圧に設定されたシャントレギュレータ回路６を経
由し、ロジック回路５に供給される。シャントレギュレ
ータ回路６は過剰電力を電流として消費するよう動作す
る。アンテナコイル１の直流抵抗を、シャントレギュレ
ータの最小直流抵抗値に比べ高くすることにより、ロジ
ック回路に耐圧以下電圧を供給するために、アンテナコ
イル及びＩＣ２内で消費せざるを得ないエネルギーの
内、ＩＣ２外で消費されるエネルギーの比率を高めるこ
とができる。FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 4 shows essential elements for effectively implementing the present invention. The AC power received by the antenna coil 1 is converted into DC power through a rectifying and smoothing circuit 3 in the IC 2, and passes through a shunt regulator circuit 6 set to a voltage required to drive the logic circuit 5, and 5 is supplied. The shunt regulator circuit 6 operates to consume excess power as current. By making the DC resistance of the antenna coil 1 higher than the minimum DC resistance value of the shunt regulator, in order to supply a voltage lower than the withstand voltage to the logic circuit, of the energy that must be consumed in the antenna coil and the IC 2, The ratio of energy consumed outside the IC 2 can be increased.
【００１３】図５は本発明の実施例で、接触・非接触複
合ＩＣカードの回路ブロック図が示されている。非接触
結合の場合、アンテナコイル１が受信した交流電力はＩ
Ｃ２内の整流平滑回路３を通って直流電力に変換され、
通信制御回路８および情報処理回路９を駆動する電圧に
設定されたシャントレギュレータ回路６を経由し、通信
制御回路８および情報処理回路９に供給される。アンテ
ナコイル１からの通信信号は通信制御回路を経由し情報
制御回路に送られる。また、情報制御回路９からの信号
は該通信制御回路８を経由してアンテナコイル１に送ら
れる。シャントレギュレータ回路６は過剰電力を電流と
して消費するよう動作する。そこで、同様に、アンテナ
コイル１の直流抵抗を、シャントレギュレータ最小直流
抵抗値に比べ直流抵抗の大きさを大きくすることによ
り、ＩＣ２内での集中した電力消費を低減させる。FIG. 5 is a circuit block diagram of a contact / contactless hybrid IC card according to an embodiment of the present invention. In the case of non-contact coupling, the AC power received by the antenna coil 1 is I
It is converted to DC power through the rectifying and smoothing circuit 3 in C2,
The signal is supplied to the communication control circuit 8 and the information processing circuit 9 via the shunt regulator circuit 6 set to a voltage for driving the communication control circuit 8 and the information processing circuit 9. The communication signal from the antenna coil 1 is sent to the information control circuit via the communication control circuit. A signal from the information control circuit 9 is sent to the antenna coil 1 via the communication control circuit 8. The shunt regulator circuit 6 operates to consume excess power as current. Thus, similarly, the DC resistance of the antenna coil 1 is made larger than the minimum DC resistance value of the shunt regulator, thereby reducing the concentrated power consumption in the IC 2.
【００１４】接触結合の場合は、コネクター１０を経由
してＩＣ２内の回路に電源が供給され、該情報処理回路
９と外部機器との通信もコネクター１０を介して行われ
る。コネクタ１０からの供給電圧をシャントレギュレー
タ６の設定電圧より低くすることでＩＣ２に過剰な電流
が流れることは無い。In the case of the contact connection, power is supplied to a circuit in the IC 2 via the connector 10, and communication between the information processing circuit 9 and an external device is also performed via the connector 10. By setting the supply voltage from the connector 10 lower than the set voltage of the shunt regulator 6, an excessive current does not flow through the IC2.
【００１５】上記で述べてきたシャントレギュレータは
定電圧回路と抵抗等の組合せによって構成できる定電圧
回路としては図６に示すようなツエナーダイオードやバ
ンドギャップ形基準電圧源を用いることが考えられる。
本願発明ではIC内に作られる必要があるため、ツエナー
ダイオードと同様の役割を果たすものをMOSトランジス
タで組む必要があるが、ツエナーダイオードをMOSトラ
ンジスタで組む構成は既に周知事項であり本願ではツエ
ナーダイオードで代表する。本願発明においては抵抗成
分を設ける必要はない。アンテナコイルの抵抗がその役
割を果たすためである。シャントレギュレータの直流抵
抗値の大きさは最小値から無限大までものを取る。これ
は定電圧回路というものが、電圧をゼロより大きくして
いく際に、ある電圧値(ツエナーダイオードでいうなら
ば降伏電圧の値)までは電流が微少でほとんど変化せ
ず、ある電圧値を過ぎると、電流が急激に電圧と比例関
係を持って増加するためである。抵抗値は従ってある電
圧値までは、無限大に近い値を取り、ある電圧値より大
きくなると、ほぼ一定の最小値を持つ。本発明において
シャントレギュレータの最小直流抵抗値とは該最小値の
ことをさす。いわば、シャントレギュレータ動作時の直
流抵抗値といえる。The shunt regulator described above can be constituted by a combination of a constant voltage circuit and a resistor or the like. As the constant voltage circuit, a Zener diode or a band gap type reference voltage source as shown in FIG. 6 may be used.
In the present invention, since it is necessary to be formed in an IC, it is necessary to form a device having the same role as a Zener diode by using a MOS transistor. To represent. In the present invention, it is not necessary to provide a resistance component. This is because the resistance of the antenna coil plays its role. The magnitude of the DC resistance of the shunt regulator ranges from a minimum value to infinity. This is because when a constant voltage circuit increases the voltage above zero, the current is very small and hardly changes up to a certain voltage value (the breakdown voltage value in the case of a Zener diode). This is because, if too long, the current rapidly increases in proportion to the voltage. The resistance value therefore takes a value close to infinity up to a certain voltage value, and has a substantially constant minimum value above a certain voltage value. In the present invention, the minimum DC resistance value of the shunt regulator refers to the minimum value. In other words, it can be said that it is a DC resistance value when the shunt regulator operates.
【００１６】なお、抵抗成分の大きさは ｒ＝ρ＊ｌ/S
で表すことができる。ρは比抵抗率、ｌは抵抗の長
さ、Ｓは断面積を示す。そこで、アンテナコイルの直流
抵抗を大きくするには、比抵抗の高い素材で形成するこ
とだけでなく、アンテナコイルの長さを増やす、アンテ
ナコイルの断面積を小さくする等の手段がある。比抵抗
を変化させるには、銅などの巻き線でコイルを構成して
いる場合は不純物を混ぜることにより、銅の含有率を下
げればよい。同様に銀ペーストでコイル部分を構成して
いる場合は、銀の含有量を減らせばよい。アンテナコイ
ルの長さを増やせば、占有面積を増やすという欠点があ
る。アンテナコイルの断面積を小さくすることはカード
の薄型化の傾向にも適しているため、抵抗を大きくする
方法として最も実現するに適した方法で有ると思われ
る。現在、巻き線コイルの場合、直径が0.05μｍ、断面
積は0.002μｍ2であり、エッチングや銀ペーストで製造
されたアンテナコイルの断面積は1500μｍ2である。従
って、コイルの断面積を現在より小さくすることにより
本発明を構成することができる。唯、技術的にどこまで
薄型化できるは製造技術に依存する側面もある。抵抗の
大きさならば、巻き線コイルで1Ω以下、エッチングや
銀ペーストで数１０Ω程度である。そこで、本発明では
これらの数値より大きい値で抵抗を構成すればよい。The magnitude of the resistance component is r = ρ * l / S
Can be represented by ρ indicates the specific resistivity, 1 indicates the length of the resistor, and S indicates the cross-sectional area. Therefore, in order to increase the DC resistance of the antenna coil, there is a method of increasing the length of the antenna coil, reducing the cross-sectional area of the antenna coil, and the like as well as forming the antenna coil from a material having a high specific resistance. In order to change the specific resistance, when the coil is made of a winding such as copper, the content of copper may be reduced by mixing impurities. Similarly, when the coil portion is made of silver paste, the silver content may be reduced. Increasing the length of the antenna coil has the disadvantage of increasing the occupied area. Reducing the cross-sectional area of the antenna coil is also suitable for the tendency of the card to be thinner, so it seems to be the most suitable method for increasing the resistance. At present, a wound coil has a diameter of 0.05 μm and a cross-sectional area of 0.002 μm 2 , and an antenna coil manufactured by etching or silver paste has a cross-sectional area of 1500 μm 2 . Therefore, the present invention can be configured by making the cross-sectional area of the coil smaller than the current one. However, technically, how thin the device can be made also depends on the manufacturing technology. If the resistance is large, the resistance is about 1 Ω or less for a winding coil and about several tens of Ω for etching or silver paste. Therefore, in the present invention, the resistor may be configured with a value larger than these values.
【００１７】[0017]
【発明の効果】非接触ＩＣカードへの過剰電力供給によ
るＩＣ回路の発熱を押さえ、発熱によるＩＣの誤動作や
破損事故を未然に防げる。According to the present invention, the heat generation of the IC circuit due to the excessive power supply to the non-contact IC card is suppressed, and the malfunction or breakage of the IC due to the heat generation can be prevented.
【図１】非接触ＩＣカードの回路ブロック図である。FIG. 1 is a circuit block diagram of a non-contact IC card.
【図２】本発明の実施例の回路ブロック図である。FIG. 2 is a circuit block diagram of an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例の回路ブロック図である。FIG. 3 is a circuit block diagram of an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例の回路ブロック図である。FIG. 4 is a circuit block diagram of an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施例の回路ブロック図である。FIG. 5 is a circuit block diagram of an embodiment of the present invention.
【図６】シャントレギュレータの構成例である。FIG. 6 is a configuration example of a shunt regulator.
１：アンテナコイル ２：ＩＣ ３：整流平滑回路
４：シリーズレギュレータ ５：ロジック回路 ６：シャントレギュレータ ７：Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ ８：通信制御回路 ９：情報処理回路 １０：コネクタ
ー。1: antenna coil 2: IC 3: rectifying and smoothing circuit
4: Series regulator 5: Logic circuit 6: Shunt regulator 7: D
C-DC converter 8: Communication control circuit 9: Information processing circuit 10: Connector.
Claims (2)
ントレギュレータを具備し、上記アンテナコイルは上記
整流平滑回路を介して、上記シャントレギュレータに接
続され、上記シャントレギュレータの最小直流抵抗値の
大きさに比べ、上記アンテナコイルの直流抵抗の大きさ
が大きいことを特徴とする非接触ICカード。An antenna coil, a rectifying / smoothing circuit, and a shunt regulator, wherein the antenna coil is connected to the shunt regulator via the rectifying / smoothing circuit, and the magnitude of a minimum DC resistance value of the shunt regulator. A non-contact IC card characterized in that the direct current resistance of the antenna coil is greater than that of the antenna coil.
回路は同一半導体基板に形成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の非接触ＩＣカード。2. The non-contact IC card according to claim 1, wherein the shunt regulator and the rectifying and smoothing circuit are formed on the same semiconductor substrate.
Priority Applications (1)
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