JP2001005938A

JP2001005938A - 非接触式ｉｃカード

Info

Publication number: JP2001005938A
Application number: JP11218762A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Takiguchi; 昌宏滝口; Satoshi Kawachi; 聡河内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＣカードの共振周波数がずれてしまった場
合でも、リーダライタの消費電流が増加することなく通
信距離が低下したり、データの読取りに不具合が生じて
しまうことを防止できるようにする。【解決手段】ＩＣカード３の共振回路１１は、アンテ
ナコイル４と共振周波数制御部５とから構成されてい
る。共振回路１１はリーダライタからの電力用電磁波信
号を受信することにより、整流部６から直流電圧を出力
する。ここで、共振周波数制御部５は、整流部６からの
直流電圧が最大となるように共振回路１１の共振周波数
を制御するようになっている。従って、ＩＣカード３
は、リーダライタとの共振状態で通信を行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リーダライタとデ
ータの授受を行う非接触式ＩＣカードに関する。

【従来の技術】近年、従業員証、定期券、テレホンカー
ド等を磁気カード方式から非接触式ＩＣカード方式とす
ることが試みられている。この種のＩＣカードは電源を
内蔵していないことから、リーダライタから電力用電磁
波信号をＩＣカードに送信することにより給電し、その
給電状態でリーダライタがＩＣカードとデータの授受を
行うもので、ＩＣカードの共振回路の共振周波数は電力
用信号の周波数と一致しているのが一般的である。具体
的には、アンテナコイル及びコンデンサの値を所定の周
波数に共振するように選定しており、共振回路の共振周
波数は固定的にＩＣカードに設定されている。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のものでは、以下の問題点が発生する。（１）アンテナコイル、コンデンサ容量のばらつきによ
り、ＩＣカードの共振周波数がずれてしまう。（２）ＩＣカード単体で共振周波数を調整した場合、複
数のＩＣカードが重なった場合など、ＩＣカード同士の
相互結合によりＩＣカードの共振周波数がずれてしま
う。（３）ＩＣカードが水で濡れてしまうと、ＩＣカードの
共振周波数がずれてしまう。

【０００３】このようにＩＣカードの共振周波数がずれ
てしまうと、リーダライタとＩＣカードとの間の通信距
離が短くなったり、リーダライタがＩＣカードからデー
タを確実に読取れなくなってしまうことがある。

【０００４】この場合、上記問題点を解決するには、リ
ーダライタ側の出力を高めることが考えられるものの、
以下の制約があり、完全に解決することはできないのが
実情である。

【０００５】（１）電磁波法等の規制により、リーダラ
イタの出力の上限値が決められている。（２）近年、省電力化の要求が高く、消費電流を抑制し
なければならない。本発明は上記事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、共振周波数がずれてしまった場合
でも、消費電流が増加することなくリーダライタとの通
信距離が低下したり、リーダライタによるデータの読取
りに不具合が生じてしまうことを防止できる非接触式Ｉ
Ｃカードを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、共振回路の共振周波数がリーダライタからの電磁波
信号の周波数からずれてしまった場合は、整流部からの
直流電圧が低下してしまうものの、共振周波数制御部は
整流部からの直流電圧が最大となるように共振回路の共
振周波数を制御するので、共振回路の共振周波数はリー
ダライタと共振する周波数に制御され、リーダライタと
ＩＣカードとの間の通信距離が短くなってしまうことを
防止できる。

【０００７】請求項２の発明によれば、整流部から出力
される直流電圧が低い場合は、共振回路の共振周波数の
ずれが大きくて制御用回路による通信に不具合を生じる
虞があるものの、電圧検出部が検出した直流電圧が所定
電圧となるまで制御用回路の動作は停止されるので、制
御用回路は、共振回路が適切な共振周波数に調整された
状態で動作する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の概要を図１乃至図
８を参照して説明する。図２は本発明の全体構成を概略
的に示している。この図２において、リーダライタ１は
アンテナコイル２を備えていると共に、ＩＣカード３は
アンテナコイル４を備えており、リーダライタ１のアン
テナコイル２から電力用電磁波信号をＩＣカード３のア
ンテナコイル４に送信した状態でリーダライタ１はＩＣ
カード３とデータの授受を行うことができる。尚、アン
テナコイル４はＩＣカード３に内蔵されているのが一般
的である。

【０００９】図１はＩＣカード３の構成を概略的に示し
ている。この図１において、ＩＣカード３は、電磁波信
号を送受信するためのアンテナコイル４、コンデンサ４
ａ、共振周波数を制御するための共振周波数制御部５、
整流部６、平滑用コンデンサ７、制御／演算部８、クロ
ック生成部９、メモリ１０等を備えて構成されている。

【００１０】アンテナコイル４及びコンデンサ４ａ並び
に共振周波数制御部５は並列に接続されて共振回路１１
を構成しており、その共振回路１１においてリーダライ
タ１から所定周波数の電力用電磁波信号を受信して電力
用信号に変換する。整流部６は、共振回路１１から出力
された電力用信号を整流し、平滑用コンデンサ７により
一定電圧の直流電圧（動作電圧）に平滑化して各回路に
出力する。

【００１１】リーダライタ１から送信されてくるデータ
等の信号は、電力用電磁波信号に重畳して送信されるよ
うになっており、その信号は、受信部１２により復調さ
れて制御／演算部８に与えられる。制御／演算部８は、
受信部１２から入力される信号に応じた処理を実行し、
メモリ１０に記憶しているデータを変調部１３により変
調してアンテナコイル４から電力用電磁波信号に重畳さ
せて送信する。

【００１２】ここで、共振回路１１の共振周波数が種々
の要因でリーダライタ１の電磁波周波数ｆ0 からずれた
場合、リーダライタ１とＩＣカード３との間の通信距離
が低下したり、リーダライタ１によるＩＣカード３のデ
ータの読取りが不確実となる虞を生じる。

【００１３】そこで、本発明では、次のようにして共振
周波数制御部５により共振周波数を制御することにより
共振周波数のずれを防止するようにした。即ち、図３に
示すように整流部６からの直流電圧が本来の電圧Ｖ２か
らＶ1 或いはＶ３に低下してしまうことから、共振周波
数制御部５は、直流電圧に基づいて共振回路１１の共振
周波数を制御するようにした。つまり、共振回路１１の
共振周波数ｆがリーダライタ１の電磁波周波数ｆ0 に対
してｆ＞ｆ0 、ｆ＜ｆ0 のときは整流部６からの直流電
圧が最大電圧Ｖ２から低下すると共に、ｆ＝ｆ0 で整流
部６からの直流電圧が最大電圧Ｖ２となるので、整流部
６からの直流電圧に基づいて共振回路１１がリーダライ
タ１と共振状態となったかを判断することができる。

【００１４】従って、整流部６からの直流電圧が最大と
なるように共振回路１１の共振周波数を制御することに
より共振回路１１がリーダライタ１と共振状態となるよ
うに制御することができるので、以後においては、リー
ダライタ１とＩＣカード３とは共振状態となり、リーダ
ライタ１はＩＣカード３と確実に通信することができ
る。

【００１５】ここで、共振周波数制御部５としては、図
４に示すようにコンデンサ容量制御方式と、図５に示す
ようにコンデンサ１４のインピーダンスを制御する共振
回路抵抗制御方式とがあり、コンデンサ容量制御方式に
おける共振周波数はｆ0 ＝１／（２・π・（ＬＣ）
^１／２）で表すことができ、共振回路抵抗制御方式に
おける共振周波数はｆ0 ＝１／（２・π・（ＬＣ−Ｃ
^２Ｒ^２）^１／２）で表すことができる。

【００１６】また、コンデンサ容量方式としては、図６
に示すようにコンデンサ１４を選択するための複数のス
イッチ１５を用いたスイッチ切替え方式と図７に示すよ
うに可変容量コンデンサ１６を用いた可変容量コンデン
サ方式とがあり、また、共振回路抵抗制御方式として
は、図８に示すようにトランジスタ１７を用いたトラン
ジスタ制御方式がある。

【００１７】（第１の実施の形態）次に本発明の第１の
実施の形態を図９乃至図１２を参照して説明する。この
第１の実施の形態は共振周波数制御部としてコンデンサ
容量制御方式における可変容量コンデンサ方式を採用し
たものである。

【００１８】図９は共振周波数制御部５の構成を示して
いる。この図９において、共振周波数制御部５は、ＩＣ
を構成するＦＥＴ１８のゲートにコンデンサ１４を接続
すると共に、ゲートに整流部６からの直流電圧を抵抗３
１を介して印加するように接続して構成されている。

【００１９】ここで、ＦＥＴ１８のゲートとソース間の
接合容量Ｃgs（図１０参照）は、図１１に示すようにゲ
ートとソース間の電圧Ｖg の電圧が高くなるに従って容
量が減少する特性を示す。従って、共振回路１１の共振
周波数は、図１２に示すように直流電圧が高くなる程高
くなるという特性を示す。この場合、共振周波数制御部
５は、共振回路１１の初期共振周波数をリーダライタ１
の電磁波周波数ｆ0 よりも低く設定している。

【００２０】次に上記構成の作用について説明する。リ
ーダライタ１は、アンテナコイル２から基準周波数の電
力用電磁波信号を送信している。

【００２１】ＩＣカード３においては、アンテナコイル
４でリーダライタ１からの電力用電磁波信号を受信し、
共振回路１１から電力用信号を出力する。この電力用信
号は整流部６で直流電圧に生成されて各回路に動作電圧
として出力される。

【００２２】さて、ＩＣカード３がリーダライタ１に接
近するに従って整流部６からの直流電圧が上昇する。こ
のとき、図１２に示すように共振回路１１の共振周波数
は直流電圧が上昇するに従って上昇する一方で、図３に
示すように共振周波数が電磁波周波数ｆ0 に接近するよ
うに上昇するに従って直流電圧が上昇するので、容量Ｃ
gsが減少し、共振周波数が上昇すると直流電圧がさら上
昇するという正帰還が行われ、直流電圧は一気に上昇す
る。そして、共振周波数が電磁波周波数ｆ0 となったと
ころで直流電圧が最大となり、共振周波数が電磁波周波
数ｆ0 を上回るようになると今度は直流電圧が低下する
ようになるので、結局、共振周波数は電磁波周波数ｆ0
に自動調整されるようになる。従って、以後において
は、共振回路１１の共振周波数は電磁波周波数ｆ0 に調
整された状態でリーダライタ１との通信を行うことにな
る。

【００２３】このような実施の形態によれば、ＦＥＴ１
８の特性を利用してＩＣカード３の共振回路１１の共振
周波数をリーダライタ１からの電磁波周波数ｆ0 となる
ように自動調整するようにしたので、共振回路１１の共
振周波数が固定されている構成のものと違って、リーダ
ライタ１とＩＣカード３との間の通信距離が低下するこ
とを防止すると共に、リーダライタ１によるＩＣカード
３のデータ読取りに不具合を生じることもない。

【００２４】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を図１３乃至図１５を参照して説明する。
この第２の実施の形態は、共振周波数制御部５として、
コンデンサ容量制御方式におけるスイッチ切替え方式を
採用したものである。

【００２５】図１３は共振周波数制御部５の構成を示し
ている。この図１３において、コンデンサ１４はＦＥＴ
１９と直列接続されていると共に、このＦＥＴ１９のゲ
ートにはコンデンサ切替え部２０が接続されており、選
択されたＦＥＴ１９がオンすることにより共振回路１１
の容量、ひいては共振回路１１の共振周波数が制御され
るようになっている。このコンデンサ切替え部２０は、
図１４に示すように複数の電圧比較回路２１を備えてお
り、この電圧比較回路２１は、直流電圧が所定の切替え
設定電圧を上回ったときは接続されたＦＥＴ１９をオン
することにより共振周波数を制御するようになってい
る。この場合、共振回路１１は、図１５に示すように直
流電圧が上昇するのに従って共振周波数がステップ状に
低下する特性を示すようになっている。また、コンデン
サ切替え部２０は、共振回路１１の初期共振周波数をリ
ーダライタ１の電磁波周波数ｆ0 よりも高く設定してい
る。

【００２６】さて、ＩＣカード３がリーダライタ１に接
近するに従って整流部６からの直流電圧が上昇すると、
図１５に示すように共振回路１１の共振周波数は直流電
圧が上昇するに従ってステップ状に低下する一方で、図
３に示すように共振周波数が電磁波周波数ｆ0 に接近す
るように上昇するに従って直流電圧が上昇するので、共
振周波数が低下すると直流電圧がさら上昇するという正
帰還が行われ、直流電圧は一気に上昇する。そして、共
振周波数が電磁波周波数ｆ0 となったところで直流電圧
が最大となり、さらに共振周波数が電磁波周波数ｆ0 を
下回るようになると今度は直流電圧が低下するようにな
るので、結局、共振周波数は電磁波周波数ｆ0 に自動調
整されることになる。従って、以後においては、共振回
路１１の共振周波数は電磁波周波数ｆ0 に調整された状
態でリーダライタ１との通信を行うことになる。

【００２７】このような第２の実施の形態によれば、コ
ンデンサ切替え部２０により所定のＦＥＴ１９をオンす
ることにより直流電圧が高くなる程共振回路１１の共振
周波数が低くなるように切替えるようにしたので、第１
の実施の形態と同様に、共振回路１１の共振周波数をリ
ーダライタ１の電磁波周波数ｆ0 に自動調整でき、リー
ダライタ１とＩＣカード３との間の通信距離が低下する
ことを防止すると共に、リーダライタ１によるＩＣカー
ド３のデータの読取りに不具合を生じることもない。

【００２８】（第３の実施の形態）次に本発明の第３の
実施の形態を図１６及び図１７を参照して説明する。こ
の第３の実施の形態は、共振周波数制御部５として、共
振回路抵抗制御方式におけるトランジスタ制御方式を採
用したものである。

【００２９】即ち、共振周波数制御部５を示す図１６に
おいて、コンデンサ１４にはトランジスタ２２が直列に
接続されていると共に、そのトランジスタ２２のベース
に抵抗２３，２４による分圧された直流電圧が印加され
ており、オンするトランジスタ２２に応じて共振回路１
１の共振周波数が制御されるようになっている。この場
合、トランジスタ２２のベース電圧が高い程トランジス
タ２２のコレクタとエミッタとの間の抵抗が大きくなる
ので、共振回路１１は、図１７に示すように直流電圧が
上昇するのに従って共振周波数が低下する特性を示すよ
うになっている。また、共振回路１１の初期共振周波数
はリーダライタ１の電磁波周波数ｆ0 よりも高く設定さ
れている。

【００３０】さて、ＩＣカード３がリーダライタ１に接
近するに従って整流部６からの直流電圧が上昇すると、
図１７に示すように共振回路１１の共振周波数は直流電
圧が上昇するに従って低下する一方で、図３に示すよう
に共振周波数が電磁波周波数ｆ0 に接近するように低下
するに従って直流電圧が上昇するので、共振周波数が低
下すると直流電圧がさら上昇するという正帰還が行わ
れ、直流電圧は一気に上昇する。そして、共振周波数が
電磁波周波数ｆ0 となったところで直流電圧が最大とな
り、さらに共振周波数が電磁波周波数ｆ0 を下回るよう
になると今度は直流電圧が低下するようになるので、結
局、共振周波数は電磁波周波数ｆ0 に自動調整されるこ
とになる。従って、以後においては、共振回路１１の共
振周波数は電磁波周波数ｆ0 に調整された状態でリーダ
ライタ１との通信を行うことになる。

【００３１】このような第３の実施の形態によれば、ト
ランジスタ２２のコレクタとエミッタとの間の抵抗値を
直流電圧に応じて調整することにより共振回路１１の共
振周波数を制御するようにしたので、第１の実施の形態
と同様に、共振回路１１の共振周波数をリーダライタ１
の電磁波周波数ｆ0 に自動調整でき、リーダライタ１と
ＩＣカード３との間の通信距離が低下することを防止す
ると共に、リーダライタ１によるＩＣカード３のデータ
の読取りに不具合を生じることもない。

【００３２】（第４の実施の形態）次に本発明の第４の
実施の形態を図１８を参照して説明する。この第４の実
施の形態は、直流電圧に応じて制御用回路を動作させる
ようにしたことに特徴を有する。

【００３３】即ち、ＩＣカード３には電圧検出部２５が
設けられており、この電圧検出部２５は、検出した直流
電圧が規定電圧未満の場合は、制御／演算部（制御用回
路に相当）８及びクロック生成部（制御用回路に相当）
９の動作を停止するようになっている。

【００３４】従って、直流電圧が低くて共振周波数がリ
ーダライタ１の電磁波周波数ｆ0 からずれている場合は
制御／演算部８及びクロック生成部９が動作することは
なく、直流電圧が十分に高くなって共振周波数がリーダ
ライタ１の電磁波周波数ｆ0となったときに演算／制御
部８及びクロック生成部９が動作する。

【００３５】この第４の実施の形態によれば、ＩＣカー
ド３の共振回路１１の共振周波数がリーダライタ１の電
磁波周波数ｆ0 に制御された状態でリーダライタ１との
通信が行われるので、直流電圧が低い状態でリーダライ
タとの通信が行われることはなく、リーダライタ１によ
るＩＣカード３のデータの読取りに不具合を生じること
はない。

【００３６】本発明は、上記各実施の形態にのみ限定さ
れるものではなく、次のように変形または拡張できる。
第１の実施の形態において、ＦＥＴの代りにバリキャッ
プダイオードを接続し、このバリキャップダイオードの
制御電圧を調整することにより共振回路１１の共振周波
数を制御するようにしてもよい。

【００３７】第４の実施の形態において、電圧検出部２
５により制御／演算部８及びクロック生成部９に対する
給電路を断つようにしてよい。

【００３８】共振回路１１の共振周波数を連続的に変化
させ、整流部６からの直流電圧が最大となる共振周波数
に制御するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概要を説明するためのＩＣカードのブ
ロック図

【図２】全体の構成を示す概略図

【図３】周波数と直流電圧との関係を示す図

【図４】コンデンサ容量制御方式の共振周波数制御部を
示す電気回路図

【図５】共振回路抵抗制御方式の共振周波数制御部を示
す電気回路図

【図６】コンデンサ容量方式におけるスイッチ切替え方
式を示す電気回路図

【図７】コンデンサ容量方式における可変容量コンデン
サ方式を示す電気回路図

【図８】共振回路抵抗制御方式におけるトランジスタ制
御方式を示す電気回路図

【図９】本発明の第１の実施の形態における共振周波数
制御部を示す電気回路図

【図１０】ＦＥＴの接合容量を示す図

【図１１】ＦＥＴのゲート電圧と接合容量との関係を示
す図

【図１２】ＩＣカードの直流電圧と共振周波数との関係
を示す図

【図１３】本発明の第２の実施の形態を示す図９相当図

【図１４】コンデンサ切替え部を示す概略図

【図１５】図１２相当図

【図１６】本発明の第３の実施の形態を示す図９相当図

【図１７】図１２相当図

【図１８】本発明の第４の実施の形態を示す図９相当図

【符号の説明】

１はリーダライタ、３はＩＣカード、５は共振周波数制
御部、６は整流部、８は制御用回路、９はクロック生成
部（制御用回路）、１１は共振回路、２５は電圧検出部
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リーダライタからの電磁波信号を受信す
る共振回路と、この共振回路が前記リーダライタから電
磁波信号の受信状態で直流電圧を出力する整流部とを備
えた非接触式ＩＣカードにおいて、前記整流部からの直流電圧が最大となるように前記共振
回路の共振周波数を制御する共振周波数制御部を備えた
ことを特徴とする非接触式ＩＣカード。
【請求項２】前記整流部から出力された直流電圧を検
出する電圧検出部を備え、前記電圧検出部が検出した電圧が所定電圧となるまで制
御用回路の動作を停止するように構成したことを特徴と
する請求項１記載の非接触式ＩＣカード。
【請求項３】前記共振周波数制御部は、前記共振回路
のコンデンサ容量を制御することにより前記共振回路の
共振周波数を制御することを特徴とする請求項１または
２記載の非接触式ＩＣカード。
【請求項４】前記共振周波数制御部は、前記共振回路
のインピーダンスを制御することにより前記共振回路の
共振周波数を制御することを特徴とする請求項１または
２記載の非接触式ＩＣカード。