WO2005101304A1

WO2005101304A1 - 半導体集積回路、及びこれを搭載した非接触型情報システム

Info

Publication number: WO2005101304A1
Application number: PCT/JP2005/007073
Authority: WO
Inventors: George Nakane; Tatsumi Sumi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2005-10-27
Also published as: EP1742172A1; JP4238265B2; DE602005026000D1; CN100449568C; US7850086B2; US20070188297A1; CN1914629A; JPWO2005101304A1; EP1742172A4; EP1742172B1

Abstract

　非接触型情報媒体（半導体集積回路）と、この非接触型情報媒体と非接触状態で通信を行うリーダーライタとの間の通信可能な距離を延ばし、また、非接触型情報媒体からデータをリーダーライタに返信する際に、電源電圧が低下しても安定してデータの送受信を行うことができるようにするために、データを非接触型情報媒体から返信する場合には、不揮発性メモリ回路部３００よりも低電圧で動作できるロジック回路部２００に、返信すべきデータを保持させ、データが返信される期間には、リセット発生回路１６０で用いるリセット検知下限電圧をそれ以外の期間に比べ低下させる。

Description

半導体集積回路、及びこれを搭載した非接触型情報システム技術分野

[0001] 本発明は、電磁波によって電力の供給を受ける半導体集積回路、およびこの半導体集積回路を搭載した非接触型情報媒体を含む情報システム (非接触型情報システム）に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、コイルの相互誘導現象を利用して所定波長の電磁波によって電力の供給を受ける半導体集積回路を用い、電力の供給と同時にデータの送受信を行う非接触 I Cカードなどのデータキャリアが実用段階に入っている。この非接触 ICカードの種類は、非接触 ICカードとの間で電波の送受信を行うリーダーライタと当該非接触 ICカードとの間で通信が可能な距離によって、密着型、近接型、および近傍型に分類されており、それぞれについての標準規格も整いつつある。

[0003] 特に、リーダーライタから 10[cm]程度までの距離で用いることが可能な近接型の非接触 ICカードは、定期券などの用途によく用いられ、駅の改札口などで定期入れ力も定期券 (非接触 ICカード)を取り出すことなぐリーダーライタとの非接触状態での情報のやり取りに基づいて、改札口のゲートの開閉制御を行うことが可能である。このように、非接触 ICカード、および非接触 ICカードを用いた情報システム (非接触型情報システム）は、きわめて広い範囲で使用される可能性を有するものである。

[0004] このような非接触型情報システムでは、例えば非接触 ICカードからリーダーライタにデータを返信する場合には、非接触 ICカードが有する磁気結合されたコイル (アンテナコイル)の負荷を変動させて信号 (データ)を変調することによりデータの返信が実現されている。

[0005] また、非接触型情報システムでは、データの送受信時に例えば非接触 ICカードとリーダーライタの物理的な距離が大き、こと等が原因で、コイルの相互誘導現象によつて発生する電圧が小さくなると、非接触 ICカードとリーダーライタとの通信が不可能になってしまう場合がある。このため、従来の非接触 ICカードでは、電源電圧が前もつて定められたリセット検知下限電圧を下回った場合に、内部の半導体集積回路をリセットするようして、正確なデータ通信が担保されている。（例えば、特許文献 1を参照。

)

特許文献 1：特開平 8— 77318号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかし、アンテナコイルの負荷を変動させて信号を変調すると、非接触リカードからリーダーライタに対してデータの返信が行われる期間は、非接触 ICカードとリーダーライタとの物理的な距離がそれほど大きくな、場合であっても、アンテナコイルに発生する電圧は一時的に下がってしまう。

[0007] すなわち、従来の非接触 ICカードは、非接触 ICカードとリーダーライタの物理的な距離がある程度以上に離れたり、リーダーライタに対してデータの返信が行われたりすること〖こよって、アンテナコイルに発生する電圧が下がり、電源電圧が前記リセット検知下限電圧よりも低くなると、例え送受信の途中であっても、非接触 ICカード内部の半導体集積回路が絶えずリセットされてしまい、非接触 ICカードとリーダーライタとの間でデータ通信ができなくなってしまう場合があるという問題を有していた。

[0008] 本発明は、前記の問題に着目してなされたものであり、非接触型情報媒体 (半導体集積回路)と、この非接触型情報媒体と非接触状態で通信を行うリーダーライタとの間の通信可能な距離を延ばし、また、非接触型情報媒体力もデータをリーダーライタに返信する際に、電源電圧が低下しても安定してデータの送受信を行うことができる非接触型情報媒体を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0009] 前記の課題を解決するため、請求項 1の発明は、

アンテナコイルが受信した電磁波によって電源電圧の供給を受ける一方、前記アンテナコイルを介してデータの送受信を行う半導体集積回路であって、

データが格納されるメモリ回路と、

前記アンテナコイルが接続される一対の端子と、

送信するデータに応じて、前記端子間の負荷を変化させることによって、前記アンテナコイルを介してデータを送信する変調送信回路と、

前記メモリ回路に格納されたデータを前記変調送信回路に出力する送信制御回路と、

前記電源電圧が所定の閾値を下回った場合に、前記送信制御回路をリセットするリセット信号を前記送信制御回路に出力するリセット信号発生回路とを備え、

前記送信制御回路は、データを送信中の状態であることを示す送信状態信号を出力するように構成され、

前記リセット信号発生回路は、前記送信状態信号が出力されている期間は、前記送信状態信号が出力されていない期間よりも前記閾値を低くするように構成されていることを特徴とする。

[0010] これにより、データの送信状態であるかどうかに応じて、リセット信号が出力される電源電圧 (リセット検知下限電圧)が変更されるので、例えばこの半導体集積回路を所定周波数の電磁波を送受信するコイル (アンテナコイル)と接続して非接触型情報媒体 (非接触 ICカード)を構成すれば、この非接触 ICカードに対して電磁波を用いて電源電圧の供給、およびデータの送受信を行うリーダーライタとの間の通信可能な距離を延ばし、安定してデータの送受信を行うことができる。

[0011] また、請求項 2の発明は、

請求項 1の半導体集積回路であって、

前記リセット信号発生回路は、前記電源電圧を分圧する分圧抵抗器を有し、前記分圧抵抗器によって分圧された電圧が所定の基準電圧よりも低！、場合に、前記リセット信号を出力するように構成されて、ることを特徴とする。

[0012] また、請求項 3の発明は、

請求項 2の半導体集積回路であって、

前記リセット信号発生回路は、前記送信状態信号が出力されている期間は、前記分圧された電圧が、前記送信状態信号が出力されていない期間よりも高くなるように分圧比を変更するように構成されて!ヽることを特徴とする。

[0013] また、請求項 4の発明は、

請求項 3の半導体集積回路であって、前記分圧抵抗器は、 3個以上の抵抗器カゝら成る直列抵抗器であり、前記リセット信号発生回路は、前記電源電圧を分圧する前記直列抵抗器の個数を変更することによって前記分圧比を変更するように構成されていることを特徴とする。

[0014] これらにより、回路規模を増大させず簡単な回路構成で、分圧抵抗器の個数を変更して、リセット検知下限電圧を切り替えることができる。

[0015] また、請求項 5の発明は、

請求項 1から請求項 4のうちの何れか 1項の半導体集積回路であって、前記送信制御回路は、前記メモリ回路に格納されたデータを前記変調送信回路に出力すると同時に前記送信状態信号を出力するように構成されていることを特徴とする。

[0016] これにより、電源電圧がリセット検知下限電圧よりも低下する前に、前記リセット検知下限電圧を低く切り替えることができる。

[0017] また、請求項 6の発明は、

請求項 1の半導体集積回路であって、

前記送信制御回路は、前記メモリ回路に格納されたデータを保持するバッファを有し、前記バッファに保持したデータを前記変調送信回路に出力するように構成されていることを特徴とする。

[0018] これにより、送信すべきデータが送信制御回路に保持されるので、送信時にメモリ回路を動作させないようにできる。すなわち、一般的に論理ゲートのみで構成される送信制御回路は、論理ゲートだけではなくメモリセルなどにより構成されるメモリ回路よりも低い電圧で動作できるので、データが送信される期間に前記リセット検知下限電圧を低下さても、前記非接触 ICカードとリーダーライタとの間の通信可能な距離を延ばし、安定してデータの送受信を行うことができる。

[0019] また、請求項 7の発明は、

請求項 1の半導体集積回路であって、

前記送信制御回路は、前記変調送信回路へのデータの出力が終了し、前記変調送信回路にデータを出力するために要した時間以上の時間が経過した後に、前記送信状態信号の出力を停止するように構成されていることを特徴とする。 [0020] これにより、例えば、データの送信が終了した後に、半導体集積回路の内部容量が大きいことなどが原因で、電源電圧の立ち上がりが遅い場合などに、不用意にリセット信号が出力されるのを防止できる。

[0021] また、請求項 8の発明は、

請求項 1の半導体集積回路であって、

さらに、前記電源電圧が所定の閾値を超えた場合に、前記送信制御回路をリセットするリセット信号を前記送信制御回路に出力する高電圧側リセット信号発生回路を備え、

前記高電圧側リセット信号発生回路は、前記送信状態信号が出力されている期間は、前記送信状態信号が出力されて、な、期間よりも前記閾値を低くするように構成されていることを特徴とする。

[0022] また、請求項 9の発明は、

請求項 8の半導体集積回路であって、

前記高電圧側リセット信号発生回路は、前記電源電圧を分圧する分圧抵抗器を有し、前記分圧抵抗器によって分圧した電圧が所定の基準電圧よりも高い場合に、前記リセット信号を出力するように構成されて、ることを特徴とする。

[0023] また、請求項 10の発明は、

請求項 9の半導体集積回路であって、

前記高電圧側リセット信号発生回路は、前記送信状態信号が出力されている期間は、前記分圧した電圧が、前記送信状態信号が出力されていない期間よりも高くなるように分圧比を変更するように構成されてヽることを特徴とする。

[0024] また、請求項 11の発明は、

請求項 10の半導体集積回路であって、

前記分圧抵抗器は、 3個以上の抵抗器カゝら成る直列抵抗器であり、

前記高電圧側リセット信号発生回路は、前記電源電圧を分圧する前記直列抵抗器の個数を変更することによって前記分圧比を変更するように構成されていることを特徴とする。

[0025] これらにより、電源電圧が所定の電圧 (リセット検知上限電圧)よりも高くなつた場合に、リセット信号が出力され、また前記リセット検知上限電圧は、データの送信状態かどうかに応じて切り替えられる。したがって、例えば所定の電磁波を用いずに電源電圧を外部より入力して、半導体集積回路を動作させようとした場合、リセット信号 RES ETが発生しないようにするためには、入力する電圧は常にリセット検知下限電圧よりも高ぐかつリセット検知上限電圧よりも低い電圧に設定する必要がある。すなわち、外部より電源電圧を入力して半導体集積回路を動作させるのは、非常に困難であり、非接触 ICカードの安全性を大幅に向上させることが可能となる。

[0026] また、請求項 12の発明は、

請求項 1に記載の半導体集積回路、および前記半導体集積回路に接続されて電磁波を送受信するアンテナコイルを有する非接触型情報媒体と、

前記非接触型情報媒体に対し、電磁波によって電源電圧の供給、およびデータの送受信を行うデータ送受信装置と、

を備えたことを特徴とする。

[0027] これにより、非接触型情報媒体 (非接触 ICカード)と、この非接触 ICカードに対して電源電圧の供給、およびデータの送受信を行うデータ送受信装置 (リーダーライタ）との間の通信可能な距離を延ばし、安定してデータの送受信を行うことができる。発明の効果

[0028] 本発明によれば、非接触型情報媒体 (半導体集積回路)と、この非接触型情報媒体と非接触状態で通信を行うリーダーライタとの間の通信可能な距離を延ばし、また、非接触型情報媒体からデータをリーダーライタに返信する際に、電源電圧が低下しても安定してデータの送受信を行うことができる。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]図 1は、非接触 ICカードシステムの概略図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施形態に係る非接触 ICカード用 LSIの構成を示すブロック図である。

[図 3]図 3は、本発明の実施形態に係る変調回路、および整流回路の構成を示すブロック図である。

[図 4]図 4は、磁界強度と変調度との関係を示す図である。 [図 5]図 5は、返信信号 TXDATAとコイル端子間の電圧、電源電圧、リセット検知下限信号等との関係を示す波形図である。

[図 6]図 6は、本発明の実施形態に係るリセット発生回路の構成を示すブロック図である

[図 7]図 7は、スィッチ信号 SWを切り替えるタイミング、電源電圧の変動を示す波形図である。

[図 8]図 8は、本発明の実施形態の変形例における、返信信号 TXDATAとリセット検知電圧等の関係を示す波形図である。

符号の説明

100 アナログ回路部

110 整流回路

111 ダイオード

112 ダイオード

120 電源回路

130 クロック発生回路

140 復調回路

150 変調回路

151 変調度調整抵抗

152 変調用トランジスタ

160 リセット発生回路

161 インノータ

162 リセット検知下限電圧設定用トランジスタ

163 -165 抵抗器

166 参照電圧発生回路

167 比較器

200 ロジック回路部

300 不揮発性メモリ回路部

410 コイル端子 420 コイル端子

1000 非接触 ICカード

1100 非接触 ICカード用 LSI

1200 アンテナコィノレ

1300 同調用容量

2000 リーダーライタ

2100 アンテナコィノレ

3000 ホスト機

発明を実施するための最良の形態

[0031] 以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

[0032] 《発明の実施形態 1》

(非接触 ICカードシステムの構成）

図 1は、本発明の実施形態 1に係る非接触型情報システム (非接触 ICカードシステム）の構成の概要を示すブロック図である。この非接触 ICカードシステムは非接触 IC カード 1000とリーダーライタ 2000とから構成されている。また、リーダーライタ 2000 は、所定のデータ処理を行うホスト機 3000と接続されて通信を行うようになって、る。

[0033] このような構成の非接触 ICカードシステムでは、非接触 ICカード 1000がリーダーライタ 2000に近づけられると、電磁波によって電源電圧の供給を受け、非接触状態であっても電磁波を用いたデータ通信が行われる。このデータ通信は、リーダーライタ 2 000が非接触 ICカード 1000に対してデータを送信し、その後に非接触 ICカード 10 00がリーダーライタ 2000に対してデータを返信するという手順で行われる。このデータ通信の結果、リーダーライタ 2000は、非接触 ICカード 1000のメモリに格納されている個人情報などのデータを獲得することができる。さらに、リーダーライタ 2000とホスト機 3000とが通信を行って、リーダーライタ 2000が獲得したデータをホスト機 300 0に転送すれば、非接触 ICカード 1000に記録されたデータを広く利用することが可會になる。

[0034] (非接触 ICカード 1000の構成）

非接触 ICカード 1000は、図 2に示すように、非接触 ICカード用 LSI1100、アンテナコイル 1200、および同調用容量 1300とを備えて構成され、リーダーライタ 2000 のアンテナコイル 2100から出力された電磁波をアンテナコイル 1200で受信し、受信した電磁波によって非接触 ICカード用 LSI1100が電源電圧の供給を受けて動作するようになっている。

[0035] 非接触 ICカード用 LSI1100は、図 2に示すように、アナログ回路部 100、ロジック回路部 200、データが格納される不揮発性メモリ回路部 300、およびコイル端子 410 • 420を備えて構成されて、る。

[0036] 非接触 ICカード用 LSI1100のコイル端子 410 -420には、アンテナコイル 1200力 S 接続され、またアンテナコイル 1200には同調用容量 1300が接続されている。したがつて、アンテナコイル 1200がリーダーライタ 2000から電磁波を受信すると、コイル端子 410とコイル端子 420との間に交流電圧が発生し、発生した交流電圧は、アナログ回路部 100に入力される。

[0037] (アナログ回路部 100の構成）

アナログ回路部 100は、図 2に示すように整流回路 110、電源回路 120、クロック発生回路 130、復調回路 140、変調回路 150、およびリセット発生回路 160を備えて構成されている。

[0038] 整流回路 110は、図 3に示すように、ダイオード 111とダイオード 112とを備えて構成された倍電圧整流回路であり、コイル端子 410·420間に発生した交流電圧を直流電圧に整流し、電圧を安定化させ、電源電圧 Vddを出力するようになっている。倍電圧整流回路は、他の種類の整流回路よりも、整流後に得られる電圧の値が大きいという特徴を持っている。

[0039] また、整流回路 110は、整流された信号 (受信データ信号)を復調回路 140に出力するようになっている。

[0040] 電源回路 120は、整流回路 110で整流された電源電圧 Vddを非接触 ICカード用 L SI1100の全体に送るようになつている。これにより、非接触 ICカード用 LSI1100全体の動作が可能になる。

[0041] クロック発生回路 130は、アンテナコイル 1200の両端に発生する交流電圧を受けて生成したクロック信号 CLKをロジック回路部 200に出力するようになっている。 [0042] 復調回路 140は、前記受信データ信号を復調し、復調した信号 (復調信号 RXDA TA)をロジック回路部 200に出力するようになっている。

[0043] (変調回路 150の構成）

変調回路 150は、図 3に示すように、変調度調整抵抗 151と変調用トランジスタ 152 とを備えて構成された負荷変調型の変調回路であり、ロジック回路部 200から入力された返信信号 TXDATAを変調し、変調された信号をコイル端子 410 · 420に出力するようになつている。アンテナコイル 1200の両端に発生した交流電圧 (コイル端子 410·420間の電圧）は、変調回路 150の変調用トランジスタ 152と変調度調整抵抗 151で変化する。すなわち、非接触 ICカード 1000の負荷が変化することになる。

[0044] 変調回路 150で用いられる変調度調整抵抗 151の抵抗値は、次のようにして設定される。

[0045] 一般に変調回路 150の特性は、図 4に示すように、非接触 ICカード 1000とリーダ一ライタ 2000のデータ通信能力を示す変調度によって表される。この変調度は、非接触 ICカードに関する国際規格 ISOZIEC14443— 2にお、て規定されて!、る規格を満足する必要がある。この規格を満たすためには、図 4の実線（1)を境界として、変調回路 150の持つ変調度が、実線（1)で区切られる上側の領域 (30ZH^{1 2}[mVp ])に存在する必要がある。一般に磁界強度が弱いほど非接触 ICカード 1000に発生する電圧が小さいため、非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000とのデータ通信を可能とするためには変調度を大きくする必要がある。

[0046] 変調度の大きさは、図 4の実線（2)および実線（3)に示すように、磁界強度、すなわちコイル端子 410·420間に発生する電圧には、ほとんど依存せず、変調回路 150の変調度調整抵抗 151の抵抗値に依存する。そこで、変調度調整抵抗 151の抵抗値を所定の値よりも小さな抵抗値に設定することによって、低磁界強度の状態でも、非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000とのデータ通信が十分可能な程度に変調度を高くし、安定なデータ通信を行うことが可能になる。

[0047] (リセット発生回路 160の構成）

リセット発生回路 160は、ロジック回路部 200から入力されるスィッチ信号 SW(Hig hレベルの場合に、非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000へのデータの返信期間中であることを示す信号）に応じて切り替えられる閾値 (リセット検知下限電圧 Vr eset)と、電源電圧 Vddとを比較し、リセット検知下限電圧 Vresetよりも電源電圧 Vdd が下回った場合に、ロジック回路部 200をリセットするリセット信号 RESETを Lowレベル（Lレベル）から Highレベル（Hレベル）に遷移させてロジック回路部 200に出力し、またリセット検知下限電圧 Vresetに達した場合に、リセット信号 RESETを Hレべルカ Lレベルに遷移させる。スィッチ信号 SWが Lレベルの期間（データの返信以外の動作をしている期間）にリセット検知下限電圧 Vresetとして用いられる値 (Vrel)は、非接触 ICカード用 LSI1100の全体が誤動作を引き起こさない程度の電圧レベルに設定される。また、スィッチ信号 SWが Hレベルの期間（データの返信期間）に用いられる値 (Vre2)は、少なくともロジック回路部 200が誤動作を引き起こさない程度の電圧レベルであって、かつ後述するようにデータの返信により電源電圧 Vdd (コイル端子 410·420間の電圧）が低下した状態よりも低い電圧に設定される（不揮発性メモリ回路部 300は、この電圧で誤動作する可能性があってもよい。 ) ο

[0048] 上記のように、データの返信が行われている期間であるかどうかに応じて、リセット検知下限電圧 Vresetが切り替えられるは、次の理由による。

[0049] 例えば、非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000へデータの返信が行われている期間（ロジック回路部 200が出力した返信信号 TXDATA力レベルである期間）は、変調回路 150の変調用トランジスタ 152がオンになり、コイル端子 410·420 間の電圧が低下する力コイル端子 410·420間の電圧が十分に大きな電圧であつた場合 (例えば非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000とが近接している場合）、または変調回路 150の変調度調整抵抗 151の抵抗値が十分に大きい場合には、変調用トランジスタ 152がオン状態でも供給電力が十分に大きいため、コイル端子 410 •420間の電圧の低下は小さい。例えば、返信信号 TXDATA力レベルである期間に、変調度調整抵抗 151の抵抗値が大きければ、電源電圧 Vddは図 5の直線（1)のように、 VddO (VddO = 5. 0V)力ら Vddl (Vddl =4. 5 [V]とする）まで低下する。したがって、電源電圧 Vddの低下も小さぐリセット検知下限電圧 Vresetが Vddlよりも低く設定されていれば、リセット信号 RESETが発生しないため、非接触 ICカード 10 00とリーダーライタ 2000とのデータ通信は可能である。 [0050] 一方、コイル端子 410 ·420間電圧が小さい場合 (例えば非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000とが離れている場合）、または変調度調整抵抗 151の抵抗値が小さければ小さいほど、負荷変調型である変調回路 150の変調用トランジスタ 152がォン状態になると電源電圧 Vddの低下を引き起こしてしまう。例えば、変調度調整抵抗 151の抵抗値が所定の値よりも小さければ、電源電圧 Vddは図 5の直線（2)のように、 VddOから Vdd2 (Vdd2 = 3. 0[V]とする）まで低下する。そして、リセット発生回路 160が電源電圧 Vddの低下を検知して、リセット信号 RESETを非接触 ICカード用 L SI1100に出力すると非接触 ICカード用 LSI1100全体の動作が停止する。非接触 I Cカード用 LSI1100の動作が停止すると、非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 20 00とのデータ通信が不可能になる。

[0051] したがって、変調度調整抵抗 151の抵抗値を小さくすると、低磁界強度時の状態では、ロジック回路部 200から変調回路 150に送られる返信信号 TXDATAが Lレベルの場合（非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000へデータの返信が行われる場合）に、電源電圧 Vddの低下が大きくなつていしまい、リセット発生回路 160がリセット信号 RESETをロジック回路部 200に出力すると非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000とのデータ通信が不可能になってしまう場合がある。

[0052] 以上をまとめると、変調度調整抵抗 151の抵抗値を小さくすれば変調度が高くなる反面、非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000へのデータの返信時に低下する電源電圧の幅が大きくなる。一方、変調度調整抵抗 151の抵抗値を大きくすれば非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000へデータの返信が行われる時に、低下する電源電圧の幅が小さ、反面、低磁界強度の状態では変調度が小さくなる。

[0053] そこで、変調回路 150の変調度調整抵抗 151の値を十分な変調度が得られる値に設定し、低下する電源電圧 Vddの幅が大きい場合にも、リセット信号 RESETが Hレベルにならず、非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000とのデータ通信が可能な状態を保っためには、非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000へデータの返信が行われている期間は、上記のようにリセット発生回路 160のリセット検知下限電圧 Vresetをデータの返信時の電源電圧 (Vdd2)よりも下げる必要がある。

[0054] (リセット発生回路 160の具体的な構成）リセット発生回路 160は、具体的には、図 6に示すように、インバータ 161、リセット検知下限電圧設定用トランジスタ 162、抵抗器 163〜165、参照電圧発生回路 166 、および比較器 167を備えて構成される。

[0055] インバータ 161は、スィッチ信号 SWのレベルを反転させるようになつている。

[0056] リセット検知下限電圧設定用トランジスタ 162は、スィッチ信号 SWがインバータ 161 を介してゲート端子に入力され、電源電圧 Vddを分圧して降下させるように直列に接続された抵抗器 (抵抗器 163〜165)の個数を切り替えるようになって!/、る。これにより、スィッチ信号 SWが Hレベルの場合に抵抗器 163と抵抗器 164との接続点の電圧が電源電圧 Vddになる。

[0057] 抵抗器 163〜165は、抵抗値がそれぞれ Rl、 R2、および R3の抵抗器であり、電源電圧 Vddを分圧して降下させるようになって、る。

[0058] 参照電圧発生回路 166は、所定の電圧を発生させる回路であり、例えばバンドギヤップ参照電圧発生回路等によって構成される。なお、以下の説明では、参照電圧発生回路 166の出力電圧 Vrefが約 1. 2 Vである例を説明する。

[0059] 比較器 167は、抵抗器 164と抵抗器 165との接続点における電圧 VRと参照電圧発生回路 166の出力電圧 Vrefとの電圧比較を行うようになって!/、る。

[0060] 上記のように構成されることにより、リセット発生回路 160は、ロジック回路部 200からスィッチ信号 SWが送られた場合に、抵抗器 164と抵抗器 165との接続点の電圧 V Rを所定の電圧に引き上げることによって、リセット検知下限電圧 Vresetを所定の電圧に下げることができる。

[0061] 電圧 VRは、抵抗器 163〜165の抵抗値を所定の値に設定するだけで、極めて容易に設定することができる。例えば、スィッチ信号 SW力レベルの場合のリセット検知下限電圧 Vreset (=Vrel)が 4. 5 [V]、スィッチ信号 SWが Hレベルの場合のリセット検知下限電圧 Vreset (=Vre2)が 3. 0[V]、および参照電圧発生回路 166の出力電圧 Vrefが 1. 2V、 R1 +R2+R3 = 1 [M Q ]であるとすれば、抵抗器 163〜165 の抵抗値 Rl、 R2、および R3は、以下に示す (式 1)〜（式 3)の連立方程式を解くことで一様に定まる。

(式 1)R1 +R2+R3 = 1000 ] (式 2)4.5/(Rl+R2+R3)=l.2/R3

《スィッチ信号 SWが Lレベルの場合に、リセット発生回路 160の抵抗器に流れる電流値》

(式 3) 3.0/(R2+R3)=l.2/R3

《スィッチ信号 SWが Hレベルの場合に、リセット発生回路 160の抵抗器に流れる電流値》

上記（式 1)〜（式 3)より、抵抗器 163〜165のそれぞれの抵抗値は、 R1 = 333.3 3[kQ],R2=400. OO ]、および R3 = 266.67 ]となる。

[0062] したがって、スィッチ信号 SWが Lレベルの場合は、電源電圧 Vddを分圧する抵抗器は、抵抗器 163· 164· 165の直列抵抗となり、リセット検知下限電圧 Vresetが Vre 1=4.5[V]となる。そして、抵抗器 164と抵抗器 165との接点の電圧 VRが 1.2Vよりも小さい場合 (すなわち電源電圧 Vddが Vrel =4.5 [V]よりも小さい場合）に、リセット信号 RESETが Lレベルから Hレベルに遷移する。

[0063] また、スィッチ信号 SWが Hレベルの場合は、電源電圧 Vddを分圧する抵抗器は、抵抗器 164と抵抗器 165との直列抵抗となり、リセット検知下限電圧 Vresetが Vre2 =3.0[V]となる。そして、電圧 VRが 1.2Vよりも小さい場合（電源電圧 Vddが Vre2 =3.0[V]よりも小さい場合）に、リセット信号 RESET力レベル力 Hレベルに遷移する。

[0064] 反対に、リセット検知下限電圧 Vresetの電圧を、 Vrel=4.5[V]、 Vre2 = 3.0[ V]にするためには、図 6のような回路構成で、抵抗器 163〜165の抵抗値をそれぞれ Rl = 333.33[kQ],R2=400.00[kQ], R3 = 266.67[kQ]となるように設定すればよい。

[0065] このように、リセット発生回路 160において、複数の抵抗器を直列に配置し、スイツチ信号 SWの状態に応じ、リセット検知下限電圧設定用トランジスタ 162によって、電源電圧 Vddを降下させる抵抗器の個数を変えるので、回路規模を増大させずに簡単な回路構成で、 2種類のリセット検知下限電圧 Vrelと Vre2とを切り替えることができる。

[0066] (ロジック回路部 200の構成）ロジック回路部 200は、非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000へデータの返信が行われる場合に、前記リセット検知下限電圧 Vresetを切り替えるために、スィツチ信号 SWをリセット発生回路 160に出力するようになっている。具体的には、データの返信期間には、 Hレベルのスィッチ信号 SWを出力し、データの返信期間以外の期間には、 Lレベルのスィッチ信号 SWを出力する。スィッチ信号 SWを Hレベルに遷移させるタイミングは、データを変調回路 150に出力するのと同時である。これにより、電源電圧がリセット検知下限電圧よりも低下する前に、前記リセット検知下限電圧を低く切り替えることができる。

[0067] また、スィッチ信号 SWを Hレベル力 Lレベルに戻す場合には、図 7の実線 (3)のように、データの返信が終わったタイミングよりも遅れてスィッチ信号 SWを Lレベルに遷移させるようになって、る。

[0068] 例えば、図 7は、非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000との間で、データ通信が行われる際の各信号波形の拡大図である。この例では、返信信号 TXDATAが L レベル状態である期間は、変調回路 150によりコイル端子 410·420間の電圧が Vdd 2まで低下する。そして、データの返信が終了すると返信信号 TXDATAは Lレベル力も Hレベル状態となり、コイル端子 410-420間の電圧が VddOレベルに向力つて上昇し、その電圧上昇にともなって、電源電圧 Vddは、 Vdd2から VddOに向かって上昇する。

[0069] しかし、非接触 ICカード用 LSI1100内部に寄生的に含まれる容量や付加される容量により、電源電圧 Vddの上昇速度は異なってくる。具体的には、非接触 ICカード用 LSI1100の内部容量が大きい場合は、図 7の実線（2)のように、非接触 ICカード 10 00からリーダーライタ 2000へデータの返信が終わったときから、電源電圧 Vddがゆつくりと上昇する。

[0070] したがって、ロジック回路部 200からリセット発生回路 160へ送られるスィッチ信号 S Wが Hレベルから Lレベルへ変化するタイミングと、ロジック回路部 200から変調回路 150に送られる返信信号 TXDATAが Hレベル状態になるタイミングとの時間差が小さい場合は、電源電圧 Vddが十分に VddOの電圧レベルに戻る前に、リセット発生回路 160のリセット検知下限電圧 Vresetが図 7の点線（5)のように、 Vrelまで立ち上がつてしまう。その結果、リセット発生回路 160が Hレベルのリセット信号 RESETを出力し、非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000とのデータ通信ができなくなってしまう。そこで、ロジック回路部 200は、スィッチ信号 SWの立下りタイミングを上記のように遅らせる必要がある。

[0071] ただし、あまりにもスィッチ信号 SWの立下りタイミングを遅らせ過ぎると、非接触カード用 LSI1100が内部処理を行う際に不揮発性メモリ回路部 300の動作が始まつてしまう。そこで、図 7に示すように、ロジック回路部 200は、変調回路 150へ送る返信信号 TXDATAの立ち上がりタイミングから、返信信号 TXDATA力レベルである期間より長い期間だけ、スィッチ信号 SWの立下りタイミングを遅らせればよい。具体的には、非接触 ICカードの国際規格「ISOZlEC14443 Type B」における変調周波数が 848kHzであるため、 1. 18 [ 秒 Z2]、すなわち、 590[n秒]以上の時間タイミングだけ、スィッチ信号 SWの立下りタイミングを遅らせればよい。具体的には、ロジック回路部 200は、クロック発生回路 130が出力するクロック信号 CLKを利用して、上記のとおりのタイミングでスィッチ信号 SWのレベルを遷移させるように構成される。

[0072] また、ロジック回路部 200は、不揮発性メモリ回路部 300に対して、制御信号 Ctrlとアドレス信号 Addとを出力することによって、そのアドレスに対するデータ信号 DATA の読み出し、および書き込みを行うようになっている。

[0073] また、ロジック回路部 200は、リセット信号 RESET力レベルから Hレベルに遷移したタイミングで、リセット動作を行うようになっている。なお、リセット信号 RESETが Hレベルの時には、ロジック回路部 200は、不揮発性メモリ回路部 300に前記制御信号 Ctrlを出力しない。これによりロジック回路部 200は、不揮発性メモリ回路部 300へのアクセスが不可能となる。一方、リセット信号 RESET力レベルの時には、ロジック回路部 200は不揮発性メモリ回路部 300に制御信号 Ctrlを出力する。リセット信号 RE SETが Hレベルから Lレベルへ切り替わる瞬間は、不揮発性メモリ回路部 300へのァクセスが可能となる瞬間である。不揮発性メモリ回路部 300へのアクセスが可能であるとき、ロジック回路部 200は不揮発性メモリ回路部 300に格納されているデータを上記のように読み書きすることができる。 [0074] したがって、リーダーライタ 2000などの外部装置が非接触 ICカード 1000にデータを送信することが可能となるだけでなぐ非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 20 00に対して、不揮発性メモリ回路部 300に格納されているデータを返信することが可能となる。

[0075] また、ロジック回路部 200は、不揮発性メモリ回路部 300から読み取ったデータ (返信すべきデータ）をバッファリングし、非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000 へのデータの返信する際には、変調回路 150へ返信信号 TXDATAを Hレベルから Lレベルに遷移させて、バッファリングしてあるデータを出力するようになって!/、る。

[0076] このように、読み取ったデータを返信する際に不揮発性メモリ回路部 300を動作させず、ノッファリングしてあるデータを用いるのは、次の理由による。

[0077] 例えば、非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000との間でデータ通信が全く行われていない場合に、リセット発生回路 160のリセット検知下限電圧 Vresetが Vre2 ( 3. 0[V]以下）に低下させられた場合に、ロジック回路部 200が不揮発性メモリ回路部 300に制御信号 Ctrlを出力すると、不揮発性メモリ回路部 300は動作させられる。ロジック回路部 200は、通常は、論理ゲートのみで構成されるため、電源電圧 Vddが 3. 0[V]程度の状態に落ちても、通常は問題なく動作する。

[0078] しかし、不揮発性メモリ回路部 300は、論理ゲートだけではなくメモリセルなどにより構成されるため、電源電圧 Vddが 3. 0[V]程度に落ちた状態で、不揮発性メモリ回路部 300を動作させると、不揮発性メモリ回路部 300が有するメモリセルへの書き込み時間などが規定値にならず、正常な動作が保証されなくなってしまう。このため、電源電圧 Vddが 3. 0[V]程度に落ちた場合には、不揮発性メモリ回路部 300を動作させな、ように設計する必要がある。

[0079] そこで、ロジック回路部 200は、上記のように非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000へのデータの返信する際には、不揮発性メモリ回路部 300には制御信号 Ctr 1を出力しな!、ようにして不揮発性メモリ回路部 300を動作させな、ようにし、ロジック回路部 200のみが動作して、バッファリングしてあるデータを変調回路 150に出力するように構成される。

[0080] (非接触 ICカードシステムの動作）上記のように構成された、非接触 ICカードシステムでは、データの送受信が行われる場合に、非接触 ICカード 1000がリーダーライタ 2000に対して所定の距離内に近づけられるとアンテナコイル 1200に交流電圧が発生し、整流回路 110で整流された後、電源回路 120により電源電圧 Vddとして出力され、非接触 ICカード用 LSI1100 全体に対して供給される。リーダーライタ 2000から送信されたデータは、アンテナコィル 1200で受信された後、整流回路 110を介して復調回路 140に入力されて復調される。

[0081] また、非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000に対してデータを返信する場合には、まずロジック回路部 200は、不揮発性メモリ回路部 300に対して、制御信号 Ctrlとアドレス信号 Addとを出力することによって、不揮発性メモリ回路部 300から返信すべきデータを読み取ってバッファに格納する。

[0082] また、ロジック回路部 200は、スィッチ信号 SWを Lレベルから Hレベルに遷移させ、リセット発生回路 160のリセット検知下限電圧 Vresetを Vrel (=4. 5 [V])力ら Vre2 ( = 3. 0[V])に低下させる。

[0083] この際、ロジック回路部 200は、制御信号 Ctrlを Lレベルにすることによって、不揮発性メモリ回路部 300を動作させないようにする。そして、ロジック回路部 200が Lレベルの返信信号 TXDATAを変調回路 150に出力することによって、変調回路 150 の変調用トランジスタ 152がオンになる。

[0084] 本実施形態の場合、返信信号 TXDATAが Lレベルである期間は、変調度調整抵抗 151を介して、コイル端子 410·420間が接続されるため、コイル端子 410·420間の電圧は低下する力リセット発生回路 160のリセット検知下限電圧 Vresetは、不揮発性メモリ回路部 300によって Vre2に切り替えられているので、コイル端子 410·42 0間の電圧が低下してもロジック回路部 200はリセットされることなぐデータ（返信信号 TXDATA)は変調回路 150を介してリーダーライタ 2000に返信される。

[0085] 上記のように本実施形態によれば、不揮発性メモリ回路部よりも低電圧で動作できるロジック回路に、返信すべきデータを保持させ、さらに前記リセット検知下限電圧をデータが返信される期間には低下させるので、変調度を十分に大きくして非接触 IC カードとリーダーライタとの間の通信可能な距離を延ばし、安定してデータの送受信を行うことができる。すなわち、本発明の半導体集積回路は、近々普及すると見込まれている近接型 (通信距離 0〜10cm)の非接触 ICカードへの適用に対し有用である

[0086] 《発明の実施形態 1の変形例》

リセット発生回路 160に対し比較器 167の出力を反転させるインバータが付加された高電圧側リセット発生回路を実施形態 1の非接触 ICカード用 LSI1100に、さらに設けてもよい。

[0087] この高電圧側リセット発生回路には、ロジック回路部 200からスィッチ信号 SWを入力し、リセット信号 RESETをロジック回路部 200に出力するように非接触 ICカード用 LSI1100を構成する。

[0088] 前記高電圧側リセット発生回路は、ロジック回路部 200から入力されるスィッチ信号 SWに応じて切り替えられる閾値 (リセット検知上限電圧 V'reset)と、電源電圧 Vddとを比較し、リセット検知上限電圧 rese りも電源電圧 Vddが上回った場合に、ロジック回路部 200をリセットするリセット信号 RESETを Lレベル Hレベルに遷移させて口ジック回路部 200に出力し、またリセット検知上限電圧 resetを下回った場合に、リセット信号 RESETを Hレベルから Lレベルに遷移させる。

[0089] 非接触 ICカード 1000からリーダーライタ 2000へのデータの返信時（ロジック回路部 200から変調回路 150へ送られる返信信号 TXDATA力レベルである期間）に、電源電圧 Vddが VddOから Vdd2へ低下するものとすれば、スィッチ信号 SWカ^レべルの期間（データの返信以外の動作をしている期間）にリセット検知上限電圧 V'rese tとして用いられる値 (Vre3)は、 Vre3 > VddOとなる電圧レベルに設定される。また、スィッチ信号 SWが Hレベルの期間（データの返信期間）に用いられる値 (Vre4)は、 Vre4 > Vdd2となる電圧レベルに設定される。

[0090] これら 2種類のリセット検知上限電圧 Vre3と Vre4とは、高電圧側リセット発生回路においても抵抗器 163〜165の値を所定の値の設定し、リセット検知下限電圧設定用トランジスタ 162によって電源電圧を分圧する抵抗器の個数を変化させることによつて設定することができる。

[0091] このように Vre3と Vre4とが設定されることによって、スィッチ信号 SW、および返信信号 TXDATAに応じてリセット検知上限電圧は、図 8に示すように変化する。

[0092] 例えば第三者が本変形例に係る非接触 ICカード用 LSI1100の外部から電源を入力し、非接触 ICカード用 LSI1100内部の信号や不揮発性メモリ回路部 300に記憶されているデータの読み出しや書き換えを、悪意を持って行おうとする場合、第三者は、電源電圧 Vddの代わりとなる電圧を外部より入力する必要がある。

[0093] すなわち、電源電圧を外部より入力する場合には、リセット信号 RESETが発生しないようにするために、電源電圧 Vddの代わりとなる電圧は、常にリセット検知下限電圧 Vresetよりも高ぐかつリセット検知上限電圧 V'resetよりも低い電圧に設定する必要がある。

[0094] しかし、外部より入力する電源電圧をリセット信号 RESETが発生しないように常に調整することは非常に困難である。したがって、本変形例に係る非接触 ICカードシステムは、リセット発生回路 160の回路構成を複雑にしなくても、非接触 ICカード用 LSI 1100の安全性を大幅に向上させることが容易に可能となる。

[0095] なお、上記の実施形態で説明したリセット発生回路 160において、上記のように 2種類のリセット検知下限電圧 Vrelと Vre2とを定めるのではなぐスィッチ信号 SWが入力された場合には必ず Lレベルのリセット信号 RESETをロジック回路部 200に出力するようにしてもよい。このようの構成しても、やはり非接触 ICカード 1000とリーダーライタ 2000との間のデータ通信を維持することができる。

[0096] また、参照電圧発生回路 166の出力電圧は例示であり、抵抗器 163〜165を所定の値に設定すれば、この出力電圧とは異なる電圧を出力する回路であっても、適用することができる。

[0097] また、整流回路 110には、倍電圧整流回路が使用された例を説明したが、全波整流回路や半波整流回路で電波を整流する整流回路を使用してもよい。

[0098] また、上記の実施形態に係る変調回路 150には、コイル端子 410·420間電圧を変調する回路が使用されているが、電源電圧 Vddを変調する変調回路を使用してもよい。

[0099] また、上記の実施形態で示した、各信号のレベルとそのレベルが示す内容との対応関係などは一例であり、これらに限るものではない。産業上の利用可能性

本発明に係る半導体集積回路、及びこれを搭載した非接触型情報システムは、非接触型情報媒体 (半導体集積回路)と、この非接触型情報媒体と非接触状態で通信を行うリーダーライタとの間の通信可能な距離を延ばし、また、非接触型情報媒体からデータをリーダーライタに返信する際に、電源電圧が低下しても安定してデータの送受信を行うことができるという効果を有し、電磁波によって電力の供給を受ける半導体集積回路、およびこの半導体集積回路を搭載した非接触型情報媒体を含む情報システム (非接触型情報システム)等として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] アンテナコイルが受信した電磁波によって電源電圧の供給を受ける一方、前記アンテナコイルを介してデータの送受信を行う半導体集積回路であって、

データが格納されるメモリ回路と、

前記アンテナコイルが接続される一対の端子と、

前記リセット信号発生回路は、前記送信状態信号が出力されている期間は、前記送信状態信号が出力されていない期間よりも前記閾値を低くするように構成されていることを特徴とする半導体集積回路。

[2] 請求項 1の半導体集積回路であって、

前記リセット信号発生回路は、前記電源電圧を分圧する分圧抵抗器を有し、前記分圧抵抗器によって分圧された電圧が所定の基準電圧よりも低！、場合に、前記リセット信号を出力するように構成されて!ヽることを特徴とする半導体集積回路。

[3] 請求項 2の半導体集積回路であって、

前記リセット信号発生回路は、前記送信状態信号が出力されている期間は、前記分圧された電圧が、前記送信状態信号が出力されていない期間よりも高くなるように分圧比を変更するように構成されてヽることを特徴とする半導体集積回路。

[4] 請求項 3の半導体集積回路であって、

前記リセット信号発生回路は、前記電源電圧を分圧する前記直列抵抗器の個数を変更することによって前記分圧比を変更するように構成されていることを特徴とする半導体集積回路。

[5] 請求項 1から請求項 4のうちの何れか 1項の半導体集積回路であって、

前記送信制御回路は、前記メモリ回路に格納されたデータを前記変調送信回路に出力すると同時に前記送信状態信号を出力するように構成されていることを特徴とする半導体集積回路。

[6] 請求項 1の半導体集積回路であって、

前記送信制御回路は、前記メモリ回路に格納されたデータを保持するバッファを有し、前記バッファに保持したデータを前記変調送信回路に出力するように構成されて Vヽることを特徴とする半導体集積回路。

[7] 請求項 1の半導体集積回路であって、

前記送信制御回路は、前記変調送信回路へのデータの出力が終了し、前記変調送信回路にデータを出力するために要した時間以上の時間が経過した後に、前記送信状態信号の出力を停止するように構成されていることを特徴とする半導体集積回路。

[8] 請求項 1の半導体集積回路であって、

前記高電圧側リセット信号発生回路は、前記送信状態信号が出力されている期間は、前記送信状態信号が出力されて、な、期間よりも前記閾値を低くするように構成されてヽることを特徴とする半導体集積回路。

[9] 請求項 8の半導体集積回路であって、

前記高電圧側リセット信号発生回路は、前記電源電圧を分圧する分圧抵抗器を有し、前記分圧抵抗器によって分圧した電圧が所定の基準電圧よりも高い場合に、前記リセット信号を出力するように構成されてヽることを特徴とする半導体集積回路。

[10] 請求項 9の半導体集積回路であって、

前記高電圧側リセット信号発生回路は、前記送信状態信号が出力されている期間は、前記分圧した電圧が、前記送信状態信号が出力されていない期間よりも高くなるように分圧比を変更するように構成されてヽることを特徴とする半導体集積回路。

[11] 請求項 10の半導体集積回路であって、

前記高電圧側リセット信号発生回路は、前記電源電圧を分圧する前記直列抵抗器の個数を変更することによって前記分圧比を変更するように構成されていることを特徴とする半導体集積回路。

[12] 請求項 1に記載の半導体集積回路、および前記半導体集積回路に接続されて電磁波を送受信するアンテナコイルを有する非接触型情報媒体と、

を備えたことを特徴とする非接触型情報システム。