JP4325545B2 - 非接触ｉｃカード用リーダライタ - Google Patents

Description

送信信号と受信信号とで変調方式が異なる非接触ＩＣカードと通信が可能な非接触ＩＣカード用リーダライタに関する。

従来、リーダライタの受信回路を検査するには、実際の非接触ＩＣカードからの受信データを受信回路で読取ったり、或いは擬似カードからの受信信号を評価したりするようにしている。さらには検査装置のロジック回路で生成した検査用信号を受信回路に出力して、検査装置により波形レベルや信号波形を観測したり、受信回路性能の判定を行うようにしたりしている（特許文献１参照）。
特開２００２−７９７８号公報

しかしながら、異なるカードタイプに対応するリーダライタを評価する場合、実際の非接触ＩＣカードによる評価では、非接触ＩＣカードのタイプ毎に受信信号の通信方式が異なるために、非接触ＩＣカードを切り替えて評価する必要があり、極めて作業が面倒である。

この場合、検査装置のロジック回路で非接触ＩＣカードに対応して生成した検査用信号を受信回路に出力し、受信回路が受信した受信アナログ信号波形を解析することにより受信回路の性能を判定することが考えられるものの、通常の非接触ＩＣカードとの通信時においては、送信回路からの出力信号の影響を受信回路が受けて、非接触ＩＣカードからの受信信号を受信回路で正常に処理できないことから、送信中は、受信回路を受信不可能な状態に制御するようにしている。このため、このような構成では、受信回路の性能は判定できない。

また、非接触ＩＣカードに対する送信信号と受信信号の通信方式が異なるのが通常であることから、検査用信号を受信回路で処理することはできず、この点からも、このような構成を採用することはできないのが実情である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、送信信号と受信信号とで変調方式が異なる非接触ＩＣカードと通信する場合に、受信回路が正常に動作していることを容易に検査することができる非接触ＩＣカード用リーダライタを提供することにある。

請求項１の発明によれば、制御回路は、受信回路の機能を検査する場合は、検査回路を制御するので、検査回路から模擬信号が出力される。このとき、制御回路は送信時には本来受信動作が禁止されている受信回路を受信動作可能に制御するので、受信回路は、模擬信号を受信することができる。そして、制御回路は、受信回路から入力される模擬信号を評価するので、送信信号と受信信号の変調方式が異なるにしても、受信回路が正常に動作するかを簡単に検査することができる。

また、検査回路から出力される模擬信号のパルス幅は、各カードタイプや通信速度でのアナログ受信フィルタ特性に合わせ設定されていることから、受信回路の受信フィルタ特性が正常である場合は、受信回路から制御回路に出力される受信信号波形の波高値は適切なレベルとなる。従って、制御手段は、受信回路からの受信信号の波高値を検出することにより受信回路のアナログ受信フィルタ特性について性能評価することができる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図１２を参照して説明する。図１は、非接触ＩＣカード用リーダライタの電気的構成を概略的に示す機能ブロック図である。この図１において、リーダライタ１はＣＰＵからなる制御回路２を主体として構成されている。制御回路２は、図示しない上位装置とシリアル通信を行うようになっており、上位装置上で動作するアプリケーションプログラムの指示に基づいて所定の通信方式の電波信号により図示しない非接触ＩＣカードと通信するようになっている。この場合、所定の通信方式としては、例えばタイプＡ、タイプＢ、フェリカ（登録商標）が設定されている。タイプＡ、タイプＢは、送信信号と受信信号の変調方式が異なる非対称形であり、フェリカは、送信信号と受信信号の変調方式が同一の対称形である。

発振器３は例えば１３．５６ＭＨｚの発振信号を出力しており、制御回路２は、発振器３からの発振信号を適宜分周したものを動作用クロックとして使用する。
ロジック送信回路４は、発振器３から与えられる発振信号及び制御回路２から与えられる送信データに対して、予め選択された符号化方式で符号化処理することにより送信用の符号化データを作成する。

ロジック送信回路４と共に送信回路を構成するアナログ送信回路５は、変調回路５ａ及び電力増幅回路５ｂから構成されており、変調回路５ａにおいて、発振器３から与えられる搬送波を、ロジック送信回路４により与えられる符号化データにより、制御回路２により指示された変調度で変調し、それを電力増幅回路５ｂで増幅することにより送信信号を出力する。変調回路５ａは、制御回路２の指令により変調度が制御可能となっていると共に、電力増幅回路５ｂは、制御回路２の指令により出力振幅が制御可能となっている。
アンテナ回路（送信アンテナ回路、受信アンテナ回路に相当）６は、アナログ送信回路５からの送信信号を電波信号として外部に送信する。

アナログ受信回路７は、検波回路７ａ、バンドパスフィルタ７ｂ、増幅回路７ｃ、２値化回路７ｄから構成されている。検波回路７ａは、アンテナ回路が受信した非接触ＩＣカードからの受信信号に含まれる副搬送波の周波数である８４７ｋＨｚを抽出する。バンドパスフィルタ７ｂは、検波回路７ａからの受信信号に含まれる信号成分を抽出する。増幅回路７ｃは、バンドパスフィルタ７ｂを通過した受信信号を増幅する。２値化回路７ｄは、増幅回路７ｃで増幅した受信信号を所定のしきい値で２値化することによりアナログ信号をデジタル信号に変換する。

ここで、検波回路７ａ及びバンドパスフィルタ７ｂは、制御回路２により指示される変調方式に応じて検波周波数、選択周波数がそれぞれ変更可能となっていると共に、増幅回路７ｃ、２値化回路７ｄは増幅率、しきい値がそれぞれ変更可能となっている。
本実施例では、増幅回路７ｃからのアナログ出力は制御回路２のＡ／Ｄ端子にも出力されるようになっている。

アナログ受信回路７と共に受信回路を構成するロジック受信回路８は、復号回路８ａ及びフレーム処理回路８ｂから構成されており、アナログ受信回路７からの受信デジタル信号を、制御回路２により指示された符号化方式で符号化処理することにより受信データに復号すると共に、フレーム処理回路８ｂによりパラレルデータに復元する。

そして、制御回路２は、非接触ＩＣカードと通信する場合は、通信方式に基づいてロジック送信回路４、アナログ送信回路５、アナログ受信回路７、ロジック受信回路８の変調方式を設定した状態で送信データを出力すると共に、ロジック受信回路８からの受信データに基づいて非接触ＩＣカードからの応答を判断する。

さて、検査回路９は、本発明に関連して設けられたもので、後述するように制御回路２からの検査用データに応じて検査用の符号化データからなる検査処理信号（模擬信号に相当）を生成し、その検査処理信号をアナログ送信回路５に出力する。

図２は、ロジック送信回路４及び検査回路９の構成を示す機能ブロック図である。この図２において、ロジック送信回路４は、送信設定部１０、送信制御部１１、送信データ変換部１２、送信符号化部１３から構成されている。送信設定部１０は、制御回路２により送信方式に応じたパラメータが設定される。送信制御部１１は、送信設定部１０に設定されたパラメータに基づいて送信符号化部１３及び検査回路９の動作を制御する。送信データ変換部１２は、制御回路２から与えられる送信データを波形整形して送信符号化部１３に出力する。送信符号化部１３は、送信データ変換部１２から与えられる送信データをモディファイドミラー，ＮＲＺ，マンチェスタから選択された送信方式で符号化した符号化データからなる通常処理信号を生成し、その通常処理信号をアナログ送信回路５に出力する。

検査回路９は、カードシミュレーション部１４及び信号生成部１５から構成されている。カードシミュレーション部１４は、送信データ変換部１２から与えられる模擬的な符号化データをサブキャリアマンチェスタ、ＢＰＳＫ−ＮＲＺ，マンチェスタから選択された符号化方式で符号化処理するもので、非接触ＩＣカードからの受信信号の周波数に対応した符号化データからなる検査処理信号をアナログ送信回路５に出力する。

アナログ送信回路５は、搬送波をロジック送信回路４からの通常処理信号或いは検査回路９からの検査処理信号によってＡＳＫ変調するようになっており、その場合のＡＳＫ変調度を１００％，１０％の何れかに選択できるように構成されている。ＡＳＫ変調度１００％の場合は、ロジック送信回路４から与えられる通常処理信号と搬送波信号との論理積をとることで生成する。また、ＡＳＫ変調度１０％の場合は、ロジック送信回路４から与えられる通常処理信号によって搬送波信号の増幅率を変化させることで生成する。アナログ送信回路５で変調された送信信号は増幅されてからアンテナ回路６に出力され、電磁波信号として外部に送信される。

図１に戻って、アナログ受信回路７は、非接触ＩＣカード側からの送信信号をアンテナ回路６が受信すると、その受信信号（実際には、アンテナ回路６から送信される搬送波が負荷変調された信号）を制御回路２により選択された変調方式で復調する。
本実施例ではアナログ受信回路７は、検査回路９からの検査処理信号を模擬的な受信信号として受信して選択された変調方式でベースバンド信号に復調するようになっている。

アナログ受信回路７で受信復調されたベースバンド信号は、ロジック受信回路８に与えられ、ロジック受信回路８において、サブキャリアマンチェスタ，ＢＰＳＫ−ＮＲＺから制御回路２により指示された符号化方式で符号化処理されることにより受信データとして復元される。

制御回路２は、非接触ＩＣカードの通信タイプがＡ，Ｂ，フェリカの何れであるかに応じて、ロジック送信回路４及びロジック受信回路８の符号化方式を選択すると共に、アナログ送信回路５の変調度を選択し、さらにアナログ受信回路７の受信周波数を選択するようになっている。また、制御回路２は、後述するようにアナログ受信回路７の検査モードを備えており、検査モードを実行する場合は、アナログ送信回路５の送信信号の送信出力及び変調度を制御すると共に、アナログ受信回路７からの受信アナログ信号をＡ／Ｄ変換し、その受信波形を解析することによりアナログ受信回路７の性能を判定するようになっている。

次に、上記構成の作用について説明する。
リーダライタ１の制御回路２は、先ず、上位装置が送信するデータ（コマンドフレーム）に含まれている非接触ＩＣカードの通信方式を参照することで、通信対象となる非接触ＩＣカードの通信方式を判別する。通信方式を取得すると、その通信方式が何れであるかを判定し、通信方式がタイプＡである場合は、ロジック送信回路４において送信データがモディファイドミラー方式で符号化されるように選択すると共に、アナログ送信回路５におけるＡＳＫ変調度が１００％になるように選択する。

また、アナログ受信回路７においてはタイプＡに対応する受信フィルタを選択し、ロジック受信回路８においては符号化方式としてサブキャリアマンチェスタ符号を選択してから、通常の通信処理を行う。即ち、非接触ＩＣカードに呼び出しコードを送信するポーリングを行い、非接触ＩＣカードがカードのＩＤを返して応答すると、非接触ＩＣカード側に通信用に割り当てたアドレスの通知を行う。

そして、アナログ受信回路７の動作を停止した状態で確認用コマンドを送信してから、アナログ受信回路７を動作させた状態で応答があると、非接触ＩＣカードが保持しているデータを読み出す。また、必要がある場合は上位装置側より非接触ＩＣカードに対するデータの書き込みを行う。両者間で必要なデータの転送が行われると、通信処理を終了する。この場合、非接触ＩＣカードにアクセスする場合にアナログ受信回路７の動作を停止しているのは、通常の非接触ＩＣカードとの通信時、アナログ送信回路５からの出力信号の影響で、非接触ＩＣカードからの応答がアナログ受信回路７で正常に処理できないからである。

また、非接触ＩＣカードの通信方式がタイプＢである場合は、ロジック送信回路４において送信データがＮＲＺ方式で符号化されるように選択すると共に、アナログ送信回路５におけるＡＳＫ変調度が１０％になるように選択する。一方、アナログ受信回路７においてはタイプＢに対応する受信フィルタを選択し、ロジック受信回路８においては符号化方式としてＢＰＳＫ−ＮＲＺ符号を選択してから、通信処理を行う。

また、非接触ＩＣカードの通信方式がフェリカである場合は、ロジック送信回路４において送信データがマンチェスタ方式で符号化されるように選択すると共に、アナログ送信回路５におけるＡＳＫ変調度が１０％になるように選択する。一方、アナログ受信回路７においてはフェリカに対応した受信フィルタを選択し、ロジック受信回路８においては符号化方式としてマンチェスタ符号を選択してから、通信処理を行う。
以上のようにして、非接触ＩＣカードの構成が異なり、対応している変調方式が異なる場合であっても、共通のリーダライタ１で通信を行うことが可能となる。

ところで、アナログ受信回路７に異常が発生したときは、上述したような通信が行えなくなってしまうことから、本実施例のリーダライタ１では、次のようにしてアナログ受信回路７が正常に動作するかを判定するようにしている。
即ち、アナログ受信回路７を検査する場合は、非接触ＩＣカードが存在しない状態で上位装置からリーダライタ１に対して検査を実行するように指令する。すると、リーダライタ１は、検査モードに移行し、ロジック送信回路４において符号化方式としてマンチェスタを選択すると共に、検査回路９を動作させる。すると、検査回路９からアナログ受信回路７に受信動作制御信号が出力されるので、制御回路２により動作が停止されていたアナログ受信回路７が動作する。

そして、制御回路２は、検査回路９に対して非接触ＩＣカードから返信される信号周波数に応じたパルス幅を有する符号化データを与える。つまり、通信方式がタイプＡ，Ｂの受信信号は、１３．５６ＭＨｚの搬送波を８４７．５ＫＨｚで変調した副搬送波を用いる非対称形であることから、図３に示すように１周期が１．１８μｓのパルス信号を与える。また、通信方式がフェリカの場合は、副搬送波を用いない対称形であるから、アナログ送信回路５から１３．５６ＭＨｚの搬送波をそのまま出力する。

図４は、カードタイプ、通信速度毎での受信信号の周波数を示している。この図４において、受信信号の周波数として２つの周波数が設定されているのは、非接触ＩＣカードは、リーダライタ１から受けた搬送波を用いて所定の送信周波数を生成する場合、その周波数の２倍の送信周波数も同時に生成している場合があるからである。
図５は、検査回路９からアナログ送信回路５に出力される検査処理信号を示しており、（ａ）はタイプＡ、（ｂ）はタイプＢ、（ｃ）はフェリカの場合を示している。
以上のような動作により、図６に示すようにアナログ送信回路５からは非接触ＩＣカードからの受信信号の信号波形を模擬した検査処理信号がアナログ受信回路７に直接出力される。

ここで、図７（ａ）はリーダライタ１から非接触ＩＣカードへの送信信号を示し、同図（ｂ）はリーダライタ１の非接触ＩＣカードからの受信信号を示している。この図７に示すように、送信信号のキャリア振幅や変調振幅は受信信号のキャリア振幅や変調振幅に比較して大きく、送信信号をそのままアナログ受信回路７に与えたのではアナログ受信回路７が受信処理できないことから、制御回路２は、アナログ送信回路５から検査用の送信信号を出力する場合は、その波形が通常の受信信号の波形と同等となるように制御する。

つまり、受信信号は、送信出力を大きくすると、図８（ａ）に示すようにキャリア振幅が大きくなり、送信出力を小さくすると、同８（ｂ）に示すようにキャリア振幅が小さくなるという特性を示すことから、アナログ送信回路５における送信出力を制御することにより検査用の送信信号のキャリア振幅を適切に制御することができる。

また、受信信号は、変調度を大きくすると、図９（ａ）に示すように変調振幅が大きくなり、変調度を小さくすると、同図（ｂ）に示すように振幅変調が小さくなる特性を示すことから、アナログ送信回路５における変調度を制御することにより検査用の送信信号の変調振幅を適切に制御することができる。

従って、アナログ受信回路７は、以上のようにして適切なキャリア振幅及び変調振幅に制御された検査用の送信信号を予め選択された周波数で弁別し、その受信アナログ信号を制御回路２に出力する。

制御回路２は、アナログ受信回路７からの受信アナログ信号をＡ／Ｄ変換して受信波形を解析することによりアナログ受信回路７の受信フィルタ特性を判定する。つまり、受信フィルタ特性が異常のときは、図１０（ｂ）に示すように受信波形のレベルが下限値よりも低かったり、（ｃ）に示すように上限値よりも高くなったりすることから、（ａ）に示すように受信波形のレベルが上限値と下限値との間のときは、受信フィルタ特性は正常であると判定することができる。

また、図１１（ａ）に示すようにアナログ送信回路５の変調度が高いときは、図１２（ａ）に示すように受信アナログ信号波形の受信信号レベルが高くなって受信可能となり、図１１（ｂ）に示すように変調度が低いときは、図１２（ｂ）に示すように受信アナログ信号波形が低くなって受信不可能となることから、変調度を制御することにより受信増幅性能を判定することができる。つまり、アナログ受信回路７の受信増幅性能が正常の場合は、アナログ受信回路７が受信不能となる受信アナログ信号の変調度は高いのに対して、アナログ受信回路７の受信増幅性能が異常の場合は、アナログ受信回路７が受信不能となる受信アナログ信号の変調度は低くなる。従って、制御回路２は、アナログ送信回路５から出力される検査用の受信信号の変調度を変化させてアナログ受信回路７が受信不可能となる変調度を求めることによりアナログ受信回路７の受信増幅性能を判定することができる。

以上のようにして、制御回路２は、アナログ受信回路７において所定のカードタイプの所定の通信速度での受信機能が正常であると判定したときは、同一のカードタイプの異なる通信速度での受信性能を判定する。同様にして、全てのカードタイプの全ての通信速度毎での受信機能を判定し、全てが正常であるときは正常であることを報知し、一つでも異常があるときは異常内容を報知する。
尚、図４に示すように受信周波数として２種類の周波数が存在する場合は、両方の周波数でもって順に判定する。

このような実施例によれば、リーダライタ１のアナログ受信回路７を検査する際は、アナログ受信回路７を動作させた状態で検査回路９を動作させることにより検査処理信号をアナログ送信回路５に出力し、アナログ送信回路５においてアナログ受信回路７が受信可能な検査用の模擬的な受信信号を生成してアナログ受信回路７に出力すると共に、アナログ受信回路７において受信フィルタで弁別されたアナログ受信信号を制御回路２に出力することによりアナログ受信回路７が正常に動作するかを判定するようにしたので、送信信号と受信信号の通信方式が異なっているにしても、検査回路９において受信信号をシミュレートすることによりアナログ受信回路７の検査が可能となる。

しかも、検査回路９において検査処理信号を生成する手段として、通常に設けられているロジック送信回路４の機能を利用するようにしたので、検査回路９の構成を簡単化することができる。

（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について図１３を参照して説明するに、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第２実施例は、アンテナ回路６を含んで性能検査を行うことを特徴とする。

図１３は、リーダライタ１の構成を概略的に機能ブロックで示している。この図１３において、検査回路９には擬似送信回路２１が接続されている。この擬似送信回路２１は、別基板で構成されており、通常運用では検査回路９に接続されず、検査時のみ図示しない端子を通じて検査回路９に接続し、アンテナ回路６に対して所定位置に配設される。この擬似送信回路２１は、アナログ送信回路５とアンテナ回路６の機能を併せ持ち、搬送波を検査回路９から与えられる検査用の符号化データ（模擬信号に相当）で変調することにより検査用の送信信号を電磁波信号としてアンテナ回路６に送信する。

アンテナ回路６が擬似送信回路２１からの検査用の送信信号を受信したときは、アナログ受信回路７は、アンテナ回路６から検査用の受信信号を受信することになるので、アナログ受信回路７からの受信アナログ信号の信号波形を制御回路２で解析して評価判定することにより、第１実施例と同様に、送信信号と受信信号の変調方式が異なる場合であっても、アナログ受信回路７の機能を評価することが可能となる。

この場合、アンテナ回路６を含んで検査することができるので、アナログ受信回路７の機能に加えてリーダライタ１の受信性能を評価することが可能となる。
また、アンテナ回路６が受信する受信信号のキャリア振幅及び変調振幅は送信信号のキャリア振幅及び変調振幅に比較して減衰しているので、第１実施例のように、送信信号の信号波形を調整することなく実施できる。

本発明は、上記実施例に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
リーダライタ１の通信方式としては、タイプＡ、タイプＢ、フェリカに限定されることなく、種々の通信方式に対応するようにしてもよい。
第１実施例の検査回路９に第２実施例の擬似送信回路２１を接続し、検査回路９が模擬信号をアナログ送信回路５と擬似送信回路２１に選択的に送信するようにしてもよい。
アンテナ回路６に代えて、送信アンテナ回路と受信アンテナ回路をそれぞれ独立して設けるようにしてもよい。

検査回路９に、ロジック送信回路４とアナログ送信回路５の機能を持たせるようにしてもよい。
検査回路９からアナログ受信回路７に対して受信動作制御信号を出力するのに代えて、制御回路２から出力するようにしてもよい。
リーダライタ１が検査モードを実行するタイミングとしては、非接触ＩＣカードが存在しないことを確認した状態で自動的に実行するようにしてもよい。

本発明の第１実施例におけるリーダライタの構成を示す機能ブロック図 ロジック送信回路及び検査回路の構成を示す示す機能ブロック図 符号化データの波形を示す図 各通信方式における異なる通信速度での受信周波数を示す図 検査回路からの異なる通信方式での検査処理信号を示す図 各信号波形を示す図１相当図 （ａ）送信信号波形、（ｂ）受信信号波形を示す図 異なる送信出力で示す送信信号波形図 異なる変調度で示す送信信号波形図 異なる受信フィルタ特性で示す受信信号波形図 異なる変調度で示す受信信号波形図 異なる変調度で示す受信アナログ波形図 本発明の第２実施例を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１はリーダライタ、２は制御回路、４はロジック送信回路（送信回路）、５はアナログ送信回路（送信回路）、５ａは変調回路、５ｂは電力増幅回路、６はアンテナ回路（送信アンテナ回路、受信アンテナ回路）、７はアナログ受信回路（受信回路）、８はロジック受信回路（受信回路）、９は検査回路、２１は擬似送信回路である。

Claims (1)

1. 非接触ＩＣカードに動作電力を供給するために送信時のみでなく受信時にも所定周波数の搬送波を送信し、送信時と受信時とで変調方式が異なる非接触ＩＣカード用リーダライタにおいて、
   送信時には受信回路の受信動作を禁止し、受信時には前記受信回路の受信動作を可能に制御する制御回路と、
   この制御回路が出力する送信データを送信アンテナ回路に出力する送信回路と、
   受信アンテナ回路が受信した非接触ＩＣカードからの受信信号を再生して前記制御回路に対して出力する受信回路と、
   当該リーダライタの検査のために前記制御回路の指示に従って、前記受信アンテナ回路が受信した非接触ＩＣカードからの受信信号を模擬する模擬信号を出力する検査回路とを備え、
   前記検査回路は、各カードタイプや通信速度でのアナログ受信フィルタ特性に合わせたパルス幅の模擬信号を出力し、
   前記受信回路は、受信信号波形を前記制御回路にアナログ出力し、
   前記制御回路は、受信時に前記検査回路を制御して前記模擬信号を出力させる場合には、前記受信回路から入力される模擬信号を評価し、前記受信回路が正常に動作するか否かを検査すると共に、入力した受信信号波形の波高値を判定することにより、各カードタイプや通信速度でのアナログ受信フィルタ特性について性能評価することを特徴とする非接触ＩＣカード用リーダライタ。

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