專利名稱：集成電路卡通信系統(tǒng)中的應(yīng)答器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路卡(IC卡)通信系統(tǒng)中的應(yīng)答器及其使用的通信模塊，尤其，涉及接觸/非接觸兩用的應(yīng)答器等。
背景技術(shù)：
使用IC卡的通信系統(tǒng)用于預(yù)付卡、滑雪場的電梯、鐵路自動檢票、貨物自動分類等場合。作為IC卡有經(jīng)與嵌入卡中的IC連接的接觸端子提供電源并進行數(shù)據(jù)交換的接觸式IC卡、采用電磁波提供電源并進行數(shù)據(jù)交換的非接觸IC卡及一張卡兼具接觸式及非接觸式的接觸/非接觸兩用IC卡。
以往的接觸/非接觸兩用IC卡2(單線圈型)的一個例子示于圖20。在示于圖20的IC卡2的內(nèi)部配置基板4。在基板4的下表面裝載IC芯片8，在基板4的上表面形成金屬制的接觸端子6。IC芯片8與接觸端子6電氣連接。接觸端子6形成露出IC卡2表面的狀態(tài)。IC卡2經(jīng)接觸端子6，一邊從接觸式讀/寫器(詢問器，未圖示)接收電力，一邊交接數(shù)據(jù)。設(shè)置在IC芯片8中的控制電路(未圖示)一邊將數(shù)據(jù)解碼，并改寫IC卡芯片8中的非易失性存儲器(未圖示)的數(shù)據(jù)，一邊應(yīng)答接觸式讀/寫器。
在IC卡2內(nèi)部配置天線10，天線10經(jīng)導(dǎo)線12與芯片8電連接。IC卡2由含天線10的諧振電路(未圖示)接收非接觸式讀/寫器(未圖示)發(fā)送的電磁波，以此作為電源。又，IC卡2還接收疊加在該電磁波上傳送的數(shù)據(jù)。通過使諧振電路的阻抗變化進行應(yīng)答。非接觸式讀/寫器通過檢測由于IC卡2的諧振電路阻抗變化而引起的自身諧振電路(未圖示)阻抗變化(阻抗反射)，從而得知應(yīng)答內(nèi)容。
這樣，若采用接觸/非接觸兩用IC卡2，則不論讀/寫器是接觸式還是非接觸式都能進行通信，因而十分方便。
但是，在上述已有技術(shù)的接觸/非接觸兩用的IC卡2中，存在下述問題。裝載接觸端子6和IC芯片8的基板4與天線10必須分別準(zhǔn)備且須用導(dǎo)線12加以電氣連接。因而IC卡2的制造工序變得復(fù)雜，導(dǎo)致IC卡2的制造成本增大，而且，易于因IC卡2變形導(dǎo)致導(dǎo)線12斷線而產(chǎn)生故障，從而使IC卡的可靠性不太高。
本發(fā)明的目的在于解決上述以往接觸/非接觸兩用IC卡的這種缺陷，提供一種廉價且可靠性高的應(yīng)答器及其使用的通信模塊。
發(fā)明揭示根據(jù)本發(fā)明，可與詢問器通信的應(yīng)答器備有通信模塊。該通信模塊包括基板、接觸端子、天線和處理電路。接觸端子設(shè)置在基板上，與詢問器電氣接觸。天線設(shè)置在基板上，接收來自詢問器的電磁波。處理電路設(shè)置在基板上，與接觸端子和天線連接，處理經(jīng)接觸端子或天線由詢問器提供的信號，或處理經(jīng)接觸端子或天線提供給詢問器的信號。
在這種通信模塊中，接觸端子、天線和處理電路設(shè)置在同一基板上，因而通信模塊組裝至殼體的作業(yè)變得極簡單。結(jié)果，可減少組裝作業(yè)中產(chǎn)生的次品，同時，還可降低組裝成本。而且，不需要用于把天線連至基板的導(dǎo)線，因而，即使向應(yīng)答器施加強力，也不會產(chǎn)生斷線這樣的故障。又，天線設(shè)置在基板上，因而基板抗彎曲和扭曲性能增強。
最好，上述接觸端子設(shè)置在基板一個面上，而上述天線和處理電路設(shè)置在基板的另一面上。從而通信模塊變得更緊湊。
最好，上述天線直接形成在基板上。從而可采用通常的蝕刻技術(shù)等在基板上容易地制成天線。
最好，上述處理電路包含切換部和設(shè)定部。切換部切換天線的諧振頻率。設(shè)定部設(shè)定切換部的切換方式以使天線輸出為期望電平。因而，與接觸端子的材料、形狀、大小，或接觸端子與天線的位置關(guān)系、距離等無關(guān)，可自動調(diào)整諧振頻率。
附圖概述

圖1是本發(fā)明一實施形態(tài)的IC卡整體構(gòu)成的立體圖。
圖2是示于圖1的IC卡沿S1-S1線的主要部分剖面圖。
圖3是從VI點看示于圖2的通信模塊的仰視圖。
圖4是本發(fā)明另一實施形態(tài)的通信模塊的仰視圖。
圖5-圖7是分別表示本發(fā)明又一實施形態(tài)的通信模塊主要部分的剖面圖。
圖8是本發(fā)明再一實施形態(tài)的通信模塊中使用的IC芯片的立體圖。
圖9是天線附近配置各種金屬時諧振電路的頻率特性示圖。
圖10是IC芯片中諧振頻率調(diào)整電路的框圖。
圖11是IC芯片中處理電路的框圖。
圖12是圖11所示的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和輸出值計測電路構(gòu)成框圖。
圖13是示于圖11的CPU進行的自動調(diào)整處理的流程圖。
圖14是由示于圖13的自動調(diào)整處理確定的最佳諧振頻率進行的動作處理的流程圖。
圖15是各切換模式中諧振電路的頻率特性與非接觸式詢問器載波頻率間關(guān)系示圖。
圖16是示于圖13的自動調(diào)整處理中，存儲在非易失性存儲器中的內(nèi)容示圖。
圖17和圖18分別是IC芯片中的處理電路其他例子的框圖。
圖19是諧振電路其他例子的電路圖。
圖20是以往接觸/非接觸兩用的IC卡(單線圈型)一個例子的立體圖。
實施發(fā)明的最佳形態(tài)圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施形態(tài)的應(yīng)答器，即IC卡80的整體構(gòu)成圖。IC卡80是接觸/非接觸兩用的IC卡(單線圈型)，可用于預(yù)付卡、滑雪場電梯、鐵路自動檢票、貨物自動分類等場合。如圖1所示，IC卡80為了可與詢問器(未圖示)通信，備有通信模塊20。
圖2是示于圖1的IC卡80沿S1-S1線剖切的主要部分剖面圖。如圖1和圖2所示，IC卡80具有表層材料28、芯構(gòu)件30、表層材料26順次層疊的構(gòu)造。表層材料28、芯構(gòu)件30和表層材料26起支持通信模塊20的殼體作用。作為表層材料28和26，可采用氯乙烯、PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)之類的合成樹脂。芯構(gòu)件30由合成樹脂構(gòu)成。
通信模塊20嵌在芯構(gòu)件30中。通信模塊20備有基板22、在基板22上表面形成的多個接觸端子24、形成在基板22下表面的天線60、設(shè)置在基板22下表面的IC芯片82。接觸端子24用于與詢問器電氣接觸。天線60用于接收來自詢問器的電磁波。IC芯片內(nèi)部具有后述的處理電路。該處理電路處理經(jīng)接觸端子24或天線60由詢問器提供的信號，或處理經(jīng)接觸端子24或天線60提供給詢問器的信號。天線60和IC芯片82設(shè)置在與接觸端子24相對的位置。
基板22的材料可有多種，例如可用玻璃環(huán)氧樹脂(環(huán)氧玻璃鋼)構(gòu)成的材料。在基板22下表面形成印制布線22b。
圖3是從V1點看示于圖2的通信模塊20的仰視圖。在基板22上表面配置多個(例如8個)接觸端子24使之相互鄰接。但這些接觸端子24相互絕緣。多種材料可用作接觸端子24，例如，可用在基板22上順次重疊銅(Cu)、鎳(Ni)和硬化金(Au+Co)形成的材料。接觸端子24的表面構(gòu)造成從設(shè)置在表層材料26的開口部26a中露出。
在IC芯片82上設(shè)置端子82a，端子82a與印制布線22b連接，由此把IC芯片82安裝在基板22的下表面。作為端子82a與印制布線22b的連接方法可有多種，例如，可用錫焊、利用金(Au)和錫(Sn)等的共晶結(jié)合的碰壓技術(shù)(bumping technique)等。
天線60通過蝕刻、印刷等直接形成在基板22的下表面。此外，天線60也可通過用粘結(jié)劑粘貼金屬線加以形成。
如后文所述(參見圖10)，IC芯片82中的處理電路包括與天線60構(gòu)成諧振電路40的電容器、處理部90等。各接觸端子24經(jīng)通孔22a、印制布線22b、端子82a，連接內(nèi)設(shè)于IC芯片中的處理部90。天線60經(jīng)端子82a連接IC芯片82中內(nèi)設(shè)的電容器、處理部90等。
若如上所述在同一基板22上準(zhǔn)備一個裝載接觸端子24、天線60和IC芯片82的通信模塊，則只要把它嵌在芯部件30中然后夾在表層材料28和26間即可完成IC卡80。由此，IC卡80組裝作業(yè)變得極為簡單。結(jié)果，可減少在組裝作業(yè)中產(chǎn)生的次品，同時可降低組裝成本。又，在基板22上形成天線60，從而不需連接天線60和基板22的導(dǎo)線。由此，不會發(fā)生由于施加于IC卡80的變形等原因引起導(dǎo)線斷裂而產(chǎn)生的故障。即，可實現(xiàn)廉價、可靠性高的接觸/非接觸兩用IC卡。
圖4是本發(fā)明另一實施形態(tài)的通信模塊14的仰視圖。在上述通信模塊20(參照圖3)中，構(gòu)造成使與天線60構(gòu)成諧振電路40的電容器內(nèi)設(shè)在IC芯片82中，而在本實施形態(tài)的通信模塊14中，與天線60構(gòu)成諧振電路40的電容器90不內(nèi)設(shè)在IC芯片82中而直接裝載在基板22上。根據(jù)這種構(gòu)成，易于改變電容器90的電容量，因而在改變諧振電路40的諧振頻率時會變得方便。
圖5表示本發(fā)明另一實施形態(tài)的通信模塊15主要部分的剖面圖。在上述通信模塊20(參照圖2)中，其構(gòu)造是采用錫焊或利用共晶結(jié)合的碰壓技術(shù)作為基板22與IC芯片82的連接方法直接連接端子82a與印制布線22b。在本實施形態(tài)的通信模塊15中，構(gòu)造成經(jīng)各向異性導(dǎo)電體32連接端子82a與印制布線22b。
各向異性導(dǎo)電體32是僅在一個方向有導(dǎo)電性的導(dǎo)電體，它具有粘結(jié)性。用各向異性導(dǎo)電體32粘結(jié)IC芯片82與基板22，由此電氣連接設(shè)置在相對位置的端子82a與印制布線22b。
可使用例如熱固化粘結(jié)劑Anisolm(日立化成株式會社)作為各向異性導(dǎo)電體。用這種各向異性導(dǎo)電體32可牢固地粘結(jié)IC芯片82與基板22。采用各向異性導(dǎo)電體32可一定程度防止潮氣侵入IC芯片82內(nèi)部。
圖6表示本發(fā)明另一實施形態(tài)的通信模塊16主要部分剖面圖。在上述各通信模塊中，構(gòu)造成IC芯片82的端子82a與基板22上的印制布線22b及天線60直接連接或經(jīng)各向異性導(dǎo)電體32間接連接，在本實施形態(tài)的通信模塊16中，構(gòu)造成用導(dǎo)線34連接端子82a與印制布線22b及天線60。
用粘結(jié)劑38把IC芯片82固定在基板22下方所設(shè)置的凹部22c上。用導(dǎo)線34連接端子82a與印制布線22b及天線60后，用密封樹脂36覆蓋連接部。
通過上述構(gòu)成，可用通常的導(dǎo)線接合技術(shù)形成通信模塊。而且，用密封樹脂36可使連接部防水，同時可在某種程度防止導(dǎo)線34的斷線故障。
雖然在上述各實施形態(tài)中，天線60設(shè)置在基板22下表面，但天線60也可設(shè)置在基板22的上表面，即與接觸端子24設(shè)置在同一個表面。這時，基板22可形成為稍大于接觸端子24，使天線60包圍接觸端子24。
圖7表示本發(fā)明另一實施形態(tài)的通信模塊17的主要部分。在上述各通信模塊中，構(gòu)造成天線60設(shè)置在基板22上，在本實施形態(tài)的通信模塊17中，天線(未圖示)內(nèi)設(shè)于IC芯片84中。即，利用IC芯片84內(nèi)部的鋁布線層(未圖示)形成天線。
基板22上的印制布線22b與IC芯片84的端子84a采用錫焊與利用共晶結(jié)合的碰壓技術(shù)等加以連接。但是，印刷布線22b與IC芯片84的端子84a的連接方法不限于此，也可采用例如上述各向異性導(dǎo)電體32和導(dǎo)線34。
這樣，通過用IC芯片84內(nèi)部的鋁布線層構(gòu)成天線，與電容器一起構(gòu)成諧振電路40的天線可實質(zhì)上與處理部90(參見圖10)形成一體。因而，通信模塊的組裝作業(yè)變得簡單。由此，可減少組裝作業(yè)中的次品，同時，可降低組裝成本。
圖8表示用于本發(fā)明其它實施形態(tài)的通信模塊的IC芯片86。上述通信模塊17(參照圖7)中，構(gòu)造成用IC芯片84內(nèi)部的鋁布線層形成天線，在本實施形態(tài)的IC芯片86中，通過蝕刻、印刷等工序在IC芯片86下表面形成天線60。天線60經(jīng)設(shè)置在IC芯片86下表面的端子86a與內(nèi)設(shè)在IC芯片86中的電容器(未圖示)和處理部90(參照圖10)連接。
通過在IC芯片86的表面形成天線60，與電容器一起構(gòu)成諧振電路40的天線60可實質(zhì)上與處理部90(參照圖10)形成一體。因而，通信模塊的組裝作業(yè)變得簡單。由此，可減少組裝作業(yè)中的次品，同時可降低組裝成本。又，用這種構(gòu)成，可在IC芯片86制造后變更天線60的電感，十分方便。雖然在本實施形態(tài)中，天線60形成在IC芯片86的下表面，但也可形成在IC芯片86的上表面。
圖9表示天線60附近配置各種金屬時，諧振電路40(參照圖10)的頻率特性。圖9中，模軸表示頻率，縱軸表示輸出。顯然在天線60附近不配置任何東西的情況(a)、配置硅的情況(b)、配置金的情況(c)和配置銅的情況(d)下，使天線60輸出變大的諧振頻率各不相同。
在本實施形態(tài)中，天線60與接觸端子24形成在同一基板22上，因而受到接觸端子24較大的影響，對天線60產(chǎn)生較大的容性或感性寄生電抗。因此，由于天線60附近配置的接觸端子24的材料、形狀、大小、接觸端子24與天線60的位置關(guān)系、距離等不同，天線60輸出會變動，結(jié)果，可產(chǎn)生諧振電路40的諧振頻率變動。示于圖1的IC卡80具備即使產(chǎn)生這種諧振頻率變動也可自動調(diào)整諧振頻率的功能。
圖10是具有這種調(diào)整功能的IC芯片82中的處理部90的構(gòu)成框圖。含天線60的諧振電路40構(gòu)成得可切換其諧振頻率。處理部90備有順次切換諧振電路40的諧振頻率的切換部48、設(shè)定切換部48的切換模式使諧振電路40輸出為期望電平的設(shè)定部42。設(shè)定部42包括從多個切換模式中判定諧振電路40輸出為期望電平的最佳切換模式的判定部44、存儲判定部44判定的最佳切換模式的切換模式存儲部46。判定部44包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路50、輸出值計測電路52、輸出值存儲部54、模式?jīng)Q定部56。
基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路50接收諧振電路40的輸出并把它變換成直流電壓。雖然由于諧振頻率切換，該直流電壓大小會變動，但基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路50不管該變動仍產(chǎn)生恒定的基準(zhǔn)電壓Vref。
輸出值計測電路52以該基準(zhǔn)電壓Vref為基準(zhǔn)，計測各切換模式即各諧振頻率的諧振電路40的輸出值。計測的輸出值相應(yīng)于各切換模式存儲在輸出值存儲部54中。即，輸出值存儲部54存儲多個切換模式及與之對應(yīng)的多個輸出值。
模式?jīng)Q定部56從輸出值存儲部54所存儲的多個輸出值中選擇最大輸出值，將與之對應(yīng)的切換模式定為最佳切換模式。由此，獲得可最有效接受電力供給的諧振頻率的最佳切換模式。該最佳切換模式存儲在切換模式存儲部46。
如上所述完成諧振頻率調(diào)整后，根據(jù)存儲在切換模式存儲部46中的最佳切換模式，切換部48決定諧振電路40的諧振頻率。在本實施形態(tài)中，作為切換模式存儲部46，采用即使不提供電源也能保存數(shù)據(jù)的非易失性存儲器。因此，不必每次使用IC卡80就調(diào)整諧振頻率。
圖11是IC卡80的電路構(gòu)成框圖。在本實施形態(tài)中，除天線60和接觸端子24外的其他部件構(gòu)成IC芯片82的處理電路。
IC卡80作為接觸式IC卡具有如下功能。即，IC卡80經(jīng)接觸端子24一邊從接觸式詢問器(未圖示)接受電力，一邊交接數(shù)據(jù)。設(shè)置在IC芯片82上的CPU68一邊將數(shù)據(jù)解碼并改寫非易失性存儲器70的數(shù)據(jù)，一邊應(yīng)答接觸式詢問器。
另一方面，IC卡80作為非接觸式IC卡，具有下述功能。整流電路62對從非接觸式詢問器(未圖示)接收的高頻載波進行整流后，提供給調(diào)整器64。調(diào)整器64使之穩(wěn)定并產(chǎn)生提供各部件的電力。解調(diào)電路66對已調(diào)制高頻載波進行檢波、解調(diào)，重現(xiàn)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)供給CPU68進行預(yù)定處理。
在向非接觸式詢問器傳送數(shù)據(jù)的情況下，當(dāng)非接觸式詢問器輸出無調(diào)制高頻載波時，CPU通過使調(diào)制用晶體管MQ導(dǎo)通/阻斷，切換電阻RM的連接。由此，使從非接觸式詢問器觀察到的阻抗變化，從而使載波振幅變化。非接觸式詢問器通過檢測該振幅變化可復(fù)原數(shù)據(jù)。CPU68的操作程序存儲在非易失性存儲器70中。
在本實施形態(tài)中，天線60、電容器C1，C2……C11、晶體管SQ1，SQ2……SQn構(gòu)成諧振電路40。電容器C1、C2……Cn的靜電電容設(shè)定成依次逐漸減小。電容器Cm(m＝n/2)的靜電電容設(shè)計成使該電容Cm形成的諧振電路40的諧振頻率fm與由非接觸式詢問器傳送的載波頻率一致。其他電容器的靜電電容設(shè)定成使這些電容器確定的諧振頻率，以該諧振頻率fm為中心各稍有不同。在本實施形態(tài)中，做成相鄰電容器確定的諧振頻率的間隔相等并使電容器C1的諧振頻率f1最低，電容器Cn的諧振頻率fn最高。
調(diào)整器64的輸出提供至基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路50和輸出值計測電路52。該兩電路詳細(xì)示于圖12。在本實施形態(tài)中，采用帶隙電壓(bandgap voltage)產(chǎn)生電路76作為基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路50。帶隙電壓產(chǎn)生電路76在調(diào)整器64提供的電壓變動時也能保持其輸出電壓恒定。因而，其輸出電壓用作基準(zhǔn)電壓Vref。
基準(zhǔn)電壓Vref由電阻R1～R4分壓，得到門限值Va、Vb和Vc。由比較器78a、78b、78c把調(diào)整器64輸出的電壓經(jīng)R5和R6分壓后的分壓值與這些門限值Va、Vb、Vc比較，由此得到電平A、電平B和電平C的輸出。具體說，在載波的接收強度大從而調(diào)整器64的輸出比門限值Va大時，可從全部比較器78a、78b、78c得到輸出。在調(diào)整器64的輸出比門限值Va小但比門限值Vb大時，比較器78b和78c提供輸出。在調(diào)整器64的輸出比門限值Vb小但比門限值Vc大時，僅從比較器78c得到輸出。在調(diào)整器64的輸出比門限值Vc小時，無比較器提供輸出。比較器78a、78b、78c的輸出分別提供給CPU68。
返回圖11，在非易失性存儲器70中除用于接觸式和非接觸式通信的程序外，還存儲諧振頻率自動調(diào)整用程序。自動調(diào)整程序的流程圖示于圖13。下文，參照圖13的流程圖和圖11的框圖，說明諧振頻率的自動調(diào)整處理。
一旦進入自動調(diào)整模式，CPU首先把表示切換模式的變量j設(shè)定為1(步驟S1)。然后，CPU進行控制使晶體管SQj導(dǎo)通而其他晶體管截止(步驟S2)。現(xiàn)在j＝1，所以僅晶體管SQ1導(dǎo)通。因而，連接電容器C1并成為最低諧振頻率。這時的諧振電路的頻率特性示于圖15的“情況1”。在圖15中，縱軸表示圖12中節(jié)點α的電壓。這里，如圖15所示，若非接觸式詢問器的載波頻率為f0，則在“情況1”，比較器78a、78b、78c均無輸出。CPU68把各比較器78a、78b、78c的輸出電平A、B、C與切換模式j(luò)相對應(yīng)并存儲在非易失存儲器70(步驟S3，參照圖16)。這里，存儲A＝0、B＝0、C＝0。在本實施形態(tài)中，非易失性存儲器70示于圖16的部分對應(yīng)于輸出值存儲部54和切換模式存儲部46(參照圖10)。因而切換模式存儲部46存儲晶體管SQ1～SQn中哪個晶體管應(yīng)導(dǎo)通。
接著，在步驟S4中，判斷切換模式j(luò)是否達到最大值n。若未達到，切換模式j(luò)遞增至j＝2(步驟S5)。然后返回步驟S2，對第2切換模式進行與上述同樣的處理。具體而言，使晶體管Q2導(dǎo)通且其他晶體管截止，從而連接電容器C2。由此，諧振電路的頻率特性成為示于圖15的“情況2”。因此，對f0高頻載波，僅比較器78c提供輸出。CPU68接收該輸出，如圖16所示，對應(yīng)于j＝2，在非易失性存儲器70中存儲A＝0、B＝0、C＝1。
上述處理重復(fù)直至切換模式j(luò)為n，流程進至步驟S6。一旦處理進行至j＝n，在非易性存儲器70中，如圖16所示，存儲各切換模式的輸出值。在步驟S6中，從存儲的輸出值中選出最大的值。這里，是切換模式j(luò)＝4、5、6時的最大輸出值。其中，選擇位于中心的切換模式j(luò)＝5作為最佳切換模式。切換模式j(luò)＝5最佳這一點從圖15中即可理解。然后，CPU68對該最佳切換模式j(luò)＝5設(shè)置最佳標(biāo)志并加以儲存(步驟S7)。在本實施形態(tài)中，步驟S6對應(yīng)于模式?jīng)Q定部56(參照圖10)。
一旦如上所述確定最佳切換模式，CPU68接著以該最佳諧振頻率進行操作。其處理流程示于圖14。首先在步驟S10，從非易失性存儲器70獲得存有最佳標(biāo)態(tài)的切換模式j(luò)。然后，使該切換模式j(luò)指定的晶體管SQj導(dǎo)通(步驟S11)。由此，能以最有效的狀態(tài)取得來自非接觸式詢問器的高頻載波提供的電力。以后，進行預(yù)定的通信處理(步驟S12)。在本實施形態(tài)中，步驟S10和S11相應(yīng)于切換部48(參照圖10)。
如上所述，IC卡80可自動調(diào)整諧振電路40的諧振頻率使非接觸式詢問器提供的電力最大。從而，制造時易于調(diào)整因天線60附近配置的接觸端子24的材料、形狀、大小、接觸端子24與天線60的位置關(guān)系、距離等差異引起的諧振電路40的諧振頻率變化和部件數(shù)差異等引起的諧振電路40的諧振頻率偏移。又，切換模式存儲部46存儲最佳切換模式，因而只要調(diào)整一次，實際使用時僅進行示于圖14的操作即可得到最佳頻率，不損失操作速度。
調(diào)整器64基于由詢問器提供給天線60的電磁波產(chǎn)生電力，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路50可不管該電力變動仍產(chǎn)生恒定的基準(zhǔn)電壓Vref，因而IC卡80即使不具有內(nèi)部電源也可正確調(diào)整諧振頻率。
在上述實施形態(tài)中，為了得到最佳切換模式，對所有切換模式進行探討。但是，也可做成切換部48每次依序切換切換模式，輸出值計測電路52計測諧振電路40的輸出值，當(dāng)?shù)玫降妮敵鲋党^預(yù)定門限值時，其后停止探討切換模式并判定這時的切換模式為最佳切換模式。由此，可迅速自動調(diào)整諧振頻率。
又，也可以在輸出值超過預(yù)定門限值且其后輸出值比上次切換模式的輸出值低時，停止探討其后的切換模式，判定此前的最大值所對應(yīng)的切換模式為最佳切換模式。由此，可迅速得到最佳切換模式。
在上述實施形態(tài)中，雖然是對在非接觸通信時用同一載波進行電力供給和信息通信的IC卡80(單線圈型)進行說明，但本發(fā)明也可適用于非接觸通信時用不同頻率載波分別提供電力和進行信息通信的IC卡(雙線圈型)。這種實施形態(tài)的構(gòu)成示于圖17。非接觸式詢問器提供的電力用無調(diào)制載波f0接收，而用載波fL與詢問器進行信息通信。
進行信息通信的諧振電路由天線63和電容器C1構(gòu)成。解調(diào)電路66將已調(diào)制載波傳送的數(shù)據(jù)解調(diào)后，提供至CPU68。在向非接觸式詢問器傳送數(shù)據(jù)的情況下，當(dāng)非接觸式詢問器輸出無調(diào)制載波f1時，CPU68通過使調(diào)制晶體管MQ導(dǎo)通/阻斷，切換電阻RM的連接。由此，使從非接觸式詢問器觀察的阻抗變化，從而使載波fL的振幅變化，可在非接觸式詢問器中復(fù)原數(shù)據(jù)。
用于接收提供電力的諧振電路由天線61、電容器C1-Cn和晶體管SQ1～SQn構(gòu)成。CPU68根據(jù)調(diào)整器64的輸出確定晶體管SQ1～SQn的最佳切換模式并存儲在非易失性存儲器70，這一點與上述實施形態(tài)相同。
圖18表示另一個實施形態(tài)。在該實施形態(tài)中，其構(gòu)成是不僅用于提供電力的諧振電路，而且用于信息通信的諧振電路也自動調(diào)整諧振頻率。為此，該構(gòu)成用于信息通信的諧振電路中，也由晶體管TQ1～TQn切換電容器TC1～TCn。而且把解調(diào)電路66的輸出與基準(zhǔn)電壓比較，以判定最佳切換模式?；鶞?zhǔn)電壓產(chǎn)生電路73與輸出值計測電路75的構(gòu)成分別與基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路50和輸出值計測電路52相同。
根據(jù)本實施形態(tài)，用于信息通信的諧振頻率也可自動調(diào)整。又，在本實施形態(tài)中，與非接觸式詢問器進行信息通信的調(diào)制電路(與圖17的晶體管MQ和電阻RM相應(yīng)的電路)不必另外設(shè)計。其理由在于利用CPU68的控制，根據(jù)數(shù)據(jù)切換最佳切換模式和其他切換模式，使從非接觸式詢問器看到的阻抗變化。
在上述各實施形態(tài)中，電容器C1～Cn(TC1～TCn)中的一個連接天線60(61、63)。但是，也可設(shè)置多個電容器同時與天線連接的切換模式。這樣，可用少數(shù)電容器得到多個切換模式。
圖19表示諧振電路其他構(gòu)成例子。在該諧振電路中，切換串聯(lián)的電容器C1、C2和C3。諧振電路取何種構(gòu)成，可考慮與IC芯片范圍相稱的接點數(shù)目加以確定。
上述各實施形態(tài)中，在通信模塊或IC卡制造時自動調(diào)整諧振頻率。但是，為了修正接觸端子24磨損、隨時間變化及周圍溫度變化引起的頻率變化，也可每隔規(guī)定時間進行自動調(diào)整。例如，可在預(yù)定日期進行自動調(diào)整，或自上次調(diào)整時起經(jīng)預(yù)定時間后自動調(diào)整，或每經(jīng)預(yù)定使用次數(shù)自動進行調(diào)整。為了在預(yù)定日期自動進行調(diào)整，可設(shè)置時鐘，在該時鐘的日期與預(yù)定日期一致時再次判定最佳切換模式。為了在自上次調(diào)整時起經(jīng)預(yù)定時間后自動進行調(diào)整，可設(shè)置調(diào)整時置零且開始運作的定時器，當(dāng)該定時器的時間與預(yù)定時間一致時再次判定最佳切換模式。為了在預(yù)定使用次數(shù)時自動調(diào)整，IC卡可設(shè)置計數(shù)器，每逢與詢問器通信，計數(shù)遞增，并在該計數(shù)器的值與預(yù)定值一致時再次判定最佳切換模式。上述這些情況下，日期、經(jīng)過時間及使用次數(shù)可由接觸式或非接觸式的詢問器計測，也可由IC卡計測，或者兩者協(xié)同計測。
若處理速度足夠，也可在每次用作非接觸IC卡時進行自動調(diào)整。
在上述各實施形態(tài)中，為了進行非接觸信息通信，對載波作脈幅調(diào)制。但是脈沖頻率調(diào)制、脈沖相位調(diào)制、模擬振幅調(diào)制、模擬頻率調(diào)制、模擬相位調(diào)制等任何調(diào)制方式均可用于本發(fā)明。
在上述各實施形態(tài)中，雖然以本發(fā)明用于單線圈型或雙線圈型的接觸/非接觸兩用的IC卡為例加以說明，但本發(fā)明也可用于有3個以上線圈的接觸/非接觸兩用的IC卡。本發(fā)明通常不僅可用于IC卡，而且可用于箱型、筆記本型等不管什么形態(tài)的接觸/非接觸兩用的應(yīng)答器。
在上述各實施形態(tài)中，雖然詢問器與IC卡間進行數(shù)據(jù)通信，該通信是利用電磁作用的無線通信，但除用電波的通信外，也可以是電磁耦合的通信。又，在上述實施形態(tài)中，雖然用晶體管切換諧振電路的諧振頻率，但也可以代之以采用切換電路的連接狀態(tài)、常數(shù)等的其他切換元件。因此，不僅可用晶體管這種電氣切換元件，而且可用機械切換元件。此外，不僅可用數(shù)字式地形成導(dǎo)通/阻斷的切換元件，而且可用模擬式地連續(xù)切換電阻值之類的電路常數(shù)的切換元件。又，天線不限定其外觀形狀、構(gòu)成方法等，只要具有為接收期望電磁波所需的電感分量的元件均可使用。電容器不限定其外觀形狀、構(gòu)成方法，只要具有與天線構(gòu)成諧振電路所需的靜電電容的元件均可采用。因而，天線的寄生電容也可用作電容器。
上述揭示的實施形態(tài)只是舉例說明而并非限定。本發(fā)明的范圍并非由上述說明而是由權(quán)利要求所闡明。該范圍包括權(quán)利要求的范圍、與之含義等同的范圍及所有變換。
權(quán)利要求
1.一種備有通信模塊(20；14；15；16；17)，可與詢問器通信的應(yīng)答器，其特征在于，所述通信模塊(20；14；15；16；17)包括基板(22)，設(shè)置在所述基板(22)上，用于與所述詢問器電接觸的接觸端子(24)，設(shè)置在所述基板(22)上，用于接收來自所述詢問器的電磁波的天線(60)，設(shè)置在所述基板(22)上，連接所述接觸端子(24)和所述天線(60)，用于處理經(jīng)所述接觸端子(24)或所述天線(60)由所述詢問器提供的信號及經(jīng)所述接觸端子(24)或所述天線(60)提供至所述詢問器的信號的處理電路(82；84；86)。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述接觸端子(24)設(shè)置在所述基板(22)的一個表面，所述天線(60)和所述處理電路(82)設(shè)置在所述基板(22)的另一表面。
3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述天線(60)直接形成在所述基板(22)上。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述處理電路(82)包括與所述天線(60)耦合成諧振電路(40)的電容器(C1～Cn)。
5.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述通信模塊(14)進一步包括形成在所述基板(22)上，并與所述天線(60)耦合成諧振電路(40)的電容器(90)。
6.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述天線(60)與所述處理電路(84，86)形成一體。
7.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述處理電路(82)包括切換所述天線(60)諧振頻率的切換手段(48)，設(shè)定所述切換手段(48)的切換模式，使根據(jù)所述接觸端子與所述天線間的電抗變化的天線(60)的輸出為期望電平的設(shè)定手段(42)。
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述設(shè)定手段(42)包括從所述切換手段(48)的切換模式中判定所述天線(60)輸出為期望電平的最佳切換模式的判定手段(44)，存儲所述判定手段(44)判定的最佳切換模式的切換模式存儲手段(46)。
9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述處理電路(82)進一步包括基于由所述詢問器提供至天線(60)的電磁波產(chǎn)生電力的電力產(chǎn)生手段(62，64)，所述判定手段(44)包括不管所述電力產(chǎn)生手段(62，64)的電力變動，產(chǎn)生恒定基準(zhǔn)電壓(Vref)的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生手段(50)，以所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生手段(50)的基準(zhǔn)電壓(Vref)為基準(zhǔn)，計測各切換模式的所述天線(60)輸出值的輸出值計測手段(52)，根據(jù)所述輸出值計測手段(52)的輸出值，決定所述最佳切換模式的模式?jīng)Q定手段(56)。
10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述判定手段(44)進一步包括相應(yīng)于各切換狀態(tài)存儲所述輸出值計測手段(52)的輸出值的輸出值存儲手段(54)，所述模式?jīng)Q定手段(56)根據(jù)所述輸出值存儲手段中所存儲的輸出值，決定所述最佳切換模式。
11.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述判定手段(44)把所述天線(60)的輸出為最大電平的切換模式判定為所述最佳切換模式。
12.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述判定手段(44)每次切換模式順次切換時計測所述天線(60)的輸出值，在該輸出值超過預(yù)定門限值時，判定該切換模式為所述最佳切換模式。
13.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述切換手段(48)通過切換與所述天線(60)耦合的靜電電容，切換所述諧振頻率。
14.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述處理電路(82)包括多個電容器(C1～Cn)，使所述電容器(C1～Cn)與所述天線(60)有選擇地耦合成諧振電路(60)的多個晶體管(SQ1～SQn)；所述切換模式存儲手段(46)存儲所述晶體管(SQ1～SQn)中哪個應(yīng)導(dǎo)通。
15.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述天線(60)用于向所述處理電路(82)提供電力。
16.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述天線(60)用于與所述詢問器通信。
17.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述判定手段(44)在所述應(yīng)答器制造時判定所述最佳切換模式。
18.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述判定手段(44)在預(yù)定日期和時間判定所述最佳切換模式。
19.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述判定手段(44)在判定所述最佳切換模式后每經(jīng)預(yù)定期間再判定最佳切換模式。
20.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)答器，其特征在于，所述判定手段(44)在所述應(yīng)答器每當(dāng)使用預(yù)定次數(shù)時，判定所述最佳切換模式。
21.一種可與詢問器通信的應(yīng)答器，其特征在于包括用于與所述詢問器電接觸的接觸端子(24)，用于接收來自所述詢問器的電磁波的天線(60)，連接所述接觸端子(24)和所述天線，處理經(jīng)所述接觸端子(24)或所述天線(60)由所述詢問器提供的信號和經(jīng)所述接觸端子(24)或所述天線(60)提供給所述詢問器的信號的處理電路(82)；所述處理電路(82)包括切換所述天線(60)的諧振頻率的切換手段(48)，設(shè)定所述切換手段(48)的切換模式，使根據(jù)所述接觸端子與所述天線間的電抗變動的所述天線(60)輸出為期望電平的設(shè)定手段(42)。
22.一種可與詢問器通信的應(yīng)答器(80)中用的通信模塊(20；14；15；17)，其特征在于，它包括基板(22)，設(shè)置在所述基板(22)上，用于與所述詢問器電接觸的接觸端子(24)，設(shè)置在所述基板(22)上，用于接收來自所述詢問器的電磁波的天線(60)，設(shè)置在所述基板(22)上，連接所述接觸端子(24)和所述天線(60)，用于處理經(jīng)所述接觸端子(24)或所述天線(60)由所述詢問器提供的信號及經(jīng)所述接觸端子(24)或所述天線(60)提供至所述詢問器的信號的處理電路(82；84；86)。
23.如權(quán)利要求22所述的通信模塊，其特征在于，所述處理電路(82)包括切換所述天線(60)諧振頻率的切換手段(48)，設(shè)定所述切換手段(48)的切換模式，使根據(jù)所述接觸端子與所述天線間的電抗變化的天線(60)的輸出為期望電平的設(shè)定手段(42)。
24.一種IC卡，它包括具有開口部(26a)的殼體(26，28，30)，嵌入所述殼體(26，28，30)中的通信模塊(20)；其特征在于，所述通信模塊(20)包括基板(22)，在所述基板(22)上形成的、從所述殼體(26，28，30)的開口部(26a)露出的接觸端子(24)，形成在所述基板(22)上的天線(60)，實際安裝在所述基板(22)上，并與所述接觸端子(24)和所述天線(60)連接的IC芯片(82)。
25.如權(quán)利要求24所述的IC卡，其特征在于，所述IC芯片(82)包括切換所述天線(60)諧振頻率的切換手段(48)，設(shè)定所述切換手段(48)的切換模式，使根據(jù)所述接觸端子與所述天線間的電抗變動的所述天線(60)輸出為期望電平的設(shè)定手段(42)。
全文摘要
一種IC卡(80),它備有嵌在芯構(gòu)件(30)中的通信模塊(20)。在該通信模塊(20)中,為使組裝作業(yè)簡便,接觸端子(24)、天線(60)和IC芯片(82)裝載在同一基板(22)上。接觸端子(24)形成在基板(22)的上表面,從表層材料(26)的開口部(26a)露出天線(60)的IC芯片(82),為了緊湊,設(shè)置在基板(22)的下表面,與接觸端子(24)相對。IC芯片(82)自動調(diào)整天線(60)的諧振頻率,使天線(60)的輸出始終為最大。
文檔編號B42D15/10GK1255995SQ98805087
公開日2000年6月7日 申請日期1998年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月19日
發(fā)明者生藤義弘, 岡田浩治 申請人:羅姆股份有限公司