JP7364797B2 - 非接触システムおよび当該非接触システムの電磁妨害を低減する方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触通信の分野に関し、より詳細には、デバイスのプロセッサの動作中にデバイスとリーダとの間に電磁妨害を生じさせることを回避する非接触デバイスおよび対応する方法に関する。

図１に示すように、ＲＦＩＤ搭載スマートカードのような非接触デバイスは、リーダとの通信段階（図１のＲＸとＴＸ）とＣＰＵ計算の段階（図１のＥＸＥ）を交互に繰り返す。このようなデバイスのＣＰＵ計算時の電流消費（Ｉｐｌａｔｆｏｒｍ）は、集中的である場合もあれば、そうでない場合もあるＣＰＵの活動に応じて大きく変動する可能性がある。このような電力消費の変動は頻繁に発生し、非接触デバイスの電磁放射ＲＦの変動を誘発する可能性がある。このような変動は、デバイスの次の通信段階がまだ開始されていない時に、リーダによって通信の試行であると誤解される可能性がある。

したがって、ＣＰＵの計算段階中に、非接触デバイスとＲＦリーダ間のＲＦ通信と干渉する可能性のある電磁放射を発生させない非接触デバイスおよび関連する方法が必要とされている。

この目的のために、第１の態様によれば、本発明は、したがって、電磁界を介するリーダとの非接触通信のために構成され、電源、電流モニタ、演算を行うように構成されたハードウェアプロセッサを含む処理システム、動的余剰電流ローダ、およびクロック生成器、を含む非接触電子システムに関し：
－ 前記電流モニタは、電磁界から処理システムへ電源によって提供され得る最大電流Ｉｍａｘを決定するように構成され、
－ 前記電流モニタは、前記ハードウェアプロセッサの実行段階中に、前記決定された最大電流Ｉｍａｘと、処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍとを比較するように構成され、
－ 前記動的余剰電流ローダは、処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが決定された最大電流Ｉｍａｘよりも低いときに、Ｉｍａｘ－Ｉｐｌａｔｆｏｒｍに等しい余剰電流Ｉｅｘｔｒａをロードするように構成される。

このようなシステムは、処理システムの電流消費の変動にもかかわらず、システムによって引き起こされる電磁障害を大幅に低減することを可能にする。

前記ハードウェアプロセッサは、電源の崩壊を防止するために、前記決定された最大電流Ｉｍａｘに応じてその電力消費を低減するように構成されてもよい。

前記ハードウェアプロセッサは、例えば、その動作電圧を低減することによって、前記ハードウェアプロセッサの内部ブロックを非活性化することによって、またはその動作周波数を低減することによって、その電力消費を低減するように構成されてもよい。

処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが決定された最大電流Ｉｍａｘよりも高いときに、前記クロック生成器は、電源の崩壊を防ぐために、クロック生成器によって処理システムに提供されるクロックを少なくとも１サイクル停止するように構成されてもよい。

そうすることによって、処理システムの電流消費のさらなる増加が防止され、電源の崩壊がさらに防止される。

実施形態において、前記電流モニタは、前記決定された最大電流Ｉｍａｘと処理システムによって引き出された前記電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍとの間の前記比較を連続的に行うように構成され、前記動的余剰電流ローダは、前記実行段階の終了まで、前記余剰電流Ｉｅｘｔｒａを連続的にロードするように構成される。

これにより、処理システムの電流消費の変動にもかかわらず、システムによってロードされる総電流を、全ての実行段階において、決定された最大電流Ｉｍａｘに等しく、一定に保つことができる。

第２の態様によれば、本発明は、電磁界を介するリーダとの非接触通信のために構成され、電源、電流モニタ、演算を行うように構成されたハードウェアプロセッサを含む処理システム、動的余剰電流ローダ、およびクロック生成器を含む非接触電子システムの電磁妨害を低減するための方法であって、前記非接触電子システムによって行われる：
－ 前記電流モニタによって、電磁界から処理システムへ電源によって提供される最大電流Ｉｍａｘを決定すること、
－ 前記電流モニタによって、前記ハードウェアプロセッサの実行段階において、前記決定された最大電流Ｉｍａｘと、処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍとを比較すること、
－ 処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが決定された最大電流Ｉｍａｘより低いときに、前記動的余剰電流ローダによってＩｍａｘ－Ｉｐｌａｔｆｏｒｍに等しい余剰電流Ｉｅｘｔｒａをロードすること
を含む。

第２の態様による方法は：電源の崩壊を防止するために、前記ハードウェアプロセッサによって、前記決定された最大電流Ｉｍａｘに応じてその電力消費を低減することを含み得る。

前記ハードウェアプロセッサは、例えば、その動作電圧を低減することによって、前記ハードウェアプロセッサの内部ブロックを非活性化することによって、またはその動作周波数を低減することによって、その電力消費を低減することができる。

処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが決定された最大電流Ｉｍａｘよりも高いときに、第２の態様による方法は：電源の崩壊を防ぐために、前記クロック生成器によって、クロック生成器によって処理システムに提供されるクロックを少なくとも１サイクル停止することを含み得る。

第２の態様による方法は：前記決定された最大電流Ｉｍａｘと処理システムによって引き出された前記電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍとの間の前記電流モニタによる前記比較と、前記実行段階の終了まで動的余剰電流ローダによる前記余剰電流Ｉｅｘｔｒａの前記ローディングとを連続的に行うステップを含み得る。

このような方法は、上述した電子システムと同じ利点を有する。

第３の態様によれば、本発明は、少なくとも１つのコンピュータのメモリに直接ロード可能なコンピュータプログラム製品であって、前記製品がコンピュータ上で走らされるときに本発明の第２の態様による方法のステップを行うためのソフトウェアコード命令を含むコンピュータプログラム製品に関する。

前述の目的および関連する目的を達成するために、１つ以上の実施形態は、以下に完全に説明され、特に特許請求の範囲に記載された特徴を含む。

以下の説明および添付の図面は、特定の例示的な態様を詳細に示し、実施形態の原理を採用することができる様々な方法のほんの一部を示すものである。他の利点および新規の特徴は、図面と併せて考慮すると、以下の詳細な説明から明らかになり、開示された実施形態は、全てのそのような態様およびそれらの同等物を含むことが意図される。

図１は、先行技術による非接触システムの通信段階およびＣＰＵ計算を示す概略図である。 図２は、本発明の実施形態による非接触電子システムの概略図である。 図３は、本発明の実施形態による非接触電子システムの電磁妨害を低減するための方法を示す概略図である。 図４は、最大電流を決定するための実施形態を示す概略図である。 図５は、電磁界Ｈの強さが異なる場合に決定される最大電流Ｉｍａｘの値の例を示す図である。 図６は、図５の異なる電磁界強度に対する余剰電流Ｉｅｘｔｒａの変化の例を示す図である。 図７は、本発明によるプロセッサの実行段階における結果としての電流消費の例を示す図である。 図８は、本発明による電流モニタリングを行うための電流モニタのアーキテクチャを示す概略図である。 図９は、本発明による電流モニタリングを行うための電流モニタのアーキテクチャを示す概略図である。 図１０は、処理システムの実行段階におけるＩｖｄｃおよびＩｐｌａｔｆｏｒｍの変化の一例を示す図である。

第１の態様によれば、本発明は、電磁界を介してリーダと非接触通信するように構成された非接触電子システムに関する。このような非接触電子システムは、例えば、パスポートなどの電子身分証明書、または決済カードなどのスマートカードであってもよい。

図２に示すように、非接触電子システム２００は、演算を行うように構成されたハードウェアプロセッサ２０２を含む処理システム２０１と、リーダから提供される電磁界からエネルギーを収穫し、処理システムに電力を提供する電源２０３と、処理システムにクロック信号を提供するクロック生成器２０４とを含む。処理システムは、１つ以上のメモリ、バス、入出力インターフェースなど、通常のデジタルシステムの追加コンポーネントを含んでもよい。

プロセッサによる演算の実行がリーダとの電磁妨害を引き起こすのを避けるために、本発明の主な考え方は、プロセッサの実行段階の間、非接触電子システムの総電流消費を一定にすることである。そのようにするために、図２に示すように、非接触電子システム２００は、電流モニタ２０５と動的余剰電流ローダ２０６も含む。

このような電流モニタは、電磁界から処理システムへ電源によって提供できる最大電流を決定し；次に、この最大電流と比較して処理システムによって実際に引き出される電流を監視するために使用されてもよい。

動的余剰電流ローダは、プロセッサによって実行される演算やそれらの電力消費に関係なく、電源から引き出される合計電流を一定にするために、処理システムによって引き出される電流に加えて、電源から余剰電流を引き出すために使用することができる。

以下の段落では、図３に示すような、非接触電子システムの電磁妨害を低減するための、本発明の第２の態様による方法のステップをより詳細に説明する。

第１のステップＳ１において、電流モニタは、電磁界から処理システムへ電源によって提供される最大電流Ｉｍａｘを決定する。

最大電流Ｉｍａｘを測定するために、電源は、クランプ回路を含む。第１の測定ステップＳ１０１において、処理システムは、処理システムの電力消費を最小化するために、処理システム自体を静止モードにすることができる。そして、電源は、処理システムに最小限の電流を提供し、残りの全てをクランプ回路に提供する。処理システムによって引き出される電流を最小にするために、処理システムをオフにすることもある。次に、図４に示すように、第２の測定ステップＳ１０２の間、電子システムは、クランプ回路を通る電流Ｉｃｌａｍｐをゼロに等しくなるまで減少させる余剰電流Ｉｅｘｔｒａを徐々に増加させてもよい。処理システムに提供可能な最大電流Ｉｍａｘは、そのときの余剰電流の値である。

最大電流Ｉｍａｘのこのような測定は、ハードウェアプロセッサの実行段階の開始時またはそれ以前に、例えば電子システムの起動段階の間に行うことができる。また、ウォッチドッグの中断のおかげで実行段階中に定期的に、または電磁界強度の修正を示すイベントの後に、Ｉｍａｘを再評価することも可能である。

場合によっては、リーダの電磁界は、電子システムにその最大電力消費よりも多くの電力を提供するのに十分な強度を持つことがある。そのような場合、第２の測定ステップＳ１０２の間のある時点で、余剰電流Ｉｅｘｔｒａは、電流がまだクランプ回路を通って流れている間、処理システムの事前定義された最大可能電流消費を超えることになる。そのような場合、第２の測定ステップは終了し、電磁界から引き出され得る実際の最大電流が測定されていなくても、最大電流Ｉｍａｘは、処理システムの事前定義された最大可能電流消費量よりも大きい事前定義された値に設定されてもよい。

図５の表は、電磁界Ｈの異なる強さに対して決定された最大電流Ｉｍａｘの値を示している。表の最後の２つの値に対して、電磁界は、プロセッサの活動が何であれ電子システムに十分なエネルギーを提供するのに十分強く、最大電流Ｉｍａｘは事前定義された値１０．５ｍＡに設定される。図５の異なる電磁界強度に対するこの最初のステップの間の余剰電流Ｉｅｘｔｒａの変化を図６に示す。余剰電流Ｉｅｘｔｒａは、測定時の電磁界強度に対応する図５に示すＩｍａｘの値に到達するまで徐々に増加する。

第１のステップＳ１の最後において、第１のステップ中に処理システムがオフになっていた場合には、再び処理システムをオンにすることができる。

第２のステップＳ２において、実行段階の間、電流モニタは、図２に示すように、決定された最大電流Ｉｍａｘと、Ｉｐｌａｔｆｏｒｍと呼ばれる、処理システムによって実際に引き出された電流とを比較する。

そして、動的余剰電流ローダは、ＩｍａｘとＩｐｌａｔｆｏｒｍとの比較結果に応じてアクションを行ってもよい。

第３のステップＳ３において、処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが、決定された最大利用可能電流Ｉｍａｘよりも低い場合、動的余剰電流ローダは、Ｉｍａｘ－Ｉｐｌａｔｆｏｒｍと等しい余剰電流Ｉｅｘｔｒａをロードする。これを行うために、電流モニタは、Ｉｅｘｔｒａを計算して動的余剰電流ローダに提供してもよいし、電流モニタは、ＩｍａｘとＩｐｌａｔｆｏｒｍの両方を動的余剰電流ローダに提供してＩｅｘｔｒａを決定させることもできる。

決定された最大電流Ｉｍａｘと処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍとの間の前記電流モニタによるこのような比較と、動的余剰電流ローダによる前記余剰電流Ｉｅｘｔｒａのローディングとは、実行段階の終了まで連続的に行われてもよい。このようにすることで、電子システムの総電流消費は、プロセッサの全ての実行段階に沿って一定に保たれ得る。

その結果のプロセッサの実行段階における電流消費を図７に示す。実行段階の大部分において、電流消費は、プロセッサのＩｐｌａｔｆｏｒｍと表記される電流消費の値にかかわらず、Ｉｍａｘに等しくなる。その結果、このような実行段階中のプロセッサの電磁放射はほぼ一定であり、リーダとの通信に対する電磁妨害が大幅に低減される。

実行段階の最後において、処理システムを再びオフにし、電磁界から引き出された電流を全てクランプ回路に流してもよい。

処理システムによって引き出される電流と電源によって提供される最大電流は知られているので、処理システムが電流を引きすぎて電源崩壊を引き起こすことを防ぐようにシステムを構成することもできる。

そのようにするために、第４のステップＳ４において、ハードウェアプロセッサは、処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが提供可能な決定された最大電流Ｉｍａｘよりも高いときに生じ得る電源の崩壊を防止するために、前記決定された最大電流Ｉｍａｘに応じてその電力消費を低減してもよい。電力消費を低減するために、ハードウェアプロセッサは、例えば、動作電圧の低減、動作周波数の低減、または複数の実行コアを有するプロセッサの場合にはその処理ユニットなどの内部ブロックの一部の非活性化をもたらす省エネルギーモードに移行することができる。プロセッサは、過剰消費を認識するために、電流モニタからＩｍａｘの値を取得し、自身の電力消費を監視することができる。あるいは、電流モニタまたは動的余剰電流ローダから送信されるＩｍａｘおよびＩｐｌａｔｆｏｒｍまたはＩｅｘｔｒａのメッセージまたは値によって警告されてもよい。

さらに、処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが、処理システムに提供することができる決定された最大電流Ｉｍａｘよりも高いとき、第５ステップＳ５において、クロック生成器は、電源の崩壊を防ぐために、処理システムに提供するクロックを少なくとも１サイクル停止してもよい。そうすることで、プロセッサを減速させ、最終的に電流消費Ｉｐｌａｔｆｏｒｍを減少させることができる。クロック生成器は、電流モニタまたは動的余剰電流ローダによってそうするように指示されてもよい。

第４ステップと第５ステップは、電源の崩壊を防ぐための２つの異なる方法である。これらは同時に行われてもよい。

このような電流モニタリングを行うための電流モニタのアーキテクチャの一例を図８および図９に示す。このようなアーキテクチャは、信号Ｉｖｄｃ＝Ｉｐｌａｔｆｏｒｍ＋Ｉｅｘｔｒａを生成し、Ｉｖｄｃ＜ＩｍａｘのときにＩｅｘｔｒａを増加させ、Ｉｖｄｃ＞ＩｍａｘのときにＩｅｘｔｒａを減少させる余剰電流Ｉｅｘｔｒａの調節ループを含んでいる。ＩｖｄｃとＩｍａｘの値に直接働きかける代わりに、電流モニタは、ｎを事前定義された値として、より低い強度のＩｖｄｃ／ｎとＩｍａｘ／ｎの複製を生成してもよい。

図１０は、処理システムの実行段階におけるＩｖｄｃとＩｐｌａｔｆｏｒｍの変化の一例を示す図である。この例では、Ｉｍａｘは６．２ｍＡに設定されている。最初のステップでは、Ｉｐｌａｔｆｏｒｍは非常に小さく、ＩｖｄｃがＩｍａｘに達するまでＩｅｘｔｒａが徐々に増加する。次に、第２ステップでは、Ｉｐｌａｔｆｏｒｍは１ｍＡから６ｍＡの間で変動するが、Ｉｅｘｔｒａは継続的に適応されるため、Ｉｖｄｃをほぼ一定に保つことができる。Ｉｖｄｃの小さな変動は、余剰電流をロードしない場合のＩｐｌａｔｆｏｒｍの変動よりも、はるかに少ない電磁妨害しか発生させない。この図では、ＩｐｌａｔｆｏｒｍがわずかにＩｍａｘを超えることが５回あった。そのたびにクロック生成器がプロセッサに提供するクロックを停止させ、ＩｐｌａｔｆｏｒｍとＩｖｄｃのさらなる上昇と電源の崩壊を効果的に防いでいる。

第３の態様によれば、本発明は、少なくとも１つのコンピュータのメモリに直接ロード可能なコンピュータプログラム製品であって、前記製品がコンピュータ上で走らされるとき、上記で説明した方法のステップを行うためのソフトウェアコード命令を含むコンピュータプログラム製品に関するものである。

これらの特徴に加えて、本発明の第２および第３の態様による方法およびコンピュータプログラムは、上記で説明した他の任意の特徴を行うために構成されてもよいし、あるいは、上記で説明した他の任意の特徴を含んで構成されてもよい。

Claims (15)

1. 電磁界を介するリーダとの非接触通信のために構成され、電源（２０３）、電流モニタ（２０５）、演算を行うように構成されたハードウェアプロセッサ（２０２）を含む処理システム（２０１）、動的余剰電流ローダ（２０６）、およびクロック生成器（２０４）、を含む非接触電子システム（２００）であって、
   前記電流モニタは、電磁界から処理システムへ電源によって提供され得る最大電流Ｉｍａｘを決定するように構成され、
   前記電流モニタは、前記ハードウェアプロセッサの実行段階中に、前記決定された最大電流Ｉｍａｘと、処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍとを比較するように構成され、
   前記動的余剰電流ローダは、処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが決定された最大電流Ｉｍａｘよりも低いときに、Ｉｍａｘ－Ｉｐｌａｔｆｏｒｍに等しい余剰電流Ｉｅｘｔｒａをロードするように構成される、非接触電子システム（２００）。
2. 前記ハードウェアプロセッサ（２０２）が、電源の崩壊を防止するために、前記決定された最大電流Ｉｍａｘに応じてその電力消費を低減するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ハードウェアプロセッサ（２０２）が、その動作電圧を低減することによってその電力消費を低減するように構成される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ハードウェアプロセッサ（２０２）が、前記ハードウェアプロセッサの内部ブロックを非活性化することによって、その電力消費を低減するように構成される、請求項２に記載のシステム。
5. 前記ハードウェアプロセッサ（２０２）が、その動作周波数を低減することにより、その電力消費を低減するように構成される、請求項２に記載のシステム。
6. 処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが決定された最大電流Ｉｍａｘよりも高い場合に、前記クロック生成器（２０４）が、電源の崩壊を防ぐために、クロック生成器によって処理システムに提供されるクロックを少なくとも１サイクル停止するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記電流モニタ（２０５）が、前記決定された最大電流Ｉｍａｘと処理システムによって引き出された前記電流（Ｉｐｌａｔｆｏｒｍ）との間の前記比較を連続的に行うように構成され、前記動的余剰電流ローダ（２０６）が、前記実行段階の終了まで、前記余剰電流（Ｉｅｘｔｒａ）を連続的にロードするように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 電磁界を介するリーダとの非接触通信のために構成され、電源（２０３）、電流モニタ（２０５）、演算を行うように構成されたハードウェアプロセッサ（２０２）を含む処理システム（２０１）、動的余剰電流ローダ（２０６）、およびクロック生成器（２０４）、を含む非接触電子システム（２００）の電磁妨害を低減するための方法であって、前記非接触電子システム（２００）によって行われる、
   前記電流モニタによって、電磁界から処理システムへ電源によって提供される最大電流Ｉｍａｘを決定すること（Ｓ１）、
   前記電流モニタによって、前記ハードウェアプロセッサの実行段階において、前記決定された最大電流Ｉｍａｘと、処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍとを比較すること（Ｓ２）、
   処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが決定された最大電流Ｉｍａｘより低いときに、前記動的余剰電流ローダによってＩｍａｘ－Ｉｐｌａｔｆｏｒｍに等しい余剰電流Ｉｅｘｔｒａをロードすること（Ｓ３）
   を含む、方法。
9. 電源の崩壊を防止するために、前記ハードウェアプロセッサによって、前記決定された最大電流Ｉｍａｘに応じてその電力消費を低減すること（Ｓ４）を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記ハードウェアプロセッサが、その動作電圧を低減することによってその電力消費を低減する、請求項９に記載の方法。
11. 前記ハードウェアプロセッサが、前記ハードウェアプロセッサの内部ブロックを非活性化することによってその電力消費を低減する、請求項９に記載の方法。
12. 前記ハードウェアプロセッサが、その動作周波数を低減することにより、その電力消費を低減する、請求項９に記載の方法。
13. 処理システムによって引き出された電流Ｉｐｌａｔｆｏｒｍが決定された最大電流Ｉｍａｘよりも高い場合に、電源の崩壊を防ぐために、前記クロック生成器によって、クロック生成器によって処理システムに提供されるクロックを少なくとも１サイクル停止すること（Ｓ５）を含む、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記決定された最大電流Ｉｍａｘと処理システムによって引き出された前記電流（Ｉｐｌａｔｆｏｒｍ）との間の前記電流モニタによる前記比較と、前記実行段階の終了まで動的余剰電流ローダによる前記余剰電流（Ｉｅｘｔｒａ）の前記ローディングとを連続的に行うことを含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 少なくとも１つのコンピュータのメモリに直接ロード可能なコンピュータプログラム製品であって、前記製品がコンピュータ上で走らされるときに請求項８から１４のいずれか一項に記載のステップを行うためのソフトウェアコード命令を含む、コンピュータプログラム製品。

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