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【开发故事】席卷日本的非接触IC卡,开发源于“快递”需求(一)


作者:浅川 直辉 来源:技术在线 2009-11-24 09:16:48

摘要:如今,应用于电子车票和电子货币的非接触IC卡已经成了日常生活中的一部分。在这些卡片里,安装着基于索尼非接触IC卡技术“FeliCa”的IC芯片。截止目前,全球的FeliCa芯片供应量已经超过了2亿个。

关键词:非接触IC卡[7篇]  FeliCa[12篇]  IC卡[1080篇]  日本[169篇]  索尼[27篇]  

  “哔哔”、“唰”……

  刷IC卡过检票口或者用IC卡支付。JR集团的“Suica”、“ICOCA”和东京圈23家铁路运营商、31家巴士运营商联合导入的 “PASMO”、BitWallet经营的“Edy”和能够在7-11连锁店使用的“nanaco”。如今,应用于电子车票和电子货币的非接触IC卡已经成了日常生活中的一部分。

  在这些卡片里,安装着基于索尼非接触IC卡技术“FeliCa”的IC芯片。截止目前,全球的FeliCa芯片供应量已经超过了2亿个。

  这些IC芯片与卡片上形成的天线连通,能够与读卡器进行无线数据交换。从卡接近读卡器到完成认证和数据读写只需0.1秒。支付电子货币和月票刷卡都能在这样短暂的时间内完成。因为卡片能够把读卡器发出的电波转换为电力,所以IC卡本身无需电池,不用担心电源问题。

  FeliCa的开发始于20年前的1987年。和大多数改变世界的发明一样,其最初设想的用途与现在大相径庭。

    从快递的配送管理起步

  “有事商量”。1987年底的一天。任职于神奈川县厚木市索尼信息处理研究所的伊贺章迎来了公司销售负责人。

  “一家大型快递公司来询问有没有自动分拣包裹目的地的好办法。”

  伊贺听了不禁为之一振。

  “嗯,有意思。我去找这家快递公司谈谈吧。”

  当时,索尼的销售人员频繁出入研究所,向研究人员直接传达客户要求。FeliCa的开发也要归功于索尼的这种企业文化。

  自从1973年进入索尼以来,伊贺一直任职于研究所。入社伊始,伊贺曾经参与过音乐播放器用PCM(脉冲编码调制)的技术开发,开发出了日后应用于 CD和DAT的鲁棒性纠错技术。之后又挑战消费类GPS接收器的开发并成功地实现了投产。结束GPS接收器开发后,伊贺正在找寻下一个开发项目。就在此时,销售人员提到了上面的需求。伊贺不久便来到了快递公司。 


领导“FeliCa”开发的伊贺章。现任索尼高级主管SVP,信息技术研究所所长。(拍摄:山西 英二) 


  在分拣现场,工作人员首先要阅读包裹单上的地址,在包裹箱上写上数字。然后,另一位工作人员再利用摄像头识别传送带送来的包裹箱上的数字,按下不同按钮以区分配送地点。

  “这样很容易按错按钮,造成误配送。如果能给包裹分配固定的ID,无线发送ID,那么配送就能够实现自动化”。这就是现在无线标签的思路。伊贺的脑海中浮现出的是内置驱动电池的卡片式无线标签。

    反射电波即可

  伊贺用1周时间对无线标签内置IC卡的性能参数进行了细致分析。包裹上粘贴的IC卡在传送带上以20m/秒高速前进。读卡器必须在1~2米的距离瞬间读取标签输出的信号。

  扩大发送距离的最佳方式是使用频率为2.4GHz的准微波。但是,使卡片自身输出电波必须有相应的电力供应。考虑到卡片内嵌电池的尺寸,令卡片自身发射电波并不现实。于是,伊贺想到了由读卡器发射电波、卡片进行反射的方法。这种方法只要调制反射波,传输代表包裹ID的数字数据,就能够逐个辨别包裹。但问题在于反射波的调制机理。

  这正好是伊贺可以大显身手之处。伊贺很快找到了一个非常绝妙的办法:把卡片上安装的天线连接FET。在天线接收电波的状态下,当FET开启时,天线能够发挥共振器的作用,反射电波。FET关闭时则不产生反射波。也就是说,利用FET可以调制反射波的振幅。 


图:伊贺为实现无线标签和IC卡发明了使用FET的反射型发送装置。通信采用接收方(读卡器)发射电磁波,发送方进行反射的方式。发送方通过改变天线的阻抗,控制对电磁波的反射和吸收,读卡器则通过读取反射波的强弱重组信号。在过去,改变天线阻抗需要使用二极管。但这种方式的功耗大,无法应用于 IC卡。为此,伊贺想出了利用天线连接的FET的开闭控制阻抗的方法。由于信号输入时基本没有电流,因此可以应用于IC卡等用途。


  这样几乎没有功耗。而且,FET可以集成在CMOS逻辑电路中,从而缩小电路整体规模。由于卡片自身不发射电波,因此也无需无线电站的设置申请。简直是无线IC卡的理想技术。

  开发启动不久后的1988年1月,伊贺以及下属大芝克幸为这项日后构建起FeliCa无线技术根基的技术申请了专利。专利号为2705076号。伊贺随即投入了IC芯片的试制之中。(未完待续,记者:浅川 直辉)

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