CN102930331A - 双界面卡电源管理电路和双界面卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双界面卡电源管理电路和双界面卡。所述双界面卡电源管理电路包括：第一NMOS开关管，衬底与公共地端连接；第二NMOS开关管，衬底与公共地端连接；非接触式电源控制电路；接触式电源控制电路；下拉电路。本发明可以实现对双界面卡的电源管理，同时避免MOS管的衬底漏电。

Description

双界面卡电源管理电路和双界面卡

技术领域

本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种双界面卡电源管理电路和双界面卡。

背景技术

自1976年由法国布尔（BULL）研制的世界第一张集成电路（IntegratedCircuit，简称：IC）卡问世以来，IC卡技术突飞猛进，成为一新兴技术产业。按照IC卡的读写方法进行分类，IC卡可以分为接触式IC卡和非接触式IC卡。其中，接触式IC卡通过外露的触点与外界实现电气接触，进行数据交换。非接触式IC卡通过卡内的线圈与外界进行射频通信实现数据交换。双界面卡是一种在同一张卡片上同时集成接触式和非接触式两种工作模式的IC卡，即一张卡上同时提供接触式接口和非接触式接口，因此，双界面卡集合了接触式和非接触卡的优点，具有广泛的适用性，可满足城市一卡通用、一卡多用的需求，几乎可以用在所有场合。

如图1所示，为现有技术中双界面卡的结构框图，双界面卡中同时存在非接触式接口11和接触式接口12，非接触式接口11提供一个非接触式电源电压Vdd_nc，接触式接口12提供一个接触式电源电压Vdd_c，非接触式电源电压Vdd_nc和接触式电源电压Vdd_c可能单独出现，也可能同时出现，取决于双界面卡的工作模式，电源选择电路13的功能是从非接触式电源电压Vdd_nc和接触式电源电压Vdd_c选择一个作为双界面卡的内部电路14的供电电源Vdd，从而实现非接触式接口11和接触式接口12对内部电路14的复用。

一个比较理想的双界面智能卡电源管理电路需要满足以下条件：

1）在非接触工作模式时，关断接触式电源电压Vdd_c与芯片内部电路的连接，同时将非接触式电源电压Vdd_nc以尽可能小的损耗传递到内部电路作为内部电路的供电电源。

2）在接触工作模式时，关断非接触式电源电压Vdd_nc与芯片内部电路的连接，同时将接触式电源电压Vdd_c以尽可能小的损耗传递到内部电路作为内部电路的供电电源。

3)在接触和非接触两种模式同时工作时，为芯片内部电路提供稳定可靠的供电电源，同时避免非接触式电源电压Vdd_nc和接触式电源电压Vdd_c相互充放电。

授权公告号CN101533479B的专利公开了这样一种双界面卡电源管理电路：如图2所示，为现有技术中双界面卡电源管理电路的结构示意图，该架构采用分别对射频整流电源VDD_RF、接触输入电源VCC和内部电源VDD进行采样、判决，同时对采样信号进行比较放大，从而实现接触式及非接触式单独工作时，都可以高效可靠地提供内部电源VDD。从图2可以看出，由于电路采用PMOS作为隔离管，PMOS的衬底同内部电源VDD相连，造成PMOS管的衬底同源端具有电压差，这样芯片在上电时由于寄生的纵向PNP管产生很大的衬底电流，容易烧毁芯片。

发明内容

本发明提供一种双界面卡电源管理电路和双界面卡，用以实现对双界面卡的电源管理，同时避免MOS管的衬底漏电。

本发明提供一种双界面卡电源管理电路，包括：

第一NMOS开关管，衬底与公共地端连接，用于当所述第一NMOS开关管处于导通状态时，将非接触式电源电压传递到所述双界面卡的内部电路；

第二NMOS开关管，衬底与公共地端连接，用于当所述第二NMOS开关管处于导通状态时，将接触式电源电压传递到所述双界面卡的内部电路；

非接触式电源控制电路，用于当所述非接触式电源有电时，生成非接触式上电指示信号和第一栅极控制电压，将所述非接触式上电指示信号发送给所述双界面卡的内部电路，将所述第一栅极控制电压发送给所述第一NMOS开关管的栅极，使得所述第一NMOS开关管处于导通状态；

接触式电源控制电路，用于当所述接触式电源有电时，生成接触式上电指示信号和第二栅极控制电压，将所述接触式上电指示信号发送给所述双界面卡的内部电路，将所述第二栅极控制电压发送给所述第二NMOS开关管的栅极，使得所述第二NMOS开关管处于导通状态；

下拉电路，用于在所述接触式上电指示信号的控制下，将所述第一栅极控制电压下拉到公共地端，使得所述第一NMOS开关管处于截止状态。

本发明还提供一种双界面卡，包括非接触式接口、接触式接口、电源管理电路和内部电路，所述电源管理电路包括：

第一NMOS开关管，衬底与公共地端连接，用于当所述第一NMOS开关管处于导通状态时，将所述非接触式接口提供的非接触式电源电压传递到所述双界面卡的内部电路；

第二NMOS开关管，衬底与公共地端连接，用于当所述第二NMOS开关管处于导通状态时，将所述接触式接口提供的接触式电源电压传递到所述双界面卡的内部电路；

非接触式电源控制电路，用于当所述非接触式电源有电时，生成非接触式上电指示信号和第一栅极控制电压，将所述非接触式上电指示信号发送给所述双界面卡的内部电路，将所述第一栅极控制电压发送给所述第一NMOS开关管的栅极，使得所述第一NMOS开关管处于导通状态；

接触式电源控制电路，用于当所述接触式电源有电时，生成接触式上电指示信号和第二栅极控制电压，将所述接触式上电指示信号发送给所述双界面卡的内部电路，将所述第二栅极控制电压发送给所述第二NMOS开关管的栅极，使得所述第二NMOS开关管处于导通状态；

下拉电路，用于在所述接触式上电指示信号的控制下，将所述第一栅极控制电压下拉到公共地端，使得所述第一NMOS开关管处于截止状态。

本发明的电源管理电路实现的功能是：当非接触式电源有电而接触式电源没电时，选择传导非接触式电源电压到内部电路作为内部电路的供电电源；当接触式电源有电时，不管非接触式电源是否有电，都选择传导接触式电源电压传导到内部电路作为内部电路的供电电源，从而实现了对双界面卡的电源管理。此外，在本实施例中，采用NMOS开关管作为电源选择电路的开关，并且NMOS开关管的衬底接地，这样源极和衬底、漏极和衬底之间的寄生PN结就不会出现正偏的情况，避免了PMOS管作为开关所带来的衬底漏电问题。

附图说明

图1为现有技术中双界面卡的结构框图；

图2为现有技术中双界面卡电源管理电路的结构示意图；

图3为本发明双界面卡电源管理电路实施例的结构示意图；

图4为本发明双界面卡电源管理电路实施例中非接触式电源控制电路的结构示意图；

图5为本发明双界面卡电源管理电路实施例中接触式电源控制电路的结构示意图；

图6为本发明双界面卡实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图3所示，为本发明双界面卡电源管理电路实施例的结构示意图，该双界面卡电源管理电路可以包括第一NMOS开关管M1、第二NMOS开关管M2、非接触式电源控制电路31、接触式电源控制电路32和下拉电路33。其中，第一NMOS开关管M1的漏极接收非接触式电源电压Vdd_nc，第二NMOS开关管M2的漏极接收接触式电源电压Vdd_c，第一NMOS开关管M1的源极与第二NMOS开关管M2的源极连接作为双界面卡电源管理电路的电压输出端Vdd，第一NMOS开关管M1的衬底与公共地端连接，第二NMOS开关管M2的衬底与公共地端连接。

可选地，第一NMOS开关管M1和第二NMOS开关管M2还可以按照如下连接关系连接：第一NMOS开关管M1的源极接收非接触式电源电压Vdd_nc，第二NMOS开关管M2的源极接收接触式电源电压Vdd_c，第一NMOS开关管M1的漏极与第二NMOS开关管M2的漏极连接作为双界面卡电源管理电路的电压输出端Vdd。

其中，第一NMOS开关管M1用于当第一NMOS开关管M1处于导通状态时，将非接触式电源电压Vdd_nc传递到双界面卡的内部电路作为内部电路的供电电源Vdd；第二NMOS开关管M2用于当第二NMOS开关管M2处于导通状态时，将接触式电源电压Vdd_c传递到双界面卡的内部电路作为内部电路的供电电源Vdd；非接触式电源控制电路31用于当非接触式电源有电时，生成非接触式上电指示信号por_nc和第一栅极控制电压vg_nc，将非接触式上电指示信号por_nc发送给双界面卡的内部电路，将第一栅极控制电压vg_nc发送给第一NMOS开关管M1的栅极，使得第一NMOS开关管M1处于导通状态；接触式电源控制电路32用于当接触式电源有电时，生成接触式上电指示信号por_c和第二栅极控制电压vg_c，将接触式上电指示信号por_c发送给双界面卡的内部电路，将第二栅极控制电压vg_c发送给第二NMOS开关管M2的栅极，使得第二NMOS开关管M2处于导通状态；下拉电路33用于在接触式上电指示信号por_c的控制下，将第一栅极控制电压vg_nc下拉到公共地端，使得第一NMOS开关管M1处于截止状态。

本实施例的工作过程如下：当非接触式电源有电并且接触式电源没电时，非接触式电源控制电路31生成非接触式上电指示信号por_n和第一栅极控制电压vg_nc，其中，非接触式上电指示信号por_n作为一个状态指示信号发送给芯片的内部电路，使得内部电路根据该非接触式上电指示信号por_nc可以得知非接触式电源有电，第一栅极控制电压vg_nc使得第一NMOS开关管M1导通，将非接触式电源电压Vdd_nc传导到内部电路作为内部电路的供电电源Vdd。当接触式电源有电并且非接触式电源没电时，接触式电源控制电路32生成接触式上电指示信号por_c和第二栅极控制电压vg_c，其中，接触式上电指示信号por_c作为一个状态指示信号提供给芯片的内部电路，使得内部电路根据该接触式上电指示信号por_c可以得知接触式电源有电，第二栅极控制电压vg_c发送给第二NMOS开关管M2的栅极，使得第二NMOS开关管M2导通，将接触式电源电压Vdd_c传导到内部电路作为内部电路的供电电源Vdd。当接触式电源有电并且非接触式电源有电时，接触式上电指示信号por_c还会控制下拉电路33将第一栅极控制电压vg_nc下拉到地，从而使得第一NMOS开关管M1关断，从而防止非接触式电源电压Vdd_nc传导到内部电路，同时，接触式电源控制电路32生成第二栅极控制电压vg_c并发送给第二NMOS开关管M2的栅极，使得第二NMOS开关管M2导通，将接触式电源电压Vdd_c传导到内部电路作为内部电路的供电电源Vdd。这样，该电源管理电路实现的功能就是：当非接触式电源有电而接触式电源没电时，选择传导非接触式电源电压Vdd_nc到内部电路作为内部电路的供电电源Vdd；当接触式电源有电时，不管非接触式电源是否有电，都选择传导接触式电源电压Vdd_c传导到内部电路作为内部电路的供电电源Vdd，从而实现了对双界面卡的电源管理。

此外，在本实施例中，采用NMOS开关管作为电源选择电路的开关，并且NMOS开关管的衬底接地，这样源极和衬底、漏极和衬底之间的寄生PN结就不会出现正偏的情况，避免了PMOS管作为开关所带来的衬底漏电问题。

进一步地，如图4所示，为本发明双界面卡电源管理电路实施例中非接触式电源控制电路的结构示意图，非接触式电源控制电路31可以包括第一基准电压源311、非接触式上电指示信号生成单元312、第一片上振荡器313和第一电荷泵314，第一基准电压源311、非接触式上电指示信号生成单元312、第一片上振荡器313和第一电荷泵314分别接收非接触式电源电压Vdd_nc，第一电荷泵314还与第一基准电压源311和第一片上振荡器313连接。

其中，第一基准电压源311用于接收非接触式电源电压Vdd_nc作为输入，生成第一基准电压vbg1，优选地，第一基准电压源311为带隙基准电压源；非接触式上电指示信号生成单元312用于接收非接触式电源电压Vdd_nc作为输入，生成非接触式上电指示信号por_nc，具体地，当非接触式电源电压Vdd_nc大于预定阈值时，则认为非接触式电源有电，此时生成非接触式上电指示信号por_nc；第一片上振荡器313用于接收非接触式电源电压Vdd_nc作为输入，生成第一时钟信号clk1；第一电荷泵314用于接收第一时钟信号clk1、非接触式电源电压Vdd_nc和第一基准电压vbg1作为输入，生成第一栅极控制电压vg_nc，第一栅极控制电压高于非接触式电源电压Vdd_nc，这样可以保证将非接触式电源电压Vdd_nc损失很小地传导给内部电路。

可选地，再参见图4，非接触式上电指示信号生成单元312还与第一基准电压源311连接，用于接收非接触式电源电压Vdd_nc和第一基准电压vbg1作为输入，生成非接触式上电指示信号por_nc，具体地，当非接触式电源电压Vdd_nc与第一基准电压vbg1满足一定关系时，例如：Vdd_nc>1.3*vbg1，则生成非接触式上电指示信号por_nc。

可选地，再参见图4，非接触式电源控制电路31还可以包括第一稳压器315，用于对非接触式电源电压Vdd_nc进行稳压处理，将处理后的信号发送给接触式上电指示信号生成单元312、第一片上振荡器313和第一电荷泵314。第一稳压器315可以为低压差线性稳压器，其将非接触式电源电压Vdd_nc转化为一个幅值较低、具有一定电源抑制比的电压。

如图5所示，为本发明双界面卡电源管理电路实施例中接触式电源控制电路的结构示意图，接触式电源控制电路32与非接触式电源控制电路31的结构相同，接触式电源控制电路32可以包括第二基准电压源321、接触式上电指示信号生成单元322、第二片上振荡器323和第二电荷泵324，第二基准电压源321、接触式上电指示信号生成单元322、第二片上振荡器323和第二电荷泵324分别接收接触式电源电压Vdd_c，第二电荷泵324还与第二基准电压源321和第二片上振荡器323连接。

其中，第二基准电压源321用于接收接触式电源电压Vdd_c作为输入，生成第二基准电压vbg2，优选地，第二基准电压源321为带隙基准电压源；接触式上电指示信号生成单元322用于接收接触式电源电压Vdd_c作为输入，生成接触式上电指示信号por_c，具体地，当接触式电源电压Vdd_c大于预定阈值时，则认为接触式电源有电，此时生成接触式上电指示信号por_c；第二片上振荡器323用于接收接触式电源电压Vdd_c作为输入，生成第二时钟信号clk2；第二电荷泵324用于接收第二时钟信号clk2、接触式电源电压Vdd_c和第二基准电压vbg2作为输入，生成第二栅极控制电压vg_c，第二栅极控制电压高于接触式电源电压Vdd_c，这样可以保证将接触式电源电压Vdd_c损失很小地传导给内部电路。

可选地，再参见图5，接触式上电指示信号生成单元322还与第二基准电压源321连接，用于接收接触式电源电压Vdd_c和第二基准电压vbg2作为输入，生成接触式上电指示信号por_c，具体地，当接触式电源电压Vdd_c与第二基准电压vbg2满足一定关系时，例如：Vdd_c>1.3*vbg2，则生成接触式上电指示信号por_c。

可选地，再参见图5，接触式电源控制电路32还可以包括第二稳压器325，用于对接触式电源电压Vdd_c进行稳压处理，将处理后的信号发送给接触式上电指示信号生成单元322、第二片上振荡器323和第二电荷泵324。第二稳压器325可以为低压差线性稳压器，其将接触式电源电压Vdd_c转化为一个幅值较低、具有一定电源抑制比的电压。

如图6所示，为本发明双界面卡实施例的结构示意图，双界面卡可以包括非接触式接口11、接触式接口12、电源管理电路13和内部电路14，其中，非接触接口11提供非接触式电源电压Vdd_nc，接触式接口12提供接触式电源电压Vdd_c，电源管理电路13从非接触式电源电压Vdd_nc和接触式电源电压Vdd_c中选择一个作为内部电路14的供电电源，其中，电源管理电路13可以包括前述双界面卡电源管理电路实施例中任一模块，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种双界面卡电源管理电路，其特征在于，包括：

第一NMOS开关管，衬底与公共地端连接，用于当所述第一NMOS开关管处于导通状态时，将非接触式电源电压传递到所述双界面卡的内部电路；

第二NMOS开关管，衬底与公共地端连接，用于当所述第二NMOS开关管处于导通状态时，将接触式电源电压传递到所述双界面卡的内部电路；

非接触式电源控制电路，用于当所述非接触式电源有电时，生成非接触式上电指示信号和第一栅极控制电压，将所述非接触式上电指示信号发送给所述双界面卡的内部电路，将所述第一栅极控制电压发送给所述第一NMOS开关管的栅极，使得所述第一NMOS开关管处于导通状态；

接触式电源控制电路，用于当所述接触式电源有电时，生成接触式上电指示信号和第二栅极控制电压，将所述接触式上电指示信号发送给所述双界面卡的内部电路，将所述第二栅极控制电压发送给所述第二NMOS开关管的栅极，使得所述第二NMOS开关管处于导通状态；

下拉电路，用于在所述接触式上电指示信号的控制下，将所述第一栅极控制电压下拉到公共地端，使得所述第一NMOS开关管处于截止状态。

2.根据权利要求1所述的双界面卡电源管理电路，其特征在于，所述第一NMOS开关管的漏极接收所述非接触式电源电压，所述第二NMOS开关管的漏极接收所述接触式电源电压，所述第一NMOS开关管的源极与所述第二NMOS开关管的源极连接作为所述双界面卡电源管理电路的电压输出端。

3.根据权利要求1所述的双界面卡电源管理电路，其特征在于，所述第一NMOS开关管的源极接收所述非接触式电源电压，所述第二NMOS开关管的源极接收所述接触式电源电压，所述第一NMOS开关管的漏极与所述第二NMOS开关管的漏极连接作为所述双界面卡电源管理电路的电压输出端。

4.根据权利要求1所述的双界面卡电源管理电路，其特征在于，所述非接触式电源控制电路包括：

第一基准电压源，用于接收所述非接触式电源电压作为输入，生成第一基准电压；

非接触式上电指示信号生成单元，用于接收所述非接触式电源电压作为输入，生成所述非接触式上电指示信号；

第一片上振荡器，用于接收所述非接触式电源电压作为输入，生成第一时钟信号；

第一电荷泵，用于接收所述第一时钟信号、所述非接触式电源电压和所述第一基准电压作为输入，生成所述第一栅极控制电压。

5.根据权利要求1所述的双界面卡电源管理电路，其特征在于，所述非接触式电源控制电路包括：

第一基准电压源，用于接收所述非接触式电源电压作为输入，生成第一基准电压；

非接触式上电指示信号生成单元，用于接收所述非接触式电源电压和所述第一基准电压作为输入，生成所述非接触式上电指示信号；

第一片上振荡器，用于接收所述非接触式电源电压作为输入，生成第一时钟信号；

第一电荷泵，用于接收所述第一时钟信号、所述非接触式电源电压和所述第一基准电压作为输入，生成所述第一栅极控制电压。

6.根据权利要求4或5所述的双界面卡电源管理电路，其特征在于，所述非接触式电源控制电路还包括：

第一稳压器，用于对所述非接触式电源电压进行稳压处理，将处理后的信号发送给所述接触式上电指示信号生成单元、所述第一片上振荡器和所述第一电荷泵。

7.根据权利要求1所述的双界面卡电源管理电路，其特征在于，所述接触式电源控制电路包括：

第二基准电压源，用于接收所述接触式电源电压作为输入，生成第二基准电压；

接触式上电指示信号生成单元，用于接收所述接触式电源电压作为输入，生成所述接触式上电指示信号；

第二片上振荡器，用于接收所述接触式电源电压作为输入，生成第二时钟信号；

第二电荷泵，用于接收所述第二时钟信号、所述接触式电源电压和所述第二基准电压作为输入，生成所述第二栅极控制电压。

8.根据权利要求1所述的双界面卡电源管理电路，其特征在于，所述接触式电源控制电路包括：

第二基准电压源，用于接收所述接触式电源电压作为输入，生成第二基准电压；

接触式上电指示信号生成单元，用于接收所述接触式电源电压和所述第二基准电压作为输入，生成所述接触式上电指示信号；

第二片上振荡器，用于接收所述接触式电源电压作为输入，生成第二时钟信号；

第二电荷泵，用于接收所述第二时钟信号、所述接触式电源电压和所述第二基准电压作为输入，生成所述第二栅极控制电压。

9.根据权利要求7或8所述的双界面卡电源管理电路，其特征在于，所述接触式电源控制电路还包括：

第二稳压器，用于对所述接触式电源电压进行稳压处理，将处理后的信号发送给所述接触式上电指示信号生成单元、所述第二片上振荡器和所述第一电荷泵。

10.一种双界面卡，包括非接触式接口、接触式接口、电源管理电路和内部电路，其特征在于，所述电源管理电路包括：

第一NMOS开关管，衬底与公共地端连接，用于当所述第一NMOS开关管处于导通状态时，将所述非接触式接口提供的非接触式电源电压传递到所述双界面卡的内部电路；

第二NMOS开关管，衬底与公共地端连接，用于当所述第二NMOS开关管处于导通状态时，将所述接触式接口提供的接触式电源电压传递到所述双界面卡的内部电路；

非接触式电源控制电路，用于当所述非接触式电源有电时，生成非接触式上电指示信号和第一栅极控制电压，将所述非接触式上电指示信号发送给所述双界面卡的内部电路，将所述第一栅极控制电压发送给所述第一NMOS开关管的栅极，使得所述第一NMOS开关管处于导通状态；

接触式电源控制电路，用于当所述接触式电源有电时，生成接触式上电指示信号和第二栅极控制电压，将所述接触式上电指示信号发送给所述双界面卡的内部电路，将所述第二栅极控制电压发送给所述第二NMOS开关管的栅极，使得所述第二NMOS开关管处于导通状态；

下拉电路，用于在所述接触式上电指示信号的控制下，将所述第一栅极控制电压下拉到公共地端，使得所述第一NMOS开关管处于截止状态。

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