CN102968655B - 一种用于非接触卡芯片的工作频率调节方法和电路 - Google Patents

一种用于非接触卡芯片的工作频率调节方法和电路 Download PDF

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Abstract

为了获得更快的交易速度，非接触卡芯片常常希望工作在更高的时钟频率。然而非接触卡工作在不同场强下时，能够获取的最大功率是不同的。场强越大，芯片能够获得的最大功率也越大，能够支持的工作频率越高。因此需要根据场强来选择非接触卡芯片的工作频率。本发明提供一种根据芯片放电电流和电源电压选择芯片工作频率的方法，保证芯片尽可能工作在较高的频率，而且不会出现工作频率升高导致的芯片复位和反复升降工作频率的现象。

Description

一种用于非接触卡芯片的工作频率调节方法和电路
技术领域
本发明涉及工作频率调节方法，更具体地，本发明涉及用于非接触卡芯片的工作频率调节方法。
背景技术
不断发展的非接触卡应用对非接触卡芯片提出了越来越高的性能要求，芯片需要不断提高处理速度，同时还需要能够在尽可能小的场强下工作。芯片通常是通过提高CPU的时钟频率来提高处理速度的，但是频率提高的同时意味着更多的功率消耗，在较小场强下显然是不行的。因此需要对芯片当前工作场强下的能量情况进行评估，为工作频率的处理给出参考，从而实现在一定场强下以最快速度可靠地工作。
在一些文献中提到了通过检测芯片的放电电流来检测芯片的剩余可用能量。但是如果只用放电电流检测的结果来控制升频降频，一旦升频后，放电电流的检测输出状态可能发生改变，系统可能又会降低频率。这种情况会影响芯片的正常工作。
发明内容
本发明提供一种用于非接触卡芯片的工作频率调节方法，目的是解决芯片在一定场强下以最高工作频率可靠工作的问题，使用泄放电流检测和电源电压检测来共同检测芯片的可用功率，为工作频率的处理给出参考。即使升频后泄放电流检测的结果发生变化，只要电源电压检测输出正常，就不会导致芯片再降频，芯片可以在当前场强下以最高频率稳定工作。
通过监测芯片放掉的多余电流以及芯片电源电压，对芯片的工作频率进行选择，具体步骤如下：
(1)芯片CPU开始工作之前，通过监测芯片的放电电流，记录输出的放电电流值I；
(2)建立芯片消耗电流与芯片工作频率的一一对应关系；
(3)根据输出的放电电流值与芯片工作频率对应的芯片消耗电流相比较的结果，选择适合的工作频率；
(4)芯片以选择的工作频率工作后，继续对输出的放电电流值进行实时监测，同时监测芯片电源电压，对工作频率做出调整。
芯片的工作频率，可以有n个选择(f1、f2…fn)，工作频率为fi时芯片的电流消耗为Ii，而且f1＜f2＜…＜fn。芯片CPU开始工作之前，先判断芯片内放电通路的放电电流大小，根据放电电流与工作频率为fi时芯片的电流消耗Ii相比较的结果，选择适合的工作频率。如果监测输出的放电电流值满足Ii+1＞I＞Ii，则选择芯片的工作频率fi。芯片以选择的工作频率fi工作起来之后，仍然对放电电流和电源电压实时监测，并且对工作频率做出适当的调整。如果电源电压低于检测阈值，需要降低工作频率，选择芯片的工作频率fi-1；如果电源电压高于检测阈值，而放电电流小于再进行一次升频所带来的负载电流增加值，就应该保持现有的工作频率fi；如果电源电压高于检测阈值，而且放电电流大于再进行一次升频所带来的负载电流增加值，芯片时钟选择电路选择芯片的工作频率fi+1。
注意：本发明可以实现芯片在一定场强下以最高速度可靠地工作，并且能够根据场强和芯片的电流消耗实时调整工作频率。
根据本发明的一个重要方面，在CPU开始工作之前，如果I＞In，芯片可以一次就把工作频率设定为fn，这样的速度最快，但是可能由于频率突然升高，电源迅速下降到检测点以下，导致升频失败；也可以先设定在某个中间频率，然后再升高到fn，这样需要更多的处理时间，但是电源的变化平缓一些。选择哪一条状态转移路径，需要根据对电源响应情况的评估来确定。最终实现以最快速度升高到目标频率，并且电源波动在可接受范围之内。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明的用于非接触卡芯片的工作频率调节方法；
图2示意性示出了根据本发明的用于非接触卡芯片的工作频率调节电路；
图3示出了用于非接触卡芯片的工作频率调节方法的一种具体状态转移图(n＝4，f1不能直接升至f4)
具体实施方式
用于非接触卡芯片的工作频率调节电路包括电源电压检测电路、泄放电流检测电路、芯片时钟选择电路，其中：
在图2中示出的用于非接触卡芯片的工作频率调节电路，由电源电压检测电路和泄放电流检测电路(8)以及芯片时钟选择电路(9)组成。
泄放电流检测电路，监测芯片放掉的多余电流，输出(ID_OUT[n:1])每一位都代表一定的电流值，ID_OUT[i]＝‘1’，表示泄放电流大于Ii，Ii设计为芯片在工作频率fi下消耗的电流，而且I1＜I2＜…＜In。
电源电压检测电路，监测芯片电源电压，当电源电压高于检测阈值时，输出(VD_OUT)高电平，否则输出低电平，检测电压的阈值高于芯片复位电源电压。
芯片时钟选择电路(9)根据ID_OUT[n:1]、VD_OUT和当前的频率状态选择适当的频率，具体的状态转移图如图1所示。
芯片工作频率可以有n个选择(f1、f2…fn)，工作频率为fi时芯片的电流消耗为Ii，而且f1＜f2＜…＜fn。如果泄放电流检测电路监测输出的放电电流值满足Ii+1＞I＞Ii，则芯片时钟选择电路选择芯片的工作频率fi；当芯片以选择的工作频率fi工作后，如果此时芯片电源电压低于检测阈值，芯片时钟选择电路降低工作频率，选择芯片的工作频率fi-1；如果芯片电源电压高于检测阈值，而放电电流值小于再进行一次升频所带来的负载电流增加值，芯片时钟选择电路保持现有的工作频率fi；如果芯片电源电压高于检测阈值，而且放电电流大于再进行一次升频所带来的负载电流增加值，芯片时钟选择电路选择芯片的工作频率fi+1。
例如，芯片有4档工作频率(f1、f2、f3、f4)可选，分别对应4档电流消耗值(I1、I2、I3、I4)。根据这4档工作频率下芯片消耗的电流值来设计泄放电流检测电路，使ID_OUT[4:1]与I4、I3、I2、I1分别对应。如果CPU开始工作之前，检测到ID_OUT[4:1]＝‘1111’，则可以设定频率为f4，但是仿真发现如此会导致VD_OUT＝‘0’，因此采取先设定为f2，再升至f4的方法。仿真发现从f1直接升频至f4也会导致VD_OUT＝‘0’，因此先从f1升频至f3，再升频至f4。最终的状态转移图如图3所示。
注意，在本文件中使用的任何术语不应当被认为限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明并不限于上述的实施例，并且不脱离由所附权利要求书定义的本发明的范围，可以做出很多修改和增加。

Claims (5)

1.一种用于非接触卡芯片的工作频率调节方法，其特征在于该方法通过监测芯片放掉的多余电流以及芯片电源电压，对芯片的工作频率进行选择，具体步骤如下：
(1)芯片CPU开始工作之前，通过监测芯片的放电电流，记录输出的放电电流值I；
(2)建立芯片消耗电流与芯片工作频率的一一对应关系；
(3)根据输出的放电电流值与芯片工作频率对应的芯片消耗电流相比较的结果，选择适合的工作频率；
(4)芯片以选择的工作频率工作后，继续对输出的放电电流值进行实时监测，同时监测芯片电源电压，对工作频率做出调整，所述对工作频率进行调整包括：当芯片以选择的工作频率fi工作后，如果此时芯片电源电压低于检测阈值，芯片时钟选择电路降低工作频率，选择芯片的工作频率fi-1；如果芯片电源电压高于检测阈值，而放电电流值小于再进行一次升频后芯片的消耗电流增加值，芯片时钟选择电路保持现有的工作频率fi；如果芯片电源电压高于检测阈值，而且放电电流大于再进行一次升频后芯片的消耗电流增加值，芯片时钟选择电路选择芯片的工作频率fi+1，其中，f1、f2…fn表示芯片的n个不同工作频率(n为大于1的自然数)且f1＜f2＜…＜fn，fi表示其中之一，i为自然数且n≥i≥1。
2.根据权利要求1所述的工作频率调节方法，其特征在于设定芯片的工作频率f1、f2…fn，其中f1＜f2＜…＜fn，工作频率为fi时芯片的消耗电流为Ii，n≥i≥1，如果监测输出的放电电流值满足Ii+1＞I＞Ii，则选择芯片的工作频率fi。
3.根据权利要求1所述的工作频率调节方法，其特征在于在对工作频率做出调整的过程中，为了避免电源电压降低到检测阈值之下，采取逐渐提高工作频率的方法，升频到目标频率，并且电源电压的波动在可接受范围之内。
4.一种用于非接触卡芯片的工作频率调节电路，其特征在于包括电源电压检测电路、泄放电流检测电路、芯片时钟选择电路，其中：
电源电压检测电路监测芯片电源电压，当电源电压高于一定值时，输出高电平，否则输出低电平，电源电压的检测阈值高于芯片复位电源电压；
泄放电流检测电路监测芯片放掉的多余电流，记录输出的放电电流值；
芯片时钟选择电路根据泄放电流检测电路监测到的电流值、电源电压检测电路的输出和当前的频率状态选择对应的工作频率；
设定芯片的工作频率f1、f2…fn，其中f1＜f2＜…＜fn，工作频率为fi时芯片的消耗电流为Ii，n≥i≥1，如果泄放电流检测电路监测输出的放电电流值满足Ii+1＞I＞Ii，则芯片时钟选择电路选择芯片的工作频率fi；
当芯片以选择的工作频率fi工作后，如果此时芯片电源电压低于检测阈值，芯片时钟选择电路降低工作频率，选择芯片的工作频率fi-1；如果芯片电源电压高于检测阈值，而放电电流值小于再进行一次升频后芯片的消耗电流增加值，芯片时钟选择电路保持现有的工作频率fi；如果芯片电源电压高于检测阈值，而且放电电流大于再进行一次升频后芯片的消耗电流增加值，芯片时钟选择电路选择芯片的工作频率fi+1。
5.如权利要求4所述的一种用于非接触卡芯片的工作频率调节电路，其特征在于为了防止工作频率调节过程中电源电压下降到电源电压检测阈值以下，采取逐渐提高工作频率的方法，升高到目标频率，保证电源电压的波动在可接受范围之内。
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