CN105958986B - 一种双界面ic卡的电源管理电路 - Google Patents

一种双界面ic卡的电源管理电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双界面IC卡的电源管理电路，包括：传输管，用于在接触式电源的控制下引入非接触式电源；第一电平恢复器，用于将传输管引入的非接触式电源信号处理后输出；第二电平恢复器，用于引入接触式电源并在非接触式电源的控制下将接触式电源信号处理后输出；电源选择器，分别与传输管的输出端和接触式电源连接，用以在非接触式电源上电时，使非接触式电源经传输管和所述第一电平恢复器输出；在接触式电源上电时，使接触式电源经第二电平恢复器输出；在接触式电源和非接触式电源同时上电时，使接触式电源通过第二电平恢复器输出。本发明可以实现双界面IC卡非接触式电源和接触式电源的双接口电源的管理与分配，并确保没有电压降。

Description

一种双界面IC卡的电源管理电路
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体地说，尤其涉及一种双界面IC卡的电源管理电路。
背景技术
双界面卡集成了接触式卡和非接触式卡的特点，使得双界面卡可以应用于银行、通信、医疗、交通、教育等领域，为用户带来了极大的方便。双界面卡有非接触式电源和接触式电源两个接口电源供电，因此，应有一个电源管理电路正确地控制两个接口电源的切换，并且将电压降控制在一定范围内。
在现有技术中，电源管理电路在外部接触式/非接触式电源和内部供电电源之间会有电压差，即使有些设计采用了特殊的低阈值MOS管来代替了普通的MOS管来降低这种电压差，也并没有完全将电压差消除，并且这样特殊的低阈值MOS管增加了工艺的复杂度。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种双界面IC卡的电源管理电路，用以实现双界面IC卡非接触式电源和接触式电源的双接口电源的管理与分配，并确保没有电压降。
根据本发明的一个实施例，提供了一种一种双界面IC卡的电源管理电路，包括：
传输管，用于在接触式电源的控制下引入非接触式电源；
第一电平恢复器，用于将所述传输管引入的非接触式电源信号处理后输出；
第二电平恢复器，用于引入接触式电源并在非接触式电源的控制下将接触式电源信号处理后输出；
电源选择器，分别与所述传输管的输出端和接触式电源连接，用以
在非接触式电源上电时，使非接触式电源经所述传输管和所述第一电平恢复器输出；
在接触式电源上电时，使接触式电源经所述第二电平恢复器输出；
在接触式电源和非接触式电源同时上电时，阻断非接触式电源通过所述传输管传输到所述第一电平恢复器，使接触式电源通过所述第二电平恢复器输出。
根据本发明的一个实施例，所述传输管由第一NMOS管及第一PMOS管组成，其中，
第一NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极相连，作为所述传输管的输入端连接到非接触式电源；
第一NMOS管的源极和第一PMOS管的源极相连，作为所述传输管的输出端连接到所述第一电平恢复器的第一输入端；
第一NMOS管的栅极通过第一反相器连接到接触式电源，第一PMOS管的栅极连接到接触式电源。
根据本发明的一个实施例，所述第一反相器由第二NMOS管及第二PMOS管组成，其中，
第二NMOS管的栅极和第二PMOS管的栅极相连，并连接到第一NMOS管的栅极；
第二NMOS管的漏极和第二PMOS管的漏极相连，并连接到接触式电源；
第二PMOS管的的源极连接到所述电源管理电路的输出端，第二NMOS管的源极连接低电平GND。
根据本发明的一个实施例，所述第一电平恢复器由第三PMOS管、第三NMOS管、第四PMOS管和第四NMOS管组成，其中，
第三NMOS管的栅极作为所述第一电平恢复器的第一输入端，连接所述传输管的输出端；漏极作为所述第一电平恢复器的第二输入端，连接非接触式电源，源极连接第三PMOS管的漏极；
第三PMOS管的源极和栅极连接到所述电源管理电路的输出端；
第四PMOS管的栅极和第四NMOS管的栅极相连，并连接第三NMOS管的源极；
第四PMOS管的源极和第四NMOS管的源极相连，并作为所述电源管理电路的输出端；
第四PMOS管的漏极连接所述电源管理电路的输出端，第四NMOS管的漏极连接低电平GND。
根据本发明的一个实施例，所述第二电平恢复器由第五PMOS管、第五NMOS管、第六PMOS管和第六NMOS管组成，其中，
第五NMOS管的栅极作为所述第二电平恢复器的第一输入端，连接接触式电源；漏极作为所述第二电平恢复器的第二输入端，通过第二反相器连接传输管的输出端，源极和第五PMOS管的漏极相连；
第五PMOS管的源极与栅极接到所述电源管理电路的输出端；
第六NMOS管的栅极与第六PMOS管的栅极相连并连接到第五NMOS管的源极，第六NMOS管的漏极接到低电平GND；
第六PMOS管的源极和第六NMOS管的源极相连并共同连接到所述电源管理电路的输出端，第六PMOS管的漏极连接所述电源管理电路的输出端。
根据本发明的一个实施例，所述第二反相器由第七NMOS管及第七PMOS管组成，其中，
第七PMOS管的栅极和第七NMOS管的栅极相连，并连接到接触式电源；
第七PMOS管的漏极和第七NMOS管的漏极相连，并连接到传输管的输出端；
第七NMOS管的源极接到电源管理电路的输出端，第七PMOS管的源极连接到低电平GND。
根据本发明的一个实施例，所述电源选择器为一NMOS管，其栅极连接接触式电源，源极连接低电平GND，漏极连接传输管的输出端。
本发明的有益效果：
本发明可以实现双界面IC卡非接触式电源和接触式电源的双接口电源的管理与分配，在接触式和非接触式电源同时上电的情况下，可以选择接触式电源作为内部电路的供电电源，并用简单的电平恢复器确保没有电压降。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是根据本发明的一个实施例的电源管理电路结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的电源管理电路原理图；
图3是根据本发明的一个实施例的电平恢复器电路原理图；以及
图4是根据本发明的一个实施例的电源管理电路的应用示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明提供了一种双界面卡电源管理电路，用以消除外部供电电源和内部供电电源之间的电压差。如图1所示为根据本发明的一个实施例的方法流程图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。
如图1所示，该双界面IC卡的电源管理电路包括传输管、第一电平恢复器、第二电平恢复器和电源选择器。其中，传输管输出端与第一电平恢复器连接，输入端用于在接触式电源的控制下引入非接触式电源；第一电平恢复器用于将传输管引入的非接触式电源信号处理后输出；第二电平恢复器用于引入接触式电源，并在非接触式电源的控制下将接触式电源信号处理后输出；电源选择器分别与传输管的输出端和接触式电源连接，用以在非接触式电源上电时使非接触式电源经传输管和第一电平恢复器输出；在接触式电源上电时使接触式电源经第二电平恢复器输出；在接触式电源和非接触式电源同时上电时，阻断非接触式电源通过传输管传输到第一电平恢复器，使接触式电源通过第二电平恢复器输出。
在该电源管理电路工作时，当只有非接触式电源VRF上电时，VRF通过传输管无电压差地传到第一电平恢复器，第一电平恢复器再将VRF无电压差地传递到输出端VDD；当只有接触式电源供电时，传输管的输出是低电压，第二电平恢复器将VCC无电压差地传递到输出端VDD；当接触式电源和非接触式电源同时上电时，由于电源选择器作用，防止了VRF通过传输管传输到第一电平恢复器，而第二电平恢复器将接触式电源VCC无电压降地传到输出端VDD。
在本发明中，通过设置电源选择器，由电源选择器控制无论是在接触式电源、非接触式电源各自单独供电的工作模式下，还是在接触式电源、非接触式电源同时上电的工作模式下，都能实现向内部供电电源的电压传递。通过设置第一电平恢复器和第二电平恢复器，实现了向内部供电电源的无电压差的电压传递。
在本发明的一个实施例中，该传输管由第一NMOS管及第一PMOS管组成。如图2所示，第一NMOS管MN1的漏极和第一PMOS管MP1的漏极相连，并连接到非接触式电源VRF，这两个漏极连接端作为传输管的输入端；第一NMOS管MN1的源极和第一PMOS管MP1的源极相连，并连接到第一电平恢复器的第一输入端①，这两个源极连接端作为传输管的输出端VRF1；第一NMOS管MN1的栅极通过第一反相器(反相器1)连接到接触式电源VCC，第一PMOS管MP1的栅极直接连接到接触式电源VCC。这样，不需外设额外的驱动电压，通过接触式电源VCC即可以驱动传输管工作。
第一反相器(反相器1)由第二NMOS管MN2及第二PMOS管MP2组成。如图2所示，第二NMOS管MN2的栅极和第二PMOS管MP2的栅极相连，并连接到第一NMOS管的栅极；第二NMOS管的漏极和第二PMOS管的漏极相连，并连接到接到接触式电源VCC；第二PMOS管MP2的源极连接到该电源管理电路的输出端VDD，第二NMOS管MN2的源极连接低电平GND。
在本发明的一个实施例中，第一电平恢复器(电平恢复器1)由第三PMOS管MP3、第三NMOS管MN3、第四PMOS管MP4和第四NMOS管MN4组成，其中，第三NMOS管MN3的栅极作为第一电平恢复器的第一输入端①，连接传输管的输出端VRF1，漏极作为第一电平恢复器的第二输入端②，连接非接触式电源VCC，源极连接第三PMOS管MP3的漏极；第三PMOS管MP3的源极和栅极连接到电源管理电路的输出端VDD；第四PMOS管MP4的栅极和第四NMOS管MN4的栅极相连，并连接第三NMOS管MN3的源极；第四PMOS管MP4的源极和第四NMOS管MN4的源极相连，并连接到电源管理电路的输出端VDD；第四PMOS管的漏极接到电源管理电路的输出端VDD，第四NMOS管的漏极接到低电平GND。
在本发明的一个实施例中，第二电平恢复器由第五PMOS管MP5、第五NMOS管MN5、第六PMOS管MP6和第六NMOS管MN6组成。其中，第五NMOS管MN5的栅极作为第二电平恢复器的第一输入端①，连接接触式电源VCC，漏极作为第二电平恢复器的第二输入端②，通过第二反相器(反相器2)连接传输管的输出端VRF1，源极和第五PMOS管MP5的漏极相连；第五PMOS管MP5的源极和栅极接到电源管理电路的输出端；第六NMOS管MN6的栅极和第六PMOS管MP6的栅极相连，并连接到第五NMOS管MN5的源极，漏极接到低电压GND；第六PMOS管MP6的源极和第六NMOS管MN6的源极相连并连接到电源管理电路的输出端，第六PMOS管的漏极连接所述电源管理电路的输出端。
第二反相器由第七NMOS管MN7及第七PMOS管MP7组成，其中，第七PMOS管MP7的栅极和第七NMOS管MN7的栅极相连，并连接到接触式电源VCC；第七PMOS管的漏极和第七NMOS管的漏极相连，并连接到传输管的输出端VREF1；第七NMOS管的源极接到电源管理电路的输出端，第七PMOS管的源极接到低电平GND。
在本发明的一个实施例中，电源选择器为一NMOS管(第八NMOS管)。如图2所示，第八NMOS管的栅极接到接触式电源VCC，源极接低电平GND，漏极连接到传输管的输出端VRF1。
如图3所示为电平恢复器的电路结构图，以下通过图3来说明图2中第一电平恢复器和第二电平恢复器的工作原理。
该电平恢复器将一个PMOS连接在反馈回路中，如图3所示。PMOS器件的栅极连接到反相器(图3中虚线标示)的输出端，漏极连接反相器的输入，而源极连接至VDD。假设节点X为0V(OUT为VDD，所以Mr关断)，B＝VDD，A＝0V。如果输入A从0翻转到VDD，Mn只将节点X充电到VDD-Vth。然而这足以把反相器的输出切换至低电平，使反馈器件Mr导通而上拉节点X至VDD。这就消除了反相器的任何静态功耗。此外，在Mr和Mn中没有静态电流路径存在，因为Mr只有在A为高电平时才有效。总之，这个电路的优点是所有电平不是出在GND就是出在VDD上，因此没有任何静态功耗，而且满足电源管理的减少电压降的要求。
如没有电平恢复晶体管Mr，则在A点从0翻转到VDD时，X点由于Mn管的压降问题，Mn只将节点X充电至VDD-Vth(Vth是Mn管的阈值电压)，而添加上Mr，并且在反相器的配合下，X节点电平为VDD-Vth属于高电平(作为反相器的输入)，反相器的输出OUT为高电平OUT又连接到Mr的栅极，致使Mr导通，迫使X点电压从VDD-Vth上升到VDD。
这种方法在消除静态功耗和消除压降方面具有优势，但它是有比电路。这一问题发生在节点X由高至低的翻转瞬间。传输管电路试图下拉节点X，而电平恢复器却要把X上拉到VDD。因此，由Mn代表的下拉电路必须强于上拉器件Mr以切换节点X(以及输出)。为了使这个电路正确工作，必须仔细确定晶体管的尺寸。假设分别用R1，R2，Rr表示晶体管M1，M2，Mr的等效导通电阻。当Rr太小时就不能使节点X的电压低于反相器的开关阈值。因此反相器的输出永远不会切换到VDD，该门就锁定在了一个状态。这一问题可以通过调整Mn和Mr管的尺寸来解决，使节点X的电压降到低于反相器的阈值。这一条件足以保证输出电压OUT切换到VDD，从而关断电平恢复晶体管。具体的，可以通过仿真模拟调整二者的相对尺寸以使X点的电压降到低于反相器的阈值，以便反相器的输出可以切换到VDD。
图4所示是电源管理电路的应用示意图。天线两端的信号通过射频整流模块的一系列整流稳压之后得到非接触式电源VRF，接触式电源VCC与非接触式电源VRF二者经过电源管理电路模块，实现了在接触式电源和非接触式电源单独供电以及二者同时供电时的电源管理。两端口电源经过电源管理模块输出VDD，VDD与内部电路相连，作为内部电路的电源供给。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种双界面IC卡的电源管理电路，包括：
传输管，用于在接触式电源的控制下引入非接触式电源；
第一电平恢复器，用于将所述传输管引入的非接触式电源信号处理后输出；
第二电平恢复器，用于引入接触式电源并在非接触式电源的控制下将接触式电源信号处理后输出；以及
电源选择器，分别与所述传输管的输出端和接触式电源连接，用以
在非接触式电源上电时，使非接触式电源经所述传输管和所述第一电平恢复器输出；
在接触式电源上电时，使接触式电源经所述第二电平恢复器输出；
在接触式电源和非接触式电源同时上电时，阻断非接触式电源通过所述传输管传输到所述第一电平恢复器，使接触式电源通过所述第二电平恢复器输出；
其中，所述传输管由第一NMOS管及第一PMOS管组成，且
第一NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极相连，作为所述传输管的输入端连接到非接触式电源；
第一NMOS管的源极和第一PMOS管的源极相连，作为所述传输管的输出端连接到所述第一电平恢复器的第一输入端；
第一NMOS管的栅极通过第一反相器连接到接触式电源，第一PMOS管的栅极连接到接触式电源。
2.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述第一反相器由第二NMOS管及第二PMOS管组成，其中，
第二NMOS管的栅极和第二PMOS管的栅极相连，并连接到第一NMOS管的栅极；
第二NMOS管的漏极和第二PMOS管的漏极相连，并连接到接触式电源；
第二PMOS管的的源极连接到所述电源管理电路的输出端，第二NMOS管的源极连接低电平GND。
3.根据权利要求2所述的电源管理电路，其特征在于，所述第一电平恢复器由第三PMOS管、第三NMOS管、第四PMOS管和第四NMOS管组成，其中，
第三NMOS管的栅极作为所述第一电平恢复器的第一输入端，连接所述传输管的输出端；漏极作为所述第一电平恢复器的第二输入端，连接非接触式电源，源极连接第三PMOS管的漏极；
第三PMOS管的源极和栅极连接到所述电源管理电路的输出端；
第四PMOS管的栅极和第四NMOS管的栅极相连，并连接第三NMOS管的源极；
第四PMOS管的源极和第四NMOS管的源极相连，并作为所述电源管理电路的输出端；
第四PMOS管的漏极连接所述电源管理电路的输出端，第四NMOS管的漏极连接低电平GND。
4.根据权利要求3所述的电源管理电路，其特征在于，所述第二电平恢复器由第五PMOS管、第五NMOS管、第六PMOS管和第六NMOS管组成，其中，
第五NMOS管的栅极作为所述第二电平恢复器的第一输入端，连接接触式电源；漏极作为所述第二电平恢复器的第二输入端，通过第二反相器连接传输管的输出端，源极和第五PMOS管的漏极相连；
第五PMOS管的源极与栅极接到所述电源管理电路的输出端；
第六NMOS管的栅极与第六PMOS管的栅极相连并连接到第五NMOS管的源极，第六NMOS管的漏极接到低电平GND；
第六PMOS管的源极和第六NMOS管的源极相连并共同连接到所述电源管理电路的输出端，第六PMOS管的漏极连接所述电源管理电路的输出端。
5.根据权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于，所述第二反相器由第七NMOS管及第七PMOS管组成，其中，
第七PMOS管的栅极和第七NMOS管的栅极相连，并连接到接触式电源；
第七PMOS管的漏极和第七NMOS管的漏极相连，并连接到传输管的输出端；
第七NMOS管的源极接到电源管理电路的输出端，第七PMOS管的源极连接到低电平GND。
6.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述电源选择器为一NMOS管，其栅极连接接触式电源，源极连接低电平GND，漏极连接传输管的输出端。
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