CN1292382C - 具有电源管理功能的读/写用芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及作成为可以进行对载波进行整流得到的电源和外部电源之间的无缝隙地切换的半导体集成电路器件。具有非接触卡功能和非接触读写功能的半导体集成电路，具备：对所接收到的载波进行整流的整流器131；由整流器131的输出电压得到规定的电压的串联调整器132；使来自电池160的电压变成为OFF的电源控制电路138。电源控制电路138，在电池160的输出电压大于规定的电压的情况下，在已接收到读写模式信号或卡模式信号时，就把电池160的电压选做IC300的动作所需要的电源，另一方面在电池160的输出电压小于规定的电压时，就把来自整流器131的输出电压选做IC300的动作所需要的电源电压。本发明可以在移动电话机等的便携终端中应用。

Description

具有电源管理功能的读/写用芯片
技术领域
本发明涉及半导体集成电路器件，特别是涉及装载有数据载波用和/或外部数据载波的信息管理装置用的模拟前端(处理器)的半导体集成电路器件。
背景技术
把非接触IC卡，例如导入到铁道剪票系统中去，在通过剪票机时利用的技术已开始实用化。图10示出了非接触IC卡和对该非接触IC卡进行读/写的读写装置的概略构成。在图10中，200是读/写(R/W)装置，300是非接触IC卡。201是调制解调器、202是CPU，203是振荡器，204是天线。301是天线，310是整流器，312是二极管，313是FET二极管330的高通滤波器(HPF)，331是电容器，332是电阻，340是调整器，350是解调器，360是顺序器，370是存储器。
用图10的R/W装置200和IC卡300，构成通过各个天线互相进行数据授受的非接触IC卡系统。在这样的非接触IC卡系统中，非接触IC卡300对用来自R/W装置200的发送数据进行调制后的载波进行整流以产生直流电压，把该直流电压作为内部的CPU或存储器等的电路的电源进行供给。具体地说，用整流器310整流后的电压，用调整器340调整到规定的电压，供给给顺序器360。另一方面，用天线301接收到的信号在解调器350中被解调，供往顺序器360，施行规定的处理。处理后的数据被记录在存储器370内。
此外，当对R/W装置200进行应答后，在非接触IC卡300中就用调制器320对已在顺序器360中处理过的数据进行调制，用天线301进行发送。用R/W装置200的天线204接收到的信号，用调制解调器201进行解调，用CPU202进行处理。
在这样的非接触IC卡系统中，在IC卡中使用的IC芯片已用MOS工艺单片化，对来自外部的读/写的载波进行整流产生直流电压，把该直流电压定为内部的CPU或存储器等的电路的电源。
另一方面，虽然有一种采用把集成电路装载到通信机上的办法，使之具有数据保持和处理功能等的所谓的IC卡功能的移动通信机的提案，但是具体地实现手段尚未搞明白。
发明内容
本发明就是有鉴于上述课题而发明的，是采用在具有IC卡功能的个人数字助理中，无缝隙地切换对载波进行整流得到的电源和外部电源的办法，来实现装载有IC卡用和读/写等的信息处理装置这两方的模拟前端(处理器)的半导体集成电路的发明。
本发明的半导体集成电路器件，具备：对所接收到的载波进行整流的整流装置；根据整流装置产生的输出，产生第1电源电压的产生装置；把由产生装置所产生的第1电源电压和被供给的第2电源电压中的一方选择为动作所需要的电源电压的选择装置，其特征在于：选择装置，在第2电源电压变成为规定的阈值以下时，作为动作所需要的电源电压选择第1电源电压，在第2电源电压在规定的阈值以上，而且，已被指示为根据规定的功能进行动作时，作为动作所需要的电源电压选择第2电源电压。
选择装置，可以作成为使得在第2电源电压大于规定的阈值的情况下，在已被指示根据与外部的信息处理装置进行通信的数据保持和处理功能进行动作时，或者，根据外部的数据保持和处理功能进行动作时，作为动作所需要的电源电压选择第2电源电压。
实现数据保持和处理功能的功能部分，可以作成为使得可以用1个芯片构成实现与外部数据保持和处理媒体进行通信的功能的功能部分。
在整流装置和产生装置的连接点和接地点之间，还具备根据指示根据与外部数据保持和处理媒体进行通信的功能进行动作的信号，控制开关切换的控制装置，控制装置可以作成为使得在信号被供时，使开关变成为OFF状态，以防止在借助于选择装置作为动作所需要的电源电压选择第2电源电压时产生的由产生装置产生的反向漏泄电流的流入。
还具备：根据载波抽出第1时钟的时钟抽出装置；产生第2时钟的时钟产生装置；和把被时钟抽出装置抽出的第1时钟，和把由时钟产生装置产生的第2时钟中的一方选择为作为动作的基准的时钟的时钟选择装置，时钟选择装置，可以作成为使得在借助于时钟抽出装置抽出第1时钟时，就把第1时钟选做作为动作的基准的时钟，在借助于时钟抽出装置未抽出第1时钟时，就把第2时钟选做作为动作的基准的时钟。
本发明的个人数字助理，具备对所接收到的载波进行整流的整流装置；根据由整流装置产生的输出产生第1电源电压的产生装置；把由产生装置产生的第1电源电压，和被供给的第2电源电压中的一方选做动作所需要的电源电压的选择装置，其特征在于：选择装置在内部具有这样的半导体集成电路器件：在第2电源电压变成为规定的阈值以下时，作为动作所需要的电源电压选择第1电源电压，在第2电源电压在规定的阈值以上，而且，已被指示为根据规定的功能进行动作时，作为动作所需要的电源电压选择第2电源电压。
本发明的结帐方法，是这样的结帐方法：在与具备对所接收到的载波进行整流的整流装置；根据整流装置产生的输出，产生第1电源电压的产生装置；把由产生装置所产生的第1电源电压和被供给的第2电源电压中的一方选择为动作所需要的电源电压的选择装置；存储作为规定的交易代价的金额信息的存储装置的个人数字助理之间进行由规定的交易所产生的结帐的结帐方法，其特征在于包括如下步骤：在与个人数字助理之间进行通信的通信步骤；借助于通信步骤的处理，由个人数字助理读出存储起来的金额数据的读出步骤；根据借助于读出步骤的处理读出来的金额信息进行结帐的结帐步骤。
在本发明的半导体集成电路器件和设置在个人数字助理中的半导体集成电路器件中，对所接收到的载波进行整流，根据其输出，从第1电源电压，把所产生的第1电源电压的和被供给的第2电源电压中的一方，选做动作所需要的电源电压。在第2电源电压小于规定的的阈值时，就把第1电源电压选做动作所需要的电源电压，在第2电源电压大于规定的阈值，而且已被指示要根据规定的功能进行动作时，就把第2电源电压选做动作所需要的电源电压。
在本发明的结帐方法中，在与个人数字助理之间进行通信，由个人数字助理读出所存储的金额信息，根据所读出的金额信息进行结帐。
附图说明
图1是说明本发明的实施例1的把移动电话用做非接触I C卡的剪票系统的概略图。
图2是说明本发明的实施例1的把移动电话用做读写装置的结帐系统的概略图。
图3示出了本发明的实施例1具有读写功能的移动电话机的构成。
图4示出了本发明的实施例1的选择移动电话机的3个动作模式的流程图。
图5示出了本发明的实施例1的移动电话机的载波整流电路和逻辑电路。
图6是说明本发明的实施例1的开关SWen的控制逻辑的说明图。
图7是说明本发明的实施例1的开关SWcont的控制逻辑的说明图。
图8示出了本发明的实施例2的移动电话机的载波整流电路和逻辑电路。
图9是说明本发明的实施例2的开关SW的控制逻辑的说明图。
图10示出了现有的非接触IC卡和对该非接触IC卡进行读写的读写装置的概略图。
具体实施方式
实施例1
图1是说明本发明的实施例1的把移动电话用做非接触IC卡的剪票系统的概略图。在图1中，102是具有卡动作功能的移动电话机、104是设置在车站等处的剪票机，106是设置在剪票机104内的具有读写功能的读写装置，108是处于关闭状态的剪票通过板，110是处于打开状态的剪票通过板。
其次，简单地对图1的剪票系统进行说明。用户携带移动电话机102向剪票机104接近。设置在剪票机104内的读写装置106，探测到用户的移动电话机102接近剪票机104的情况，在与移动电话机102之间，进行通信，在已完成了根据与移动电话机102之间的相互认证(例如，根据存储在移动电话机102中的金额信息进行结帐)的情况下，就驱动剪票通过板108，如110所示，打开剪票通过板108。借助于此，用户就可以通过剪票机104。
图2是说明本发明的实施例1的把移动电话用做读写装置的结帐系统的概略图。在图2中，102是具有读写功能的移动电话机，120是非接触IC卡，121是基站天线，122是移动通信网络，123是设置在中心等抽出的控制用计算机，124是连接到控制用计算机上的数据用存储器。
其次，对在图2的结帐系统中，移动电话机102与非接触IC卡120之间进行的读写动作进行说明。例如，在记录在非接触IC卡中的乘车钱数(point)减少的情况下，移动电话机102就读出记录在非接触IC卡中的钱数的信息，弄清楚钱数不足量。在记录在非接触IC卡120中的钱数不足的情况下，移动电话机102就通过基站天线121和移动通信网络122，访问控制用计算机123，从计算机那里获得钱数，并用读写功能把所获得的钱数写入到非接触IC卡内。
其次，对具有上述的读写功能的本发明的实施例1的移动电话机102的构成进行说明。图3示出了设置在使用具有读写功能的本发明的移动电话机102的内部的IC的内部构成的例子。在图3中，IC300，由卡功能部分400、读写功能部分500和控制部分600构成。
在卡功能部分400中，用天线130接收到的载波，用整流器131进行整流，通过串联调整器133向电源控制电路138输出。电源控制电路138，控制来自串联调整器133的电压，向各个部分供给在整个IC300中使用的电源电压(VDD)。在这里串联调整器133，是与输入电压的如何无关地使输出电压变成为恒定的器件。就是说，电源控制电路138，采用在输入电压高时就提高内部阻抗，在输入电压低时就减小内部阻抗的办法进行上述那样的动作。电压检测器140，监视连接到电源控制电路138上的外部电源(电池)的电压，在外部电源的电压低于规定的电压的情况下，就向电源控制电路138输出禁止外部电源的使用的信号。来自外读写器的接收信号经由整流器131被输入至接收器139，在接收器139的内部被变换成基带信号，交给信号处理单元(SPU)144进行处理。此外，送往外部读写器的信号由SPU144交给整流器131，在整流器131内部，连接到天线130上的负载值相应于发送信号而变化，对外部读写器所发的载波进行调幅。
在载波检测器134中，判断在用天线130接收到的电波中是否含有载波。在借助于载波检测器134判断为含有载波的情况下，就从载波检测器134向电源控制电路138输出载波检测信号VR。时钟抽出器135根据从天线130输入进来的电波，抽出时钟，把所抽出的时钟供往时钟选择器136。时钟振荡器137，借助于设置在IC芯片的外部的晶振，产生可以在IC300中使用的频率(例如13.56MHz)的时钟，供往时钟选择器136。时钟选择器136选择由时钟抽出器135供给的时钟，和由时钟振荡器137供给的时钟之内的任何一者，并把所选择的时钟供往IC300的各个部分。另外，卡功能部分400，借助于后边讲述的控制部分600的CPU145，控制其全体的动作。
读写功能部分500，由发送天线150、接收信号检测器153和接收天线154构成。读写功能部分500具有发送接收功能，在发送时，用接收天线154放大由SPU供给的发送信号，从天线151进行发送。另一方面，在接收时，用天线152接收到的信号，用接收信号检测器153进行检测，用接收天线154进行放大后供往SPU144，在SPU144中进行信号处理。
控制部分600，由中央控制装置(CPU)145、信号处理单元(SPU)144、密码化(DES)引擎146、检测位错误的检测器(CRC)147、读写存储器(RAM)141，唯读存储器(ROM)142和记录数据的EEPROM143、进行与外部之间的非同步串行通信的UART电路148、进行与外部之间的通信的I2C接口149等构成。
在本发明中，如上所述，由于设置有卡功能部分400和读写功能部分500，故可以对电源的切换进行控制，使得向这些部分供给最合适的电源。此外，在移动电话机中，不能照搬原状地使用在通常的IC卡中使用的天线构造，必须组装进对移动电话机最为合适的天线，但是，即便是在这样的情况下，也可以采用从电池向IC卡部分(IC300)供给电源的办法，供给充分的功率。
IC300，具有3种动作模式：通过卡功能部分400进行与外部的读写装置的通信的卡模式；通过读写功能部分500进行与外部的非接触IC卡通信的读写模式；和对配置在内部的内部卡进行处理的内部卡模式。
图4示出了选择上边所说的3种动作模式的流程图。在图4中，CPU145在步骤S1中进行模式判定。CPU145在步骤S1中判断为外部卡模式的情况下，就在步骤S5中，通过卡功能部分400执行与外部的读写装置之间进行卡处理的卡处理模式。CPU145，在步骤S1中判断为内部卡模式的情况下，就在步骤S2中，进行指令解释，如果是内部卡模式，则进行对配置在内部的卡的处理。另一方面，CPU145，在步骤S2中，判断为R/W模式的情况下，就向步骤3前进，通过读写功能部分500在与外部的非接触IC卡之间执行读写模式。
另外，没有必要分设卡用和读/写用的天线或读/写用的发送和接收天线，可以共通地使用1个天线。
在本发明中，电源控制电路138的输出(由载波产生的电源)被供往VDD端子。另一方面，来自电池的电源也同样地通过电源控制电路138被供往VDD端子。这2个电源，可以借助于来自移动电话机(未画出来的控制器)的PON信号和来自载波检测器134的信号VR的逻辑上的组合选择任何一者。
以下对如上所述的构成的移动电话机的电源切换进行说明。图5更为详细地示出了本发明的实施例1的移动电话机的载波整流电路和电源控制电路。在图5中用天线130接收到的载波在整流器131中进行整流，并通过串联调整器133供往电源端子VDD。
另一方面，电池160的输出，通过电源控制电路138连接到电源端子VDD上。在该电源控制电路138内，在输入输出间设置有开关SWen162和开关SWcont164。开关SWen162，可借助于电池160的电源电压VBT，借助于图6那样的控制逻辑进行通断。另一方面，开关SWcont164则可借助于所供给的VR信号，借助于图7那样的控制逻辑进行通断。
图6示出了使开关Swen162动作的控制逻辑。如图5所示，开关SWen162，在电池160的电压VBT大于规定值的情况下，就从电压检测器140(VDET140)输出允许信号en(‘1’表示信号)，并借助于该信号变成为接通(ON)。另一方面，在电池160的电压VBT小于规定值的情况下，就从电压检测器140(VDET140)不输出允许信号en，开关SWen162保持断开(OFF)的原状不变。
图7示出了使开关SWcont164动作的控制逻辑。如图7所示，开关SWcont164，只要PON信号和VR信号中的任何一者为高(‘1’)就变成为ON，在其它的情况下则都保持OFF的原状不变。PON信号是读写模式信号，在用户指示使移动电话机进行读写动作时，就从移动电话机输出高的PON信号。另一方面VR信号，在借助于载波检测器134在接收电波中检测出载波时就输出高的VR信号。就是说，VR信号为高，表明移动电话机(IC300)以卡模式进行动作，而PON信号为高则表明移动电话机以读写模式进行动作。CPU145借助于这些VR信号或PON信号对移动电话机正在以卡模式动作或读写模式接着动作进行识别。在图7中，在PON信号和VR信号都为高的情况下，控制逻辑163就排他性地选择卡模式或读写模式中的一者。该排他性地选择，可以作成为使得优先选择在时间上变高得早的一方的动作。当然也可以用别的方法进行选择。
开关SWcont164的输出已连接到串联调整器133的输出上。因此，开关SWen162和开关SWcont164这两方为ON时，就把来自电池160的电压VGT当作VDD供给。如上所述，串联调整器133，就等效地变成为借助于输出电压与某一基准电压之差控制内部阻抗那样的构造，在电池160这一方比来自由串联调整器133产生的卡(整流器131)的整流电压还高时，采用使串联调整器133的内部阻抗变得非常大的办法，来防止电池160的电压向串联调整器133的输入一侧逆流。
另外，即便是假定电流从电池160多少向串联调整器133的输入一侧逆流，由于整流器131的内部的二极管变成为反偏使阻抗变高，故从串联调整器133的输入一侧向整流器131流的反向电流就可以变成为非常小。另一方面，当开关SWen162和开关SWcont164中的任何一者变成为OFF时，由于不把来自电池160的电力作为VDD供给，而仅仅向串联调整器133的输出供给载波的整流电压，故可以无缝隙地进行电源的切换而没有瞬间性地断开。此外，即便是在与外部的读写装置之间的距离比较大，不能充分地确保由载波产生的电源电压的情况下，采用利用从电池160供给的电源的办法，仍可以进行通信。因此，增大了可通信的距离。
图3和图5的电路可以用MOS工艺实现，图3和图5中的所有的电路都可以配置在1片MOSLSI内。
实施例2
图8示出了本发明的实施例2的具有卡功能和读写功能的移动电话机。图8是图5的变形例，特别是设置有电源控制电路170和保护器180这一点与实施例1是不同的。
VDET140监视电池160的输出电压，在输出电压(电池电压VGT)比规定的值小时，就向电源控制电路170的AND电路171输出‘0’电平的VB信号，在电池电压VGT比规定的值大时，就向AND电路171输出‘1’电平的VB信号。
电源控制电路170，在从VDET140供给的VB信号、表示根据读写模式进行动作的PON信号、和接收电波中检测出载波时，就根据从载波检测器134供给的信号VR，控制开关SW173。
图9示出了由电源控制电路170形成的开关SW173的控制逻辑。在图9中，VB信号与VDET140的输出电压对应，在电池电压VGT为低时就变成为‘0’，在电池电压VGT为高时就变成为‘1’。根据图9，开关SW173在电池电压VGT为低的期间(在规定值以下的期间)是OFF状态，而在电池电压VGT为高(变成为规定值以上)，而且，在PON信号和VR信号中的任何一者为高时就变成为ON。卡模式、读写模式和排他逻辑，与图5的情况下是同样的。就是说，在PON信号和VR信号中的任何一者为高时，开关SW173就变成为ON。
保护器180是用配置在IC芯片鼠标的MOS电路构成的电路。保护器180被连接在整流器131的输出和串联调整器122的连接点与地线之间，由读写模式信号PON进行控制。具体地说，在未加上读写模式信号PON时(例如，正在根据卡模式进行动作时)就把保护器180控制为使其电阻变成为非常小(内部的开关变成为ON)，向地线输出根据载波由整流器131产生的过大电压。
另一方面，在已加上了读写模式信号PON时，就使保护器180的电阻变成为无限大(使内部的开关变成为OFF)，防止向保护器180的内部电阻供给由串联调整器133产生的反向漏流。
如上所述，采用设置保护器180，在读写模式时(在已加上了读写模式信号PON时)，使保护器180变成为OFF状态的办法，就可以防止在通常时(特别是在用CMOS实现时)发生的、由串联调整器133的反向漏流形成的、电流的损耗。
借助于此，借助于MOS工艺，使IC卡和读写器这两方作成为1个芯片，可以提供实现产品的成本低、可靠性高的移动电话机。
上述的‘IC卡’、‘卡功能’，分别是为了便于指出具有数据保持和处理功能的媒体、数据保持和处理功能而使用的术语，并不是指卡的形状。此外，在上边所说的实施例中，虽然举出的是在移动电话机内内置有半导体集成电路的情况，但是在用有线连接起来的固定电话机、本身为小型信息设备的个人数字助理、钟表、计算机等，也可以使用本发明的而与其形态或用有线/无线进行的通信功能的有无无关。此外，半导体集成电路，既可以装卸自如或不可装卸中的任何一种形态内置于个人数字助理内，也可以对移动电话机、个人数字助理、计算机等可以装卸自如地构成内置IC的IC卡或存储卡等的外部存储媒体。
工业上利用的可能性
如上所述，倘采用本发明，由于可以实现可以无缝隙地切换外部电源和载波整流电源的半导体集成电路，故采用把该集成电路装载到各种各样的设备上的办法，就可以实现装载卡用和读写器等的信息处理用这两方的模拟前端(处理机)的装置。此外，为了与和内置于半导体集成电路中的存储器具有互换性的服务用的存储器以及外部装置之间的通信，可以利用无线接口和UART接口这2种通信接口。归因于此，装载有本发明的半导体集成电路的个人数字助理。在可以作为遥控IC卡进行动作的同时，还可以作为对遥控IC卡的读写器进行动作。

Claims (7)

1.一种半导体集成电路器件，其特征在于，包括：
对所接收到的载波进行整流的整流装置；
根据上述整流装置产生的输出，产生第1电源电压的电源电压产生装置；
把由上述电源电压产生装置所产生的上述第1电源电压和与外部的电源连接而被供给的第2电源电压中的一方选择为动作所需要的电源电压的选择装置；
数据保持和处理功能实现部分；以及
与外部的信息处理装置以非接触方式进行通信的通信部分，
上述选择装置，在上述第2电源电压为规定的阈值以下时，作为动作所需要的电源电压选择上述第1电源电压，在上述第2电源电压为规定的阈值以上，而且，从起到读/写功能的上述外部的信息处理装置已被指示为使上述数据保持和处理功能实现部动作时，或者，被指示为与起到卡功能的上述外部的信息处理装置进行通信时，作为动作所需要的电源电压选择上述第2电源电压。
2.根据权利要求1所述的半导体集成电路器件，其特征在于：上述半导体集成电路具有非接触卡功能和读/写功能。
3.根据权利要求1所述的半导体集成电路器件，其特征在于：在1个芯片上形成上述数据保持和处理功能实现部分和上述通信部分。
4.根据权利要求1所述的半导体集成电路器件，其特征在于：在上述整流装置和上述电源电压产生装置的连接点与上述整流装置的接地点之间，还具备根据指示由上述通信部分进行动作的信号，来控制与上述电源电压产生装置的输出端连接的开关的切换的控制装置，
上述控制装置，在接受上述信号时，使上述开关变成为断开状态，并防止由上述选择装置选择上述第2电源电压作为动作所需要的电源电压时产生的、由上述电源电压产生装置导致的漏泄电流的流入。
5.根据权利要求1所述的半导体集成电路器件，其特征在于：还具备：根据上述载波抽出第1时钟的时钟抽出装置和产生第2时钟的时钟产生装置；
把被上述时钟抽出装置抽出的上述第1时钟，和把由上述时钟产生装置产生的上述第2时钟中的一方选择为作为动作的基准的时钟的时钟选择装置，
上述时钟选择装置，在由上述时钟抽出装置抽出上述第1时钟时，就把上述第1时钟选做作为动作的基准的时钟，在由上述时钟抽出装置未抽出上述第1时钟时，就把上述第2时钟选做作为动作的基准的时钟。
6.一种携带终端装置，包括至少具有卡功能的半导体集成电路和与上述半导体集成电路可供给电源电压地连接的电池，其特征在于，上述半导体集成电路具备：
对所接收到的载波进行整流的整流装置；
根据由上述整流装置产生的输出产生第1电源电压的电源电压产生装置；
把由上述电源电压产生装置产生的上述第1电源电压，和从上述电池供给的第2电源电压中的一方选做上述半导体集成电路的动作所需要的电源电压的选择装置，
数据保持和处理功能实现部分；以及
与外部的信息处理装置以非接触方式进行通信的通信部分，
上述选择装置在上述第2电源电压为规定的阈值以下时，作为动作所需要的电源电压选择上述第1电源电压，在上述第2电源电压为规定的阈值以上，而且，从起到读/写功能的上述外部的信息处理装置已被指示为使上述数据保持和处理功能实现部动作时，或者，被指示为与起到卡功能的上述信息处理装置进行通信时，作为动作所需要的电源电压选择上述第2电源电压。
7.根据权利要求6所述的携带终端装置，其特征在于：上述半导体集成电路在上述整流装置和上述电源电压产生装置的连接点与上述整流装置的接地点之间，还具备根据指示由上述通信部分进行动作的信号，来控制与上述电源电压产生装置的输出端连接的开关的切换的控制装置，
上述控制装置，在接受上述信号时，使上述开关变成为断开状态，并防止由上述选择装置选择上述第2电源电压作为动作所需要的电源电压时产生的、由上述电源电压产生装置导致的漏泄电流的流入。
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