CN1584927A - 非接触ic卡 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非接触IC卡。本发明的目的是在强电场输入时在参考电压电路上升之前，抑制IC内的电源的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。其构成包括参考电压电路(9)，对参考电压电路(9)输出的参考电压Vref进行监测的判定电路(10)和电源稳定化单元(11)，利用判定电路(10)判定参考电压Vref是否超过规定电压，在参考电压Vref未达到规定电压时，由电源稳定化单元(11)向电源VDDD供给能量，通过抑制电源VDDA的急剧上升，实现IC内的电源的稳定和抑制信号品质的劣化的非接触IC卡。

Description

非接触IC卡
技术领域
本发明涉及以非接触方式从外部供给电源的非接触IC卡，特别涉及谋求IC的电源电压稳定化的非接触IC卡。
背景技术
以安全功能、个人鉴别(身份认证)功能为特征的带有CPU的IC卡，大致可区分为经过与读写器的接点进行通信的“带有外部端子的IC卡”和利用电磁感应等进行的“非接触IC卡”。其中，以无线方式进行数据通信的非接触IC卡，由于不需要与外部机器的连接端子其耐久性优异。另外，由于是接收电波由整流器进行整流而生成IC动作所需的DC电源，所以不需要电池，对于系统的小型化和低成本化是有效的。
现有的非接触IC卡，有将模拟电路、CPU、存储器以一个IC来实现(比如，参照非专利文献1：Shoichi Masui等人，“A 13.56MHzCMOS RF Identification Transponder Integrated Circuit With ADedicated CPU”，ISSCC Digest of Technical Papers，1999，Feb 16，p.162-163，Fig.9.1.1)的，并且，也有即使是读写器和IC卡的相对位置变动也可以提供稳定的电源的非接触IC卡(比如，参照专利文献1：日本专利第3376085号(图3))。
下面利用图9对这种非接触IC卡的动作予以说明。非接触IC卡1由线圈天线L1和半导体集成电路2构成。半导体集成电路2包含整流器3、并联稳压器4、解调单元5、调制单元6、数字信号处理部7、线性调节器8及参考电压电路9。在上述整流器3中使用如图10所采用的二极管D1～D4的全波整流电路。
由上述线圈天线L1接收的信号，由整流器3整流生成电源VDDA。解调单元5将重叠在电源VDDA上的RX(接收)信号提取。此提取出的RX信号，由CPU及存储器构成的数字信号处理部7进行信号处理。调制单元6利用由数字信号处理部7生成的TX(发送)信号对线圈天线L1间的阻抗进行调制。在参考电压电路9中，利用图11所示的带隙参考电路生成参考电压Vref。在这种带隙参考电路的情况下，比如，生成参考电压Vref＝1.2V的参考电压。
在线性调节器8中利用如图8所示的采用运算放大器的调节器电路。在图8所示的线性调节器的情况下，生成Vref×(1+R1/R2)的电源VDDD作为输出。比如，在R1＝R2时，VDDD＝2.4V。电源VDDD成为数字信号处理部7的电源。
另外，上述并联稳压器4，是防止电源VDDA上升到超过耐压的电路。此处，通信标准为ISO14443 TYPE B。本标准的通信频率为13.56MHz，传输率为106kbps，从读写器到非接触IC卡的调制方式为10％ASK调制，从非接触IC卡到读写器是BPSK调制。
供给非接触IC卡的电力取决于卡线圈所接收的磁场强度。通常，在卡接近读写器(未图示)时，磁场强度变大，供给半导体集成电路2的电力增大。供给的电力由整流器3变换为DC电压。此处，在半导体集成电路2的负载为一定时，电源电压与供电成比例地上升。由现在的半导体加工工艺可以制造的晶体管的耐压性，在栅氧化膜厚为10nm时为5V左右。在电源VDD上升到超过耐压时，晶体管会破坏。
为了抑制这种电源VDD的电压的上升，采用消耗不需要的电力的并联稳压器4。比如，在电源电压上升到大于等于4V时，并联稳压器4就消耗多余的能量，结果就可以抑制电源VDDA的上升。另外，并联稳压器4的能力可通过由解调单元5对调制信号进行解调而予以适当的调整。
发明内容
以往的非接触IC卡具有以下的结构，由于不需要与外部机器的连接端子，耐久性优异；并且，不需要电池；在系统的小型化、低成本化方面是有效的；但过去存在以下的问题。就是说，对于比参考电压电路9上升时间更快的响应，不可能由线性调节器8对电源VDDD供电。这是因为，如前所述，线性调节器8的输出电压在参考电压Vref＝0V时，电源VDDD＝0V之故。对于参考电压电路9的上升时间需要100微秒左右的时间。所以，由于以上的原因，本来应该供给电源VDDD的能量供给电源VDDA时，电源VDDA的电位上升，在电源VDDA上升到大于等于耐压时，器件会破坏。这种器件破坏，因为数字信号处理部7的规模越大，电源VDDA的上升越大，就更令人担心。
为了抑制这种电源VDDA的上升，也可以采用提高并联稳压器4的能力的对策，但在ASK信号解调时，因为是解调单元5检测出电源VDDA的变化并提取RX信号的结构，如果单单提高并联稳压器4的能力，信号的变化变小，由解调单元5对ASK信号的解调将会变得很困难。
本发明系为了解决上述问题而完成的发明，在强电场输入时即使参考电压电路不上升，通过对电源VDDD供给能量，可以抑制电源VDDA的急剧上升，实现不会有器件受到破坏的高性能的非接触IC卡的目的。
本发明的第一方案的非接触IC卡具备线圈天线和半导体集成电路，通过线圈天线接收从外部装置发送的电磁波能量并由整流器整流而生成电源电压，包含接受上述线圈天线的输出信号并通过整流生成第1电源电压的整流器；生成参考电压的参考电压电路；判定上述参考电压是否大于等于规定电压的判定电路；以及基于上述判定电路的判定结果控制上述第1电源电压的电位的电源电压稳定化单元。
本发明的第二方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述电源电压稳定化单元具有基于上述参考电压的电位由上述第1电源电压生成第2电源电压的线性调节器；在根据上述判定电路的判定结果判定参考电压小于等于规定电压时控制上述线性调节器使其动作。
本发明的第三方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述电源电压稳定化单元具有线性调节器；上述线性调节器以根据上述判定电路选择的参考电压和规定电压中的任何一个为基础，从上述第1电源电压生成第2电源电压。
本发明的第四方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述电源电压稳定化单元具有并联电路；对上述并联电路的动作利用上述判定电路的判定结果进行控制。
本发明的第五方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，由上述判定电路判定比较的规定电压是不取决于上述第1电源电压并且比上述参考电压低的固定的电压。
本发明的第六方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述参考电压电路是带隙参考电路。
本发明的第七方案的非接触IC卡，在所述第四方案的非接触IC卡中，上述并联电路由电阻和开关构成，上述电阻和开关在上述第1电源及地之间串联连接，对上述开关利用上述判定电路的输出进行控制。
本发明的第八方案的非接触IC卡，在所述第七方案的非接触IC卡中，上述判定电路，在上述参考电压低于规定电压时，强制构成上述并联电路的上述开关闭合。
本发明的第九方案的非接触IC卡，在所述第三方案的非接触IC卡中，上述判定电路以上述参考电压和上述规定电压中高的一方作为上述参考电压。
本发明的第十方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述规定电压为二极管的正向电压。
本发明的第十一方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述半导体集成电路具备串联在上述第1电源电压和地之间的并联稳压器。
本发明的第十二方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述半导体集成电路具备提取重叠在上述第1电源电压上的RX(接收)信号的解调器及对上述提取的RX(接收)信号进行信号处理的数字信号处理部。
本发明的第十三方案的非接触IC卡，在所述第十二方案的非接触IC卡中，具备利用由上述数字信号处理部发送的TX(发送)信号对上述天线线圈间的阻抗进行调制的调制单元。
本发明的第十四方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述整流器是全波整流电路。
本发明的第十五方案的非接触IC卡，在所述第十二方案的非接触IC卡中，上述解调单元是对ASK调制信号进行解调的装置。
因为根据本发明的第一方案的非接触IC卡，具备线圈天线和半导体集成电路，通过线圈天线接收从外部装置发送的电磁波能量并由整流器整流而生成电源电压，包含接受上述线圈天线的输出信号并通过整流生成第1电源电压的整流器；生成参考电压的参考电压电路；判定上述参考电压是否大于等于规定电压的判定电路；以及根据上述判定电路的判定结果控制上述第1电源电压的电位的电源电压稳定化单元，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，通过对第2电源电压供给能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第二方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述电源电压稳定化单元具有基于上述参考电压的电位由上述第1电源电压生成第2电源电压的线性调节器；在根据上述判定电路的判定结果参考电压小于等于规定电压时控制上述线性调节器使其动作，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，通过对第2电源电压供给能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为本发明的第三方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述电源电压稳定化单元具有线性调节器；上述线性调节器以根据上述判定电路所选择的参考电压和规定电压中的任何一个为基础，从上述第1电源电压生成第2电源电压，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，通过对第2电源电压供给能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第四方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述电源电压稳定化单元具有并联电路；对上述并联电路的动作利用上述判定电路的判定结果进行控制，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第五方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，由上述判定电路判定比较的规定电压是不取决于上述第1电源电压并且比上述参考电压低的固定的电压，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，通过对第2电源电压供给能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第六方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述参考电压电路是带隙参考电路，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，通过对第2电源电压供给能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第七方案的非接触IC卡，在所述第四方案的非接触IC卡中，上述并联电路由电阻和开关构成，上述电阻和开关在上述第1电源及地之间串联连接，对上述开关利用上述判定电路的输出进行控制，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第八方案的非接触IC卡，在所述第七方案的非接触IC卡中，上述判定电路，在上述参考电压低于规定电压时，强制构成上述并联电路的上述开关闭合，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第九方案的非接触IC卡，在所述第三方案的非接触IC卡中，上述判定电路以上述参考电压和上述规定电压中高的一方作为上述参考电压，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第十方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述规定电压为二极管的正向电压，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第十一方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述半导体集成电路具备串联在上述第1电源电压和地之间的并联稳压器，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第十二方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述半导体集成电路具备提取重叠在上述第1电源电压上的RX(接收)信号的解调器及对上述提取的RX(接收)信号进行信号处理的数字信号处理部，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第十三方案的非接触IC卡，在所述第十二方案的非接触IC卡中，具备利用由上述数字信号处理部发送的TX(发送)信号对上述天线线圈间的阻抗进行调制的调制单元，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第十四方案的非接触IC卡，在所述第一方案的非接触IC卡中，上述整流器是全波整流电路，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
另外，因为根据本发明的第十五方案的非接触IC卡，在所述第十二方案的非接触IC卡中，上述解调单元是对ASK调制信号进行解调的装置，所以在强电场输入时即使参考电压电路没有上升，由并联电路消耗多余的能量，也可以抑制第1电源电压的急剧上升，实现高性能的非接触IC卡。
附图说明
图1为示出本发明的实施方式1的非接触IC卡的结构的示图。
图2为示出本发明的实施方式3的非接触IC卡的结构的示图。
图3为示出在上述实施方式1的非接触IC卡中使用的电源稳定化单元的一个例图。
图4为示出在上述实施方式1的非接触IC卡中使用的判定电路的一个例图。
图5为示出在本发明的实施方式2的非接触IC卡中使用的电源稳定化单元的一个例图。
图6为示出在上述实施方式3的非接触IC卡中使用的并联电路的一个例图。
图7为示出在上述实施方式3的非接触IC卡中使用的电源稳定化单元的一个例图。
图8为示出线性调节器的一个例图。
图9为示出现有的非接触IC卡的结构的示图。
图10为示出整流器的一个例图。
图11为示出参考电压电路的一个例图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的附图中，同一符号表示同一或相当的部分，对其说明进行省略。
(实施方式1)
下面利用图1对本发明的实施方式1的非接触IC卡予以说明。
与现有例的区别在于具备判定电路10和电源稳定化单元11。电源稳定化单元11，如图3所示，由线性调节器8和开关S1构成。开关S1与线性调节器8的电流控制用的晶体管M1的栅连接。另外，判定电路10，如图4所示，由二极管D5、电流源i1和比较器12构成。二极管D5和电流源i1串联在电源VDDA和地之间。
下面对动作予以说明。首先，基本动作与现有例一样，由上述线圈天线L1接收的信号，由整流器3整流生成电源VDDA。解调单元5将重叠在电源VDDA上的RX(接收)信号提取。该被提取的RX信号，由CPU及存储器所构成的数字信号处理部7进行信号处理。调制单元6利用由数字信号处理部7生成的TX(发送)信号对线圈天线L1间的阻抗进行调制。现在，以二极管D5的正向电压Vd作为规定电压。比如，正向电压Vd为0.8V。构成判定电路10的比较器12将正向电压Vd与参考电压Vref进行比较。在参考电压Vref比规定电压低时，因为参考电压Vref不能充分上升，强制使开关S1成为ON(接通)状态，从电源VDDA向电源VDDD供电。反之，在参考电压Vref比规定电压高时，因为参考电压Vref可以充分上升，开关S1成为OFF(断开)状态，使构成判定电路10的线性调节器8进行通常的动作。
这样一来，在一直到参考电压电路9上升期间，即使是施加强电场，对电源VDDD的供电继续，可以抑制电源VDDA上升超过耐压。
这样，根据本实施方式1的非接触IC卡，因为设置有对参考电压电路9输出的参考电压Vref进行监测的判定电路10，利用电源稳定化单元11，在一直到参考电压电路9的参考电压Vref上升为止的期间，将电源VDDA供给电源VDDD，所以即使是在参考电压Vref不上升的期间，也可以抑制电源VDDA的上升，防止器件受到破坏。
(实施方式2)
下面对本发明的实施方式2的非接触IC卡予以说明。
基本构成与实施方式1相同。与实施方式1的区别，如图5所示，在于采用线性调节器8代替电源稳定化单元11，具有利用判定电路10控制线性调节器8的参考电压Va的电源稳定化单元11a。
由此，在判定电路10中，参考电压Va，选择参考电压Vref和二极管电压Vd中的高的一方。
借助以上的构成，一直到参考电压电路9上升为止的期间，即使是施加强电场，对电源VDDD也可以利用参考电压Vref或二极管电压Vd继续供电，可以抑制电源VDDA上升超过耐压。
(实施方式3)
下面利用图2对本发明的实施方式3的非接触IC卡予以说明。
与上述实施方式1的区别在于采用线性调节器8代替电源稳定化单元11，还备有在并联稳压器和解调单元5中间连接在VDDA和地之间的并联电路13。
下面对动作予以说明。
上述并联电路13，如图6所示，由电阻R6和开关S2构成，串联在VDDA和地之间。判定电路10，一直到参考电压电路9上升为止，使并联电路13的开关S2成为导通(ON)，抑制电源VDDA的上升。在参考电压电路9上升时，判定电路10使并联电路13的开关S2成为断开(OFF)，抑制并联电路13中的能量消耗。
借助以上的构成，在一直到参考电压电路9上升为止的期间，由并联电路13消耗多余的能量，可以在强电场输入时抑制电源VDDA的急剧上升。
另外，在从上述实施方式1至实施方式3中使用的整流器3、线性调节器8、参考电压电路9、判定电路10、电源稳定化单元11的构成以及规定电压、通信标准是一个示例，并不限定于此。比如，作为整流器3，既可以使用全波整流电路，也可以使用半波整流电路。作为整流器3，只要是将交流信号变换为直流信号的电路就可以。另外，作为规定电压，采用了二极管D5的正向电压Vd，也可以采用将双极或者MOC晶体管与二极管连接而成的器件。此外，规定电压，只要是比作为参考电压源的参考电压电路9上升快的电压，具有在定常动作时大于等于地小于等于参考电压Vref的电压值就可以。另外，在实施方式3中使用的线性调节器8不是必需的，在使电源VDDD和电源VDDA可以共用的系统中是不需要的。
另外，在不需要进行收发信的系统的场合，解调单元5和调制单元6之中的任何一个或两者都可以没有。
另外，如果供电小，也可以没有并联稳压器4。
另外，在电源稳定化单元11中，在上述实施方式3中采用并联电路13，但如图7所示，也可以是晶体管M2的漏和源分别与电源VDDA及地相连接，利用判定电路10对栅进行控制的构成。
另外，作为电源稳定化单元11，采用两个整流器，但也可以利用判定电路10在两个整流器中选择任何一个或两个。总之，利用判定电路10，一直到参考电压电路9上升为止，具有对电源VDDA的电压进行控制的电源稳定化单元11的非接触IC卡全部包含在本发明中。
本发明的非接触IC卡，即使是在强电场输入时参考电压电路不上升向数字信号处理部的电源VDDD供给能量，可以抑制利用线圈天线进行变换而得到的电源VDDA的急剧上升，对于实现电源的稳定和非接触IC卡极为有用。

Claims (15)

1.一种非接触IC卡，具备线圈天线和半导体集成电路，通过线圈天线接收从外部装置发送的电磁波能量并由整流器整流而生成电源电压，其特征在于包括：
接受上述线圈天线的输出信号并通过整流生成第1电源电压的整流器；
生成参考电压的参考电压电路；
判定上述参考电压是否大于等于规定电压的判定电路；以及
基于上述判定电路的判定结果控制上述第1电源电压的电位的电源电压稳定化单元。
2.如权利要求1所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述电源电压稳定化单元具有基于上述参考电压的电位由上述第1电源电压生成第2电源电压的线性调节器；
在根据上述判定电路的判定结果判定参考电压小于等于规定电压时控制上述线性调节器使其动作。
3.如权利要求1所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述电源电压稳定化单元具有线性调节器；
上述线性调节器以根据上述判定电路所选择的参考电压和规定电压中的任何一个为基础，从上述第1电源电压生成第2电源电压。
4.如权利要求1所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述电源电压稳定化单元具有并联电路；
对上述并联电路的动作利用上述判定电路的判定结果进行控制。
5.如权利要求1所述的非接触IC卡，其特征在于：
由上述判定电路所判定比较的规定电压是不取决于上述第1电源电压并且比上述参考电压低的固定的电压。
6.如权利要求1所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述参考电压电路是带隙参考电路。
7.如权利要求4所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述并联电路由电阻和开关构成，
上述电阻和开关在上述第1电源及地之间串联连接，
对上述开关利用上述判定电路的输出进行控制。
8.如权利要求7所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述判定电路，在上述参考电压低于规定电压时，强制构成上述并联电路的上述开关闭合。
9.如权利要求3所述的非接触IC卡，其特征在于：
述判定电路以上述参考电压和上述规定电压中高的一方作为上述参考电压。
10.如权利要求1所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述规定电压为二极管的正向电压。
11.如权利要求1所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述半导体集成电路具备串联在上述第1电源电压和地之间的并联稳压器。
12.如权利要求1所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述半导体集成电路具备提取重叠在上述第1电源电压上的RX(接收)信号的解调器及对上述提取的RX(接收)信号进行信号处理的数字信号处理部。
13.如权利要求12所述的非接触IC卡，其特征在于：
具备利用由上述数字信号处理部发送的TX(发送)信号对上述天线线圈间的阻抗进行调制的调制单元。
14.如权利要求1所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述整流器是全波整流电路。
15.如权利要求12所述的非接触IC卡，其特征在于：
上述解调单元是对ASK调制信号进行解调的装置。
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