DE102013105291A1

DE102013105291A1 - Chipkarte

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Publication number: DE102013105291A1
Application number: DE201310105291
Authority: DE
Inventors: Richard Sbüll; Walter Kargl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: US9135546B2; CN104182791A; US20140346236A1; CN104182791B; DE102013105291B4

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Chipkarte beschrieben, die eine Antenne, die eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal zu empfangen, einen Gleichrichter, der eingerichtet ist, das empfangene Signal gleichzurichten und einen kapazitiven oder einen induktiven Gleichspannungswandler aufweist, der eingerichtet ist, auf Basis des gleichgerichteten Signals eine Versorgungsspannung bereitzustellen.

Description

Ausführungsbeispiele betreffen allgemein Chipkarten.
Kontaktlose Chipkarten werden typischerweise durch das elektromagnetische Feld eines Chipkartenlesers mit Energie versorgt. Da die auf diese Weise von einer Chipkarte mittels ihrer Antenne empfangene Energie begrenzt ist, ist es wünschenswert, die empfangene Energie von der Antenne möglichst verlustarm an die Komponenten der Chipkarte, die versorgt werden sollen, weiterzugeben.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Chipkarte bereitgestellt, die eine Antenne, die eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal zu empfangen, einen Gleichrichter, der eingerichtet ist, das empfangene Signal gleichzurichten und einen kapazitiven oder einen induktiven Gleichspannungswandler aufweist, der eingerichtet ist, auf Basis des gleichgerichteten Signals eine Versorgungsspannung bereitzustellen.
Die Figuren geben nicht die tatsächlichen Größenverhältnisse wieder sondern sollen dazu dienen, die Prinzipien der verschiedenen Ausführungsbeispiele zu illustrieren. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben.
1 zeigt eine Chipkarte mit einem Versorgungspfad, der einen veränderbaren Widerstand enthält.
2 zeigt eine Chipkarte mit einem Versorgungspfad, der einen Gleichspannungswandler enthält.
3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Chipkarte, die auf einer Gleichrichterstruktur basiert
4 zeigt eine Chipkarte mit einem Versorgungspfad, der einen Gleichspannungswandler enthält.
5 zeigt Spannungsdiagramme und Stromdiagramme.
6 zeigt einen Vergleich des Versorgungsstroms für eine Chipkarte mit einem Versorgungspfad, der nicht mit einem Gleichspannungswandler implementiert ist und des Versorgungsstroms für eine Chipkarte mit einem Versorgungspfad, der mit einem Gleichspannungswandler implementiert ist.
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Figuren, die Details und Ausführungsbeispiele zeigen. Andere Ausführungsformen sind auch möglich und die Ausführungsbeispiele können in struktureller, logischer und elektrischer Hinsicht geändert werden, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele schließen sich nicht notwendig gegenseitig aus sondern es können verschiedene Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, so dass neue Ausführungsformen entstehen.
Gemäß dem ISO 14443-Standard weist die grundlegendste Implementierung einer kontaktlosen RFID-Systems einen Leser (PCD für engl. proximity coupling device) und eine Chipkarte (PICC für engl. proximity integrated circuit card) auf. Bidirektionale Datenkommunikation zwischen dem Leser und der Chipkarte und auch Energietransfer zwischen dem Leser und der Chipkarte wird mittels zwei induktiv gekoppelten Antennen erreicht. Das magnetische Feld, das von der Antenne des Lesers ausgesendet wird, wird dabei von der Antenne der Chipkarte empfangen, die somit an ihren Anschlüssen eine gewisse Leistung bereitstellt, die dazu verwendet werden kann, die Komponenten der Chipkarte mit Energie zu versorgen.
Ein Beispiel für den Energieversorgungspfad einer Chipkarte ist in 1 dargestellt.
1 zeigt eine Chipkarte 100.
Die Chipkarte 100 weist eine Antenne 101 auf, die eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal aus einem Feld 102 zu empfangen. Eine parallel zu der Antenne angeordnete Abstimmkapazität 103 bildet mit der Antenne 101 und den weiteren damit gekoppelten Chipkartenkomponenten einen Parallelschwingkreis (Resonanzkreis).
Die Anschlüsse der Antenne 101 sind mit den Eingängen eines Gleichrichters 104 gekoppelt, der ein gleichgerichtetes Signal mit einer Maximalspannung oder Amplitude MV_VDD, in diesem Beispiel 5,5 V, bereitstellt. Das gleichgerichtete Signal wird einem veränderbaren Widerstand 105 zugeführt. Der veränderbare Widerstand 105 wird von dem Ausgangssignal eines Operationsverstärkers 106 (allgemein eines Antennenspannungsreglers) gesteuert, der die aktuelle maximale Antennenspannung (Antennen-Peak-Spannung) mit einer Referenzspannung vergleicht. An den Ausgang des veränderbaren Widerstands 105 ist eine Zenerdiode 107 (allgemein ein Shunt) und eine oder mehrere zu versorgende Komponenten 108 (z. B. eine integrierte Logikschaltung) angeschlossen.
Die Antenne empfängt aus dem Feld 102 ein sinusförmiges elektromagnetisches Signal (z. B. von einem Chipkartenleser). Die Stärke des Feldes 102 kann durch die effektive Feldstärke H_Feld repräsentiert werden. In der Antenne wird ein sinusförmiger Strom induziert und entsprechend wird dem Parallelschwingkreis eine gewisse Leistung zugeführt. Die Abstimmkapazität 103 ist parallel zu den weiteren Chipkartenkomponenten 104, 105, 106, 107, 108 geschaltet.
Mittels Einstellen des veränderbaren Widerstands 105 wird die Güte des Parallelschwingkreises derart eingestellt, dass der Maximalwert (Peak-Wert) der Antennenspannung gleich einem gewissen Zielwert (nämlich der Referenzspannung) ist, indem der Stromverbrauch und letztendlich die Eingangsimpedanz des Gleichrichters bzw. der Anordnung aus den Chipkartenkomponenten 104, 105, 106, 107, 108 verändert wird.
Die Antennenspannung wird zunächst dem Gleichrichter 104 zugeführt, der daraus ein Signal vlalb_peak erzeugt, das proportional ist zum Maximalwert der Antennenspannung. Der Operationsverstärker 106 vergleicht dieses Signal mit einem Referenzsignal REF, das die Referenzspannung charakterisiert und steuert entsprechend den veränderbaren Widerstand. Falls der Maximalwert der Antennenspannung größer ist als die Referenzspannung, wird der Wert des veränderbaren Widerstands 105 verringert und umgekehrt. Deshalb wird der Strom I_res, der in den veränderbaren Widerstand 105 fließt, laufend durch die Regelschleife verändert und hängt von der Feldstärke des Felds 102 an der Antenne 101 ab. Der Strom, der am Ausgang des veränderbaren Widerstands 105 zur Verfügung steht, wird von der zu versorgenden Komponente 108 und der Zenerdiode 107 verbraucht. Falls der Stromverbrauch der zu versorgenden Komponente 108 kleiner ist als der am Ausgang des veränderbaren Widerstands 105 zur Verfügung stehende Strom, so wird die Differenz von der Zenerdiode 107 verbraucht (d. h. fließt über die Zenerdiode 107 zum Masseanschluss ab.
Die Spannung am Ausgang des Gleichrichters MV_VDD (z. B. 5,5 V) ist typischerweise höher als die Spannung am Ausgang des veränderbaren Widerstands LV_VDD (z. B. 1,35 V). Entsprechend ist der Leistungsverlust an dem veränderbaren Widerstand gleich (MV_VDD – LV_VDD)·I_res. Die Effizienz dieser Struktur ist somit gegeben durch p_MV/P_LV = LV_VDD/MV_VDD wobei P_MV die Leistung am Ausgang des Gleichrichters 104 ist und P_LV die Leistung am Ausgang des veränderbaren Widerstands 105 ist. Diese Effizienz ist typischerweise (erheblich) kleiner als 1 (z. B. 0,23), da LV_VDD kleiner ist als MV_VDD.
Im Folgenden wird eine Chipkarte beschrieben, die beispielsweise einen effizienten Transfer der an der Chipkartenantenne aufgenommen Leistung zu einer zu versorgenden Komponente ermöglicht.
2 zeigt eine Chipkarte 200.
Die Chipkarte 200 weist eine Antenne 201, die eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal zu empfangen und einen Gleichrichter 202, der eingerichtet ist, das empfangene Signal gleichzurichten, auf. Außerdem weist die Chipkarte 200 einen kapazitiven oder einen induktiven Gleichspannungswandler 203 auf, der eingerichtet ist, auf Basis des gleichgerichteten Signals eine Versorgungsspannung bereitzustellen.
In anderen Worten wird in den Versorgungspfad ein Gleichstromwandler (beispielsweise anstatt einer linearen Komponente wie der veränderbare Widerstand 105) eingefügt. Auf diese Weise kann eine effizientere Weiterleitung der an der Antenne aufgenommenen Energie erfolgen, da der Gleichstromwandler die Energie bzw. Leistung effizient weitergeben kann.
Der Gleichspannungswandler ist beispielsweise eingerichtet, die Versorgungsspannung für eine zu versorgende Komponente bereitzustellen.
Beispielsweise ist der Gleichspannungswandler eingerichtet, die Versorgungsspannung für einen integrierten Schaltkreis bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler ein geschalteter induktiver Gleichspannungswandler oder ein geschalteter kapazitiver Gleichspannungswandler.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Chipkarte eine Stabilisierungsschaltung auf, die eingerichtet ist, die Versorgungsspannung auf einem vorgegebenen Wert zu begrenzen.
Die Stabilisierungsschaltung weist beispielsweise eine (z. B. mit Masse verbundende) Zenerdiode auf.
Das gleichgerichtete Signal ist beispielsweise ein Pulssignal.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Chipkarte eine Regelschaltung auf, die eingerichtet ist, die maximale Antennenspannung zu regeln.
Die Regelschaltung kann beispielsweise eingerichtet sein, die maximale Antennenspannung durch Einstellen des Eingangswiderstands des Gleichrichters zu regeln.
Zum Beispiel ist das gleichgerichtete Signal ein Pulssignal und die Regelschaltung ist eingerichtet, den Eingangswiderstand durch Einstellen der Pulsweite des Pulssignals einzustellen.
Die Regelschaltung ist beispielsweise eingerichtet, die maximale Antennenspannung auf eine vorgegebene Referenzspannung zu regeln.
Im Folgenden wir als Beispiel eine Versorgungsschaltung für eine Chipkarte, die auf einer Gleichrichterstruktur (AC/DC-Wandler-Struktur) basiert, beschrieben.
3 zeigt eine Chipkarte 300.
Die Chipkarte 300 weist eine Antenne 301 auf, die eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal aus einem Feld 302 zu empfangen. Eine parallel zu der Antenne angeordnete Abstimmkapazität 303 bildet mit der Antenne 301 und den weiteren damit gekoppelten Chipkartenkomponenten einen Parallelschwingkreis (Resonanzkreis).
Die Anschlüsse der Antenne 301 sind mit den Eingängen eines Gleichrichters 304 gekoppelt, der ein gleichgerichtetes Signal mit einer Maximalspannung oder Amplitude MV_VDD, in diesem Beispiel 5,5 V bereitstellt.
Der Gleichrichter 304 wird von dem Ausgangssignal eines Operationsverstärkers 306 (allgemein eines Antennenspannungsreglers) gesteuert, der die aktuelle maximale Antennenspannung (Antennen-Peak-Spannung) mit einer Referenzspannung vergleicht.
Das gleichgerichtete Signal wird einem Gleichspannungswandler 305 zugeführt. An den Ausgang des Gleichspannungswandlers 305 ist eine Zenerdiode 307 (allgemein ein Shunt) und eine oder mehrere zu versorgende Komponenten 308 (z. B. eine integrierte Logikschaltung) angeschlossen.
Die Antenne empfängt aus dem Feld 302 ein sinusförmiges elektromagnetisches Signal (z. B. von einem Chipkartenleser). Die Stärke des Feldes 302 kann durch die effektive Feldstärke H_Feld repräsentiert werden. In der Antenne 301 wird ein sinusförmiger Strom induziert und entsprechend wird dem Parallelschwingkreis eine gewisse Leistung zugeführt. Die Abstimmkapazität 303 ist parallel zu den weiteren Chipkartenkomponenten 304, 305, 306, 307, 308 geschaltet.
Der Versorgungspfad weist in diesem Beispiel den Gleichrichter 304 und den Gleichspannungswandler 305 auf. Der Gleichrichter 304 ist in diesem Beispiel derart implementiert, dass die Impedanz an seinem Wechselstromeingang (in 3 gekennzeichnet mit 1a und 1b) gemäß dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 106, bezeichnet mit Z_input, eingestellt werden kann.
Durch Einstellen dieser Eingangsimpedanz des Gleichrichters 304 wird die Güte des Parallelschwingkreises derart eingestellt, dass der Maximalwert (Peak-Wert) der Antennenspannung gleich einem gewissen Zielwert (nämlich der Referenzspannung) ist.
Die Antennenspannung wird zunächst dem Gleichrichter 304 zugeführt, der daraus ein Signal vlalb_peak erzeugt, das proportional ist zum Maximalwert der Antennenspannung. Der Operationsverstärker 306 vergleicht dieses Signal mit einem Referenzsignal REF, das die Referenzspannung charakterisiert und steuert entsprechend den Gleichrichter 304. Falls der Maximalwert der Antennenspannung größer ist als die Referenzspannung, wird die Eingangsimpedanz des Gleichrichters 304 und die Güte des Resonanzkreises durch verringern des Pegels des Signals Z_input verringert und umgekehrt.
Der Strom I_mv, der am Ausgang des Gleichrichters 304 zur Verfügung steht, wird dem Gleichspannungswandler 305 zugeführt. Der Durchschnittswert des Stroms I_mv ist das Resultat der verfügbaren Feldstärke des elektromagnetischen Felds 302 an der Antenne 301 und der eingestellten maximalen Antennenspannung. Durch Implementieren des Gleichspannungswandlers 305 als induktiven Gleichspannungswandler, z. B. geschaltetem induktiven Gleichspannungswandler, oder kapazitiven Gleichspannungswandler, z. B. geschaltetem kapazitiven Gleichspannungswandler kann erreicht werden, dass sein Effizienzfaktor EFF = P_LV/P_MV nahe bei eins ist. Dabei ist P_MV die Leistung am Ausgang des Gleichrichters 304 und P_LV die Leistung am Ausgang des Gleichspannungswandlers 305.
Der Strom, der am Ausgang des Gleichspannungswandlers 305 zur Verfügung steht, ist gleich I_lv = I_mv·MV_VDD/LV_VDD·EFF wobei MV_VDD die Spannung am Ausgang des Gleichrichters 304 und LV_VDD die Spannung am Ausgang des veränderbaren Widerstands ist.
Der Strom I_lv wird von der zu versorgenden Komponente 308 und der Zenerdiode 307 verbraucht. Falls der Stromverbrauch der zu versorgenden Komponente 108 kleiner ist als der am Ausgang des Gleichspannungswandlers 305 zur Verfügung stehende Strom, so wird die Differenz von der Zenerdiode 107 verbraucht (d. h. fließt über die Zenerdiode 107 zum Masseanschluss ab.
Im Vergleich zu dem Versorgungspfad der Chipkarte 100 kann der Strom I_lv, der am Ausgang des Gleichspannungswandlers 305 der zu versorgenden Komponente 308 zur Verfügung steht, um den Faktor MV_VDD/LV_VDD·EFF erhöht werden. Im Falle von EFF = 0,9, MV_VDD = 0,5 und LV_VDD = 1,35 ist dieser Strom somit 3,7-mal größer als der, der bei der Chipkarte 100 der zu versorgenden Komponente 108 zur Verfügung steht.
Im Folgenden wird ein Implementierungsbeispiel beschrieben, bei dem eine kontaktlose Chipkarte einen Versorgungspfad mit induktivem Gleichspannungswandler aufweist.
4 zeigt eine Chipkarte 400.
Entsprechend zu 3 weist die Chipkarte 400 eine Antenne 401 auf, die eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal aus einem Feld 402 zu empfangen und eine parallel zu der Antenne angeordnete Abstimmkapazität 403 bildet mit der Antenne 401 und den weiteren damit gekoppelten Chipkartenkomponenten einen Parallelschwingkreis (Resonanzkreis).
Die Anschlüsse der Antenne 401 sind mit den Eingängen 409, 410 eines Gleichrichters 404 gekoppelt, der ein gleichgerichtetes Signal mit einer Maximalspannung oder Amplitude MV_VDD, in diesem Beispiel 5,5 V bereitstellt. In diesem Beispiel ist der erste Eingang 409 des Gleichrichters 404 mit dem Drain-Anschluss eines ersten nMOS-Transistors 411 gekoppelt. Der zweite Eingang 410 ist mit dem Drain-Anschluss eines zweiten nMOS-Transistors 412 gekoppelt. Die Source-Anschlüsse der nMOS-Transistoren 411, 412 sind mit Masse gekoppelt.
Der Gate-Anschluss des ersten nMOS-Transistors 411 ist mit dem zweiten Eingang 410 gekoppelt und der Gate-Anschluss des zweiten nMOS-Transistors 412 ist mit dem ersten Eingang 409 gekoppelt.
Der erste Eingang 409 ist ferner mit dem Source-Anschluss eines ersten pMOS-Transistors 413 gekoppelt und der zweite Eingang 410 ist mit dem Source-Anschluss eines zweiten pMOS-Transistors 414 gekoppelt. Die Drain-Anschlüsse der pMOS-Transistoren 413, 414 sind mit dem Ausgang 415 des Gleichrichters 404 gekoppelt.
Die nMOS-Transistoren 411, 412 implementieren (Low-Side-)Schalter, die entweder den ersten Eingang 409 oder den zweiten Eingang 410 mit Masse (VSS) verbinden. Die pMOS-Transistoren 413, 414 bilden (High-Side-)Dioden, die entweder den ersten Eingang 409 oder den zweiten Eingang 410 mit dem Ausgang 415 verbinden.
Das Antennensignal, charakterisiert durch die Antennenspannung vlalb, d. h. der Spannung zwischen dem ersten Eingang 409 und dem zweiten Eingang 410, ist sinusförmig. Das Potential am ersten Eingang 409 wird im Folgenden mit V_1a bezeichnet und das Potential am zweiten Eingang 410 wird im Folgenden mit V_1b bezeichnet.
Falls V_1a > V_1b + V_THN, wobei V_THN die Schwellspannung der nMOS-Transistoren 411, 412 bezeichnet, so wird der zweite Eingang 410 von dem zweiten nMOS-Transistor 412 mit Masse verbunden. Falls V_1b > V_1a + V_THN, so wird der erste Eingang 409 von dem ersten nMOS-Transistor 411 mit Masse verbunden. V_1a-VSS repräsentiert die positive Halbwelle des Antennensignals und V_1b – VSS repräsentiert den Betrag der negativen Halbwelle des Antennensignals.
Der Gleichrichter 404 wird von dem Ausgangssignal Z_input eines Operationsverstärkers 406 (allgemein eines Antennenspannungsreglers) gesteuert, der die aktuelle maximale Antennenspannung (Antennen-Peak-Spannung) mit einer Referenzspannung vergleicht.
Falls V_1a > Z_input + V_THP, so wird der erste Eingang 409 mittels des ersten pMOS-Transistors 413 mit dem Ausgang 415 verbunden. Falls V_1b > Z_input + V_THP, so wird der erste Eingang 409 mittels des ersten pMOS-Transistors 413 mit dem Ausgang 415 verbunden. V_THP bezeichnet dabei die Schwellspannung der pMOS-Transistoren 413, 414.
Das Ausgangssignal Z_input des Operationsverstärkers 406 legt die Menge der Ladung fest, die von dem ersten Eingang 409 bzw. dem zweiten Eingang 410 pro Halbwelle zum Ausgang 415 transferiert wird und letztendlich die Eingangsimpedanz des Gleichrichters 404 fest. Aufgrund dessen steuert der Operationsverstärker 406 die maximale Antennenspannung durch Anpassen der Güte des Resonanzkreises mittels des Signals Z_input, wie es im Zusammenhang mit 3 beschrieben ist.
Das gleichgerichtete Signal wird wie in 3 einem Gleichspannungswandler zugeführt, der in diesem Beispiel eine Freilaufdiode 416 aufweist, deren Anode mit Masse und deren Kathode mit dem Ausgang 415 gekoppelt ist und eine Induktivität (Spule) 417 aufweist, die mit dem Ausgang 415 gekoppelt ist. Ein Schalter 418 ist zu der Freilaufdiode parallel geschaltet. Der Schalter 418 wird beispielsweise geschlossen, wenn die Diode nicht sperrt, so dass ein Leistungsverlust an der Diode vermieden werden kann.
An den Ausgang der Induktivität ist eine Zenerdiode 407 (allgemein ein Shunt) und eine oder mehrere zu versorgende Komponenten 408 (z. B. eine integrierte Logikschaltung) angeschlossen. Die Zenerdiode kann auch als Teil des Gleichspannungswandlers angesehen werden. Ebenso können auch Teile des Gleichrichters, etwa die pMOS-Transistoren 413, 414, als Teile des Gleichspannungswandlers angesehen werden.
Beispiele für Strom- und Spannungsverläufe sind in 5 dargestellt.
5 zeigt Spannungsdiagramme 501, 502 und Stromdiagramme 503, 504.
Die Zeit verläuft in den Diagrammen 501, 502, 503, 504 von links nach rechts entlang jeweiliger Zeitachsen 505 und die Spannung bzw. der Strom nehmen entlang jeweiliger Spannungsachsen bzw. Stromachsen 506 von unten nach oben zu.
Die angegebenen Größen und Strom- bzw. Spannungsverläufe basieren auf einer Simulation bei einer Funkfrequenz von 13,56 MHz, einer Feldstärke des Feldes 402 von 1,5 A/m und einer maximalen Antennenspannung von 11,6 V.
Das erste Spannungsdiagramm 501 zeigt in einem ersten Graphen 507 das Potential am ersten Eingang 409, in einem zweiten Graphen 508 das Potential am zweiten Eingang 410, in einem dritten Graphen 509 das (in diesem Beispiel konstante) Signal Z_input und in einem vierten Graphen 510 die Spannung am Ausgang 415.
Das zweite Spannungsdiagramm 502 zeigt in fünften Graphen 511 die Spannung am Ausgang der Induktivität 417.
Das erste Stromdiagramm 503 zeigt in einem sechsten Graphen 512 den Freilaufstrom I_frei und in einem siebten Graphen 513 den Strom I_mv am Ausgang 415 des Gleichrichters 404.
Das zweite Stromdiagramm 504 zeigt in einem achten Graphen 514 den Strom am Ausgang der Induktivität 417.
Der gepulste Strom I_mv am Ausgang 415 entspricht dem Ladungstransfer durch die pMOS-Transistoren 413, 414. In 4 veranschaulicht ein erster gestrichelt gezeigter Strompfad 419 den Stromfluss bei einem Strompuls des Stroms I_mv in der positiven Halbwelle.
Die Dauer der Intervalle, für die ein Strompuls von dem ersten Eingang 409 durch den ersten pMOS 413 (positive Halbwelle) oder von dem zweiten Eingang 410 durch den zweiten pMOS 414 (negative Halbwelle) geliefert wird, ist in 5 mit t_an bezeichnet.
Ein Strompuls wird direkt der Induktivität 417 zugeführt (in diesem Fall ist I_mv = I_lv). Entsprechend erhöht sich während eines Strompulses der Strom I_lv durch die Induktivität 417 und somit die in der Induktivität 417 gespeicherte Energie.
Die Dauer der Intervalle, für die keine Strompulse von dem Gleichrichter 404 geliefert werden (da die pMOS-Transistoren 413, 414 ausgeschaltet sind), ist in 5 mit t_aus bezeichnet. In diesem Fall ist I_mv gleich Null (da kein Strompuls verfügbar ist) und der Strom durch die Induktivität 417 ist gleich dem Freilaufstrom I_frei (d. h. I_lv = I_frei). In 4 veranschaulicht ein zweiter gestrichelt gezeigter Strompfad 420 den Stromfluss in diesem Fall, in dem Strom durch die Freilaufschaltung (d. h. durch die Freilaufdiode 416 bzw. den Schalter 418, der in diesem Fall entsprechend geschlossen werden kann) fließt. Die Induktivität 417 agiert in diesem Fall als eine Stromquelle, die die zu versorgende Komponente 408 und den Shunt 407 mit dem Strom I_lv versorgt. Im Laufe eines solchen Zeitintervalls, in dem die Induktivität 417 auf diese Weise als Stromquelle agiert, verringert sich entsprechend der Strom I_lv und die in der Induktivität 417 gespeicherte Energie.
Der Zusammenhang zwischen dem Strom I_mv und dem Strom I_lv ist gegeben durch MV_VDD/LV_VDD·EFF, wobei der Faktor EFF die Effizienz des Gleichspannungswandlers angibt und damit typischerweise kleiner als eins ist.
In dem Beispiel, das in 5 dargestellt ist, ist die Spannung MV_VDD durchschnittlich 4,14 V, die Spannung LV_VDD durchschnittlich 1,35 V, der Strom I_mv durchschnittlich 4,81 mA und der Strom I_lv durchschnittlich 11,51 mA.
Somit ist das Verhältnis zwischen I_lv und I_mv gleich 11,51 mA/4,81 mA = 2,39.
Die Effizienz der Schaltung ergibt sich aus den obigen Werten (aufgrund von ohmschen Verlusten, die in der Simulation hinzugefügt wurden) zu EFF = (11,51 mA/4,81 mA)/(4,14 V/1,35 V) = 0,78.
6 zeigt einen Vergleich des Versorgungsstroms I_lv für eine Chipkarte mit einem Versorgungspfad, der nicht mit einem Gleichspannungswandler wie beschrieben implementiert ist (dargestellt in einem ersten Graphen 601), und des Versorgungsstroms I_lv für eine Chipkarte mit einem Versorgungspfad, der mit einem Gleichspannungswandler wie beschrieben implementiert ist (dargestellt in einem zweiten Graphen 602).
Die Graphen 601, 602 zeigen jeweils die Abhängigkeit des Versorgungsstroms I_lv (der von unten nach oben entlang einer Stromachse 604 zunimmt) in Abhängigkeit der Feldstärke an der Antenne (die von links nach rechts entlang einer Feldstärkeachse 603 zunimmt).
Die Ergebnisse basierend auf einer Simulation mit einer Funkfrequenz von 13,56 MHz und einer maximalen Antennenspannung von 11 V.
Das Verhältnis der Ströme (Implementierung mit Gleichspannungswandler gegenüber Implementierung ohne Gleichspannungswandler) ist bei einer Feldstärke von 1,5 A/m gleich 17,30 mA/7,25 mA = 2,38, was als eine erhebliche Verbesserung der Chipkarte der Versorgung angesehen werden kann.
Obwohl die Erfindung vor allem unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte es von denjenigen, die mit dem Fachgebiet vertraut sind, verstanden werden, dass zahlreiche Änderungen bezüglich Ausgestaltung und Details daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Bereich der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen. Der Bereich der Erfindung wird daher durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Änderungen, welche unter den Wortsinn oder den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, umfasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 14443-Standard [0012]

Claims

Chipkarte aufweisend: eine Antenne, die eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal zu empfangen; ein Gleichrichter, der eingerichtet ist, das empfangene Signal gleichzurichten; einen kapazitiven oder einen induktiven Gleichspannungswandler, der eingerichtet ist, auf Basis des gleichgerichteten Signals eine Versorgungsspannung bereitzustellen.
Chipkarte gemäß Anspruch 1, wobei der Gleichspannungswandler eingerichtet ist, die Versorgungsspannung für eine zu versorgende Komponente bereitzustellen.
Chipkarte gemäß Anspruch 1, wobei der Gleichspannungswandler eingerichtet ist, die Versorgungsspannung für einen integrierten Schaltkreis bereitzustellen.
Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gleichspannungswandler ein geschalteter induktiver Gleichspannungswandler oder ein geschalteter kapazitiver Gleichspannungswandler ist.
Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend eine Stabilisierungsschaltung, die eingerichtet ist, die Versorgungsspannung auf einem vorgegebenen Wert zu begrenzen.
Chipkarte gemäß Anspruch 5, wobei die Stabilisierungsschaltung eine Zenerdiode aufweist.
Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das gleichgerichtete Signal ein Pulssignal ist.
Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend eine Regelschaltung, die eingerichtet ist, die maximale Antennenspannung zu regeln.
Chipkarte gemäß Anspruch 8, wobei die Regelschaltung eingerichtet ist, die maximale Antennenspannung durch Einstellen des Eingangswiderstands des Gleichrichters zu regeln.
Chipkarte gemäß Anspruch 9, wobei das gleichgerichtete Signal ein Pulssignal ist und wobei die Regelschaltung eingerichtet ist, den Eingangswiderstand durch Einstellen der Pulsweite des Pulssignals einzustellen.
Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Regelschaltung eingerichtet ist, die maximale Antennenspannung auf eine vorgegebene Referenzspannung zu regeln.