JP4434472B2 - 遠隔電力供給される電子構成部品用安定化電力供給デバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠隔制御される電子構成部品の電源、すなわち安定化電力供給デバイス、限定されないが、特に、非接触スマートカード、すなわち端子と遠隔通信し、端子へのカード上のデータの伝送が吸収変調によって従来通り行われるカードに関する。本発明の１つの用途は、リーダにも差し込み可能な「密接合」スマートカードとも呼ばれる非接触スマートカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触スマートカードでは、また、電力の供給とデータの伝送とが同一のチャネルを経由して行われる。実際、カード上のチップは、遠隔端子のコイルと相互作用するコイルのような誘導インタフェースを含む。吸収変調によりカードから伝送されたデータの復号化は、伝送されたデータに対応して、チップの変調手段で生成された電圧変化を端子のコイルで計測することにある。
下記特許文献１は、非接触情報カードに関するものである。下記特許文献１には、可変容量素子の容量値を変化させて共振回路の共振周波数を変化させ、整流手段の出力側の電圧値を一定にすることが開示されている。
下記特許文献２は、マイクロプロセッサを含むカードに関するものである。下記特許文献２には、マイクロプロセッサで実行された作業をマスキングするために、制御手段により、マイクロプロセッサの消費電流を強制的に変更することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】
特開平８−７０５９号公報
【特許文献２】
国際公開第９９／４９４１６号
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在、同一の電子チップに組み入れられた機能の数は、絶えず増加している。機能の増加は、使用されるトランジスタ数の増加と、消費される電力量の著しい増加を意味する。そのため、結果的にチップの電子構成部品の動作時には、消費または吸収される電流が大きく変化する。この消費される電流の変化は、チップ側のコイルに、実際の変調電流と混合される電流を誘導する。そのため、端子側のコイルで得られる電圧変化は、吸収変調により生成された電圧変化のみではなく、チップの電子構成部品での電流消費の変化により引き起こされるこれらの「擬似」電圧変化をも含む。そのため、伝送されたデータの復号化が妨げられ、最悪の場合、データの伝送が遮断される。
【０００４】
本発明の目的は、この問題の解決法の提供である。
本発明の目的の１つは、電子構成部品で吸収される電流の変化によるデータの伝送の妨害を防止し、遠隔電力供給される集積回路で消費される電流がどのように変化しても、信頼性の高いデータ伝送を達成する遠隔電力供給される電子構成部品用安定化電力供給デバイスを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、そのため、コイルのような誘導インタフェースを経由して電力の供給とデータの伝送を同一のチャネルで行う遠隔電力供給される電子構成部品アセンブリ用の安定化電力供給デバイスを提供するものである。本発明によれば、この安定化電力供給デバイスは、誘導インタフェースと電子構成部品アセンブリとの間に配設され、電子構成部品の適正な動作を保証するために、電子構成部品に可変電流、すなわち電子構成部品での消費電流の変化に応じて変化可能な電流を供給し、有効なデータ伝送を可能にするために、一定電流を消費する電子モジュールを有する。
【０００６】
本発明の１つの態様によれば、電子モジュールは、一定電流を発生する電流源と、電子構成部品アセンブリに並列接続された定電圧の分流手段（または分流器）（例えば、抵抗ブリッジによりバイアスされたｎ−ＭＯＳトランジスタ）を有する。
好ましくは、電流源により発生される定電流は、少なくとも電子構成部品アセンブリで消費される最大電流に等しい。
【０００７】
本発明の好ましい１つの態様によれば、定電流源は、定電圧を用いる基準回路によって制御される。
好ましくは、電気モジュールは、高周波信号を除去するため、２つのフィルタコンデンサを有する。
【０００８】
本発明の１つの好ましい態様によれば、インタフェースは、全波整流器に接続されるコイルを有し、このコイルは、リモートインデューサ（例えば、スマートカードと通信する端子側のコイル）の磁界によって誘導される電圧の発生源である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のさらなる利点と特徴を、限定的ではない実施の形態と添付した図面を用いて説明する。
【００１０】
本発明による遠隔電力供給される電子構成部品用安定化電力供給デバイスは、主要な電子構成部品として非同期論理マイクロコントローラを有するスマートカード上に製造されるものとして、以下に説明されるが、本発明はこれに限定されない。これは、非同期論理マイクロコントローラが、特性として吸収された電力において大きな変化を示すからである。
【００１１】
図１を参照すると、コイル１は、遠隔端子にあるインデューサである。コイル１は、磁界を発生する。図１に示す他の素子は、チップの部分を形成する。コイル２は、コイル２がコイル１によって生成された磁界中にある時に生じる誘導電圧をチップの素子に供給する。この誘導電圧は、チップにより消費される電流Ｉを発生する。全波整流器ＲＤＡは、コイル２の端子で生じる無線周波交流電圧から電圧ＶＮＲを供給する。
【００１２】
インデューサ１の端子での誘導電圧は、下記式で表される。
Ｖ＝ＭωＩ
式中、Ｍはインデューサ１とコイル２との間の相互インダクタンスであり、ωは角周波数２πｆ（ｆは周波数）である。
電圧Ｖ＝ＭωＩは、カードから端子にデータが伝送されない時に存在する電圧に相当する。
コイル２と全波整流器３を有する誘導インタフェースは、チップへの電力供給のみではなく、カードから端子への、および端子からカードへのデータの伝送を可能にする。
【００１３】
マイクロコントローラ１０は、スマートカードの主要な電子回路である。マイクロコントローラ１０は、データ変調手段１１およびデータ復調手段１２を用いて端子とのデータ交換を行ってもよい。復調手段１２は端子により放出されたデータを受信するのに使用される。端子からチップへのデータの伝送は、磁界の振幅変調により行われる。データ変調手段１１は、当業者に公知の技術である位相変調された搬送波の吸収変調の技術を用いて端子にデータを伝送するのに使用される。
【００１４】
電子モジュール４は、マイクロコントローラ１０と全波整流器３の間に置かれる。電子モジュール４は、その入力で定電流ｉ０を受け取り、マイクロコントローラ１０の消費電流の関数として変化する電流ｉ３をマイクロコントローラ１０に供給する。
電子モジュール４は、その分岐に定電流ｉ１を供給する電流源５と、定電圧分流器７（例えば、抵抗ブリッジによりそのゲートにバイアスされたｎ−ＭＯＳトランジスタ）と、電流源５にバイアスをかけるための基準電流を発生する基準手段６を有する。電子モジュール４は、また、高周波信号が電子モジュール４の動作を妨げないようにするための２つのフィルタコンデンサ８，９を有する。
【００１５】
分流器７は、マイクロコントローラ１０の端子にマイクロコントローラ１０の適正な動作に必要とされる電圧に等しい値の安定化電圧ＶＤＤを供給する。
電圧ＶＮＲは、復調手段１１、変調手段１２および基準手段６に供給される。基準手段の出力の１つは、電流源５にバイアスするための基準電流を供給する。
【００１６】
電流源５は、マイクロコントローラ１０に吸収可能な最大電流に等しくなるように規定された定電流ｉ１を発生する。マイクロコントローラ１０に吸収される電流の変動に対応するために、定電流ｉ１は、分流器７に供給する成分電流ｉ２とマイクロコントローラ１０に供給する成分電流ｉ３の２つの成分電流に分割される。電流ｉ２およびｉ３は、反対方向に変化し、電流ｉ２が増加すると電流ｉ３は減少し、電流ｉ２が減少すると電流ｉ３は増加する。そのため、マイクロコントローラ１０に吸収される電流の変化は、電流ｉ１に影響を与えず、故に電流ｉ０にも影響を与えず、一定のままである。
ｉ１＝ｉ２＋ｉ３＝一定
言い換えると、マイクロコントローラ１０の電流変化は、電圧ＶＮＲに伝送されず、変調手段１１および復調手段１２を妨害しない。
【００１７】
マイクロコントローラ１０は、端子にデータを伝送することが必要な場合、このデータを変調器１１に伝送し、続いて、変調器１１は、変調器１１と全波整流器３の正極端子との間に位置する分岐１３，１４を通過する電流の変化δ_i の形で、全てのデータを全波整流器３に伝送する。次に、電流変化δ₁ は、コイル２に伝送され、インデューサ１の端子で誘導される電圧は、下記式で表される。
Ｖ＝Ｍω（Ｉ＋δ_i ）
ＭωＩ項は、データ情報を含まず、ほぼ定数項であるので、ほぼ固定値を有する。そのため、端子において、伝送されるデータに対応し、項δ_i により発生される変調を検出することができる。電流ｉ０は、一定であり、マイクロコントローラ１０の動作により引き起こされる可能性のある変化の発生源とはならないので、カードから端子へのデータ伝送は、妨害されない。
【００１８】
端子からスマートカードへの方向の伝送は、あまり問題ではないが、伝送が１０％変調された１３ＭＨｚの搬送波１３の振幅変調により行われるので、本発明によるモジュール４は、データ伝送からマイクロコントローラに吸収される電力を分離することにより、好ましく機能する。それ故、伝送の方向がいずれであっても、マイクロコントローラは、データを伝送しながら同時に、そのプログラムを実行し続けることができる。
【００１９】
図２〜図５には、０．２５μｍ技術でのトランジスタの構造を示す。
図２は、基準手段６を詳細に示す。この基準手段６は、当業者に公知であり、主に、６個のトランジスタを有し、そのうち４個は、長さ１μｍ、幅３μｍの同一のｐ−ＭＯＳトランジスタ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３およびＰ４）であり、残りの２個は、そのゲートが互いに接続されているｎ−ＭＯＳトランジスタＮ１，Ｎ２である。トランジスタＮ１は、長さが１μｍで、幅が３μｍであり、トランジスタＮ２は長さが１μｍで、幅は３０μｍである。電圧基準手段は、また、トランジスタＮ２とアースとの間に設置された１５０ｋΩの抵抗を有する。
基準手段６の出力は、トランジスタＮ１のドレインと接続しており、トランジスタＮ１およびＮ２のゲートの影響を受ける。出力電圧は一定であり、使用される素子（トランジスタおよび抵抗）の寸法により決定される。
【００２０】
図３は、基準手段６による基準電流出力により制御される定電流源５を詳細に示す。電流源５は、それらのゲートを介して互いに接続されている２つのｐ−ＭＯＳトランジスタ（ＰＧ１，ＰＧ２）と、そのドレインがトランジスタＰＧ１のゲートおよびドレインに接続しているｎ−ＭＯＳトランジスタＮＧ１を有するデバイスである。トランジスタＰＧ１は、長さが１μｍで、幅が１５μｍであり、トランジスタＰＧ２は、長さが０．５μｍで、幅が１５００μｍである。基準手段６の出力電圧は、トランジスタＮＧ１のゲートに供給される。電流源５の出力は、トランジスタＰＧ２のドレインにより影響される。
【００２１】
図４は、ｎ−ＭＯＳトランジスタ（ＮＺ）のゲート上の抵抗ブリッジＲＺ１およびＲＺ２によりバイアスされるｎ−ＭＯＳトランジスタから構成される分流手段７を示す。安定化電圧値は、ｎ−ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧と、抵抗ＲＺ２およびＲＺ１の比ＲＺ２／ＲＺ１の値に依存する。抵抗ＲＺ１は、２２ｋΩであり、抵抗ＲＺ２は、１０ｋΩであり、トランジスタＮＺの幅と長さとの比は、１０００／０．２５である。
【００２２】
図５は、位相変調された搬送波の吸収変調の技術を用いて、データを端子に送る変調手段を示す。変調手段は、ｎ−ＭＯＳトランジスタと抵抗ＲＭを有する。位相変調搬送波（マイクロコントローラ１０からのデータ）は、ｎ−ＭＯＳトランジスタのゲートを制御し、その結果、電圧ＶＮＲに接続される抵抗ＲＮに電流の変化δ_i を生成する。
【００２３】
上記の電圧基準手段６、電流源５および分流器７の特徴により、電流源５により発生される電流は１４ｍＡであり、マイクロコントローラ１０に供給される安定した電圧は２ボルトである。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、遠隔電力供給を受ける電子構成部品での電流消費がどのように変化しても、データの伝送に影響を与えることがなく、安定した信頼性の高いデータの伝送を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る安定化電力供給デバイス一実施例の簡略化した電子回路図である。
【図２】 図１のデバイスの電圧基準手段の概略回路図である。
【図３】 図１のデバイスの電流源の概略回路図である。
【図４】 図１のデバイスの定電圧分流器の概略回路図である。
【図５】 図１のデバイスの変調手段の概略回路図である。

Claims (6)

1. 誘導インタフェース（２，３）を経由して、電力の供給とデータの伝送とを同一のチャネルで行う遠隔電力供給される電子構成部品アセンブリ（１０）用の安定化電力供給デバイスであって、
   前記誘導インターフェ−ス（２，３）と前記電子構成部品アセンブリ（１０）との間に配設され、少なくとも前記電子構成部品アセンブリ（１０）で消費される最大電流（ｉ３）に等しい定電流（ｉ１）を、前記電子構成部品アセンブリでの消費電流の変化に応じて分割して、前記電子構成部品アセンブリに、該電子構成部品アセンブリでの消費電流の変化に応じて変化する可変電流（ｉ３）を供給し、定電流（ｉ０）を消費する電子モジュール（４）を有することを特徴とする安定化電力供給デバイス。
2. 前記電子モジュール（４）は、定電流（ｉ１）を発生する電流源（５）と、前記電子構成部品アセンブリに並列接続された定電圧分流器（７）とを有することを特徴とする請求項１に記載の安定化電力供給デバイス。
3. 前記定電圧分流器（７）は、ゲート上の抵抗ブリッジ（Ｒｚ１，Ｒｚ２）によりバイアスされるｎ−ＭＯＳトランジスタ（ＮＺ）であることを特徴とする請求項２に記載の安定化電力供給デバイス。
4. 前記電流源（５）は、定電圧を用いる基準回路（６）によって制御されることを特徴とする請求項２または３に記載の安定化電力供給デバイス。
5. 前記電子モジュール（４）は、２つのフィルタコンデンサ（８，９）を有する請求項１ないし４のいずれかに記載の安定化電力供給デバイス。
6. 前記誘導インタフェースは、全波整流器（３）と接続されたコイル（２）とを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の安定化電力供給デバイス。

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