KR100691592B1 - Ｉｃ 칩 및 이를 실장한 ｉｃ 카드 - Google Patents

Abstract

저소비 전력으로 제조 비용이 낮은 IC 카드를 실현하기 위해, 내부 회로의 전원 전압 및 신호의 레벨에 관한 접점 경유의 경우의 동작 조건이 안테나 경유의 경우의 동작 조건의 범위 내가 되도록, 접점 경유의 전원 전압을 낮게 하는 전원 전압 변환 회로와, 접점으로부터 내부 회로로의 신호의 레벨을 낮게 하고, 또한, 내부 회로로부터 접점으로의 신호의 레벨을 높게 하는 레벨 변환 회로를 IC 칩에 포함한다.

IC 카드, 접점, 레벨 변환 회로, 전원 전압 변환 회로, 신호 전환 회로

Description

ＩＣ 칩 및 이를 실장한 ＩＣ 카드{COMPOSITE IC CARD}

본 발명은 반도체 집적 회로(이하 「IC」라고 함)를 내장한 카드에 관한 것으로, 특히 외부 장치와의 사이에서의 접점을 통해 전력의 공급을 받으면서 신호를 교환하는 접촉 결합과, 안테나를 통해 전력의 공급을 받으면서 신호를 교환하는 비접촉 결합 모두 가능한 IC 카드에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 접촉형 IC 카드는 접점을 통해 외부의 장치, 예를 들면 데이터 기입 판독 장치(이하 「리더/라이터(reader/writer)라고 함)와 결합하고, 접점 경유로 전력의 공급을 받으면서 리더/라이터 사이에서 신호의 교환을 행한다. 한편, 비접촉형 IC 카드는 안테나를 통해 리더/라이터와 비접촉 상태로 결합하고, 안테나 경유로 전력의 공급을 받으면서 리더/라이터 사이에서 신호의 교환을 행한다.

최근, 한 장의 카드로 상기 접촉 동작과 비접촉 동작이 모두 가능한 것이 듀얼 인터페이스형의 IC 카드로서 고안되어, 개발되고 있다(예를 들면 일본 특표평10-505932호 공보 참조). 듀얼 인터페이스 IC 카드는 사용자에게 있어서 편리하여 이용 범위가 넓어지고 있다.

도 4는 종래의 듀얼 인터페이스 IC 카드의 내부 회로(12)의 구성을 나타낸 다. 내부 회로(12)가 집적화되어 IC 칩으로 된다. 전원과 신호가, 비접촉 결합 동작인 경우에는 코일 형상의 안테나(1) 경유로 공급되고, 접촉 결합 동작인 경우에는 접점(2) 경유로 공급된다. 정보 처리 회로(3)로의 송수신 신호로서, 안테나(1) 경유 또는 접점(2) 경유 중 어느 하나의 신호가 신호 전환 회로(4)에 의해 선택된다. 선택은, 예를 들면, 이 종래예에서는 전압 검출 회로(11)가 접점(2)의 단자 Vdd에 전원이 공급된 것을 검출함으로써 행해졌고, 검출 결과, 접점(2) 경유의 신호가 선택된다.

또, 통상, 정보 처리 회로(3)는 처리부와 메모리를 갖고, 리더/라이터로부터의 지시에 따라 메모리의 내용을 판독하여 송신 신호로 하거나, 리더/라이터로부터의 수신 신호로 메모리 내용을 재기입하는 등의 동작을 행한다.

비접촉 동작의 경우의 전원은 안테나(1)에서 수신한 고주파 신호를 정류 회로(5)에 의해 정류하고 나서 용량 C에 의해 평활화하고, 그 전압을 직렬형 정전압 회로(6)에 의해 소정의 전압으로 함으로써 얻어진다. 한편, 접점(2)으로부터의 전원은 단자 Vdd를 통해 직접 리더/라이터로부터 얻어진다.

<발명의 개시>

접점(2)으로부터의 전원 및 신호는 접촉형의 IC 카드의 국제 표준 규격인 ISO7816에 정해져 있고, 전원 전압 Vdd는 4.5V∼5.5V와 2.7V∼3.3V의 이종이 규정되며, 신호가 높은 쪽의 레벨("H" 레벨)의 최소 값이 0.7Vdd로 규정되어 있다. 정보 처리 회로(3) 등으로 이루어진 IC 칩의 내부 회로(12)는 이 전압에서 동작하도록 설계된다.

한편, 안테나(1)로부터의 전원 및 신호는 리더/라이터로부터 비접촉으로 공급되는 것으로, 그 공급 전력이 제한된다. 그 때문에, 회로는 가능한 한 저전압으로 또한 저소비 전력으로 동작하는 것이 요구된다. 비접촉 전용의 IC 카드의 경우에는 2V 정도의 전원 전압으로 동작하는 회로가 개발되어 있다.

그러나, 종래의 듀얼 인터페이스 IC 카드의 내부 회로(12)는, 비접촉 동작의 경우에는 저전압으로 동작하고, 접촉 동작의 경우에는 그보다 높은 전압, 예를 들면 5.5V에서 동작하도록 설계되어 있었다. 그 때문에, 내부 회로(12)는 저전압으로 동작 가능함에도 불구하고, 저소비 전력화가 방해되고, 또한, 회로 소자도 접점(2)의 단자로부터 제공되는 전압에 견디도록 고내압이 요구되고 있었다. 내압이 높은 트랜지스터를 이용한 IC는 복잡한 제조 공정이 필요하게 되므로, 비용이 고가로 되는 것을 피할 수 없다.

본 발명의 목적은 저소비 전력으로 제조 비용이 낮은 IC 카드를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 IC 카드는 내부 회로의 전원 전압 및 신호의 레벨에 관한 접점 경유의 경우의 동작 조건이 안테나 경유의 경우의 동작 조건의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 내부 회로는 안테나 경유와 접점 경유에서, 동일한 낮은 전원 전압과 신호 레벨로 동작하는 것이 가능해지고, 소비 전력이 저감된다. 또한, 회로 소자의 내압을 비접촉형에서 채용하는 낮은 내압으로 하는 것이 가능해지고, 제조가 용이한 저비용의 IC 카드를 실현할 수 있다.

상기한 동작 조건의 설정은, 예를 들면, 접점 경유의 전원 전압을 저하시키도록 접점 경유로 공급되는 전원의 전압을 변환하는 전원 전압 변환 수단과, 접점으로부터의 신호의 레벨을 저하시키고 또한 접점으로의 신호의 레벨을 높게 하도록, 접점에서의 신호의 레벨을 내부 회로에서의 신호의 레벨로 변환하는 신호 레벨 변환 수단을 IC 칩에 구비하는 것에 의해 달성할 수 있다.

또한, 전원 전압을 제한하는 전압 제한 수단을 내부 회로에 구비하고, 전원 전압 변환 수단의 출력 전압을 이 전압 제한 수단의 제한 전압보다 낮게 설정함으로써 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 IC 카드의 제1 실시예를 설명하기 위한 회로도.

도 2는 제1 실시예를 설명하기 위한 듀얼 인터페이스 IC 카드의 평면도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예를 설명하기 위한 회로도.

도 4는 종래의 듀얼 인터페이스 IC 카드를 설명하기 위한 회로도.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

이하, 본 발명에 따른 IC 카드를 도면을 이용한 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 또, 도 1∼도 4에서의 동일한 기호는 동일물 또는 유사물을 표시하는 것으로 한다.

(실시예 1)

도 1에 있어서, 참조 부호 9는 접점(2)의 전원 단자 Vdd로부터의 전압을 저하시키는 전원 전압 변환 회로, 참조 부호 10은 접점(2)의 단자 Clock, Reset 및 In으로부터의 신호의 레벨을 저하시켜 신호 전환 회로(4)에 공급하고, 또한, 신호 전환 회로(4)로부터의 신호의 레벨을 높게 하여 접점(2)의 단자 Out으로 출력하는 레벨 변환 회로, 참조 부호 7은 비접촉 동작의 경우의 전원 전압을 제한하는 전압 제한 회로를 나타낸다. 또, 접점(2)의 단자 Vss는 접지된다.

본 실시예에서는, 전원 전압 변환 회로(9)가 전원 전압 변환 수단으로 되는 것으로, 전원 전압 변환 회로(9)로서 일반적인 직렬형 정전압 회로를 이용하였다. 직렬형 정전압 회로는, 전형적으로는 MOS 트랜지스터의 소스, 드레인 사이의 전압을 게이트에 제공한 제어 전압에 의해 설정하는 것으로, 소스, 드레인 사이의 전압만큼 전압 Vdd가 낮아진다. 또, 전원 전압 변환 회로(9)는 이 직렬형 정전압 회로에 제한되는 것이 아니라, 내부 회로(12)의 소비 전류의 변화가 적은 경우에는, 예를 들면, 저항으로 구성하는 것이 가능하다. 저항에 의한 전압 강하를 전압 변환에 이용할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 레벨 변환 회로(10)가 신호 레벨 변환 수단으로 되는 것으로, 레벨 변환 회로(10)로서, 온일 때의 MOS 트랜지스터의 소스, 드레인 사이의 전압 차를 이용하여 신호의 레벨 변환을 행하는 일반적인 CMOS 스위치에 의한 회로를 이용하였다. 또, 레벨 변환 회로(10)는 이 스위치 회로에 한하는 것이 아니라, 예를 들면 증폭기를 이용하여, 그 이득을 소정의 레벨 변환이 행해지도록 설정해도 된다.

또한, 정보 처리 회로(3)의 처리부에 마이크로 센서를 이용하였지만, 처리부는 그 밖의 전용의 논리 회로로 구성하는 것이 가능하다.

다음으로, 비접촉 동작의 경우, IC 카드와 리더/라이터 사이의 거리는 IC 카드가 사용 방법에 따라 다양하고, 그 거리에 의해 안테나(1)에 도래하는 리더/라이터로부터의 전파의 강도가 변화된다. 그것에 의해 안테나(1) 경유로 얻는 전원의 전압이 변화된다. 내부 회로(12)에 설치한 전압 제한 회로(7)는 전압 제한 수단이 되는 것으로, 내압을 넘는 전압이 회로 소자에 인가되지 않도록 전원 전압을 제한하는 것이다(예를 들면, 간단한 경우에는 제너 다이오드).

전압 제한 회로(7)는 제한하는 전압까지는 임피던스가 높고, 전압이 제한 전압에 도달하면 임피던스가 낮아져 전류가 흐르고, 그 이상 전압이 높아지지 않도록 동작한다. 따라서, 전원 전압 변환 회로(9)의 출력 전압이 제한 전압보다 높게 설정되어 있으면, 전원 전압 변환 회로(9)의 구성에 의해서는 동일 회로로부터 전압 제한 회로(7)에 큰 전류가 흐르는 경우가 있고, 전압 제한 회로(7) 또는 전원 전압 변환 회로(9) 중 어느 한쪽 또는 양방이 파손되는 경우가 발생할 수 있다. 본 실시예에서는 그와 같은 문제점을 회피하기 위해, 전원 전압 변환 회로(9)의 출력 전압을 전압 제한 회로(7)의 제한 전압보다 낮게 설정하였다.

이상의 내부 회로(12)와 전원 전압 변환 회로(9)와 레벨 변환 회로(10)가 집적화되어 1개의 IC 칩으로 된다. 또, 전원 전압 변환 회로(9)와 레벨 변환 회로(10)는 회로 규모가 작으므로, IC 칩 상에 차지하는 면적 비율은 전체에서 매우 작다. 또한, 사용하는 트랜지스터는 전원 전압 변환 회로(9)와 레벨 변환 회로(10)의 일부가 종래와 동일한 고내압으로 될 뿐이고, IC 칩의 대부분은 저내압이며, 점유 면적이 작은 것으로 된다. 따라서, IC 칩의 면적을 종래보다 작게 할 수 있었다.

이 IC 칩 및 코일 형상의 안테나(1)가 카드 기판 중에 매립되고, 접점(2)이 카드 기판 이면에 설치되어 듀얼 인터페이스 IC 카드가 구성된다.

도 2는 카드 기재의 표면층을 떼어 낸 IC 카드의 평면을 나타낸다. 도 2에 있어서, 참조 부호 20은 IC 칩, 참조 부호 30은 표면층을 떼어 낸 IC 카드이고, IC 칩(20)은 접점(2)의 각 단자와 와이어 본딩에 의해 접속된다.

본 실시예의 듀얼 인터페이스 IC 카드의 동작에 대하여, 우선, 안테나(1) 경유로 동작하는 경우를 진술한다. 이 경우에는, 안테나(1)를 통해 단자 LA, LB로부터 전력과 클럭 신호와 데이터가 수신됨과 함께, 데이터가 그 역방향으로 안테나(1)로부터 송출되어 교신이 행해진다.

즉, 안테나(1)에서 수신된 고주파 신호는 정류 회로(5)에 의해 정류되고, 용량 C에 의해 평활화되어 전원 전압으로 된다. 이 전원 전압은 전압 제한 회로(7)에 의해, 회로의 내압으로 정해지는 일정 전압 이하로 제한되고, 내부 회로(12)의 전원으로서 공급된다.

한편, 안테나(1)에 접속되어 있는 통신 제어 회로(8)는 안테나(1)로부터의 고주파 신호를 복조하여 클럭 신호 및 데이터를 추출함과 함께, 리세트 신호를 생성한다. 또한, 통신 제어 회로(8)는 IC 칩의 내부 회로(12)에서 생성하는 송출 데이터로 안테나(1)로부터의 고주파 신호의 무변조 부분을 변조하고, 이것에 의해 송출 데이터를 안테나(1)를 통해 리더/라이터로 반송한다.

통신 제어 회로(8)에서 얻어진 클럭 신호, 복조 데이터 및 리세트 신호는 신 호 전환 회로(4)를 통해 정보 처리 회로(3)에 입력된다. 정보 처리 회로(3)에서는 복조 데이터의 메모리로의 저장, 응답용의 데이터 송출 등을 정해진 수순으로 행한다. 응답용의 송신 데이터는 신호 전환 회로(4)를 통해 통신 제어 회로(8)로 송신되고, 또한, 상기한 바와 같이 안테나(1)를 통해 리더/라이터로 반송된다.

다음으로, 본 실시예의 듀얼 인터페이스 IC 카드의 동작에 대하여, 접점 경유의 경우를 진술한다. 이 경우에는 리더/라이터와 접점(2)의 각 단자를 통해 교신한다. 전원은 접점(2)의 단자 Vdd로부터 직렬형 정전압 회로인 전원 전압 변환 회로(9)에 의해 전압 제한 회로(7)에서 제한되는 전압보다 낮은 전압으로 변환되어 내부의 각 회로에 공급된다.

클럭 신호, 리세트 신호 및 수신 데이터는 각각 접점(2)의 단자 Clock, Reset, In으로부터 공급된다. 각 단자의 신호 레벨은 상기한 바와 같이 ISO7816의 규격에 정해진 0.7Vdd이다. 이들 신호는 레벨 변환 회로(10)를 통해 내부 회로(12)의 신호 레벨로 변환된 후, 신호 전환 회로(4)를 통해 정보 처리 회로(3)에 입력된다. 신호 전환 회로(4)는 전압 검출 회로(11)의 제어에 의해, 접점(2)의 단자 Vdd에 전원이 공급되었을 때에 접점(2) 경유의 신호를 선택하도록 동작한다.

또한, 정보 처리 회로(3)에서 생성된 응답용의 송신 데이터는 신호 전환 회로(4)를 통과한 후, 레벨 변환 회로(10)에 의해 ISO7816의 규격에 정해져 있는 레벨로 변환되고 나서, 접점(2)의 단자 Out으로 송출된다.

이상에 의해, 접점 경유에 의한 교신의 경우에도 IC 칩의 내부 회로(12)의 각 회로를 안테나 코일 경유의 경우와 동일한 저전압으로 동작시킬 수 있어, 회로 소자의 내압을 낮게 설정하는 것이 가능해진다.

(실시예 2)

안테나측의 전원에도 직렬형 정전압 회로를 설치한 실시예를 도 3에 도시한다. 본 실시예에서는 직렬형 정전압 회로(6)에 의해 전원 전압이 안정화되기 때문에, 전압 제한 회로(7)는 불필요해진다. 전원 전압 변환 회로(9)로서 실시예 1의 경우와 마찬가지로 직렬형 정전압 회로를 채용하였다. 그 출력 전압을 직렬형 정전압 회로(6)의 출력 전압의 범위로 하였다. 또, 전원 전압 변환 회로(9)와 직렬형 정전압 회로(6)의 출력측에 각각 전류 역류 방지용의 다이오드(13, 14)를 접속하였다.

본 발명에 따르면, 접촉 동작의 경우도 비접촉 동작의 경우와 마찬가지로 저전압으로 회로를 동작시키는 것이 가능해지고, 회로 소자의 내압을 내리는 것이 가능해지므로, 저소비 전력으로 제조가 용이한 저비용의 IC 카드를 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 IC 카드는 캐시, 어드레스, 개인 정보, 식별 등의 광범위한 정보의 취급이 가능하고, 더구나 상기한 바와 같이 저비용이기 때문에, 금융, 유통, 교통, 의료 보험 등의 광범위한 분야에 적용 가능하다.

Claims (12)

1. IC 칩에 있어서,

   전원 전압 변환 회로;

   레벨 변환 회로;

   전압 제한 회로; 및

   정보 처리 회로

   를 포함하고,

   상기 전원 전압 변환 회로는 리더/라이터로부터 단자를 통해 공급되는 제1 공급 전압을 낮추어, 상기 정보 처리 회로에 입력하며,

   상기 레벨 변환 회로는 상기 리더/라이터로부터 상기 단자를 통해 입력되는 신호의 전압을 낮추어, 상기 정보 처리 회로에 입력하고,

   상기 전압 제한 회로는 다른 리더/라이터와 통신을 행하는 안테나를 통해 공급되는 제2 공급 전압의 전압을 제한하여, 상기 정보 처리 회로에 입력하며,

   낮추어진 상기 제1 공급 전압은 상기 전압 제한 회로의 제한 전압 이하인 것을 특징으로 하는 IC 칩.
2. IC 칩에 있어서,

   전원 전압 변환 회로;

   레벨 변환 회로;

   정전압 회로; 및

   정보 처리 회로

   를 포함하고,

   상기 전원 전압 변환 회로는 리터/라이터로부터 단자를 통해 공급되는 제1 공급 전압을 낮추어, 상기 정보 처리 회로에 입력하며,

   상기 레벨 변환 회로는 상기 리더/라이터로부터 상기 단자를 통해 입력되는 신호의 전압을 낮추어, 상기 정보 처리 회로에 입력하고,

   상기 정전압 회로는 다른 리더/라이터와 통신을 행하는 안테나를 통해 공급되는 제2 공급 전압의 전압을 제한하여, 상기 정보 처리 회로에 입력하며,

   낮추어진 상기 제1 공급 전압은 상기 정전압 회로의 제한 전압 이하인 것을 특징으로 하는 IC 칩.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 레벨 변환 회로는 상기 정보 처리 회로로부터의 신호의 전압을 높여, 상기 단자에 입력하는 것을 특징으로 하는 IC 칩.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   신호 전환 회로

   를 더 포함하고,

   상기 신호 전환 회로는 상기 안테나와 상기 단자로부터의 신호 중 어느 하나를 선택하여, 상기 정보 처리 회로에 입력하는 것을 특징으로 하는 IC 칩.
5. 제4항에 있어서,

   전압 검출 회로

   를 더 포함하고,

   상기 전압 검출 회로는 상기 제1 및 제2 공급 전압을 검지하여, 상기 신호 전환 회로의 상기 선택을 제어하는 것을 특징으로 하는 IC 칩.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제한 전압은 상기 정보 처리 회로의 내압인 것을 특징으로 하는 IC 칩.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   통신 제어 회로

   를 더 포함하고,

   상기 통신 제어 회로는 상기 안테나로부터의 신호를 복조하고, 상기 정보 처리 회로로부터의 신호를 변조하여 상기 안테나를 통해 상기 다른 리더/라이터에 반송하는 것을 특징으로 하는 IC 칩.
8. 제1항 또는 제2항에 기재된 IC 칩이 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
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