KR100703885B1 - 외부 공급 전압으로부터 적응적으로 내부 전압을 발생하는장치 및 그 방법 - Google Patents

외부 공급 전압으로부터 적응적으로 내부 전압을 발생하는장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

외부 공급 전압에 대해 적응적으로 내부 전압을 발생하는 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 전압 발생 장치는 외부에서 공급되는 외부 전압을 복수의 클래스로 분할하였을 때, 제1기준 전압을 이용하여 입력 외부 전압이 복수의 클래스중 어느 클래스에 속하는지를 나타내는 검출신호를 출력하는 클래스 검출부; 및 검출신호를 이용하여 입력 외부 전압이 속한 클래스에 대응되는 내부 전압을 생성하는 출력하는 내부 전압 발생부를 포함함을 특징으로한다.

Description

외부 공급 전압으로부터 적응적으로 내부 전압을 발생하는 장치 및 그 방법{Apparatus and method for generating internal voltage adaptively from external voltage}
도 1은 본 발명에 따른 내부 전압 발생 장치에 대한 블록도이다.
도 2는 도 1의 클래스 검출부 및 래치부에 대한 회로도를 도시한 것이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 각각 외부 전압에 대한 도 2의 c'', b'' 및 a'' 의 출력을 모의실험한 결과를 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 내부 전압 발생기에 대한 회로도를 도시한 것이다.
본 발명은 외부 공급 전압에 대해 적응적으로 내부 전압을 발생하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 휴대 단말기에 채용되는 스마트 카드에 전원을 공급하도록 휴대 단말기로부터 공급되는 외부 전압으로부터 내부 전압을 적응적으로 발생하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
스마트 카드(smart card)란 마이크로프로세서와 메모리를 내장하고 있어서 카드 내에서 정보의 저장과 처리가 가능한 플라스틱 카드를 말한다. 스마트 카드는 보통 신용카드와 같은 모양과 크기의 것이 가장 많이 사용되며, 유럽의 GSM(Global System for Mobile communication) 방식의 휴대 단말기에 삽입되는 것은 그 크기가 상당히 작다.
이동통신에 있어서 스마트카드는 가입자를 식별하기 위한 ID 카드로서의 기능과 전자요금의 과금 정보를 처리하는 기능을 갖는 카드로써 유럽 대다수의 국가에서 이용되고 있다. 통신용 스마트카드는 사용되는 네트워크의 종류에 따라 분류되는데, GSM 환경에서는 사용자 인증과 로밍 기능을 탑재한 사용자 인증 모듈(Subscriber Identify Module, SIM) 카드가 필수 규격이다. 따라서 통신서비스사업자는 SIM 카드를 발급하고, 가입자는 SIM 카드 한 장만 들고 다니면서 언제 어디서나 휴대 단말기를 구해 자유롭게 서비스를 이용할 수 있다.
한편, 스마트 카드에 내장되는 모든 로직 블록과 대부분의 아날로그 블록의 전원은 외부 전압을 내부에서 가공해 만든 내부 정전압을 이용한다. 특히, 휴대 단말기에 사용되는 모바일용 스마트 카드는 휴대 단말기의 배터리를 전원으로 사용하므로 파워 소모량이 스마트 카드의 성능을 결정한다.
GSM 환경에서 동작하는 휴대 단말기는 파워 소모량을 규정하는 GSM 규격을 만족해야하고, 따라서 모바일용 스마트 카드는 GSM 규격에 맞게 동작해야하므로 휴대 단말기로부터 공급되는 전압에 대해 내부 정전압을 가공할 필요가 있다. 또한 보안 강화를 위해 크립토 엔진(crypto engine) 등이 추가된 스마트 카드의 경우, 크립토 엔진의 파워 소모를 줄여 GSM 규격을 만족시키면서 동작속도를 높일 필요가 있다.
그러나 종래의 모바일용 스마트 카드의 전원 공급장치는 하나의 전압 수준으로 고정된 내부 전압만을 사용하기 때문에 저전압 동작 영역에서 과도한 전류가 소모되어 크립토 엔진 등의 구동 속도가 제한될 수 있다. 따라서 GSM 규격에 따라 내부 동작 전압을 설정하여 전류 소모량을 GSM 규격에 맞추면서 성능을 향상시켜야할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 휴대 단말기에서 스마트 카드로 공급되는 전압으로부터 GSM 규격에 따른 휴대 단말기의 동작 클래스를 검출하고, 검출된 클래스에 따른 내부 전압을 생성하는 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명의 전압 발생 장치는 제1기준 전압을 이용하여, 외부에서 공급되는 입력 외부 전압이 복수의 클래스 중 어느 클래스에 속하는지를 나타내는 검출신호를 출력하는 클래스 검출부; 및 상기 검출신호를 이용하여 상기 입력 외부 전압이 속한 클래스에 대응되는 내부 전압을 생성하는 출력하는 내부 전압 발생부를 포함함을 특징으로한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명의 전압 발생 방법은 제1기준 전압을 이용하여, 외부에서 공급되는 입력 외부 전압이 복수의 클래스 중 어느 클래스에 속하는지를 나타내는 검출신호를 출력하는 단계; 및 상기 검출신호를 이용하여 상기 입력 외부 전압이 속한 클래스에 대응하는 내부 전압을 생성하는 단계를 포함함을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 내부 전압 발생 장치에 대한 블록도이다. 도시된 내부 전압 발생 장치는 클래스 검출부(10), 래치부(11) 및 내부 전압 발생부(12)를 포함한다.
클래스 검출부(10)는 기준 전압을 이용하여 외부 전압(Vdd), 즉, 휴대 단말기의 배터리에서 공급되는 전압으로부터 GSM 규격에 따른 휴대 단말기의 동작 클래스를 검출한다. 여기서, 기준 전압은 클래스 구분이 가능하도록 설정된 값으로, 본 실시예에서는 1.2V를 채택하였다.
GSM 규격에서 제한하는 각 클래스별 동작 전류는 다음 표와 같다.
클래스 C 클래스 B 클래스 A
4MHz 4mA 6mA 10mA
내부 전압 발생기(12)는 스마트 카드가 클래스 검출부(10)에서 검출된 클래스를 만족하면서 동작하도록 내부 전압을 발생한다. 여기서, 발생되는 내부 전압은 클래스별 동작 전류가 높을수록 커진다. 즉, 클래스 C,B,A의 순으로 생성되는 내부 전압이 커진다.
클래스 검출부(10)는 외부 전압을 클래스의 수만큼의 전압으로 분압하고, 분압전압과 기준 전압을 각각 비교하여 출력한다.
래치부(11)는 리셋신호에 동기하여 클래스 검출부(10)에서 출력된 값들을 래치하여 내부 전압 발생기(12)로 출력함으로써, 내부 전압 발생기(12)로 출력되는 값들이 외부 전압의 변화에 민감하지않도록 한다.
내부 전압 발생기(12)는 래치된 값들을 이용하여 외부에서 공급되는 전압을 분압하여 내부 전압을 생성하여 스마트 카드에 공급한다.
도 2는 클래스 검출부(10) 및 래치부(11)에 대한 회로도를 도시한 것이다.
도시된 클래스 검출부(10)는 복수의 저항(R1,R2,R3,R4), 복수의 비교기(105,106,107), 버퍼(123), 복수의 반전기(121,122,131,132) 및 복수의 논리곱 연산기(141,142,143)를 포함한다.
저항들(R1,R2,R3,R4)은 외부 전압(Vdd)을 분압한다. 제1비교기(111)는 제1노드(101)의 전압을 부(-) 단자의 입력으로, 기준 전압(Vref)을 정(+) 단자의 입력으로하여 두 값을 비교한다. 제2비교기(112)는 제2노드(102)의 전압을 부단자의 입력으로, 기준 전압(Vref)을 정단자의 입력으로하여 두 값을 비교한다. 제3비교기(113)는 제3노드(103)의 전압의 정단자의 입력으로, 기준 전압(Vref)을 부단자의 입력으로하여 두 값을 비교한다.
버퍼(123), 제1 및 제2반전기(121, 122)는 각 비교기(111,112,113)의 출력을 버퍼링 및 반전하여 디지털 신호인 c'', b'', a''로 변환한다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 각각 외부 전압(Vdd)에 대한 c'', b'' 및 a'' 의 출력을 모의실험한 결과를 도시한 것이다.
도 3(a)를 참조하면, 외부 전압(Vdd)에 대해 제3노드(103)의 전압(103')은 도시된 바와 같은 값을 갖고, 제3비교기(113)는 제3노드(103)의 전압(103')이 기준전압(Vref)보다 커지면 그 차를 증폭하여 c'과 같은 결과를 출력한다. 버퍼(123)는 c'을 디지털 신호로 변환하여 c''과 같이 논리 하이 레벨을 출력한다.
도 3(b)를 참조하면, 제2노드(102)의 전압은 외부 전압(Vdd)에 대해 제3노드(103)의 전압(103')보다 작은 값을 갖고, 따라서 제3노드(102)의 경우보다 큰 영역의 외부 전압(Vdd)에서 기준 전압(Vref)보다 큰 값을 갖는다. 제2비교기(112)는 제2노드(102)의 전압(102')이 기준 전압(Vref)보다 작은 영역에서는 b'으로 도시된 바와 같이 제2노드(102)의 전압(102')과 기준 전압(Vref)과의 차를 증폭하고, 제2노드(102)의 전압(102')이 기준 전압(Vref)보다 커지면 실질적으로 '0'을 출력한다. 제2인버터(122)는 b'을 디지털 신호로 변환하고 반전하여 b''와 같이 논리 하이 레벨을 출력한다.
도 3(c)를 참조하면, 제1노드(101)의 전압(101')은 외부 전압(Vdd)에 대해 제2노드(102)의 전압(102')보다 작은 값을 갖고, 따라서 제2노드(102)의 경우보다 큰 영역의 외부 전압(Vdd)에서 기준 전압(Vref)보다 큰 값을 갖는다. 제1비교기(111)는 제1노드(101)의 전압(101')이 기준 전압(Vref)보다 작은 영역에서는 a'으로 도시된 바와 같이 제1노드(101)의 전압(101')과 기준 전압(Vref)과의 차를 증폭하고, 제1노드(101)의 전압(101')이 기준 전압(Vdd)보다 커지면 실질적으로 '0'을 출력한다. 제1인버터(121)는 a'을 디지털 신호로 변환하고 반전하여 a''과 같이 논리 하이 레벨을 출력한다.
전체적으로, 외부 전압(Vdd)에 대해 각 노드(101,102,103)의 전압이 기준 전압(Vref)에 도달하는 영역이 서로 다름을 알 수 있다. 즉, 외부 전압(Vdd)이 가장 작은 클래스 C 영역에서는 c''만이 논리 하이 레벨이 되고, 그 다음의 클래스 B 영역에서는 c''과 b''이 논리 하이 레벨이 되며, 외부 전압(Vdd)이 가장 큰 클래스 A 영역에서는 c'', b'' 및 a'' 모두가 논리 하이 레벨이 됨으로써, 각 클래스별로 출력 레벨들이 서로 달라진다.
제3 및 제4반전기(131,132), 그리고 복수의 논리곱 연산기(141,142,143)는 c'', b'' 및 a''의 출력으로부터 클래스를 보다 명확하게 구분하기 위하여 클래스 A,B 및 C 영역중 해당 클래스에 대응하는 출력 레벨이 나머지 출력 레벨들과 다르도록 논리 연산한다.
제3 및 제4반전기(131,132)는 각각 a'' 및 b''를 반전한다.
각 논리곱 연산기(141,142,143)는 c'', b'', a'' 및 제3 및 제4반전기(131,132)의 출력들을 선택적으로 입력받아서 논리 곱 연산한다. 제1논리곱 연산기(141)는 c'', b'' 및 a''를 입력으로하여 논리곱 연산한다. 제2논리곱 연산기(142)는 c'', b'' 그리고 제3반전기(131)의 출력을 입력으로하여 논리곱 연산한다. 제3논리곱 연산기(143)는 c'', 제3 및 제4반전기(131,132)의 출력들을 입력으로하여 논리곱 연산한다. 결과적으로 논리곱 연산기들(141,142,143)의 출력은 클래스 A,B 및 C 영역중 해당 클래스에 대해서는 논리 하이 레벨을, 나머지 클래스에 대해서는 논리 로우 레벨을 출력한다.
래치부(11)는 복수의 D-플립플롭(151,152,153)을 포함한다. 각 D-플립플롭은 리셋신호에 따라 비교기들(105,106,107)의 출력을 래치한다. 만일 리셋신호에 동기해서 비교기들(105,106,107)의 출력을 래치하지 않는다면, 외부 전압의 변화로 인해 비교기들(105,106,107)의 출력이 변하는 경우 그에 따라 내부 전압 발생기(12)의 출력도 변하게 되어 스마트 카드를 포함한 시스템 로직 등의 오동작을 유발할 수 있다.
도 4는 도 1의 내부 전압 발생기(12)에 대한 회로도를 도시한 것이다. 도시된 내부 전압 발생기는 스위칭부(40) 및 전압 디바이더(41)를 포함한다.
스위칭부(40)는 비교기(401) 및 PMOS(402)를 포함한다. 비교기(401)는 기준 전압(Vref)을 부단자의 입력으로하고, 전압 디바이더(41)에 걸리는 전압을 정단자의 입력으로하여 두 값을 비교한다. PMOS(402)는 외부 전압(Vdd)에 소스 단자(s)가 연결되고, 비교기(401)의 출력에 게이트 단자(g)가 연결됨으로써 기준 전압(Vref)이 전압 디바이더(41)에 걸리는 전압과 같거나 큰 경우에 턴온된다. 여기서, 기준 전압(Vref)은 클래스 검출부(10)의 기준 전압(Vref)과 동일할 수 있다.
내부 전압 VDD는 PMOS(402)의 드레인 단자(d)로부터 얻어진다. 즉, 저항 Rd와 전압 디바이더(41)에 걸리는 전압이 내부 전압 VDD로 출력된다.
전압 디바이더(41)는 PMOS(402)의 드레인 단자(d)에 저항(Rd)을 통해 연결된다. 전압 디바이더(41)는 복수의 저항(RA,RB,RC) 및 각 저항에 병렬로 연결되는 복수의 NMOS(411,412,413)를 포함한다. 저항들(RA,RB,RC)의 값은 RA>RB>RC이 바람직하다. 만일, 클래스 검출부(10)가 제3 및 제4반전기(131,132), 그리고 복수의 논리곱 연산기들(141,142,143)로 구성되는 논리 연산부를 포함하지않는다면, 저항들(RA,RB,RC)의 값이 반드시 RA>RB>RC의 순서를 따를 필요는 없다.
각 NMOS(411,412,413)는 래치부(11)의 각 출력단자에 게이트 단자들이 연결되어 래치부(11)의 출력이 논리 하이레벨일 때 턴온된다. 예를 들어, 클래스 검출부(10)에서 외부 전압에 대해 클래스 B에 해당하는 것으로 검출되면, 래치부(11)의 출력단자들은 (하이, 로우, 하이) 레벨을 출력한다. 그에 따라 NMOS(411,412,413)는 각각 턴온, 턴오프 및 턴온되고, 결과적으로 Rd와 RB에 걸리는 전압이 내부 전압 VDD로 생성된다.
만일, 래치부(11)의 출력이 각 D플립플롭(151,152,153)의 QN 단자가 아닌 Q단자로부터 얻어진다면, 전압 디바이더(41)의 NMOS들은 PMOS들로 치환될 수 있다.
본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야할 것이다.
본 발명에 따르면, 휴대 단말기으로부터 공급되는 전압으로부터 GSM 규격에 따른 휴대 단말기의 동작 클래스를 검출하고 검출된 클래스에 따른 내부 전압을 생성하여 스마트 카드에 공급함으로써, GSM 규격내에서도 파워소모를 최소화하는 모바일용 스마트 카드를 구현할 수 있다.
또한, 클래스 검출 결과를 리셋 신호에 동기하여 래치한 후 래치된 결과를 이용하여 내부 전압을 생성함으로써 휴대 단말기로부터 공급되는 전압의 급격한 변화에 의한 스마트 카드의 오동작 등을 방지할 수 있다.

Claims (17)

  1. 제1기준 전압을 이용하여, 외부에서 공급되는 입력 외부 전압이 복수의 클래스 중 어느 클래스에 속하는지를 나타내는 검출신호를 출력하는 클래스 검출부; 및
    상기 검출신호를 이용하여 상기 입력 외부 전압이 속한 클래스에 대응되는 내부 전압을 생성하는 출력하는 내부 전압 발생부를 포함함을 특징으로하는 전압 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 클래스 검출부는
    직렬로 연결되고, 상기 입력 외부 전압을 상기 클래스의 수만큼 분압하는 복수의 저항;
    상기 저항들중 제1저항에 대한 노드 전압과 상기 제1기준 전압을 비교하는 제1비교기;
    나머지 저항들에 대한 각 노드 전압과 상기 제1기준 전압을 상기 제1비교기와 극성을 반대로하여 비교하는 복수의 비교기들; 및
    상기 제1비교기를 버퍼링하고 상기 복수의 비교기들의 출력을 반전하여 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 상기 검출신호로 출력하는 디지털 신호 출력부를 포함함을 특징으로하는 전압 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디지털 신호를 소정 논리 연산하여 상기 입력 외부 전압이 속하는 클래스에 해당하는 출력 레벨을 나머지 출력 레벨들과 다르게하여 상기 검출신호로 출력하는 논리 연산부를 더 포함함을 특징으로하는 전압 발생 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 클래스는 상기 입력 외부 전압의 전압 레벨에 기초하여 분류되며,
    상기 입력 외부 전압이 속한 클래스의 전압 레벨이 높을수록 상기 내부 전압의 전압 레벨도 높은 것을 특징으로 하는 전압 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 내부 전압 발생부는
    복수의 저항을 포함하고, 상기 저항들중 상기 검출신호에 따라 연결되는 저항들에 걸리는 전압을 상기 내부 전압으로 출력하는 것을 특징으로하는 전압 발생 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 내부 전압 발생부는
    상기 입력 외부 전압에 연결되는 제1저항;
    직렬로 연결되고, 상기 검출신호에 의해 각각 온/오프되는 복수의 스위치들; 및
    상기 제1저항에 직렬로 연결되고, 상기 스위치들에는 각각 병렬로 연결되는 복수의 저항들을 포함하고,
    상기 검출신호에 따라 오프되는 스위치에 연결된 제2저항에 걸린 전압과 상기 제1저항에 걸린 전압을 합하여 상기 내부전압으로 출력하는 것을 특징으로하는 전압 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2저항에 걸리는 전압은 제2기준 전압보다 크지 않은 것을 특징으로하는 전압 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2기준 전압이 상기 제2저항에 걸리는 전압과 같거나 크면 턴온되는 스위칭부를 상기 입력 외부 전압과 상기 제1저항 사이에 더 포함하는 것을 특징으로하는 전압 발생 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 클래스 검출부로부터 출력되는 상기 검출신호를 소정 제어신호에 동기하여 래치하고, 래치된 검출신호를 상기 내부 전압 발생기로 출력하는 래치부를 더 포함함을 특징으로하는 전압 발생 장치.
  10. 제1기준 전압을 이용하여, 외부에서 공급되는 입력 외부 전압이 복수의 클래스 중 어느 클래스에 속하는지를 나타내는 검출신호를 출력하는 단계; 및
    상기 검출신호를 이용하여 상기 입력 외부 전압이 속한 클래스에 대응하는 내부 전압을 생성하는 단계를 포함함을 특징으로하는 전압 발생 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 입력 외부 전압은 휴대 단말기로부터 공급되고, 상기 내부 전압은 스마트 카드 장치로 출력되는 것을 특징으로하는 전압 발생 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 검출신호를 출력하는 단계는
    상기 입력 외부 전압을 복수 개로 분압하는 단계;
    분압 전압들을 상기 제1기준 전압과 각각 비교하는 단계; 및
    비교결과를 디지털 신호로 변환하여 상기 검출신호로 출력하는 단계를 포함함을 특징으로하는 전압 발생 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 비교하는 단계는
    제1분압 전압이 상기 제1기준 전압보다 크다면 두 전압의 차를 증폭하는 단계; 및
    나머지 분압 전압들에 대해서, 상기 나머지 분압 전압들이 상기 제1기준 전압보다 크다면 '0'를 출력하는 단계를 포함함을 특징으로하는 전압 발생 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 입력 외부 전압이 속한 클래스에 해당하는 출력 레벨이 나머지 출력 레벨들과 다르게 되도록 상기 디지털 신호를 논리 연산하는 단계를 더 포함함을 특징으로하는 전압 발생 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 내부 전압을 생성하는 단계는
    상기 입력 외부 전압에 제1저항을 소정 스위칭 신호에 따라 선택적으로 연결하는 단계;
    상기 제1저항에 연결되고 상기 입력 외부 전압이 속한 클래스에 대응하는 제2저항을 상기 검출신호에 따라 선택하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2저항에 걸리는 전압을 상기 내부 전압으로 출력하는 단계를 포함함을 특징으로하는 전압 발생 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 스위칭 신호는
    제2기준 전압이 상기 제2저항에 걸리는 전압과 같거나 큰 경우 턴온되는 신호임을 특징으로하는 전압 발생 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 검출신호를 출력하는 단계와 상기 내부 전압을 생성하는 단계 사이에 상기 검출신호를 소정 제어신호에 동기하여 래치하고, 래치된 검출신호를 출력하는 단계를 더 포함함을 특징으로하는 전압 발생 방법.
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