KR20220006831A - 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 스마트 카드 - Google Patents

스마트 카드의 내부 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 스마트 카드 Download PDF

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Abstract

지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로는 모드 감지기, 스위치드 커패시터 회로 및 저전압 강하 레귤레이터를 포함한다. 상기 모드 감지기는 상기 스마트 카드가 외부의 카드 리더기와 직접 접촉하여 입력 전압을 제공하는 접촉 모드와 상기 카드 리더기와 비접촉하여 상기 입력 전압을 제공하는 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호를 생성한다. 상기 스위치드 커패시터 회로는 상기 입력 전압이 정류된 정류 전압을 기초로 제1 구동 전압과 상기 제1 구동 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 구동 전압을 생성한다. 상기 저전압 강하 레귤레이터는 에러 증폭기를 포함하며, 상기 모드 신호에 기초하여, 상기 접촉 모드에서는 상기 제2 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성하고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 상기 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 상기 제1 출력 전압을 생성한다.

Description

스마트 카드의 내부 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 스마트 카드{Internal voltage generation circuit of smart card and smart card including the same}
본 발명은 스마트 카드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지문 인증을 수행하는 스마트 카드에 장착되는 내부 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 지문 인증을 수행하는 스마트 카드에 관한 것이다.
스마트 카드(smart card)는 칩 카드(chip card), IC 카드 등으로 불리며, 사용 방법에 따라 접촉식 모드 카드(contact mode card), 비접촉식 모드 카드(contactless mode card) 및 콤비 카드(combi card)로 구분될 수 있다. 상기 접촉식 카드는 외부 전원이 인가되는 접촉 단자를 카드 표면상에 구비하여 접촉에 의하여 상기 외부 전원이 인가된다. 상기 비접촉 모드식 카드는 안테나와 같은 비접촉식 단자를 통해 수신되는 무선 주파수 신호로부터 전원 전압을 생성할 수 있다. 상기 콤비 카드는 접촉 모드인 경우에는 상기 접촉식 모드 카드와 같이 동작하고 상기 비접촉식 모드인 경우는 상기 비접촉식 모드 카드와 같이 동작할 수 있다.
본 발명의 일 목적은 접촉 모드와 비접촉 모드에서 안정적인 출력 전압을 제공할 수 있는 지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 목적은 접촉 모드와 비접촉 모드에서 안정적인 출력 전압을 제공할 수 있는 내부 전압 생성 회로를 포함하는, 지문 인증을 수행하는 스마트 카드를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로는 모드 감지기, 스위치드 커패시터 회로 및 저전압 강하 레귤레이터를 포함한다. 상기 모드 감지기는 상기 스마트 카드가 외부의 카드 리더기와 직접 접촉하여 입력 전압을 제공하는 접촉 모드와 상기 카드 리더기와 비접촉하여 상기 입력 전압을 제공하는 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호를 생성한다. 상기 스위치드 커패시터 회로는 상기 입력 전압이 정류된 정류 전압을 기초로 제1 구동 전압과 상기 제1 구동 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 구동 전압을 생성한다. 상기 저전압 강하 레귤레이터는 에러 증폭기를 포함하며, 상기 모드 신호에 기초하여, 상기 접촉 모드에서는 상기 제2 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성하고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 상기 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 상기 제1 출력 전압을 생성한다.
본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증을 수행하는 스마트 카드는 연결 인터페이스 및 스마트 카드 칩을 포함한다. 상기 연결 인터페이스는 외부의 카드 리더기에 직접 접촉하거나 비접촉하여 상기 카드 리더기로부터 수신된 전압을 입력 전압으로 제공한다. 상기 스마트 카드 칩은 상기 연결 인터페이스와 제1 파워 단자 및 제2 파워 단자를 통하여 연결된다. 상기 스마트 카드 칩은 내부 전압 생성 회로, 지문 인식 센서 및 프로세서를 포함한다. 상기 내부 전압 생성 회로는 상기 입력 전압에 기초로 제1 구동 전압과 상기 제1 구동 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 구동 전압을 생성하고 상기 스마트 카드가 외부의 카드 리더기와 직접 접촉하여 입력 전압을 제공하는 접촉 모드와 상기 카드 리더기와 비접촉하여 상기 입력 전압을 제공하는 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호에 기초하여 상기 접촉 모드에서는 상기 제2 구동 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성하고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 구동 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성하고, 상기 모드 신호와 무관하게 상기 제1 구동 전압을 레귤레이션하여 제2 출력 전압을 생성한다. 상기 지문 인식 센서는 상기 제2 출력 전압을 제공받아 동작하며, 입력 지문에 기초하여 지문 이미지 신호를 생성한다. 상기 프로세서는 상기 제1 출력 전압을 제공받아 동작하며, 상기 지문 이미지 신호에 기초하여 지문 인증을 수행한다.
본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로는 모드 감지기, 스위치드 커패시터 회로 및 저전압 강하 레귤레이터를 포함한다. 상기 모드 감지기는 상기 스마트 카드가 외부의 카드 리더기와 직접 접촉하여 입력 전압을 제공하는 접촉 모드와 상기 카드 리더기와 비접촉하여 상기 입력 전압을 제공하는 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호를 생성한다. 상기 스위치드 커패시터 회로는 상기 입력 전압이 정류된 정류 전압을 기초로 제1 구동 전압과 상기 제1 구동 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 구동 전압을 생성한다. 상기 저전압 강하 레귤레이터는 에러 증폭기, 제1 파워 트랜지스터 및 상기 제1 파워 트랜지스터와는를 포다른 타입의 제2 파워 트랜지스터를 포함하며, 상기 모드 신호 및 상기 파워 스위치 제어 신호들에 기초하여, 상기 접촉 모드에서는 상기 제2 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 에러 전압을 생성하고, 상기 제1 파워 트랜지스터를 이용하여 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 출력 전압을 생성하고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 상기 에러 전압을 생성하고, 상기 제2 파워 트랜지스터를 이용하여 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성한다.
본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 스마트 카드는 저전압 강하 레규레이터를 포함하고, 상기 저전압 강하 레귤레이터는 접촉 모드와 비접촉 모드에서 서로 다른 레벨을 가지는 제2 구동 전압과 제1 구동 전압으로 에러 증폭기를 구동시키고, 접촉 모드에서는 피모스 트랜지스터로 구현되는 제1 파워 트랜지스터로 제2 구동 전압을 레귤레이션하고, 비접촉 모드에서는 엔모스 트랜지스터로 구현되는 제2 파워 트랜지스터로 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성할 수 있다. 그러므로, 상기 저전압 강하 레귤레이터는 접촉 모드와 비접촉 모드에서 안정적으로 제1 출력 전압을 로직 회로들에 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 스마트 카드 시스템에서 스마트 카드의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 정류기의 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 모드 감지기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 내부 전압 생성 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 도 5의 내부 전압 생성 회로에서 제1 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 도 5의 내부 전압 생성 회로에서 제1 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸다.
도 8은 도 6의 제1 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 나타낸다.
도 9는 도 6의 제1 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 5의 내부 전압 생성 회로에서 저전압 강하 레귤레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11은 도 10의 저전압 강하 레귤레이터를 보다 상세히 나타내는 회로도이다.
도 12는 접촉 모드에서 도 11의 저전압 강하 레귤레이터의 동작을 나타낸다.
도 13은 비접촉 모드에서 도 11의 저전압 강하 레귤레이터의 동작을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 도 5의 내부 전압 생성 회로에서 전압 레귤레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 도 10의 저전압 강하 레귤레이터에서 에러 증폭기의 구성을 나타낸다.
도 16 및 17은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스를 위한 통신 신호들의 예를 나타내는 도면들이다.
도 18은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스의 프레임의 예를 나타내는 도면들이다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 지문 인식 센서를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 예를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 단면도를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 도 22의 스마트 카드의 회로 층의 예를 나타낸다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 보호 소자를 나타내는 회로도이다.
도 25a는 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 일부를 포함하는 스마트 카드의 단면도이다.
도 25b는 후면 폴리싱이 수행된, 본 개시의 일 실시예에 따른 센서의 일부를 포함하는 스마트 카드를 나타내는 단면도이다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 스마트 카드 시스템(10)은 카드 리더(20) 및 스마트 카드(50)를 포함할 수 있다.
카드 리더(20)는 리더 칩(30) 및 안테나(21)을 포함할 수 있고, 리더 칩(30)은 스마트 카드(50)가 접촉하는 경우 전압을 공급하고, 데이터를 주고 받을 수 있는 및 데이터를 교환할 수 있는 카드 소켓(31)을 포함할 수 있다. 스마트 카드(50)가 카드 소켓(31)에 인입되는 경우, 리더 칩(30)는 스마트 카드(50)에 동작 전압을 공급하면서, 스마트 카드(50)를 인식하고, 스마트 카드(50)와 결제 데이터를 교환할 수 있다.
스마트 카드(50)는 연결 인터페이스(60) 및 스마트 카드 칩(100)을 포함할 수 있다. 연결 인터페이스(60)는 안테나(61) 및 접촉 단자(63)를 포함할 수 있다.
스마트 카드(50)는 안테나(61)를 통하여 카드 리더(20)와 비접촉식으로 통신하여 카드 리더(20)로부터 전압을 제공받고, 카드 리더(20)와 결제 데이터를 교환할 수 있다. 스마트 카드(50)는 카드 소켓(31)에 인입되는 경우, 접촉 단자(63)를 통하여 카드 리더(20)로부터 전압을 제공받고, 카드 리더(20)와 결제 데이터를 교환할 수 있다. 스마트 카드(50)가 비접촉식으로 카드 리더(20)에 연결되는 경우, 안테나들(21, 61)을 통하여 전자기파 형태로 전압을 수신하고, 결제 데이터를 교환할 수 있다.
스마트 카드 칩(100)은 지문 인식 센서(FRS, 270)를 포함하여, 비접촉식으로 결제가 수행되는 경우, 지문 인식 센서(270)를 통하여 결제 데이터에 대한 사용자 인증을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 스마트 카드 시스템에서 스마트 카드의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 스마트 카드(50)는 연결 인터페이스(60) 및 스마트 카드 칩(100)을 포함할 수 있다. 스마트 카드 칩(100)은 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 연결 인터페이스(60)와 연결될 수 있다.
연결 인터페이스(60)는 안테나(L)와 제1 커패시터(C1)를 포함하는 공진회로(71) 및 전자기파(EMW)에 응답하여 유도되는 유도 전압을 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)에 제공하기 위한 제2 커패시터(C2) 및 제3 커패시터(C3)를 포함하는 필터(73)를 포함하는 공진부(70)를 포함할 수 있다. 연결 인터페이스(60)는 또한 카드 리더(20)와 직접 접촉할 수 있는 접촉 단자(63)를 포함할 수 있다. 공진부(70)는 스마트 카드(50)가 카드 리더(20)에 비접촉식으로 연결되는 경우, 전자기파(EMW)에 응답하여 유도되는 상기 유도 전압을 상기 필터(73)를 통해 입력 전압(VIN)으로서 스마트 카드 칩(100)에 제공할 수 있다.
도 2에 도시된 공진부(70)의 구성은 일 예에 불과하고, 본 발명의 실시예들에 따른 공진부(70)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 공진부(70)는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
스마트 카드 칩(100)은 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 연결 인터페이스(60)로부터 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있다. 카드 칩(100)은 비접촉 모드에서는 공진부(70)를 통하여 제공된 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있고, 접촉 모드에서는 접촉 단자(63)를 통하여 제공된 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있다.
스마트 카드 칩(100)은 정류기(210), 내부 전압 생성 회로(IVGC, 300), 모드 감지기(260) 프로세서(240), 메모리(250), 복조기(251), 변조기(253), 지문 인식 센서(270), LED 들(290) 및 로직 회로 블록(295)를 포함할 수 있다.
정류기(210)는 입력 전압(VIN)을 정류하여 직류 전압인 정류 전압(VREC)을 생성할 수 있다.
내부 전압 생성 회로(300)는 모드 신호(MDS)에 기초하고 정류 전압(VREC)을 사용하여 제1 구동 전압 및 상기 제1 구동 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 구동 전압을 생성하고, 상기 제1 구동 전압 및 상기 제2 구동 전압에 기초하여 제1 출력 전압(VOUT1) 및 제2 출력 전압(VOUT2)를 생성할 수 있다. 모드 신호(MDS)는 접촉 모드와 비접촉 모드 중 하나를 나타낼 수 있고, 내부 전압 생성 회로(300)는 모드 신호(MDS)에 기초하여 접촉 모드에서는 상기 제2 구동 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 생성하고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 구동 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 생성하고, 모드 신호(MDS)와 무관하게 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제2 출력 전압(VOUT2)을 생성할 수 있다.
내부 전압 생성 회로(300)는 제1 출력 전압(VOUT1)을 프로세서(240) 및 로직 회로 블록(295)에 제공하고, 제2 출력 전압(VOUT2)을 지문 인식 센서(270) 및 LED들(290)에 제공할 수 있다.
모드 감지기(260)는 접촉 모드에서의 입력 전압(VIN)을 접촉 전압으로 수신하고, 비접촉 모드에서의 입력 전압(VIN)에서의 비접촉 전압으로 수신하고, 상기 접촉 전압과 상기 비접촉 전압을 비교하고, 상기 비교의 결과에 기초하여 접촉 모드와 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호(MDS)를 출력할 수 있다. 실시예에 있어서, 모드 감지기(260)는 접촉 모드와 비접촉 모드에 기초하여 파워 스위치 제어 신호들(PCS)을 내부 전압 생성 회로(300)에 제공할 수 있다.
실시예에 있어서, 모드 감지기(260)는 내부 전압 생성기(300) 내부에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 모드 감지기(260)는 내부 전압 생성기(300)의 외부에 배치될 수 있다.
프로세서(240)는 스마트 카드 칩(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
수신 동작시, 복조기(251)는 연결 인터페이스(60)로부터 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 제공되는 신호를 복조하여 수신 데이터(RND)를 생생하고, 상기 수신 데이터(RND)를 프로세서(240)에 제공할 수 있다. 프로세서(240)는 상기 수신 데이터(RND)를 디코딩하고 디코딩된 수신 데이터(RND)의 적어도 일부를 메모리(250)에 저장할 수 있다.
송신 동작시, 프로세서(240)는 메모리(250)로부터 출력 데이터를 독출하고 인코딩하여 송신 데이터(TND)를 변조기(253)에 제공하고, 변조기(253)는 상기 송신 데이터(TND)를 변조하여 변조 신호를 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 변조기(253)는 상기 송신 데이터(TND)에 대해 로드 모듈레이션(load modulation)을 수행하여 상기 변조 신호를 생성할 수 있다.
프로세서(240)는 또한 스위치 제어 신호들(SCS)을 내부 전압 생성기(300)에 제공할 수 있다.
메모리(250)는 사전 과정을 통하여 등록된 사용자의 원본 지문을 저장할 수 있다. 지문 인식 센서(270)는 비접촉 모드에서의 결제 동작에서 사용자의 입력 지문에 기초하여 지문 이미지 신호를 생성하고, 상기 지문 신호를 프로세서(240)에 제공할 수 있다. 프로세서(240)는 사용자의 원본 지문과 지문 인식 센서(270)에서 제공된 지문 이미지 신호를 비교하고, 상기 비교의 결과에 기초하여 입력 지문의 위조 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(240)가 사용자의 원본 지문과 지문 이미지 신호가 동일하다고 판단한 경우, 결제 동작의 결제 데이터에 대하여 사용자 인증을 수행하면서, LED들(295)를 발광시켜 사용자 인증의 성공을 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 정류기의 구성을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 정류기(210)는 제1 다이오드(211) 및 제2 다이오드(212)를 포함할 수 있다.
제1 다이오드(211)는 제1 파워 단자(L1)에 연결되고, 제2 다이오드(212)는 제2 파워 단자(L2)에 연결될 수 있다. 제1 다이오드(211) 및 제2 다이오드(212)는 접촉 모드에서는 도 2의 접촉 단자(63)를 통하여 제공되는 접촉 전압(VDDC)를 정류하여 정류 전압(VREC)을 내부 전압 생성 회로(300)에 제공하고, 비접촉 모드에서는 도 2의 공진부(70)를 통하여 제공되는 비접촉 전압(VDDU)를 정류하여 정류 전압(VREC)을 내부 전압 생성 회로(300)에 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 모드 감지기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 모드 감지기(260)는 비교기(261) 및 스위치 제어 신호 생성기(263)를 포함할 수 있다.
비교기(261)는 비접촉 모드에서의 비접촉 전압(VDDU) 및 접촉 모드에서의 접촉 전압(VDDC)을 비교하고, 상기 비교의 결과에 기초하여 접촉 모드 및 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호(MDS)를 출력할 수 있다. 스마트 카드(100)가 카드 리더(20)와 비접촉으로 연결되는 경우, 비접촉 전압(VDDU) 의 레벨이 접촉 전압(VDDC)의 레벨보다 크므로, 모드 신호(MDS)는 제1 로직 레벨(하이 레벨)을 가질 수 있다. 스마트 카드(100)가 카드 리더(20)와 접촉하여 연결되는 경우, 비접촉 전압(VDDU) 의 레벨이 접촉 전압(VDDC)의 레벨보다 작으므로, 모드 신호(MDS)는 제2 로직 레벨(로우 레벨)을 가질 수 있다.
스위치 제어 신호 생성기(263)는 모드 신호(MS)에 기초하여 제1 및 제2 파워 스위치 제어 신호들(PCS1, PCS2)를 포함하는 파워 스위치 제어 신호들(PCS)의 논리 레벨을 결정하고, 1 및 제2 파워 스위치 제어 신호들(PCS1, PCS2)을 내부 전압 생성 회로(300)에 제공할 수 있다. 스위치 제어 신호 생성기(263)는 모드 신호(MS)에 기초하여 제1 및 제2 파워 스위치 제어 신호들(PCS1, PCS2)이 상보적인 논리 레벨을 갖도록 제1 및 제2 파워 스위치 제어 신호들(PCS1, PCS2)을 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 내부 전압 생성 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 내부 전압 생성 회로(300)는 스위치드 커패시터 회로(305), 저전압 강하(Low drop-out, LDO) 레귤레이터(330) 및 전압 레귤레이터(380)를 포함할 수 있다. 스위치드 커패시터 회로(305)는 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310) 및 제2 스위치드 커패시터 컨버터(320)를 포함할 수 있다.
스위치드 커패시터 회로(305)는 정류 전압(VREC)를 수신하고, 정류 전압(VREC)을 변환하여 제1 구동 전압(VDD1) 및 제2 구동 전압(VDD2)를 생성할 수 있다. 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310)는 스위치 제어 신호들(SCS)에 기초하여 정류 전압(VREC)을 제1 구동 전압(VDD1)으로 변환하고, 제2 스위치드 커패시터 컨버터(320)는 스위치 제어 신호들(SCS)에 기초하여 제1 구동 전압(VDD1)을 제2 구동 전압(VDD2)으로 변환할 수 있다. 스위치드 커패시터 회로(305)는 제1 구동 전압(VDD1)과 제2 구동 전압(VDD2)를 저전압 강하 레귤레이터(330)에 제공하고, 제1 구동 전압(VDD1)을 전압 레귤레이터(380)에 제공할 수 있다.
정류 전압(VREC)은 제1 전압 레벨을 가질 수 있고, 제1 구동 전압(VDD1)은 제1 전압 레벨보다 낮은 제2 전압 레벨을 가질 수 있고, 제2 구동 전압(VDD1)은 제2 전압 레벨보다 낮은 제3 전압 레벨을 가질 수 있다. 실시예에 있어서, 제2 전압 레벨은 제1 전압 레벨의 절반이고, 제3 전압 레벨은 제2 전압 레벨의 절반일 수 있다.
저전압 강하 레귤레이터(330)는 에러 증폭기를 포함할 수 있고, 모드 신호(MS) 및 파워 스위치 제어 신호들(PCS)에 기초하여 접촉 모드에서는 제2 구동 전압(VDD2)으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 제2 구동 전압(VDD2)을 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT2)을 생성하고, 비접촉 모드에서는 제1 구동 전압(VDD1)으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 상기 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 제2 구동 전압(VDD2)을 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 생성할 수 있다.
전압 레귤레이터(380)는 모드 신호(MS)와 무관하게 제1 구동 전압(VDD1)을 레귤레이션하여 제2 출력 전압(VOUT2)를 생성할 수 있다.
실시예에 있어서, 내부 전압 생성 회로(300)는 모드 감지기(260)를 더 포함할 수 있다. 모드 감지기(260)는 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 입력 전압(VIN)에 기초하여 모드 신호(MDS)와 파워 스위치 제어 신호들(PCS)를 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 도 5의 내부 전압 생성 회로에서 제1 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310a)는 제1 내지 제4 스위치들(311, 312, 313, 314) 및 커패시터(315)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(311)는 정류 전압(VRET)이 인가되는 제1 노드(N11)와 제2 노드 사이(N12)에 연결되고, 제1 스위치 제어 신호(SCS1)에 응답하여 스위칭된다. 커패시터(315)는 제2 노드(N12)와 제3 노드(N13) 사이에 연결된다. 제2 스위치(312)는 2 노드(N12)와 제1 구동 전압(VDD1)을 제공하는 제4 노드(N14) 사이에 연결되고, 제2 스위치 제어 신호(SCS2)에 응답하여 스위칭된다. 제3 스위치(313)는 제3 노드(N13)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 제2 스위치 제어 신호(SCS2)에 응답하여 스위칭된다. 제4 스위치(314)는 제3 노드(N13)와 제4 노드(N14) 사이에 연결되고, 제1 스위치 제어 신호(SCS1)에 응답하여 스위칭된다.
제1 스위치 제어 신호(SCS1)와 제2 스위치 제어 신호(SCS2)는 동일한 논리 레벨을 가지고, 제1 스위치(311)와 제4 스위치(311)는 로우 레벨의 제1 스위치 제어 신호(SCS1)에 응답하여 턴-온되고, 하이 레벨의 제1 스위치 제어 신호(SCS1)에 응답하여 턴-오프된다. 제2 스위치(312)와 제3 스위치(313)는 로우 레벨의 제2 스위치 제어 신호(SCS2)에 응답하여 턴-오프되고, 하이 레벨의 제2 스위치 제어 신호(SCS2)에 응답하여 턴-온된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 도 5의 내부 전압 생성 회로에서 제1 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310b)는 피모스 트랜지스터들(316, 319), 엔모스 트랜지스터들(317, 318) 및 커패시터(315)를 포함할 수 있다.
피모스 트랜지스터(316)는 제1 노드(N11)와 제2 노드(N12) 사이에 연결되고, 제1 스위치 제어 신호(SCS1)에 응답하여 턴-온/턴-오프된다. 커패시터(315)는 제2 노드(N12)와 제3 노드(N13) 사이에 연결된다. 엔모스 트랜지스터(317)는 2 노드(N12)와 제1 구동 전압(VDD1)을 제공하는 제4 노드(N14) 사이에 연결되고, 제2 스위치 제어 신호(SCS2)에 응답하여 턴-온/턴-오프된다. 엔모스 트랜지스터(318)는 제3 노드(N13)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 제2 스위치 제어 신호(SCS2)에 응답하여 턴-온/턴-오프된다. 피모스 트랜지스터(319)는 제3 노드(N13)와 제4 노드(N14) 사이에 연결되고, 제1 스위치 제어 신호(SCS1)에 응답하여 턴-온/턴-오프된다.
도 6 및 도 7은 도 5의 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310)의 구성을 나타내나, 제2 스위치드 커패시터 컨버터(320)는 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310)와 동일한 구성을 가질 수 있다.
도 8은 도 6의 제1 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 나타낸다.
도 8에서는 도 6의 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310a)의 동작을 나타내나, 도 7의 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310b)의 동작도 도 8의 동작과 동일할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 페이즈에서 제1 스위치(311)와 제4 스위치(314)가 턴-온(연결)되고, 제2 스위치(312)와 제3 스위치(313)가 턴-오프(분리)되면, 정류 전압(VREC)에 기초하여 커패시터(315)에는 전압(VCAP)이 저장되고, 커패시터(315)에 저장된 전압(VCAP)에 기초하여, 제1 구동 전압(VDD1)이 제공된다.
도 9는 도 6의 제1 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 나타낸다.
도 9에서는 도 6의 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310a)의 동작을 나타내나, 도 7의 제1 스위치드 커패시터 컨버터(310b)의 동작도 도 9의 동작과 동일할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제2 페이즈에서 제1 스위치(311)와 제4 스위치(314)가 턴-오프되고, 제2 스위치(312)와 제3 스위치(313)가 턴-온되면, 제1 페이즈에서 커패시터(315)에는 저장된 전압(VCAP)이 선형적으로 감소하게 되고, 커패시터(315)에 저장된 전압(VCAP)에 기초하여, 제1 구동 전압(VDD1)이 제공된다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 5의 내부 전압 생성 회로에서 저전압 강하 레귤레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 저전압 강하 레귤레이터(330)는 전압 선택기(331), 극성 선택기(340), 에러 증폭기(350), 제1 파워 스위치(361), 제1 파워 트랜지스터(365), 제2 파워 스위치(363), 제2 파워 트랜지스터(367) 및 피드백 회로(370)를 포함할 수 있다.
전압 선택기(331)는 모드 신호(MDS)에 응답하여 제1 구동 전압(VDD1) 및 제2 구동 전압(VDD2) 중 하나를 에러 증폭기 전원 전압(VEA)로서 에러 증폭기(360)의 전원 단자(360)에 제공한다. 극성 선택기(340)는 모드 신호(MDS)에 응답하여 기준 전압(VREF)과 제1 피드백 전압(VFB1)을 에러 증폭기(350)의 음(-)의 입력 단자 및 양(+)의 입력 단자에 각각 제공하거나, 기준 전압(VREF)과 제1 피드백 전압(VFB1)을 에러 증폭기(350)의 양(+)의 입력 단자 및 음(-)의 입력 단자에 각각 제공할 수 있다.
에러 증폭기(350)는 제1 구동 전압(VDD1) 및 제2 구동 전압(VDD2) 중 하나를 수신하는 전원 단자(360) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 기준 전압(VREF)과 제1 피드백 전압(VFB1) 사이의 차이를 증폭하여 제1 에러 전압(EV1)을 제1 노드(N21)에 출력할 수 있다.
제1 파워 스위치(361)는 제1 노드(N21)와 제1 파워 트랜지스터(365) 사이에 연결되고, 제1 파워 스위치 제어 신호(PCS1)에 응답하여 스위칭된다. 제1 파워 스위치(365)는 제2 구동 전압(VDD2)와 제1 출력 전압(VOUT1)을 제공하는 출력 노드(NO1) 사이에 연결된다.
제2 파워 스위치(367)는 제1 노드(N21)와 제2 파워 트랜지스터(367) 사이에 연결되고, 제2 파워 스위치 제어 신호(PCS2)에 응답하여 스위칭된다. 제2 파워 스위치(367)는 제2 구동 전압(VDD2)와 제1 출력 전압(VOUT1)을 제공하는 출력 노드(NO1) 사이에 제1 파워 스위치(365)와 병렬로 연결된다. 제2 파워 스위치(367)는 제1 파워 스위치(365)와 다른 타입일 수 있다.
피드백 회로(370)는 출력 노드(NO1)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 제1 출력 전압(VOUT1)을 분할하여 피드백 전압(VFB1)으로 제공할 수 있다. 피드백 회로(370)는 출력 노드(NO1)와 접지 전압(VSS) 사이에 직렬로 연결되는 제1 피드백 저항(RF1)과 제2 피드백 저항(RF2)을 포함할 수 있다. 제1 피드백 저항(RF1)과 제2 피드백 저항(RF2)은 피드백 노드(FN1)에서 서로 연결되고, 피드백 회로(370)는 피드백 노드(FN1)에서 피드백 전압(VFB1)을 제공할 수 있다.
도 11은 도 10의 저전압 강하 레귤레이터를 보다 상세히 나타내는 회로도이다.
도 11을 참조하면, 전압 선택기(331)는 멀티플렉서(332)를 포함할 수 있다. 멀티플렉서(332)는 모드 신호(MDS)에 응답하여 비접촉 모드에서는 제1 구동 전압(VDD1) 및 제2 구동 전압(VDD2) 중 제1 구동 전압(VDD1)을 선택하여 에러 증폭기 전원 전압(VEA)으로 제공하고, 접촉 모드에서는 제1 구동 전압(VDD1) 및 제2 구동 전압(VDD2) 중 제2 구동 전압(VDD2)을 선택하여 에러 증폭기 전원 전압(VEA)으로 제공할 수 있다.
극성 선택기(340)는 크로스바 스위치로 구성되어, 모드 신호(MDS)에 응답하여 접촉 모드에서는 기준 전압(VREF)과 제1 피드백 전압(VFB1)을 에러 증폭기(350)의 음(-)의 입력 단자 및 양(+)의 입력 단자에 각각 제공하고, 비접촉 모드에서는 기준 전압(VREF)과 제1 피드백 전압(VFB1)을 에러 증폭기(350)의 양(+)의 입력 단자 및 음(-)의 입력 단자에 각각 제공할 수 있다.
제1 파워 트랜지스터(365)는 제2 구동 전압(VDD2)에 연결되는 소스, 제1 파워 스위치(361)에 연결되는 게이트 및 출력 노드(NO1)에 연결되는 드레인을 구비하는 피모스 트랜지스터(366)를 포함할 수 있다. 제2 파워 트랜지스터(367)는 제2 구동 전압(VDD2)에 연결되는 드레인, 제2 파워 스위치(363)에 연결되는 게이트 및 출력 노드(NO1)에 연결되는 소스를 구비하는 엔모스 트랜지스터(368)를 포함할 수 있다.
접촉 모드에서 제1 파워 스위치(361)는 제1 파워 스위치 제어 신호(PCS1)에 응답하여 턴-온되어 제1 에러 전압(EV1)을 제1 파워 트랜지스터(365)의 게이트에 인가하고, 제2 파워 스위치(363)는 제2 파워 스위치 제어 신호(PCS2)에 응답하여 턴-오프되어 에러 증폭기(350)의 출력 단자를 제2 파워 트랜지스터(367)의 게이트로부터 분리할 수 있다. 비접촉 모드에서 제1 파워 스위치(361)는 제1 파워 스위치 제어 신호(PCS1)에 응답하여 턴-오프되어 에러 증폭기(350)의 출력 단자를 제1 파워 트랜지스터(365)의 게이트로부터 분리하고, 제2 파워 스위치(363)는 제2 파워 스위치 제어 신호(PCS2)에 응답하여 턴-온되어 에러 전압(EV1)을 제2 파워 트랜지스터(367)의 게이트에 인가할 수 있다.
도 12는 접촉 모드에서 도 11의 저전압 강하 레귤레이터의 동작을 나타낸다.
도 12를 참조하면, 접촉 모드에서 모드 신호(MDS)는 제2 로직 레벨(로우 레벨)을 가질 수 있다. 전압 선택기(331)에 포함되는 멀티플렉서(332)는 모드 신호(MDS)에 응답하여 제1 구동 전압(VDD1) 및 제2 구동 전압(VDD2) 중 제2 구동 전압(VDD2)을 에러 증폭기(350)의 전원 단자(360)에 제공한다. 극성 선택기(340)는 모드 신호(MDS)에 응답하여 접촉 모드에서는 기준 전압(VREF)과 제1 피드백 전압(VFB1)을 에러 증폭기(350)의 음(-)의 입력 단자 및 양(+)의 입력 단자에 각각 제공한다. 제1 파워 스위치(361)는 턴-온되고, 제2 파워 스위치(363)는 턴-오프된다.
에러 증폭기(350)는 제2 구동 전압(VDD2)으로 구동되고, 기준 전압(VREF)과 제1 피드백 전압(VFB1)의 차이를 증폭하여 제1 에러 전압(EV1)을 제1 파워 트랜지스터(365)의 게이트에 인가하고, 제1 파워 트랜지스터(365)는 제1 에러 전압(EV1)에 기초하여 제2 구동 전압(VDD2)를 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 도 1의 프로세서(240)와 로직 회로 블록(295)에 제공한다.
접촉 모드에서, 제1 출력 전압(VOU1)의 레벨이 감소하면, 제1 피드백 전압(VFB1)의 레벨이 감소한다. 제1 피드백 전압(VFB1)의 레벨의 감소에 응답하여 제1 에러 전압(EV1)의 레벨이 감소한다. 제1 에러 전압(EV1)의 레벨의 감소에 응답하여 제1 파워 트랜지스터(365)에서 출력 노드(NO1)로 제공되는 전류가 증가하므로, 제1 출력 전압(VOU1)의 레벨이 증가한다.
접촉 모드에서, 제1 출력 전압(VOU1)의 레벨이 증가하면, 제1 피드백 전압(VFB1)의 레벨이 증가한다. 제1 피드백 전압(VFB1)의 레벨의 증가에 응답하여 제1 에러 전압(EV1)의 레벨이 증가한다. 제1 에러 전압(EV1)의 레벨의 증가에 응답하여 제1 파워 트랜지스터(365)에서 출력 노드(NO1)로 제공되는 전류가 감소하므로, 제1 출력 전압(VOU1)의 레벨이 감소한다.
따라서 접촉 모드에서는 피모스 트랜지스터(366)로 구현되는 제1 파워 트랜지스터(365)의 레귤레이션 동작에 의하여 제1 출력 전압(VOUT1)은 기준 전압(VREF)를 추종할 수 있다.
도 13은 비접촉 모드에서 도 11의 저전압 강하 레귤레이터의 동작을 나타낸다.
도 13을 참조하면, 비접촉 모드에서 모드 신호(MDS)는 제1 로직 레벨(하이 레벨)을 가질 수 있다. 전압 선택기(331)에 포함되는 멀티플렉서(332)는 모드 신호(MDS)에 응답하여 제1 구동 전압(VDD1) 및 제2 구동 전압(VDD2) 중 제1 구동 전압(VDD1)을 에러 증폭기(350)의 전원 단자(360)에 제공한다. 극성 선택기(340)는 모드 신호(MDS)에 응답하여 비접촉 모드에서는 기준 전압(VREF)과 제1 피드백 전압(VFB1)을 에러 증폭기(350)의 양(-)의 입력 단자 및 음(1)의 입력 단자에 각각 제공한다. 제1 파워 스위치(361)는 턴-오프되고, 제2 파워 스위치(363)는 턴-온된다.
에러 증폭기(350)는 제1 구동 전압(VDD1)으로 구동되고, 기준 전압(VREF)과 제1 피드백 전압(VFB1)의 차이를 증폭하여 제1 에러 전압(EV1)을 엔모스 트랜지스터(368)로 구현되는 제2 파워 트랜지스터(367)의 게이트에 인가하고, 제2 파워 트랜지스터(367)는 제1 에러 전압(EV1)에 기초하여 제2 구동 전압(VDD2)를 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 도 1의 프로세서(240)와 로직 회로 블록(295)에 제공한다.
비접촉 모드에서, 제1 출력 전압(VOU1)의 레벨이 감소하면, 제1 피드백 전압(VFB1)의 레벨이 감소한다. 제1 피드백 전압(VFB1)의 레벨의 감소에 응답하여 제1 에러 전압(EV1)의 레벨이 증가한다. 제1 에러 전압(EV1)의 레벨의 증가에 응답하여 제2 파워 트랜지스터(367)에서 출력 노드(NO1)로 제공되는 전류가 증가하므로, 제1 출력 전압(VOU1)의 레벨이 증가한다.
비접촉 모드에서, 제1 출력 전압(VOU1)의 레벨이 증가하면, 제1 피드백 전압(VFB1)의 레벨이 증가한다. 제1 피드백 전압(VFB1)의 레벨의 증가에 응답하여 제1 에러 전압(EV1)의 레벨이 감소한다. 제1 에러 전압(EV1)의 레벨의 감소에 응답하여 제2 파워 트랜지스터(367)에서 출력 노드(NO1)로 제공되는 전류가 감소하므로, 제1 출력 전압(VOU1)의 레벨이 감소한다.
따라서 비접촉 모드에서는 엔모스 트랜지스터(368)로 구현되는 제2 파워 트랜지스터(367)의 레귤레이션 동작에 의하여 제1 출력 전압(VOUT1)은 기준 전압(VREF)를 추종할 수 있다.
즉, 접촉 모드에서 에러 증폭기(350)는 제2 구동 전압(VDD2)으로 구동되어 제1 에러 전압(EV1)을 피모스 트랜지스터(366)의 게이트에 인가하고, 비접촉 모드에서, 에러 증폭기(350)는 제1 구동 전압(VDD1)으로 구동되어 제1 에러 전압(EV1)을 엔모스 트랜지스터(368)의 게이트에 인가한다. 따라서, 피모스 트랜지스터(366)의 게이트-드레인 전압과 엔모스 트랜지스터(368)의 게이트-소스 전압을 다를 수 있다.
종래의 내부 전압 생성 회로에서는 비접촉 모드에서 제2 구동 전압(VDD2)으로 에러 증폭기를 구동하고 피모스 트랜지스터로 구현되는 파워 트랜지스터로 제2 구동 전압(VDD2)를 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 로직 회로 블록(295)에 제공하였다. 따라서, 제2 구동 전압(VDD2)과 제1 출력 전압(VOUT1)의 차이가 크지 않아서, 피모스 트랜지스터의 드레인-소스 전압이 충분하지 못하여, 제1 출력 전압(VOUT1)이 안정적인 레벨을 가질 수 없었다.
하지만 본 발명의 실시예들에 따른 저전압 강하 레귤레이터(330)는 비접촉 모드에서 제2 구동 전압(VDD2)보다 높은 레벨을 가지는 제1 구동 전압(VDD1)으로 에러 증폭기(350)를 구동하여 제1 에러 전압(EV1)을 생성하고, 엔모스 트랜지스터(368)로 구현되는 제2 파워 트랜지스터(367)는 제1 에러 전압(EV1)에 기초하여 제2 구동 전압(VDD2)를 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 제공한다. 따라서, 엔모스 트랜지스터(368)의 게이트-소스 전압이 충분하여 제1 출력 전압(VOUT1)이 안정적인 레벨을 가질 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 도 5의 내부 전압 생성 회로에서 전압 레귤레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 14를 참조하면, 전압 레귤레이터(380)는 에러 증폭기(381), 파워 트랜지스터(382) 및 피드백 회로(383)를 포함할 수 있다.
에러 증폭기(381)는 기준 전압(VREF)를 수신하는 음(-)의 입력 단자와 제2 피드백 전압(VFB2)를 수신하는 양(+)의 입력 단자를 구비한다. 에러 증폭기(381)는 기준 전압(VREF)과 제2 피드백 전압(VFB2)의 차이를 증폭하여 제2 에러 전압(EV2)를 파워 트랜지스터(382)의 게이트에 인가한다.
파워 트랜지스터(382)는 제1 구동 전압(VDD1)에 연결되는 소스, 제2 에러 전압(EV2)을 수신하는 게이트 및 출력 노드(NO2)에 연결되는 드레인을 구비하여, 제2 에러 전압(EV2)에 기초하여 제1 구동 전압(VDD1)을 레귤레이션하여 출력 노드(NO2)에서 제2 출력 전압(VOUT2)을 제공한다.
피드백 회로(383)는 출력 노드(NO2)와 접지 전압(VSS) 사이에 직렬로 연결되는 피드백 저항들(RF3, RF4)를 포함할 수 있다. 피드백 저항들(RF3, RF4)은 피드백 노드(FN2)에서 서로 연결되고, 피드백 회로(383)는 피드백 저항들(RF3, RF4)에 기초하여 제2 출력 전압(VOUT2)을 분할하여 제2 피드백 전압(VFB2)을 제공할 수 있다.
전압 레귤레이터(380)에서는 피모스 트랜지스터로 구현되는 파워 트랜지스터(382)가 제1 구동 전압(VDD1)을 레귤레이션하여 제2 출력 전압(VOUT2)를 제공하므로, 제2 출력 전압(VOUT2)의 전압 레벨을 제1 출력 전압(VOUT1)의 전압 레벨 이상일 수 있다. 전압 레귤레이터(380)는 제2 출력 전압(VOUT2)을 도 2의 지문 인식 센서(270)와 LED들(290)에 제공할 수 있다. 지문 인식 센서(270)와 LED들(290)은 비접촉 모드에서 결제 데이터에 대한 지문 인증을 수행할 때 사용되므로 소모하는 전력이 증가할 수 있는데, 상대적으로 높은 전압 레벨을 가지는 제2 출력 전압(VOUT2)을 제공받아 동작하므로 안정적으로 동작할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 도 10의 저전압 강하 레귤레이터에서 에러 증폭기의 구성을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 에러 증폭기(350)는 폴디드 캐스코드(folded cascade) 증폭기(350a) 및 소스 팔로워(source follower, 350b)를 포함할 수 있다.
폴디드 캐스코드 증폭기(350a)는피모스 트랜지스터들(MP1~MP7), 엔모스 트랜지스터들(MN1~MN4), 저항(R11) 및 커패시터(C11)를 포함할 수 있다.
피모스 트랜지스터(MP1)는 전원 전압(VEA)와 노드(N23) 사이에 연결되고, 제1 바이어스 전압(VB1)을 수신하는 게이트를 구비할 수 있다. 따라서, 피모스 트랜지스터(MP1)는 전류원으로 동작할 수 있다. 피모스 트랜지스터(MP2)는 노드(N23)과 노드(N28) 사이에 연결되고, 음의 입력 단자(351)에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다. 피모스 트랜지스터(MP3)는 노드(N23)과 노드(N29) 사이에 연결되고, 양의 입력 단자(352)에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다.
피모스 트랜지스터(MP4)는 전원 전압(VEA)와 노드(N25) 사이에 연결되고, 제1 바이어스 전압(VB1)을 수신하는 게이트를 구비할 수 있다. 피모스 트랜지스터(MP5)는 전원 전압(VEA)와 노드(N26) 사이에 연결되고, 제1 바이어스 전압(VB1)을 수신하는 게이트를 구비할 수 있다. 저항(R11)과 커패시터(C11)는 노드(N25)와 노드(N26) 사이에 직렬로 연결된다.피모스 트랜지스터(MP6)는 노드(N25)와 노드(N24) 사이에 연결되고, 피모스 트랜지스터(MP7)는 노드(N26)와 노드(N27) 사이에 연결되고, 피모스 트랜지스터들(MP6, MP7)의 게이트들은 서로 연결되고, 제2 바이어스 전압(VB2)이 인가된다.
엔모스 트랜지스터(MN1)는 노드(N24)와 노드(N28) 사이에 연결되고, 엔모스 트랜지스터(MN2)는 노드(N27)와 노드(N29) 사이에 연결되고, 엔모스 트랜지스터들(MN1, MN2)의 게이트들은 서로 연결되고 제3 바이어스 전압(VB3)이 인가된다. 엔모스 트랜지스터(MN3)는 노드(N28)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 엔모스 트랜지스터(MN4)는 노드(N29)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 엔모스 트랜지스터들(MN3, MN4)의 게이트들은 서로 연결되고 제4 바이어스 전압(VB4)이 인가된다.
소스 팔로워(350b)는 피모스 트랜지스터들(353, 354), 엔모스 트랜지스터들(355, 356) 및 저항(R22)을 포함할 수 있다.
피모스 트랜지스터(353)는 전원 전압(VEA)과 노드(N21) 사이에 연결되고 제1 바이어스 전압(VB1)을 수신하는 게이트를 구비한다. 피모스 트랜지스터(354)는 노드(N21)와 노드(N22) 사이에 연결되고, 노드(N27)에 연결되는 게이트를 구비한다. 저항(R22)은 노드(N20)와 엔모스 트랜지스터(356) 사이에 연결되고, 엔모스 트랜지스터(355)는 노드(N22)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고 제4 바이어스 전압(VB4)를 수신하는 게이트를 구비한다. 엔모스 트랜지스터(356)는 저항(R22)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결된다.
도 15에서, 피모스 트랜지스터들(MP1, MP4, MP5, 353)의 전류 구동 능력이 서로 동일하고, 피모스 트랜지스터들(MP2, MP3)의 전류 구동 능력이 서로 동이랗고, 피모스 트랜지스터들(MP6, MP7, 354)의 전류 구동 능력이 서로 동일하고, 엔모스 트랜지스터들(MN1, MN2, 356)의 전류 구동 능력이 서로 동일하고, 엔모스 트랜지스터들(MN3, MN4, 355)의 전류 구동 능력이 서로 동일하다고 가정한다.
피모스 트랜지터들(MP1, 353) 각각의 게이트에는 제1 바이어스 전압(VB1)이 음의 입력 단자(351) 및 양의 입력 단자(352)에 인가되는 기준 전압(VREF)와 제1 피드백 전압(VFB1)의 차이에 의하여 노드(N27)와 노드(N26) 사이에 전압 레벨의 차이가 발생하고, 이 전압 레벨의 차이에 해당하는 에러 전압(EV1)이 노드(N21)에서 제공될 수 있다.
스마트 카드(또는 IC 카드)는 기존의 자기 띠 카드(magnetic stripe card)와 같은 모양과 크기를 가지며, 접촉형 스마트 카드와, 두 종류의 무선형 비접촉식 카드 CICC(Contactless IC Card) 및 RCCC(Remote Coupling Communication Card)가 있다. CICC는 ISO(International Organization for Standardization)와 IEC(International Electrotechnical Commission)에 의해서 세계 표준을 위한 형식이 제공되었다.
ISO/IEC 14443는 비접촉식 IC 카드 중 근접형 IC 카드에 대한 물리적 특성과 무선 주파수 전원, 신호 접속, 초기화 및 충돌 방지에 대한 프로토콜을 정의하고 있다. ISO/IEC 14443에 의하면 비접촉식 IC 카드는 프로세싱 및/또는 메모리 기능을 수행하기 위한 집적 회로(IC)를 포함한다. 비접촉식 IC 카드는 유전 소자(galvanic element)를 사용하지 않고 근접한 커플링 디바이스(proximity coupling device) 즉, 카드 리더(card reader)와의 유도 커플링(inductive coupling)에 의해서 신호의 교환과 전원을 공급받는다. 비접촉식 IC카드와 결합하는 카드 리더는 RF(radio frequency) 영역(field)의 에너지를 생성하고, 비접촉식 IC카드로 전원을 전송한다. RF 신호의 주파수(fc)는 13.56 MHz ㅁ7 kHz이다.
도 16 및 17은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스를 위한 통신 신호들의 예를 나타내는 도면들이고, 도 18은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스의 프레임의 예를 나타내는 도면들이다.
도 16에 도시된 신호는 카드 리더로부터 비접촉식 스마트 카드로 전송되는 신호이고, 도 17은 비접촉식 비접촉식 스마트 카드로부터 카드 리더로 전송되는 신호이다.
ISO/IEC 14443 표준에서는 2 가지 형태(A형 및 B형)의 통신 신호 접속에 대해서 기술한다. 이중 ISO/IEC A형에 따른 카드 리더로부터 비접촉식 IC 카드로의 통신은 RF 동작 범위의 ASK(Amplitude Shift Keying) 100% 변조 방식과 변형 밀러 코드(Modified Miller code) 방식을 사용한다. 카드 리더로부터 비접촉식 스마트 카드로 전송되는 신호의 비트율(bit rate) 또는 전송율(data rate)은, 예를 들어, fc/128 즉, 106 kbps이다. 비접촉식 스마트 카드에서 카드 리더로의 전송 신호는 맨체스터(Manchester code) 방식으로 코딩되어 OOK(On-Off Key) 방식으로 변조된다. 현재 지하철이나 버스 등에서 A형의 통신 신호 접속 방식으로 운용되고 있는 카드들은 카드 리더로부터 수신된 ASK 변조 신호로부터 일정 시간 간격의 타이밍을 생성하여 데이터 1 비트씩을 송수신 처리한다.
스마트 카드로부터 카드 리더로 데이터를 전송할 때에는 카드 리더로부터 전송되는 전원이 안정적으로 스마트 카드로 제공된다.
도 18은 ISO/IEC 14443 A형의 데이터 프레임을 보여주고 있다. 도 18은 시작 비트(Start bit: S), 데이터 비트들(b1-b7), 그리고 종료 비트(End bit: E)를 포함하는 쇼트 프레임(short frame)을 보여준다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 지문 인식 센서를 나타낸다.
도 19를 참조하면, 지문 인식 센서(270)는 렌즈(271) 및 이미지 센서(272)를 포함할 수 있고, 이미지 센서(272)는 픽셀 어레이(273)를 포함할 수 있다. 렌즈(271)는 사용자의 손가락(80)으로부터 반사된 빛을 이미지 센서(272)의 픽셀 어레이(273)로 제공할 수 있다. 이미지 센서(272)는 손가락(80)으로부터 반사된 빛에 기초하여 지문 이미지 신호를 생성하고, 지문 이미지 신호를 도 2의 프로세서(240)에 제공할 수 있다.
프로세서(240)는 지문 이미지 신호와 메모리(250)에 저장된 사용자의 원본 지문 이미지를 비교하여 지문 이지미 신호가 등록된 사용자의 지문인지 여부를 판단하고, 등록된 사용자의 지문인 경우, LED들(290)을 발광시켜 결제 데이터에 대한 사용자 인증을 수행할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1 내지 도 20을 참조하면, 스마트 카드(50)의 내부 전압 생성 회로(300)의 스위치드 커패시터 회로(310)는 입력 전압(VIN)을 기초로 제1 구동 전압(VDD1)과 제1 구동 전압(VDD1)보다 낮은 전압 레벨을 갖는 제2 구동 전압(VDD1)을 생성한다(S510). 스위치드 커패시터 회로(310)는 입력 전압(VIN)이 정류된 정류 전압(VREC)을 제1 구동 전압(VDD1)과 제2 구동 전압(VDD2)로 변환할 수 있다.
스마트 카드(50)의 모드 감지기(260)는 입력 전압(VIN)에 기초하여 스마트 카드(50)가 입력 전압(VIN)을 접촉 모드에서 수신하였는지 여부를 판단하고(520), 접촉 모드와 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호(MDS)를 생성한다.
스마트 카드(50)가 입력 전압(VIN)을 접촉 모드에서 수신한 경우(S520에서 YES), 저전압 강하 레귤레이터(330)는 제2 구동 전압(VDD2)으로 에러 증폭기(350)를 구동하여 제1 에러 전압(EV1)을 생성한다(S530). 피모스 트랜지스터(366)로 구현되는 제1 파워 트랜지스터(365)는 제1 에러 전압(EV1)에 기초하여 2 구동 전압(VDD2)을 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 제공한다(S550).
스마트 카드(50)가 입력 전압(VIN)을 비접촉 모드에서 수신한 경우(S520에서 NO), 저전압 강하 레귤레이터(330)는 제1 구동 전압(VDD1)으로 에러 증폭기(350)를 구동하여 제1 에러 전압(EV1)을 생성한다(S560). 엔모스 트랜지스터(368)로 구현되는 제2 파워 트랜지스터(367)는 제1 에러 전압(EV1)에 기초하여 2 구동 전압(VDD2)을 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 제공한다(S580).
따라서 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 동작 방법에서는 저전압 강하 레귤레이터(330)가 접촉 모드와 비접촉 모드에서 서로 다른 레벨을 가지는 제2 구동 전압(VDD2)과 제1 구동 전압(VDD1)으로 에러 증폭기(350)를 구동시키고, 접촉 모드에서는 피모스 트랜지스터로 구현되는 제1 파워 트랜지스터로 제2 구동 전압(VDD2)을 레귤레이션하고, 비접촉 모드에서는 엔모스 트랜지스터로 구현되는 제2 파워 트랜지스터로 제2 구동 전압(VDD2)을 레귤레이션하여 제1 출력 전압(VOUT1)을 생성할 수 있다. 그러므로, 접촉 모드와 비접촉 모드에서 안정적으로 제1 출력 전압(VOUT1)을 로직 회로 블록(395)에 제공할 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 예를 나타낸다.
도 21을 참조하면, 스마트 카드(50)는 카드 기판(101) 상에 구현되는 집적 회로(85), 안테나(61), 지문 인식 센서(270) 및 LED들(290)을 포함할 수 있다.
안테나(61)는 집적 회로(85)와 연결될 수 있다. 집적 회로(85)는 도 2의 스마트 카드 칩(100)의 구성 요소들 중 지문 인식 센서(270)와 LED들(290)을 제외한 구성요소들을 포함하고, 도 1의 접촉 단자(63)도 집적 회로(80) 내에 구현될 수 있다.
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 단면도를 나타낸다.
도 22를 참조하면, 스마트 카드(50)는 기판(101), 기판(101) 내에 배치된 복수의 트렌치 커패시터들(TC), 기판(101)의 전면(FS)에 배치된 회로 층(120) 및 회로 층(120)의 상부에 배치된 보호 층(130)을 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 보호 층(130)은 액티브 쉴드(active shiled)로 구현될 수 있다. 구체적으로, 보호 층(130)은 회로 층(120)의 상부에 배치된 다수의 도선들 및 다수의 도선들 상부의 절연막을 포함할 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 도 22의 스마트 카드의 회로 층의 예를 나타낸다.
도 23을 참조하면, 회로 층(120)은 센서(121), 주파수 검출기(FD, 122), 프로세서(123), 암호화 모듈(ENC_M, 124), 난수 발생기(RNG, 125), 통신 모듈(COMM, 126), 메모리(MEM, 127), 지문 인식 센서(128), 및 내부 전압 생성 회로(129)를 포함할 수 있다.
프로세서(123), 메모리(127), 지문 인식 센서(128) 및 내부 전압 생성 회로(129)는 각각 도 2의 프로세서(240), 메모리(250), 지문 인식 센서(270) 및 내부 전압 생성 회로(300)에 해당할 수 있고, 암호화 모듈(124), 난수 발생기(125), 통신 모듈(126)은 도 2의 로직 회로 블록(295)에 해당할 수 있다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 센서(121)는 복수의 트렌치 커패시터들(TC)을 포함하고, 후면 폴리싱에 의해 복수의 트렌치 커패시터들(TC) 중 적어도 하나의 하부 영역이 제거되는 경우, 복수의 커패시터들(TC)의 커패시턴스가 변경될 수 있다. 주파수 검출기(122)는 센서(121)의 출력 단자에 연결되어, 센서(121)의 출력 신호의 주파수를 검출할 수 있다. 또한, 주파수 검출기(122)는 검출된 출력 신호의 주파수가 임계 범위를 벗어나는 경우, 논리 '하이'인 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 프로세서(123)에 제공할 수 있다.
프로세서(121)는 주파수 검출기(122)로부터 논리 '하이'인 제어 신호가 수신되는 경우, 스마트 카드(50)에 포함된 메모리(127)에 저장된 데이터를 무효화시키거나 암호화 모듈(124) 또는 난수 발생기(125)의 기능을 초기화시킬 수 있다. 이에 따라, 스마트 카드(50)는 리셋될 수 있고, 후면 어택으로부터 보안 정보를 보호할 수 있다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 보호 소자를 나타내는 회로도이다.
도 24를 참조하면, 보호 소자(135)는 스마트 카드에 대한 후면 어택으로부터 반도체 소자를 보호하는 소자로서, 구체적으로, 스마크 카드의 전면에 배치된 회로를 보호하는 소자이다.
실시예에 있어서, 보호 소자(135)는 후면 어택으로부터 스마트 카드 내의 반도체 칩의 전면에 배치된 메모리에 저장된 비밀 데이터(secret data) 또는 암호 키(cryptographic key) 등과 같은 중요한 정보의 유출을 방지할 수 있다.
도 24를 더 참조하면, 보호 소자(135)는 도 23에 도시된 센서(121) 및 주파수 검출기(122)를 포함할 수 있다.
센서(121)는 제1 내지 제3 커패시터들(C1, C2, C3)을 포함할 수 있다.실시예에 있어서, 제1 내지 제3 커패시터들(C1, C2, C3) 중 적어도 하나는 기판 내부에 형성된 트렌치 커패시터로 구현될 수 있다. 이에 따라, 후면 어택을 위한 후면 폴리싱에 의해, 트렌치 커패시터의 하부 영역이 제거됨으로써 트렌치 커패시터의 커패시턴스가 변경된다.
또한, 센서(121)는 제1 내지 제3 커패시터들(C1, C2, C3)의 커패시턴스 변화를 검출하는 검출 회로(detecting circuit)(DC)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 검출 회로(DC)는 제1 내지 제3 피모스 트랜지스터들(M1, M3, M5) 및 제1 내지 제3 엔모스 트랜지스터들(M2, M4, M6)을 포함하는 링 오실레이터일 수 있다. 제1 피모스 트랜지스터(M1) 및 제1 엔모스 트랜지스터(M2)는 제1 인버터(INV1)를 구성하고, 제2 피모스 트랜지스터(M3) 및 제2 엔모스 트랜지스터(M4)는 제2 인버터(INV2)를 구성하며, 제3 피모스 트랜지스터(M5) 및 제3 엔모스 트랜지스터(M6)는 제3 인버터(INV3)를 구성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 센서(121)는, 직렬로 연결된 제1 내지 제3 인버터들(INV1, [0051] INV2, INV3) 및 제1 내지 제3 커패시터들(C1, C2, C3)을 포함하는 링 오실레이터, 즉, 멀티 스테이지(multi-stage) 링 오실레이터로구현될 수 있다. 이때, 링 오실레이터의 출력 단자(OUT)의 전압은 입력 단자(IN)로 피드백된다.
여기서, 제1 커패시터(C1)는 제1 인버터(INV1)의 출력 단자에 연결되고, 제2 커패시터(C2)는 제2 인버터(INV2)의 출력 단자에 연결되며, 제3 커패시터(C3)는 제3 인버터(INV3)의 출력 단자에 연결될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제1 인버터(INV1)와 제1 커패시터(C1) 사이에 제1 저항이 연결되고, 제2 인버터(INV2)와 제2 커패시터(C2) 사이에 제2 저항이 연결되며, 제3 인버터(INV3)와 제3 커패시터(C3) 사이에 제3 저항이 연결될 수 있다.
주파수 검출기(122)는 센서(121)의 출력 단자(OUT)에 연결되어, 센서(121)의 출력 신호의 주파수를 검출할 수있다. 구체적으로, 후면 어택을 위한 후면 폴리싱에 의해 제1 내지 제3 커패시터들(C1, C2, C3) 중 적어도 하나의 하부 영역이 제거됨으로써 제1 내지 제3 커패시터들(C1, C2, C3) 중 적어도 하나의 커패시턴스가 변경될 수 있다.
예를 들어, 커패시턴스가 감소할 경우, 센서(121)의 출력 단자(OUT)에서 출력되는 출력 신호의 주파수는 증가할 수 있다. 따라서, 주파수 검출기(12)는 출력 신호의 주파수를 검출함으로써, 커패시턴스의 변화를 감지할 수 있다.
또한, 주파수 검출기(122)에서 검출된 주파수가 미리 설정한 임계 범위를 벗어나는 경우, 도 23의 프로세서(123)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 주파수 검출기(122)는 검출된 주파수가 임계 범위내인 경우 논리 '로우'인 제어 신호를 생성하고, 검출된 주파수가 임계 범위를 벗어나는 경우 논리 '하이'인 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 프로세서(123)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 임계 범위를 14 MHz 내지 26 MHz 사이로 설정한 경우, 검출된 주파수가 26 MHz보다 높으면 주파수 검출기(122)는 논리 '하이'인 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 프로세서(123)에 제공할 수 있다.
프로세서(123)는 주파수 검출기(122)로부터 논리 '하이'인 제어 신호를 수신한 경우, 스마트 카드에 포함된 메모리(127)에 저장된 데이터를 무효화시키거나 암호화 모듈(124)의 기능을 초기화시킬 수 있다. 이에 따라, 스마트 카드(50)는 리셋될 수 있고, 후면 어택으로부터 보안 정보를 보호할 수 있다.
도 25a는 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 일부를 포함하는 스마트 카드의 단면도이다.
도 25a를 참조하면, 스마트 카드(50)는 기판(101), 기판(101) 내에 배치된 트렌치 커패시터(TC) 및 기판(101)의 전면(FS)에 배치된 인버터(INV)를 포함한다. 본 실시예에서, 트렌치 커패시터(TC)는 도 24에 예시된 제1 내지 제3 커패시터들(C1, C2, C3) 중 하나일 수 있고, 인버터(INV)는 도 3에 예시된 제1 내지 제3 인버터들(INV1, INV2, INV3) 중 하나일 수 있다.
기판(101)은 전면(FS)과 후면(BS) 사이의 제1 높이(H1)를 갖는 반도체 기판일 수 있고, 예를 들어, 실리콘, 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator, SOI), 실리콘-온-사파이어(silicon-on-sapphire), 게르마늄, 실리콘-게르마늄 및 갈륨-비소(gallium-arsenide) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(101)은 P형 반도체 기판일 수 있다. 복수의 액티브(active) 영역들을 한정하는 소자 분리막(102)이 기판(101)에 배치된다. 소자분리막(102)은 예를 들어, STI(Shallow Trench Isolation) 공정으로 구현될 수 있다. 기판(101)의 일부 영역에 예를 들어, N형 웰(103)이 배치될 수 있다.
트렌치 커패시터(TC)는 기판(101) 내에 배치되고, 기판(101)의 전면(FS)으로부터 제2 높이(H2)를 가질 수 있다. 이때, 제2 높이(H2)는 제1 높이(H1)보다는 작다. 본 실시예에서, 제2 높이(H2)는 기판(101)에 대한 후면 어택에 따른 후면 폴리싱으로 인해 변경될 수 있다.
제1 게이트(G1), 제1 게이트(G1)의 양측에 배치된 소스(104a) 및 드레인(104b) 은 피모스 트랜지스터(PM)를 구성하고, 제2 게이트(G2), 제2 게이트(G2)의 양측에 배치된 드레인(104c) 및 소스(104d)는 엔모스 트랜지스터(NM)를 구성할 수 있다. 제1 및 제2 게이트들(G1, G2)의 각각은 게이트 절연막(105) 및 게이트 전극(106)을 포함할 수 있다.
피모스 트랜지스터(PM)의 소스(104a)에는 제1 소스 컨택(107a)이 배치되고, 제1 소스 컨택(107a)에는 제2 구동 전압(VDD2)이 인가될 수 있다. 피모스 트랜지스터(PM)의 드레인(104b)에는 제1 드레인 컨택(107b)이 배치되고, 엔모스 트랜지스터(NM)의 드레인(104b)에는 제2 드레인 컨택(107c)이 배치되며, 제1 및 제2 드레인 컨택들(107a, 107b)은 제1 도전 라인(ML1)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 엔모스 트랜지스터(NM)의 소스(104d)에 는 제2 소스 컨택(107d)이 배치되고, 제2 소스 컨택(107d)은 접지될 수 있다.
제1 게이트(G1)에는 제1 게이트 컨택(108a)이 배치되고, 제2 게이트(G2)에는 제2 게이트 컨택(108b)이 배치되며, 제1 및 제2 게이트 컨택들(108a, 108b)은 제2 도전 라인(ML2)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 상술된 인버터(INV)의 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과하고, 인버터(INV)의 구성은 다양하게 변경될 수 있다.
도 25b는 후면 폴리싱이 수행된, 본 개시의 일 실시예에 따른 센서의 일부를 포함하는 스마트 카드를 나타내는 단면도이다.
도 25b를 참조하면, 스마트 카드(50')에 대한 후면 어택을 위한 후면 폴리싱이 수행된 결과, 기판(101)의 후면(BS)로부터 소정 깊이만큼 제거될 수 있다. 이에 따라, 트렌치 커패시터(TC)의 하부가 절단될 수 있고, 이 경우, 트렌치 커패시터(TC)의 제2 높이(H2')가 변경될 수 있다. 따라서, 트렌치 커패시터(TC)의 유전체가 감소됨으로써 트렌치 커패시터(TC)의 커패시턴스는 감소될 수 있고, 이에 따라, 센서의 출력 신호의 주파수는 증가할 수 있다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 26을 참조하면, 전자 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(AP)(1110), ㅅ마크 카드(1200), 메모리 장치(1120), 사용자 인퍼페이스(1130) 및 파워 서플라이(1140)를 포함한다. 실시예에 따라, 전자 장치(1000)은 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 음악 재생기(Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 네비게이션(Navigation) 시스템, 랩탑 컴퓨터(laptop computer) 등과 같은 임의의 모바일 시스템일 수 있다.
어플리케이션 프로세서(1110)는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 어플리케이션 프로세서(1110)는 인터넷 브라우저, 게임, 동영상 등을 제공하는 어플리케이션들을 실행할 수 있다. 실시예에 따라, 어플리케이션 프로세서(1110)는 하나의 프로세서 코어(Single Core)를 포함하거나, 복수의 프로세서 코어들(Multi-Core)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(1110)는 듀얼 코어(Dual-Core), 쿼드 코어(Quad-Core), 헥사 코어(Hexa-Core) 등의 멀티 코어(Multi-Core)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 어플리케이션 프로세서(1110)는 내부 또는 외부에 위치한 캐시 메모리(Cache Memory)를 더 포함할 수 있다.
메모리 장치(1120)는 전자 장치(1000)의 동작에 필요한 데이터를 저장한다. 예를 들어, 메모리 장치(1120)는 전자 장치(1000)을 부팅하기 위한 부트 이미지를 저장할 수 있고, 외부 장치에 전송할 출력 데이터 및 상기 외부 장치로부터 수신되는 입력 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(1120)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리(Flash Memory), PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistance Random Access Memory), NFGM(Nano Floating Gate Memory), PoRAM(Polymer Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 또는 이와 유사한 메모리로 구현될 수 있다.
스마트 카드(1200)는 연결 인터페이스(1210) 및 스마트 카드 칩(1120)을 포함하고, 연결 인터페이스(1210)을 통하여 외부의 카드 리더로부터 접촉 방식 또는 비접촉 방식으로 전압을 제공받고, 데이터를 교환할 수 있다. 스마트 카드(1200)는 도 2의 스마트 카드(50)를 채용할 수 있다.
따라서, 스마트 카드(1200)는 저전압 강하 레규레이터를 포함하고, 상기 저전압 강하 레귤레이터는 접촉 모드와 비접촉 모드에서 서로 다른 레벨을 가지는 제2 구동 전압과 제1 구동 전압으로 에러 증폭기를 구동시키고, 접촉 모드에서는 피모스 트랜지스터로 구현되는 제1 파워 트랜지스터로 제2 구동 전압을 레귤레이션하고, 비접촉 모드에서는 엔모스 트랜지스터로 구현되는 제2 파워 트랜지스터로 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성할 수 있다. 그러므로, 상기 저전압 강하 레귤레이터는 접촉 모드와 비접촉 모드에서 안정적으로 제1 출력 전압을 로직 회로들에 제공할 수 있다.
사용자 인터페이스(1130)는 키패드, 터치 스크린과 같은 하나 이상의 입력 장치 및/또는 스피커, 디스플레이 장치와 같은 하나 이상의 출력 장치를 포함할 수 있다. 파워 서플라이(1140)는 전자 장치(1000)의 동작 전압을 공급할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 전자 장치(1000)는 이미지 프로세서를 더 포함할 수 있고, 메모리 카드(Memory Card), 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive; HDD), 씨디롬(CD-ROM) 등과 같은 저장 장치를 더 포함할 수 있다.
전자 장치(1000)의 구성요소들은 다양한 형태들의 패키지를 이용하여 실장될 수 있는데, 예를 들어, PoP(Package on Package), BGAs(Ball grid arrays), CSPs(Chip scale packages), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), PDIP(Plastic Dual In-Line Package), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, COB(Chip On Board), CERDIP(Ceramic Dual In-Line Package), MQFP(Plastic Metric Quad Flat Pack), TQFP(Thin Quad Flat-Pack), SOIC(Small Outline Integrated Circuit), SSOP(Shrink Small Outline Package), TSOP(Thin Small Outline Package), TQFP(Thin Quad Flat-Pack), SIP(System In Package), MCP(Multi Chip Package), WFP(Wafer-level Fabricated Package), WSP(Wafer-Level Processed Stack Package) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로로서,
    상기 스마트 카드가 외부의 카드 리더기와 직접 접촉하여 입력 전압을 제공하는 접촉 모드와 상기 카드 리더기와 비접촉하여 상기 입력 전압을 제공하는 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호를 생성하는 모드 감지기;
    상기 입력 전압이 정류된 정류 전압을 기초로 제1 구동 전압과 상기 제1 구동 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 구동 전압을 생성하는 스위치드 커패시터 회로; 및
    에러 증폭기를 포함하며, 상기 모드 신호에 기초하여, 상기 접촉 모드에서는 상기 제2 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성하고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 상기 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 상기 제1 출력 전압을 생성하는 저전압 강하 레귤레이터를 포함하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저전압 강하 레귤레이터는
    상기 모드 신호에 기초하여 기준 전압 및 피드백 전압을 상기 에러 증폭기의 음의 입력 단자 및 양의 입력 단자에 제공하거나 상기 양의 입력 단자 및 상기 음의 입력 단자에 제공하는 극성 선택기;
    상기 제1 구동 전압 및 상기 제2 구동 전압 중 하나를 수신하는 전원 단자 및 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 피드백 전압 및 상기 기준 전압의 차이를 증폭하여 상기 에러 전압을 출력하는 상기 에러 증폭기;
    상기 제2 구동 전압과 상기 제1 출력 전압을 제공하는 출력 노드 사이에 연결되는 제1 파워 트랜지스터;
    상기 에러 증폭기의 출력 단자와 상기 제1 파워 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되는 제1 파워 스위치;
    상기 제2 구동 전압과 상기 출력 노드 사이에 상기 제1 파워 트랜지스터와 병렬로 연결되며 상기 제1 파워 트랜지스터와는 다른 타입의 제2 파워 트랜지스터;
    상기 에러 증폭기의 출력 단자와 상기 제2 파워 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되는 제2 파워 스위치; 및
    상기 출력 노드와 상기 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 출력 전압을 분할하여 상기 피드백 전압으로 제공하는 피드백 회로를 포함하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 파워 트랜지스터는 상기 제2 구동 전압에 연결되는 소스, 상기 제1 파워 스위치에 연결되는 상기 게이트 및 상기 출력 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 피모스 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 파워 트랜지스터는 상기 제2 구동 전압에 연결되는 드레인, 상기 제2 파워 스위치에 연결되는 상기 게이트 및 상기 출력 노드에 연결되는 소스를 구비하는 엔모스 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 파워 트랜지스터의 게이트-소스 전압은 상기 제2 파워 트랜지스터의 게이트-소스 전압과는 다른 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 접촉 모드에서
    상기 제1 파워 스위치는 제1 파워 스위치 제어 신호에 응답하여 턴-온되어 상기 에러 전압을 상기 제1 파워 트랜지스터의 게이트에 인가하고,
    상기 제2 파워 스위치는 제2 파워 스위치 제어 신호에 응답하여 턴-오프되어 상기 에러 증폭기의 출력 단자를 상기 제2 파워 트랜지스터의 게이트로부터 분리하고,
    상기 비접촉 모드에서
    상기 제1 파워 스위치는 상기 제1 파워 스위치 제어 신호에 응답하여 턴-오프되어 상기 에러 증폭기의 출력 단자를 상기 제1 파워 트랜지스터의 게이트로부터 분리하고,
    상기 제2 파워 스위치는 상기 제2 파워 스위치 제어 신호에 응답하여 턴-온되어 상기 에러 전압을 상기 제2 파워 트랜지스터의 게이트에 인가하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 접촉 모드에서, 상기 극성 선택기는 상기 모드 신호에 응답하여 상기 기준 전압과 상기 피드백 전압을 상기 에러 증폭기의 상기 음의 입력 단자와 상기 양의 입력 단자에 각각 제공하고,
    상기 비접촉 모드에서, 상기 극성 선택기는 상기 모드 신호에 응답하여 상기 기준 전압과 상기 피드백 전압을 상기 에러 증폭기의 상기 양의 입력 단자와 상기 음의 입력 단자에 각각 제공하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 모드 선택 신호에 응답하여 상기 제1 구동 전압 및 상기 제2 구동 전압 중 하나를 상기 에러 증폭기의 상기 전원 단자에 제공하는 전압 선택기를 더 포함하고,
    상기 전압 선택기는
    상기 접촉 모드에서 상기 모드 신호에 응답하여 제1 구동 전압을 상기 에러 증폭기의 상기 전원 단자에 제공하고,
    상기 비접촉 모드에서 상기 모드 신호에 응답하여 제1 구동 전압을 상기 에러 증폭기의 상기 전원 단자에 제공하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동 전압을 레귤레이션하여 제2 출력 전압을 생성하는 전압 레귤레이터를 더 포함하고,
    상기 스위치드 커패시터 회로는
    상기 정류 전압을 상기 제1 구동 전압으로 변환하는 제1 스위치드 커패시터 컨버터; 및
    상기 제1 구동 전압을 상기 제2 구동 전압으로 변환하는 제2 스위치드 커패시터 컨버터를 포함하고,
    상기 정류 전압을 제1 전압 레벨을 가지고, 상기 제1 구동 전압을 상기 제1 전압 레벨보다 작은 제2 전압 레벨을 가지고, 상기 제2 구동 전압을 상기 제2 전압 레벨보다 작은 제3 전압 레벨을 가지고,
    상기 제1 스위치드 커패시터 컨버터는
    상기 정류 전압이 인가되는 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되고, 제1 스위치 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제1 스위치;
    상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 연결되는 커패시터;
    상기 제2 노드와 상기 제1 구동 전압을 제공하는 제4 노드 사이에 연결되고, 제2 스위치 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제2 스위치;
    상기 제3 노드와 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제2 스위치 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제3 스위치; 및
    상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 스위치 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제4 스위치를 포함하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
  8. 지문 인증을 수행하는 스마트 카드로서,
    외부의 카드 리더기에 직접 접촉하거나 비접촉하여 상기 카드 리더기로부터 수신된 전압을 입력 전압으로 제공하는 연결 인터페이스; 및
    상기 연결 인터페이스와 제1 파워 단자 및 제2 파워 단자를 통하여 연결되는 스마트 카드 칩을 포함하고,
    상기 스마트 카드 칩은
    상기 입력 전압에 기초로 제1 구동 전압과 상기 제1 구동 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 구동 전압을 생성하고 상기 스마트 카드가 외부의 카드 리더기와 직접 접촉하여 입력 전압을 제공하는 접촉 모드와 상기 카드 리더기와 비접촉하여 상기 입력 전압을 제공하는 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호에 기초하여 상기 접촉 모드에서는 상기 제2 구동 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성하고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 구동 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성하고, 상기 모드 신호와 무관하게 상기 제1 구동 전압을 레귤레이션하여 제2 출력 전압을 생성하는 내부 전압 생성 회로;
    상기 제2 출력 전압을 제공받아 동작하며, 입력 지문에 기초하여 지문 이미지 신호를 생성하는 지문 인식 센서; 및
    상기 제1 출력 전압을 제공받아 동작하며, 상기 지문 이미지 신호에 기초하여 지문 인증을 수행하는 프로세서를 포함하는 스마트 카드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 내부 전압 생성 회로는
    상기 인터페이스에 상기 제1 파워 단자 및 상기 제2 파워 단자를 토통하여 연결되고, 상기 접촉 모드에서의 상기 입력 전압과 상기 비접촉 모드에서의 상기 입력 전압에 기초하여 상기 모드 신호를 생성하는 모드 감지기;
    상기 입력 전압이 정류된 정류 전압을 기초로 제1 구동 전압과 상기 제1 구동 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 구동 전압을 생성하는 스위치드 커패시터 회로; 및
    에러 증폭기를 포함하며, 상기 모드 신호에 기초하여, 상기 접촉 모드에서는 상기 제2 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 출력 전압을 생성하고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 상기 에러 전압을 생성하고, 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성하는 저전압 강하 레귤레이터를 포함하고,
    상기 내부 전압 생성 회로는 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 상기 제2 출력 전압을 생성하는 전압 레귤레이터를 더 포함하는 스마트 카드.
  10. 지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로로서,
    상기 스마트 카드가 외부의 카드 리더기와 직접 접촉하여 입력 전압을 제공하는 접촉 모드와 상기 카드 리더기와 비접촉하여 상기 입력 전압을 제공하는 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 모드 신호를 생성하는 모드 감지기;
    상기 입력 전압이 정류된 정류 전압을 기초로 제1 구동 전압과 상기 제1 구동 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 구동 전압을 생성하는 스위치드 커패시터 회로; 및
    에러 증폭기, 제1 파워 트랜지스터 및 상기 제1 파워 트랜지스터와는를 포다른 타입의 제2 파워 트랜지스터를 포함하며, 상기 모드 신호에 기초하여, 상기 접촉 모드에서는 상기 제2 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 에러 전압을 생성하고, 상기 제1 파워 트랜지스터를 이용하여 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 출력 전압을 생성하고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 구동 전압으로 상기 에러 증폭기를 구동하여 상기 에러 전압을 생성하고, 상기 제2 파워 트랜지스터를 이용하여 상기 에러 전압에 기초하여 상기 제2 구동 전압을 레귤레이션하여 제1 출력 전압을 생성하는 저전압 강하 레귤레이터를 포함하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
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