CN1448888A

CN1448888A - 非接触ic卡

Info

Publication number: CN1448888A
Application number: CN03109226A
Authority: CN
Inventors: 林锭二
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: US20030197598A1; JP2003296683A; CN1234080C

Abstract

本发明的目的是抑制工艺误差和温度变动产生的通信质量的劣化，提供高性能的非接触IC卡。本发明的非接触IC卡中具有天线线圈(L1)、调谐电容(Ct)、充电电容(Ca)、整流器(3)、分流调节器(4)、解调器(6)、数字信号处理部(7)、调制器(8)。分流调节器(4)包括只让电源(VDD)的低频成分通过的LPF和其栅极、漏极和源极分别与LPF的输出，和电源VDD、及VSS连接的晶体管(M1)。分流调节器(4)消耗电源(VDD)的低频成分的电力。这样能够实现抑制RX信号频带的信号质量劣化的非接触IC卡。

Description

非接触IC卡

技术领域

本发明涉及与通过非接触方式从外部供应电源的非接触IC卡，尤其是涉及抑制元件误差和温度变动产生的通信质量的劣化的技术。

背景技术

以保安功能、个人辨认功能等为特征的带有CPU的IC卡大致可分为两类，一类是通过接点与读写器进行数据通信的“带有外部接点IC卡(接触型IC卡)”，另一类是通过电磁感应与读写器进行数据通信的“非接触IC卡”。其中，利用无线电进行数据通信的非接触IC卡由于不需要与外部机器连接的接点，因而具有良好的耐用性。另外，接收的电波经过整流器整流后可以作为IC工作所必需的DC电源，所以不需要电池，能够有效地实现***的小型化和低成本化。

图9表示过去的非接触IC卡的结构。如图9所示，非接触IC卡中具有天线线圈L1和半导体集成电路2。半导体集成电路2包括调谐电容Ct、充电电容Ca、整流器3、分流调节器4、解调器6、数字信号处理部7、调制器8。调谐电容Ct与天线线圈L1并联连接后，与整流器3的输入端相连接。如图10所示，整流器3中使用了由二极管D1-D4组成的全波整流电路。天线线圈L1所接受到的信号经过整流器3整流并对电容Ca进行充电，生成数字信号处理部7的电源VDD。解调器6将叠加在电源VDD上的RX信号(接收信号)抽出。RX信号在由CPU和存储器等构成的数字信号处理部7进行信号处理。调制器8将随着数字信号处理部7送来的TX信号(发送信号)对天线线圈之间的阻抗进行调制。分流调节器4是防止电源VDD超过半导体集成电路2的耐压的电路。

这里，通信方式为ISO/IEC 14443 Type-B，通信频率为13.56MHz，传送速率为106kbps，从读写器向非接触IC卡传送时的调制方式为10％ASK调制，从非接触IC卡向读写器传送时的调制方式为BPSK。此时，解调器6可以察觉电源VDD的振幅变动，从而将RX信号抽出。

供应给非接触IC卡1的电力取决于卡式线圈(天线线圈L1)接受的磁场强度。当线圈之间的距离小于读写器的天线线圈的尺寸时，磁场强度基本一定，但当线圈之间的距离大于读写器的天线线圈的尺寸时，磁场强度则以与距离平方成反比的形式而衰减。通常非接触IC卡与读写器之间的距离的变化大于天线线圈的尺寸，所以供给IC卡的电力也有很大变动。例如，假设接受电力为10mW时的半导体集成电路2的VDD电源为3V。如果非接触IC卡接近读写器，使得接收电力为90mW，电源VDD就会上升到9V。对于现在的半导体工艺所制造的晶体管来说，当栅极氧化膜厚为10nm时，其耐压为5V左右。这种电源VDD的上升就会损坏晶体管。

为了控制这种电源VDD的电压上升，采用了分流调节器4以消耗多余的电力。图11为现有的分流调节器4的电路图。通过电阻R1、R2对电源VDD进行电阻分割，再与nMOS晶体管M1的栅极连接。晶体管M1的源极与接地电压VSS连接，漏电极与电源VDD连接。此时，分流调节器4的动作电压Va取决于R1与R2的电阻比以及晶体管M1的阈值电压Vt。例如，当Vt＝0.7V、R1＝400kΩ、R2＝100kΩ时，

Va＝(R1+R2)/R2×Vt＝3.5从而可以控制电源VDD的上升不超过3.5V。

发明内容

(本发明所要解决的问题)

但是，由于工艺的误差和温度的波动度，即使是同一电源VDD，如图11所示的分流调节器的消耗电力也会不同。特别是对于采用MOS晶体管的分流调节器，其误差更大。例如，MOS晶体管的阈值电压Vt变化0.1V时，流经晶体管的电流以及消耗电力就会变化30％左右。这样如果要在Vt出现离散分布的情况下也能控制集成电路内的DC电压为耐压以下，就必须增大分流调节器的消耗电力。但是，对于象ASK调制这样的调制方式的无线电***，分流调节器的消耗电力越大，RX信号的信号强度就越低，通信质量就会劣化。

图12表示过去的分流调节器4相对于电源VDD的消耗电力的频率特性。其特性在整个频率范围内基本上是平坦分布。另外，图13表示ASK调制信号经整流器3整流后的电源VDD的频率特性。它可以分为DC、从100kHz到数MHz的RX信号频带、大于10MHz的载波频带等3类。现有的分流调节器所能衰减掉的不仅有DC、而且也包括RX信号。

本发明的目的在于解决上述问题，提供能够抑制通信质量劣化的非接触IC卡。

(解决方法)

根据本发明的一个状态，非接触IC卡从外部以非接触形式获得电源，并具有分流调节器和解调电路。分流调节器从接受到的电源中衰减掉对于RX信号的解调所不需要的频带的信号成分。解调电路从利用调节器衰减掉了不需要的频带的电源中将对RX信号进行解调。

根据本发明的另一个状态，非接触IC卡具有天线线圈和半导体集成电路。天线线圈以非接触方式从外部接收信号。半导体集成电路包括整流器、分流调节器、解调器和数字信号处理部。整流器将天线线圈所接受到的信号经过整流生成电源。分流调节器消耗整流器所整流了的信号的低频成分的电力。解调器从利用分流调节器消耗掉了低频成分的电力的电源中抽出RX信号。数字信号处理部接收经过整流器整流的电源，对经过解调器抽出的RX信号进行处理。

上述非接触IC卡中由于设有消耗电源的低频成分的电力的分流调节器，所以能够抑制通信质量的劣化。

根据本发明的又一状态，非接触IC卡具有天线线圈和半导体集成电路。天线线圈以非接触方式从外部接收信号。半导体集成电路包括RX解调部和信号处理部。RX解调部包括第1整流器、分流调节器和解调器。第1整流器对天线线圈接收到的信号进行整流，形成第1电源。分流调节器消耗第1电源的低频成分的电力。解调器从利用分流调节器消耗掉了低频成分电力的电源中抽出RX信号。信号处理部包括第2整流器和数字信号处理部。第2整流器对天线线圈接收到的信号进行整流，形成第2电源。数字信号处理部接收第2电源，对经过解调器抽出的RX信号进行处理。

由于上述非接触IC卡中将RX解调器和信号处理部分离开来，所以能够减轻数字信号处理部产生的噪声对解调器的影响。

所希望的是，上述分流调节器再消耗掉电源或第1电源的高频成分的电力。

利用上述非接触IC卡可以除去载波成分的噪声。

所希望的是，上述分流调节器包括低通滤波器和晶体管。低通滤波器可以使电源或第1电源的低频的频率成分通过。晶体管连接在接受电源或第1电源的电源节点和接收接地电压的接地节点之间，低通滤波器的输出与栅极连接。

所希望的是，上述分流调节器包括带阻滤波器和晶体管。带阻滤波器可以使电源或第1电源的低频和高频的频率成分通过。晶体管连接在接受电源或第1电源的电源节点和接收接地电压的接地节点之间，带阻滤波器的输出与栅极连接。

所希望的是，上述晶体管为MOS晶体管。

所希望的是，上述低频的频率为10kHz以下。

所希望的是，上述高频的频率为10MHz以上。

所希望的是，上述半导体集成电路还包括TX调制部。TX调制部将随着数字信号处理部送来的TX信号对天线线圈之间的阻抗进行调制。

所希望的是，上述整流器为全波整流电路。

所希望的是，上述解调器对ASK调制信号进行解调。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式的非接触IC卡的结构的方框图。

图2是图1所示的分流调节器的电路图。

图3为图2所示的分流调节器的消耗电力的频率特性。

图4是表示本发明第2实施方式的非接触IC卡的结构的方框图。

图5是图4所示的分流调节器的部分结构的电路图。

图6为图4所示的分流调节器的消耗电力的频率特性。

图7是采用带阻滤波器(BRF)的分流调节器的电路图。

图8是表示本发明第3实施方式的非接触IC卡的结构的方框图。

图9是表示现有的非接触IC卡的结构的方框图。

图10是图9所示的整流器的构成电路图。

图11是图9所示的分流调节器的构成电路图。

图12为图9所示的分流调节器的消耗电力的频率特性。

图13为整流后的电源的频率特性。

(符号说明)

1—非接触IC卡；2—半导体集成电路；3、30—整流器；10、40、70、81—分流调节器；6—解调器；7—数字信号处理部；8—调制器；80-RX解调器；90—信号处理部；L1—天线线圈；M1、M2-MOS晶体管；RX—接受信号(RX信号)；TX—发送信号(TX信号)；11、41—低通滤波器；71—带阻滤波器。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式进行说明。在以下图中，对于具有相同功能的结构要素采用与现有技术相同的符号，故省略其说明。

(第1实施方式)

首先，利用图1说明本发明的第1实施方式的非接触IC卡。

与现有例(图9)不同的是设置了具有相对于电源VDD的频率特性的分流调节器10。如图2所示，分流调节器10包括低通滤波器(LPF)11和nMOS晶体管M1。LPF11只让电源VDD的低频成分通过。通过了LPF11的信号输出到晶体管M1的栅极。晶体管M1的漏极和源极分别与电源VDD和接地VSS连接。如图2所示，LPF11由电阻R1、R2和电容C1组成。例如，当R1＝100kΩ、R2＝400kΩ、C1＝50pF时，LPF11的截止频率为30kHz左右。此时，分流调节器10的消耗电力如图3所示，在电源VDD的低频频率(30kHz以下)处较大，在包括RX信号的信号频率区间(从100kHz到数MHz)的高频频率处较低。这意味着即使为了抑制电源VDD的上升而增加分流调节器10的电力消耗，也不会对RX信号产生影响。因此，可以抑制由于离散性和温度变动所引起的通信质量的劣化，实现高性能的非接触IC卡。

还有，这里所采用的调制电路8、整流器3、分流调节器10、RX信号频率、传送速率、通信频率、调制方式只是一个具体的例子，本发明并不只限这个具体例。

例如，虽然整流器3采用了全波整流电路，但只要是交流信号的整流电路都可以。

另外，虽然调制器8连接在天线线圈之间，但也可以连接在电源VDD和VSS之间。只要是调制天线之间的阻抗的调制器都可以。还有，对于不需要进行传送的***，也可以不要调制器8。

另外，分流调节器10中采用了MOS晶体管M1，也可以采用双极晶体管。

另外，调试方式可以采用ASK调制方式，也可以FSK调制方式。

关键在于具有在电源VDD的低频频率的消耗电力大而在RX信号的信号频率区间的消耗电力小的分流调节器的非接触IC卡都包含在本发明之中。

(第2实施方式)

接着，利用图4说明本发明的第2实施方式的非接触IC卡。

图4所示的非接触IC卡将图1的分流调节器10改换成分流调节器40。其他结构均与图1所示的非接触IC卡相同。与第1实施方式不同的是，分流调节器40还会消耗电源VDD的高频频率的电力。

分流调节器40除了图1所示的分流调节器10的结构(LPF11、nMOS晶体管M1)之外，还包括LPF41和pMOS晶体管M2。LPF41只让电源VDD的低频成分通过。通过了LPF41的信号输出到晶体管M2的栅极。晶体管M2的源极和漏电极分别与电源VDD和接地VSS连接。如图5所示，LPF41由电阻R3、R4和电容C2组成。例如，当R3＝10kΩ、R4＝40kΩ、C2＝5pF时，LPF41的截止频率为3MHz左右。此时，分流调节器40的消耗电力如图6所示，在电源VDD的低频频率(30kHz以下)处和高频(3MHz以上)处较大，在RX信号的信号频率区间(从100kHz到3MHz)处较低。这样能够减轻电源VDD的上升以及载波信号或其他频率所产生的噪声。这里所指的其他频率产生的噪声是存储器和CPU等数字信号处理部7所产生的噪声。通过上述方法，可以抑制由于工艺的误差和温度变动所引起的通信质量的劣化，实现高性能的非接触IC卡。

还有，这里所采用的分流调节器40只是一个具体的例子，本发明并不局限这一具体例。

例如，也可以采用如图7所示的分流调节器70来代替分流调节器40。如图7所示的分流调节器70采用了带阻滤波器(BRF)来代替图1和图2所示的分流调节器10中的LPF11。此时的频率特性如图6所示，能够除去载波频带的信号成分。

关键在于具有在电源VDD的低频和高频频率的消耗电力大的分流调节器的非接触IC卡都包含在本发明之中。

另外，RX信号频带与高频频带的消耗电力也可以相同。这样通过减轻高频频带的消耗电力，可以减小RX信号频带的信号质量。

如上所述，本发明对于实现高性能的非接触IC卡非常有用。

(第3实施方式)

接着，利用图8说明本发明的第3实施方式的非接触IC卡。

与第1和第2实施方式的不同之处在于，半导体集成电路2的内部分别设有RX解调器80和信号处理部90。

RX解调器80包括整流器3、分流调节器81、充电电容Ca和解调器6。

信号处理部90包括整流器30、充电电容Cb、分流调节器91、数字信号处理部7。

整流器3和整流器30的输入与天线线圈L1连接。整流器3所整流的信号与充电电容Ca和分流调节器81连接，生成电源VDD1。解调器6从电源VDD1中抽出RX信号。

整流器30所整流的信号与充电电容Cb和分流调节器91连接，生成数字信号处理部7的电源VDD2。数字信号处理部7对利用解调器6抽出的RX信号进行信号处理。

这里，分流调节器81采用与第1和第2实施方式相同的分流调节器。这样，与第1和第2实施方式一样，能够实现没有通信质量劣化的非接触IC卡。

另外，由于将信号处理部90与RX解调器80分离开来，可以更加减轻数字信号处理部7产生的数字噪声对解调器6的影响。

如上所述，本发明对于实现高性能的非接触IC卡非常有用。

(发明效果)

本发明的非接触IC卡由于设有在电源的低频频率消耗电力的分流调节器，所以能够抑制通信质量的劣化。

另外，由于分流调节器还在电源的高频频率消耗电力，所以能够除去载波成分的噪声。

另外，由于将信号处理部与RX解调器分离开来，可以减轻数字信号处理部产生的数字噪声对解调器的影响。

Claims

1.一种非接触IC卡，其特征在于：

从外部以非接触形式获得电源，并具有从接受到的电源中衰减掉对于RX信号的解调所不需的频带的信号成分的分流调节器、和

利用所述分流调节器衰减掉了不需要的频带的信号成分的电源中对所述RX信号进行解调的解调电路。

2.一种非接触IC卡，其特征在于：

具有天线线圈和半导体集成电路，

所述半导体集成电路包括将所述天线线圈所接受到的信号经过整流生成电源的整流器、

消耗所述电源的低频成分的电力的分流调节器、

将从利用所述分流调节器消耗掉了低频成分的电力的电源中抽出RX信号的解调器、

接收经过所述整流器整流的电源并对经过所述解调器抽出的RX信号进行处理的数字信号处理部。

3.一种非接触IC卡，其特征在于：

具有天线线圈和半导体集成电路，

所述半导体集成电路包括RX解调部和信号处理部，

所述RX解调器包括对所述天线线圈接收到的信号进行整流形成第1电源的第1整流器，

消耗所述第1电源的低频成分的电力的分流调节器，

从已经利用所述分流调节器消耗掉了低频成分电力的第1电源中抽出RX信号的解调器，

所述信号处理部包括对所述天线线圈接收到的信号进行整流形成第2电源的第2整流器和

接受第2电源并对利用所述解调器抽出的RX信号进行处理的数字信号处理部。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的非接触IC卡，其特征在于：所述分流调节器还消耗所述电源或者所述第1电源的高频成分的电力。

5.根据权利要求2或权利要求3所述的非接触IC卡，其特征在于：

所述分流调节器包括可以使所述电源或所述第1电源的低频的频率成分通过的低通滤波器和

连接在接受所述电源或所述第1电源的电源节点和接受接地电压的接地节点之间并将低通滤波器的输出接受到栅极的晶体管。

6.根据权利要求4所述的非接触IC卡，其特征在于：所述分流调节器包括可以使所述电源或所述第1电源的低频和高频的频率成分通过的带阻滤波器和

连接在接受所述电源或所述第1电源的电源节点和接受接地电压的接地节点之间并将所述带阻滤波器的输出接受到栅极的晶体管。

7.根据权利要求5所述的非接触IC卡，其特征在于：

所述晶体管为MOS晶体管。

8.根据权利要求2或权利要求3所述的非接触IC卡，其特征在于：

所述低频的频率为10kHz以下。

9.根据权利要求4所述的非接触IC卡，其特征在于：

所述高频的频率为10MHz以上。

10.根据权利要求2或权利要求3所述的非接触IC卡，其特征在于：所述半导体集成电路还包括TX调制部，

所述TX调制部将随着所述数字信号处理部送来的TX信号对所述天线线圈之间的阻抗进行调制。

11.根据权利要求2或权利要求3所述的非接触IC卡，其特征在于：

所述整流器为全波整流电路。

12.根据权利要求2或权利要求3所述的非接触IC卡，其特征在于：

所述解调器对ASK调制信号进行解调。