JP2009004949A - 半導体集積回路、それを搭載したカードおよびその動作方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体集積回路ICは、整流回路D1…D4、スイッチドキャパシタSC1、2、スイッチドキャパシタ駆動回路SC_DR1、2、復調回路ASK_Demod、内部回路CPU、NVMUを具備する。スイッチドキャパシタは、出力整流電圧Voutを使用した複数のキャパシタの直列充電と並列放電を実行する。電源電圧Vddの供給の電流駆動能力が大きな状態に設定され、大きな通信距離でも、カードでの受信動作が確実に実行される。カードからの送信信号データTxDataはスイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路SC_dis1、2に供給され、スイッチドキャパシタによる電源電圧Vddの供給での電流駆動能力が小さな能力に変更される。この変化が、アンテナANTの磁界変化として装置により検出される。
【選択図】図2
Description
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
次に、実施の形態について更に詳述する。
図2は、RFIDカードに搭載するための本発明の1つの実施の形態によるRFセキュアマイクロコンローラのICチップの構成を示す図である。図2のRFIDカードは、カードリーダー・カードライターからのISM周波数帯域の1つである13.56MHzのRF信号が供給される。従って、このRFIDカードは、13.56MHzのRF信号を受信するアンテナコイルANTを有している。アンテナコイルANTの一端LAと他端LBとは、RFセキュアマイクロコンローラのICチップIC内部の全波整流回路の入力に接続される。
RFセキュアマイクロコンローラのICチップは、第1と第2のスイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路SC_dis1、SC_dis2を更に具備している。内部回路の中央処理ユニットCPUは送信信号データTxDataを生成してこの送信信号データTxDataをインバータINV0を介してスイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路SC_dis1、SC_dis2に供給する。スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路SC_dis1、SC_dis2は、送信信号データTxDataに応答して、スイッチドキャパシタSC1、SC2による電源電圧Vddの供給での電流駆動能力を大きな状態よりも小さな電流駆動能力に制御する。この電源電圧Vddの供給での電流駆動能力の変動は、全波整流回路D1…D4の実効負荷の変動となる。全波整流回路D1…D4の実効負荷の変動は、RFIDカードのアンテナコイルの磁界の変化としてカードリーダー・カードライターにより確実に検出される。それによって、カードリーダー・カードライターでの読み取りエラーを低減することが可能となる。
第1と第2のスイッチドキャパシタSC1、SC2とは、アンテナコイルANTの両端LA、LBの反対極性のRF信号に応答して、内部キャパシタへの整流電圧による充電と内部キャパシタからの放電による中央処理ユニットCPUや不揮発性メモリユニットNVMUへの電源電圧Vddの供給とを交互に並列実行する。
第1スイッチドキャパシタSC1は、キャパシタC11、C12、充電スイッチSW11、充電制御スイッチSW12、放電スイッチSW13、SW14、電流駆動力増加制御スイッチSW15を含んでいる。また、第2スイッチドキャパシタSC2も、キャパシタC21、C22、充電スイッチSW21、充電制御スイッチSW22、放電スイッチSW23、SW24、電流駆動力増加制御スイッチSW25を含んでいる。第1スイッチドキャパシタSC1の充電スイッチSW11と放電スイッチSW13とは、第1スイッチドキャパシタ駆動回路SC_DR1からの相補クロック信号Ckt1、Ckb1により駆動される。第1スイッチドキャパシタSC1の充電制御スイッチSW12、放電スイッチSW14、電流駆動力増加制御スイッチSW15は、第1スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路SC_dis1からの相補ディスエーブル制御クロック信号Ckdisb1、Ckdist1により駆動される。第2スイッチドキャパシタSC2の充電スイッチSW21と放電スイッチSW23とは、第2スイッチドキャパシタ駆動回路SC_DR2からの相補クロック信号Ckt2、Ckb2により駆動される。第2スイッチドキャパシタSC2の充電制御スイッチSW22、放電スイッチSW24、電流駆動力増加制御スイッチSW25は、第2スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路SC_dis2からの相補ディスエーブル制御クロック信号Ckdisb2、Ckdist2により駆動される。
図3は、CMOS構成のスイッチドキャパシタを含む本発明の他の1つの実施の形態によるRFセキュアマイクロコンローラのICチップの構成を示す図である。すなわち、図2のICチップの第1スイッチドキャパシタSC1のスイッチSW11、SW12、SW13、SW14、SW15が、図3のICチップではPMOSQp11、Qp12、Qp13、Qp14、NMOSQn15で構成されている。また、図2のICチップの第2スイッチドキャパシタSC2のスイッチSW21、SW22、SW23、SW24、SW25が、図3のICチップではPMOSQp21、Qp22、Qp23、Qp24、NMOSQn25で構成されている。また、第1と第2のスイッチドキャパシタSC1、SC2からの放電による電源電圧Vddは、1個の出力用NMOSQnOから中央処理ユニットCPU、不揮発性メモリユニットNVMUに供給される。
図4は、図3に示したRFセキュアマイクロコンローラのICチップの動作を説明するためのICチップ各部の波形を示す図である。図4の左半分は送信信号データTxDataがローレベル“0”の場合の波形を示し、図4の右半分は送信信号データTxDataがハイレベル“1”の場合の波形を示している。
図5は、図2に示したRFセキュアマイクロコンローラのICチップのASK復調器ASK_Demodの構成を示す図である。ICチップのASK復調器は、カードリーダー・カードライターからの受信データ復調に使用される。図5に示すようにアンテナコイルANTの両端LA、LBの反対極性のRF信号電圧が、ダイオードD5、D6を介してASK復調器ASK_Demodに供給される。カードリーダー・カードライターからRFIDカードへのASK変調信号がASK復調器ASK_Demodにより、復調されることができる。
図6は、図5に示したASK復調器よりも更に低消費電力化と雑音による誤動作防止とを可能とするASK復調器の構成を示す図である。
ANT アンテナコイル
D1、D2、D3、D4 全波整流回路
Ld_Mod 負荷変調器
Sh_Reg シャントレギュレータ
D5、D6 ダイオード
ASK_Demod ASK復調器
Clk_Gen クロック発生器
CPU 中央処理ユニット
NVMU 不揮発性メモリユニット
C1 平滑容量
D7…D12 過電圧保護ダイオード
SC1、SC2 スイッチドキャパシタ
SC_DR1、SC_DR2 スイッチドキャパシタ駆動回路
SC_dis1、SC_dis2 スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路
Claims (12)
- 整流回路と、スイッチドキャパシタと、スイッチドキャパシタ駆動回路と、復調回路と、内部回路とを具備しており、
前記整流回路には、読み出し・書き込み装置からのRF受信信号が供給され、
前記スイッチドキャパシタには、前記整流回路からの出力整流電圧が供給され、
前記スイッチドキャパシタ駆動回路は、前記RF受信信号に応答したスイッチ制御信号を生成して該スイッチ制御信号により前記スイッチドキャパシタを駆動するものであり、
前記復調回路は前記RF受信信号に含まれる変調信号を復調することで生成した復調信号を前記内部回路に供給するものであり、
前記スイッチドキャパシタは、前記スイッチドキャパシタ駆動回路からの前記スイッチ制御信号に応答して前記整流回路から供給される前記出力整流電圧を使用した複数のキャパシタへの直列充電と前記複数のキャパシタからの並列放電を実行することにより、前記スイッチドキャパシタは、前記復調回路と前記内部回路への電源電圧の供給に際しての電流駆動能力を大きな状態に設定される半導体集積回路。 - スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路を更に具備して、
前記内部回路は送信信号データを生成して該送信信号データを前記スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路に供給して
前記スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路は、前記送信信号データに応答して、前記スイッチドキャパシタによる前記電源電圧の供給での前記電流駆動能力を前記大きな状態よりも小さな電流駆動能力に制御する請求項1に記載の半導体集積回路。 - 前記スイッチドキャパシタはキャパシタ充電とキャパシタ放電とを交互に並列実行する第1と第2のスイッチドキャパシタを含む請求項2に記載の半導体集積回路。
- 前記整流回路は前記読み出し・書き込み装置からの反対極性の一対のRF受信信号が供給される全波整流回路である請求項3に記載の半導体集積回路。
- 前記復調回路は、ローパスフィルタと、ハイパスフィルタと、デコーダと、出力ロジックラッチとを含み、
前記復調回路の前記ローパスフィルタの入力には、前記全波整流回路からの前記出力整流電圧が供給され、
前記ハイパスフィルタの入力には、前記ローパスフィルタの出力信号が供給され、
前記デコーダは、前記ローパスフィルタの出力抵抗の両端の電圧の大小関係の弁別出力信号を出力して、
出力ロジックラッチは、前記デコーダからの前記弁別出力信号に応答して、復調出力信号を生成する請求項3に記載の半導体集積回路。 - 読み出し・書き込み装置からのRF受信信号が供給され前記読み出し・書き込み装置へのRF送信信号を放出するアンテナと、半導体集積回路とを搭載してなり、
前記半導体集積回は、整流回路と、スイッチドキャパシタと、スイッチドキャパシタ駆動回路と、復調回路と、内部回路とを具備して、
前記整流回路には、前記アンテナからの前記RF受信信号が供給され、
前記スイッチドキャパシタには、前記整流回路からの出力整流電圧が供給され、
前記スイッチドキャパシタ駆動回路は、前記RF受信信号に応答したスイッチ制御信号を生成して該スイッチ制御信号により前記スイッチドキャパシタを駆動して、
前記復調回路は前記RF受信信号に含まれる変調信号を復調することで生成した復調信号を前記内部回路に供給して、
前記スイッチドキャパシタは、前記スイッチドキャパシタ駆動回路からの前記スイッチ制御信号に応答して前記整流回路から供給される前記出力整流電圧を使用した複数のキャパシタへの直列充電と前記複数のキャパシタからの並列放電を実行することにより、前記スイッチドキャパシタでは、前記復調回路と前記内部回路への電源電圧の供給に際しての電流駆動能力が大きな状態に設定されるカード。 - 前記半導体集積回は、スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路を更に具備して、
前記内部回路は送信信号データを生成して該送信信号データを前記スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路に供給して
前記スイッチドキャパシタ電流駆動力増加ディスエーブル回路は、前記送信信号データに応答して、前記スイッチドキャパシタによる前記電源電圧の供給での前記電流駆動能力を前記大きな状態よりも小さな電流駆動能力に制御する請求項6に記載のカード。 - 前記スイッチドキャパシタはキャパシタ充電とキャパシタ放電とを交互に並列実行する第1と第2のスイッチドキャパシタを含む請求項7に記載のカード。
- 前記整流回路は前記読み出し・書き込み装置からの反対極性の一対のRF受信信号が供給される全波整流回路である請求項8に記載のカード。
- 前記復調回路は、ローパスフィルタと、ハイパスフィルタと、デコーダと、出力ロジックラッチとを含み、
前記復調回路の前記ローパスフィルタの入力には、前記全波整流回路からの前記出力整流電圧が供給され、
前記ハイパスフィルタの入力には、前記ローパスフィルタの出力信号が供給され、
前記デコーダは、前記ローパスフィルタの出力抵抗の両端の電圧の大小関係の弁別出力信号を出力して、
出力ロジックラッチは、前記デコーダからの前記弁別出力信号に応答して、復調出力信号を生成する請求項8に記載のカード。 - 半導体集積回路とアンテナとを準備する準備ステップを含む半導体集積回路の動作方法であって。
前記アンテナは、読み出し・書き込み装置からのRF受信信号を受信して前記読み出し・書き込み装置へのRF送信信号を送信して、
前記半導体集積回路は、整流回路と、スイッチドキャパシタと、スイッチドキャパシタ駆動回路と、復調回路と、内部回路とを具備して、
前記整流回路には、前記アンテナからの前記RF受信信号が供給されることが可能であり、
前記スイッチドキャパシタには、前記整流回路からの出力整流電圧が供給されることが可能であり、
前記スイッチドキャパシタ駆動回路は、前記アンテナでの前記RF受信信号に応答したスイッチ制御信号を生成して該スイッチ制御信号により前記スイッチドキャパシタを駆動することが可能であり、
前記復調回路は前記RF受信信号に含まれる変調信号を復調することで生成した復調信号を前記内部回路に供給することが可能であり、
前記半導体集積回路と前記アンテナとを接続する接続ステップを含み、
前記スイッチドキャパシタは、前記アンテナでの前記RF受信信号に応答した前記スイッチドキャパシタ駆動回路からの前記スイッチ制御信号に応答して前記整流回路から供給される前記出力整流電圧を使用した複数のキャパシタへの直列充電と前記複数のキャパシタからの並列放電を実行することにより、前記スイッチドキャパシタでは、前記復調回路と前記内部回路への電源電圧の供給に際しての電流駆動能力が大きな状態に設定される半導体集積回路の動作方法。 - 前記内部回路から生成される送信信号データに前記スイッチドキャパシタを応答させて、前記スイッチドキャパシタによる前記電源電圧の供給での前記電流駆動能力を前記大きな状態よりも小さな電流駆動能力に変更する変更ステップを更に含む請求項11に記載の半導体集積回路の動作方法。
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