KR20220000319A

KR20220000319A - 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 스마트 카드

Info

Publication number: KR20220000319A
Application number: KR1020200108026A
Authority: KR
Inventors: 장은상; 김준호; 김인혁
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2022-01-03

Abstract

지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로는 제1 접촉 스위치, 제2 접촉 스위치, 스위치드 커패시터 컨버터, 양방향 스위치드 커패시터 컨버터. 모드 선택기 및 제어 신호 생성기를 포함한다. 상기 제1 접촉 스위치는 접촉 모드에서, 제1 스위칭 인에이블 신호에 기초하여, 외부의 카드 리더로부터 수신된 접촉 전압을 제1 노드에 선택적으로 스위칭한다. 상기 제2 접촉 스위치는 상기 접촉 모드에서 제2 스위칭 인에이블 신호에 응답하여 상기 접촉 전압을 제2 노드에 선택적으로 스위칭한다. 상기 스위치드 커패시터 컨버터는 비접촉 모드에서 상기 카드 리더로부터 제공된 비접촉 전압을 강압하여 강압된 제1 전압을 상기 제1 노드에 제공한다. 상기 양방향 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 노드의 제1 구동 전압을 강압하여 강압된 제2 전압을 상기 제2 노드에 제공하고, 상기 접촉 모드에서는 상기 접촉 전압의 레벨에 따라 상기 제1 구동 전압을 강압하거나 상기 제2 노드의 제2 구동 전압을 승압하여 승압된 전압을 상기 제1 노드에 제공한다. 상기 모드 선택기는 상기 접촉 모드와 상기 비접촉 모드 중 하나를 지정하는 제1 모드 신호 및 상기 접촉 모드의 서브 모드들 중 하나를 나타내는 제2 모드 신호를 출력하고, 상기 접촉 전압, 상기 비접촉 전압 및 상기 제1 구동 전압 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 제어 전압으로 출력한다. 상기 제어 신호 생성기는 상기 제1 모드 신호 및 상기 제2 모드 신호에 기초하여, 제1 파워-다운 신호, 제2 파워-다운 신호, 상기 제1 스위칭 인에이블 신호 및 상기 제2 스위칭 인에이블 신호를 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 다양한 레벨의 구동 전압을 제공할 수 있는 지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 목적은 접촉 모드와 비접촉 모드에서 다양한 레벨의 구동 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 제1 접촉 스위치, 제2 접촉 스위치, 스위치드 커패시터 컨버터, 양방향 스위치드 커패시터 컨버터, 모드 선택기 및 제어 신호 생성기를 포함한다. 상기 제1 접촉 스위치는 접촉 모드에서, 제1 스위칭 인에이블 신호에 기초하여, 외부의 카드 리더로부터 수신된 접촉 전압을 제1 노드에 선택적으로 스위칭한다. 상기 제2 접촉 스위치는 상기 접촉 모드에서 제2 스위칭 인에이블 신호에 응답하여 상기 접촉 전압을 제2 노드에 선택적으로 스위칭한다. 상기 스위치드 커패시터 컨버터는 비접촉 모드에서 상기 카드 리더로부터 제공된 비접촉 전압을 강압하여 강압된 제1 전압을 상기 제1 노드에 제공한다. 상기 양방향 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 노드의 제1 구동 전압을 강압하여 강압된 제2 전압을 상기 제2 노드에 제공하고, 상기 접촉 모드에서는 상기 접촉 전압의 레벨에 따라 상기 제1 구동 전압을 강압하거나 상기 제2 노드의 제2 구동 전압을 승압하여 승압된 전압을 상기 제1 노드에 제공한다. 상기 모드 선택기는 상기 접촉 모드와 상기 비접촉 모드 중 하나를 지정하는 제1 모드 신호 및 상기 접촉 모드의 서브 모드들 중 하나를 나타내는 제2 모드 신호를 출력하고, 상기 접촉 전압, 상기 비접촉 전압 및 상기 제1 구동 전압 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 제어 전압으로 출력한다. 상기 제어 신호 생성기는 상기 제1 모드 신호 및 상기 제2 모드 신호에 기초하여, 제1 파워-다운 신호, 제2 파워-다운 신호, 상기 제1 스위칭 인에이블 신호 및 상기 제2 스위칭 인에이블 신호를 생성한다.

본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증을 수행하는 스마트 카드는 매칭 회로 및 스마트 카드 칩을 포함한다. 상기 매칭 회로는 외부의 카드 리더로부터 비접촉 방식으로 수신된 전압을 비접촉 전압으로 제공한다. 상기 스마트 카드 칩은 상기 매칭 회로와 제1 파워 단자 및 제2 파워 단자를 통하여 연결된다. 상기 스마트 카드 칩은 연결 단자, 내부 전압 생성 회로, 지문 인식 센서 및 프로세서를 포함한다. 상기 연결 단자는 상기 카드 리더와 접촉하여 수신한 전압을 접촉 전압으로 제공한다. 상기 내부 전압 생성 회로는 비접촉 모드에서는 상기 비접촉 전압을 기초로 제1 구동 전압과 제2 구동 전압을 생성하고, 접촉 모드에서는 상기 접촉 전압의 레벨에 따른 클래스에 기초하여 상기 접촉 전압을 이용하여 상기 제1 구동 전압과 상기 제2 구동 전압을 생성한다. 상기 지문 인식 센서는 상기 제1 구동 전압을 제공받아 동작하며, 입력 지문에 기초하여 지문 이미지 신호를 생성한다. 상기 프로세서는 상기 제2 구동 전압을 제공받아 동작하며, 상기 지문 이미지 신호에 기초하여 지문 인증을 수행한다.

본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로는 제1 접촉 스위치, 제2 접촉 스위치, 스위치드 커패시터 컨버터, 양방향 스위치드 커패시터 컨버터. 모드 선택기 및 제어 신호 생성기를 포함한다. 상기 제1 접촉 스위치는 접촉 모드에서, 제1 스위칭 인에이블 신호에 기초하여, 외부의 카드 리더로부터 수신된 접촉 전압을 제1 노드에 선택적으로 스위칭한다. 상기 제2 접촉 스위치는 상기 접촉 모드에서 제2 스위칭 인에이블 신호에 응답하여 상기 접촉 전압을 제2 노드에 선택적으로 스위칭한다. 상기 스위치드 커패시터 컨버터는 비접촉 모드에서 상기 카드 리더로부터 제공된 비접촉 전압을 강압하여 강압된 제1 전압을 상기 제1 노드에 제공한다. 상기 양방향 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 노드의 제1 구동 전압을 강압하여 강압된 제2 전압을 상기 제2 노드에 제공하고, 상기 접촉 모드에서는 상기 접촉 전압의 레벨에 따라 상기 제1 구동 전압을 강압하거나 상기 제2 노드의 제2 구동 전압을 승압하여 승압된 전압을 상기 제1 노드에 제공한다. 상기 모드 선택기는 상기 접촉 모드와 상기 비접촉 모드 중 하나를 지정하는 제1 모드 신호 및 상기 접촉 모드의 서브 모드들 중 하나를 나타내는 제2 모드 신호를 출력하고, 상기 접촉 전압, 상기 비접촉 전압 및 상기 제1 구동 전압 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 제어 전압으로 출력한다. 상기 제어 신호 생성기는 상기 제1 모드 신호, 상기 제2 모드 신호에 기초하여, 제1 파워-다운 신호, 제2 파워-다운 신호, 상기 제1 스위칭 인에이블 신호 및 상기 제2 스위칭 인에이블 신호를 생성한다. 상기 제1 접촉 스위치는 메인 스위치 및 보조 스위치를 포함한다. 상기 메인 스위치는 상기 접촉 전압에 연결되는 소스와 상기 제1 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제1 피모스 트랜지스터로 구현된다. 상기 보조 스위치는 제1 내부 노드에서 상기 메인 스위치의 게이트에 연결되는 소스, 상기 접촉 전압에 연결되는 드레인 및 상기 제어 전압의 생성과 관련된 온-전압을 수신하는 게이트를 구비하는 제2 피모스 트랜지스터로 구현된다. 상기 보조 스위치는 상기 제어 전압이 생성되기 전에 상기 온-전압에 응답하여 턴-온되어 상기 메인 스위치로 유입되는 과전류를 방지한다.

본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 스마트 카드에서 상기 내부 전압 생성 회로는 제1 접촉 스위치, 제2 접촉 스위치 및 양방향 스위치드 커패시터 컨버터를 구비하여 카드 리더의 클래스에 따라 접촉 전압의 레벨이 변동되어도, 로직 회로 블록의 동작에 적합한 제2 구동 전압과 지문 인식 센서 및 LED들의 동작에 적합한 제1 구동 전압을 생성할 수 있다. 따라서 스마트 카드는 다양한 전압 환경에서 동작하여 성능을 향상시킬 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 내부 전압 생성 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 내부 전압 생성 회로에서 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 도 4의 내부 전압 생성 회로에서 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸다.
도 7은 도 5의 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 나타낸다.
도 8은 도 5의 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 내부 전압 생성 회로에서 모드 선택기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 비접촉 모드에서 도 4의 내부 전압 생성 회로의 일부를 나타낸다.
도 11 내지 도 13은 접촉 모드에서 도 4의 내부 전압 생성 회로의 일부를 각각 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 내부 전압 생성 회로에서 제1 접촉 스위치를 나타내는 회로도이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 접촉 모드에서 도 14의 제1 접촉 스위치를 나타낸다.
도 16은 접촉 모드에서 도 14의 제1 접촉 스위치의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 모드에서 도 14의 제1 접촉 스위치를 나타낸다.
도 18은 비접촉 모드에서 도 14의 제1 접촉 스위치의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 19 및 도 20은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스를 위한 통신 신호들의 예를 나타내는 도면들이다.
도 21은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스의 프레임의 예를 나타내는 도면들이다.
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 지문 인식 센서를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 도 23의 스마트 카드의 동작 방법에서 비접촉 모드에서 제1 구동 전압과 제2 구동 전압을 생성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 도 23의 스마트 카드의 동작 방법에서 접촉 모드에서 제1 구동 전압과 제2 구동 전압을 생성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 예를 나타낸다.
도 27은 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)은 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 안테나(61) 및 스마트 카드 칩(100)을 포함할 수 있고, 스마트 카드 칩(100)은 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 공진 회로(70) 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 매칭 회로(70)와 연결될 수 있다.

매칭 회로(70)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 포함할 수 있다. 매칭 회로(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.

스마트 카드 칩(100)은 비접촉 모드에서는 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 공진 회로(70)를 통하여 제공된 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있고, 접촉 모드에서는 내부의 접촉 단자(63)를 통하여 제공된 전압을 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), LED들(290) 및 로직 회로 블록(295)를 포함할 수 있다.

정류기(210)는 입력 전압(VIN)을 정류하여 직류 전압인 접촉 전압(VDDU)을 생성할 수 있다.

내부 전압 생성 회로(300)는 비접촉 모드에서는 비접촉 전압(VDDU)을 수신하고, 접촉 모드에서는 접촉 전압(VDD5PX)을 수신한다. 내부 전압 생성 회로(300)는 비접촉 모드에서는 비접촉 전압(VDDU)을 기초로 제1 구동 전압(VDD5P)과 제1 구동 전압(VDD5P) 보다 낮은 레벨을 가지는 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성하고, 접촉 모드에서는 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨에 따른 카드 리더(20)의 클래스에 기초하여 제1 구동 전압(VDD5P)과 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성할 수 있다.

내부 전압 생성 회로(300)는 제2 구동 전압(VDD3P)을 프로세서(240) 및 로직 회로 블록(295)에 제공하고, 제1 구동 전압(VDD5P)을 지문 인식 센서(270) 및 LED들(290)에 제공할 수 있다. 제2 구동 전압(VDD3P)을 전력 소모가 많은 프로세서(240) 및 로직 회로 블록(295)에 제공함으로써 스마트 카드 칩(100)의 소비 전력을 감소시킬 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(290)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 비접촉 모드에서는 도 2의 공진부(70)를 통하여 제공되는 입력 전압(VDDUA)를 정류하여 비접촉 전압(VDDU)을 내부 전압 생성 회로(300)에 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 내부 전압 생성 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 내부 전압 생성 회로(300)는 스위치드 커패시터 컨버터(310), 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320), 모드 선택기(330), 제어 신호 생성기(350), 제1 접촉 스위치(400a) 및 제2 접촉 스위치(400b)를 포함할 수 있다.

제1 접촉 스위치(400a)는 제1 노드(ND1)에 연결되고, 접촉 모드에서, 제1 스위칭 인에이블 신호(SW_EN1)에 기초하여 접촉 전압(VDD5PX)을 제1 노드(ND1)에 선택적으로 스위칭한다. 제2 접촉 스위치(400b)는 제2 노드(ND2)에 연결되고, 접촉 모드에서, 제2 스위칭 인에이블 신호(SW_EN2)에 기초하여 접촉 전압(VDD5PX)을 제2 노드(ND2)에 선택적으로 스위칭한다.

스위치드 커패시터 컨버터(310)는 제1 노드(ND1)에 연결되고, 비접촉 모드에서 비접촉 전압(VDDU)을 강압(스텝-다운)하여 강압된 제1 전압을 제1 노드(ND1)에 제공할 수 있다.

양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)는 제1 노드(ND1)와 제2 노드(ND2)에 연결되고, 비접촉 모드에서는 제1 노드(ND1)의 제1 구동 전압(VDD5P)을 강압하여 강압된 제2 전압을 제2 노드(ND2)에 제공하고, 접촉 모드에서는 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨에 따라 제1 구동 전압(VDD5P)을 강압하거나 제2 노드(ND2)의 제2 구동 전압(VDD3P)을 승압(스텝-업)하여 승압된 전압을 상기 제1 노드(ND1)에 제공할 수 있다.

모드 선택기(330)는 접촉 전압(VDD5PX), 비접촉 전압(VDDU) 및 제1 구동 전압(VDD5P)을 수신하고, 접촉 전압(VDD5PX), 비접촉 전압(VDDU) 및 제1 구동 전압(VDD5P)의 레벨들에 기초하여 접촉 모드와 비접촉 모드 중 하나를 지정하는 제1 모드 신호(MDS1) 및 접촉 모드의 서브 모드들 중 하나를 나타내는 제2 모드 신호(MDS2)를 출력하고, 접촉 전압(VDD5PX), 비접촉 전압(VDDU) 및 제1 구동 전압(VDD5P) 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 제어 전압(VDMAX)으로 제1 접촉 스위치(400a) 및 제2 접촉 스위치(400b)에 출력할 수 있다. 모드 선택기(330)는 제1 모드 신호(MDS1)와 제2 모드 신호(MDS2)를 제어 신호 생성기(350)에 제공할 수 있다. 제2 모드 신호(MDS2)는 복수의 비트들을 포함하고 복수의 비트들은 접촉 모드의 복수의 서브 모드들을 나타낼 수 있다.

제어 신호 생성기(350)는 제1 모드 신호(MDS1) 및 제2 모드 신호(MDS2)에 기초하여 제1 파워-다운 신호(PD1), 제2 파워-다운 신호(PD2), 제1 스위칭 인에이블 신호(SW_EN1) 및 제2 스위칭 인에이블 신호(SW_EN2)를 생성할 수 있다. 제1 파워-다운 신호(PD1)는 스위치드 커패시터 컨버터(310)의 활성화와 관련되고, 제2 파워-다운 신호(PD2)는 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)의 활성화와 관련되고, 제1 스위칭 인에이블 신호(SW_EN1)는 제1 접촉 스위치(400a)의 활성화와 관련되고, 제2 스위칭 인에이블 신호(SW_EN2)는 제2 접촉 스위치(400b)의 활성화와 관련될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 내부 전압 생성 회로에서 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(310a)는 제1 내지 제4 스위치들(311, 312, 313, 314) 및 커패시터(315)를 포함할 수 있다.

제1 스위치(311)는 비접촉 전압(VDDU)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(VDD5P)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 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 도 4의 내부 전압 생성 회로에서 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(310b)는 피모스 트랜지스터들(316, 319), 엔모스 트랜지스터들(317, 318) 및 커패시터(315)를 포함할 수 있다.

피모스 트랜지스터(316)는 비접촉 전압(VDDU)이 인가되는 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(VDD5P)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 7은 도 5의 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 나타낸다.

도 7에서는 도 5의 스위치드 커패시터 컨버터(310a)의 동작을 나타내나, 도 6의 스위치드 커패시터 컨버터(310b)의 동작도 도 7의 동작과 동일할 수 있다.

도 7을 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, 비접촉 전압(VDDU)에 기초하여 커패시터(315)에는 전압(VCAP)이 저장되고, 커패시터(315)에 저장된 전압(VCAP)에 기초하여, 제1 구동 전압(VDD5P)이 제공된다.

도 8은 도 5의 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 나타낸다.

도 8에서는 도 5의 스위치드 커패시터 컨버터(310a)의 동작을 나타내나, 도 6의 스위치드 커패시터 컨버터(310b)의 동작도 도 8의 동작과 동일할 수 있다.

도 8을 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(VDD5P)이 제공된다.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 내부 전압 생성 회로에서 모드 선택기의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 9를 참조하면, 모드 선택기(330)는 비교기(331), 접촉 검출기(333), 모드 신호 생성기(335), 클래스 검출기(337), 레벨 비교기(341) 및 멀티플렉서(MUX, 343)를 포함할 수 있다.

비교기(331)는 비접촉 전압(VDDU)과 접촉 전압(VDD5PX)을 비교하고 그 비교의 결과를 나타내는 비교 신호(CS)를 출력할 수 있다. 접촉 검출기(333)는 스마트 카드(50)가 카드 리더(20)에 접촉 방식으로 연결되는 경우, 카드 리더(20)로부터 제공되는 외부 리셋 신호(ERST)를 검출하고, 외부 리셋 신호(ERST)의 검출에 기초하여 검출 신호(DS)의 로직 레벨을 결정할 수 있다.

모드 신호 생성기(335)는 비교 신호(CS)와 검출 신호(DS)에 기초하여 접촉 모드와 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 제1 모드 신호(MDS1)와 접촉 모드를 나타내는 접촉 모드 신호(MDS)를 생성할 수 있다. 비교 신호(CS)는 비접촉 전압(VDDU)과 접촉 전압(VDD5PX)의 비교의 결과를 나타내고, 검출 신호(DS)는 외부 리셋 신호(ERST)가 인가되었는지 여부를 나타내므로, 제1 모드 신호(MDS1)는 접촉 모드와 비접촉 모드 중 하나를 나타내는 제1 모드 신호(MDS1)의 레벨과 접촉 모드를 나타내는 접촉 모드 신호(MDS)의 레벨을 결정할 수 있다.

클래스 검출기(337)는 접촉 모드를 나타내는 접촉 모드 신호CMS)에 응답하여 활성화되고, 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨을 제1 기준 전압(VREF1) 및 제2 기준 전압(VREF2)와 비교하고, 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨에 기초하여 접촉 모드의 복수의 서브 모드들을 나타내는 제2 모드 신호(MDS2)를 출력할 수 있다. 즉, 클래스 검출기(337)는 접촉 전압(VDD5PX)과 제1 기준 전압(VREF1) 및 제2 기준 전압(VREF2)의 비교에 기초하여 제2 모드 신호(MDS2)의 레벨을 결정할 수 있다. 제1 기준 전압(VREF1)의 레벨은 제2 기준 전압(VREF2)보다 높을 수 있다.

실시예에 있어서, 제1 기준 전압(VREF1)은 약 4[V] 정도로 설정될 수 있고, 제2 기준 전압은 약 2.4[V] 정도로 설정될 수 있다.

예를 들어, 접촉 전압(VDD5PX)이 제1 기준 전압(VREF1)보다 큰 경우에, 제2 모드 신호(MDS2)는 접촉 모드의 제1 서브 모드를 지시할 수 있다. 예를 들어, 접촉 전압(VDD5PX)이 제1 기준 전압(VREF1)보다 작고 제2 기준 전압(VREF2)보다 큰 경우에, 제2 모드 신호(MDS2)는 접촉 모드의 제2 서브 모드를 지시할 수 있다. 예를 들어, 접촉 전압(VDD5PX)이 제2 기준 전압(VREF2)보다 작음을 나타내는 경우에, 제2 모드 신호(MDS2)는 접촉 모드의 제3 서브 모드를 지시할 수 있다.

제1 서브 모드는 카드 리더(20)가 제1 클래스로서 약 5V의 접촉 전압(VDD5PX)을 공급함을 나타내고, 제2 서브 모드는 카드 리더(20)가 제2 클래스로서 약 3V의 접촉 전압(VDD5PX)을 공급함을 나타내고, 제3 서브 모드는 카드 리더(20)가 제3 클래스로서 약 1.8V의 접촉 전압(VDD5PX)을 공급함을 나타낼 수 있다.

레벨 비교기(341)는 접촉 전압(VDD5PX), 비접촉 전압(VDDU) 및 제1 구동 전압(VDD5P)의 레벨들을 비교하고, 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 선택하는 선택 신호(SS)를 생성하고, 선택 신호(SS)를 멀티플렉서(343)에 제공할 수 있다.

멀티플렉서(333)는 선택 신호(SS)에 응답하여 접촉 전압(VDD5PX), 비접촉 전압(VDDU) 및 제1 구동 전압(VDD5P) 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 제어 전압(VDMAX)로 출력할 수 있다.

도 10은 비접촉 모드에서 도 4의 내부 전압 생성 회로의 일부를 나타내고, 도 11 내지 도 13은 접촉 모드에서 도 4의 내부 전압 생성 회로의 일부를 각각 나타낸다.

도 1 내지 도 13에서는 설명의 편의를 위하여 도 4의 내부 전압 생성 회로(300) 중 스위치드 커패시터 컨버터(310), 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320), 제1 접촉 스위치(400a) 및 제2 접촉 스위치(400b)를 도시한다.

도 4 및 도 10을 참조하면, 비접촉 모드에서 제어 신호 생성기(350)는 제1 모드 신호(MDS1)에 응답하여 제1 스위칭 인에이블 신호(SW_EN1)와 제2 스위칭 인에이블 신호(SW_EN2)로 제1 접촉 스위치(400a)와 제2 접촉 스위치(400b)를 각각 비활성화시킨다.

스위치드 커패시터 컨버터(310)는 제1 파워-다운 신호(PD1)에 응답하여 활성화되고, 제1 레벨(약 6V)을 가지는 비접촉 전압(VDDU)을 강압하여 제1 레벨보다 낮은 제2 레벨(3V)을 가지는 제1 구동 전압(VDD5P)를 제1 노드(ND1)에 출력한다. 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)는 경로(PTH1)를 통하여 제1 구동 전압(VDD5P)을 수신하고, 제1 구동 전압(VDD5P)을 강압하여 제2 레벨보다 낮은 제3 레벨(1.5V)을 가지는 제2 구동 전압(VDD3P)을 제2 노드(ND2)에 출력한다.

도 4 및 도 11을 참조하면, 접촉 모드의 제1 서브 모드에서 제어 신호 생성기(350)는 제1 모드 신호(MDS1) 및 제2 모드 신호(MDS2)에 응답하여 제1 파워-다운 신호(PD1)와 제2 스위칭 인에이블 신호(SW_EN2)를 이용하여 스위치드 커패시터 컨버터(310)와 제2 접촉 스위치(400b)를 각각 비활성화시킨다.

제1 접촉 스위치(400a)는 제1 레벨(5V)을 가지는 접촉 전압(VDD5PX)을 제1 구동 전압(VDD5P)으로서 제1 노드(ND1)에 스위칭한다. 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)는 제2 파워-다운 신호(PD2)에 응답하여 활성화되고, 경로(PTH2)를 통하여 제1 구동 전압(VDD5P)을 수신하고, 제1 구동 전압(VDD5P)을 강압하여 제1 레벨보다 낮은 제2 레벨(2.5V)을 가지는 제2 구동 전압(VDD3P)을 제2 노드(ND2)에 출력한다. 즉, 내부 전압 생성기(300)는 접촉 모드의 제1 서브 모드에서 5V의 제1 구동 전압(VDD5P)과 2.5V의 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성할 수 있다.

도 4 및 도 11을 참조하면, 접촉 모드의 제2 서브 모드에서, 제어 신호 생성기(350)는 제1 모드 신호(MDS1) 및 제2 모드 신호(MDS2)에 응답하여 제1 파워-다운 신호(PD1)와 제2 파워-다운 신호(PD2)를 이용하여 스위치드 커패시터 컨버터(310)와 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)를 각각 비활성화시킨다.

제1 접촉 스위치(400a)는 제1 레벨(3V)을 가지는 접촉 전압(VDD5PX)을 제1 구동 전압(VDD5P)으로서 제1 노드(ND1)에 스위칭한다. 제2 접촉 스위치(400b)는 제1 레벨(3V)을 가지는 접촉 전압(VDD5PX)을 제2 구동 전압(VDD3P)으로서 제2 노드(ND2)에 스위칭한다. 즉, 내부 전압 생성기(300)는 접촉 모드의 제2 서브 모드에서 3V의 제1 구동 전압(VDD5P)과 3V의 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성할 수 있다.

도 4 및 도 13을 참조하면, 접촉 모드의 제3 서브 모드에서 제어 신호 생성기(350)는 제1 모드 신호(MDS1) 및 제2 모드 신호(MDS2)에 응답하여 제1 파워-다운 신호(PD1)와 제1 스위칭 인에이블 신호(SW_EN1)를 이용하여 스위치드 커패시터 컨버터(310)와 제1 접촉 스위치(400a)를 각각 비활성화시킨다.

제2 접촉 스위치(400b)는 제1 레벨(약 1. 8V)을 가지는 접촉 전압(VDD5PX)을 상기 제2 구동 전압(VDD3P)으로서 제2 노드(ND2)에 스위칭한다. 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)는 제2 파워-다운 신호(PD2)에 응답하여 활성화되고, 제2 구동 전압(VDD3P)을 승압하여 제1 레벨보다 높은 제2 레벨(약 3.6V)을 가지는 제2 구동 전압(VDD5P)을 경로(PTH3)를 통하여 제1 노드(ND1)에 출력한다. 즉, 내부 전압 생성기(300)는 접촉 모드의 제3 서브 모드에서 3.6V의 제1 구동 전압(VDD5P)과 1.8V의 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예들에 따른 내부 전압 생성 회로(300)는 제1 접촉 스위치(400a), 제2 접촉 스위치(400b) 및 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)를 구비하여 카드 리더(20)의 클래스에 따라 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨이 변동되어도, 로직 회로 블록(295)의 동작에 적합한 제2 구동 전압(VDD3P)과 지문 인식 센서(270) 및 LED들(290)의 동작에 적합한 제1 구동 전압(VDD5P)을 생성할 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 내부 전압 생성 회로에서 제1 접촉 스위치를 나타내는 회로도이다.

도 14를 참조하면, 제1 접촉 스위치(400a)는 제1 피모스 트랜지스터로 구현되는 메인 스위치(411), 제2 피모스 트랜지스터로 구현되는 보조 스위치(412), 제1 지연 회로(420), 제2 지연 회로(435), 제2 인버터(430), 제3 인버터(440), 제3 피모스 트랜지스터(445), 엔모스 커패시터(447), 제4 피모스 트랜지스터(448) 및 제4 인버터(450)를 포함할 수 있다.

메인 스위치(411)는 접촉 전압(VDD5PX)에 연결되는 소스와 상기 제1 노드(ND1)에 연결되는 드레인을 구비하는 제1 피모스 트랜지스터로 구현될 수 있다. 보조 스위치(412)는 제1 내부 노드(N21)에서 메인 스위치(411)의 게이트에 연결되는 소스, 접촉 전압(VDD5PX)에 연결되는 드레인 및 제어 전압(VDMAX)의 생성과 관련된 온-전압(VDMZX_ON)을 수신하는 게이트를 구비하는 제2 피모스 트랜지스터로 구현될 수 있다.

실시예에 있어서, 메인 스위치(411)의 채널 폭/채널 길이는 보조 스위치(412)의 채널 폭/채널 길이의 M(M은 2 이상의 자연수) 배일 수 있다.

제1 지연 회로(420)는 제어 전압(VDMAX)을 보조 스위치 파워-다운 신호(AS_PD1)를 지연시켜 상기 온-전압(VDMAX_ON)을 제공하는, 캐스케이드 연결된 복수의 제1 인버터들(421~424)을 구비할 수 있다.

제2 지연 회로(435)는 제2 내부 노드(N22)에 연결되고, 제1 스위칭 인에이블 신호(SW_EN1)를 지연시켜 제2 내부 노드(N22)에 출력하는 인버터들(436, 437)을 구비할 수 있다.

제2 인버터(440)는 제2 내부 노드(N22), 제1 내부 노드(N21), 제3 내부 노드(N23) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 제2 지연 회로(430)의 출력을 반전시켜 제1 내부 노드(N21)에 제공할 수 있다. 제2 인버터(440)는 피모스 트랜지스터(431) 및 엔모스 트랜지스터(432)를 포함할 수 있다. 피모스 트랜지스터(431)는 제3 내부 노드(N23)와 제1 내부 노드(N21) 사이에 연결되고, 엔모스 트랜지스터(432)는 제1 내부 노드(N21)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다.

제3 인버터(440)는 제3 내부 노드(N23), 제4 내부 노드(N24) 및 접지 전압(VSS)에 연결되고, 온-전압(VDMAX_ON)을 반전시켜 제4 내부 노드(N24)에 제공할 수 있다. 제3 인버터(440)는 피모스 트랜지스터(441) 및 엔모스 트랜지스터(442)를 포함할 수 있다. 피모스 트랜지스터(441)는 제3 내부 노드(N23)와 제4 내부 노드(N24) 사이에 연결되고, 엔모스 트랜지스터(442)는 제4 내부 노드(N24)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다.

제3 피모스 트랜지스터(445)는 제3 내부 노드(N23)에 연결되는 소스, 제4 내부 노드(N24)에 연결되는 게이트 및 제5 내부 노드(N25)에 연결되는 드레인을 구비할 수 있다. 엔모스 커패시터(447)은 제5 내부 노드(N25)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 제5 내부 노드(N25)의 전하들을 저장할 수 있다. 엔모스 커패시터(447)는 제5 내부 노드(N25)에 연결되는 게이트와 서로 연결되는 소스 및 드레인을 구비할 수 있다.

제4 피모스 트랜지스터(448)는 제5 내부 노드(N25)에 연결되는 드레인, 제어 전압 제어 전압(VDMAX)에 연결되는 제6 내부 노드(N26)에 연결되는 소스 및 제7 내부 노드(N27)에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다.

제4 인버터(450)는 제6 내부 노드(N26), 제7 내부 노드(N27) 및 접지 전압(VSS)에 연결되고, 온-전압(VDMAX_ON)을 반전시켜 제7 내부 노드(N27)에 제공할 수 있다. 제4 인버터(450)는 피모스 트랜지스터(451) 및 엔모스 트랜지스터(452)를 포함할 수 있다. 피모스 트랜지스터(451)는 제6 내부 노드(N26)와 제7 내부 노드(N27) 사이에 연결되고, 엔모스 트랜지스터(452)는 제7 내부 노드(N27)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결된다.

실시예에 있어서, 피모스 트랜지스터(451)의 채널 폭/채널 길이는 제4 피모스 트랜지스터(448)의 채널 폭/채널 길이의 N(N은 2 이상의 자연수) 배일 수 있다. 또한 엔모스 커패시터(447)의 채널 폭/채널 길이는 피모스 트랜지스터(451)의 채널 폭/채널 길이의 수십 배일 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 접촉 모드에서 도 14의 제1 접촉 스위치를 나타내고, 도 16은 접촉 모드에서 도 14의 제1 접촉 스위치의 동작을 나타내는 타이밍도이다.

도 16에서는 접촉 모드에서, 제1 시점(t11)에 메인 스위치(411)의 소스로 접촉 전압(VDD5PX)이 인가되고, 제2 시점(t12)에 도 4의 모드 선택기(330)에서 제어 전압(VD_MAX)이 생성되고, 보조 스위치 파워-다운 신호(AS_PD1)는 제2 시점(t12)까지 로우 레벨(VSS)로 유지되다가, 제2 시점(t12)에 하이 레벨(VDD5PX)로 천이되고, 제1 스위치 인에이블 신호(SW_EN1)는 제3 시점(t13)에 하이 레벨(VDD5PX)로 천이되는 것으로 가정한다. 또한 도 16에서 로우 레벨은 접지 전압(VSS)이고 하이 레벨은 접촉 전압(VDD5PX) 레벨이라고 가정한다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 제1 시점(t11)에, 메인 스위치(411)의 소스로 접촉 전압(VDD5PX)이 인가되어 타겟 레벨(VTG)에 도달한다. 이 때, 보조 스위치 파워-다운 신호(AS_PD1)는 로우 레벨이므로, 제1 지연 회로(420)의 출력인 온-전압(VDMAX_ON)이 로우 레벨이다. 따라서, 보조 스위치(412)는 온-전압(VDMAX_ON)에 응답하여 턴-온되므로, 접촉 전압(VDD5PX)이 메인 스위치(411)의 게이트로 인가된다.

온-전압(VDMAX_ON)이 로우 레벨이므로, 제3 인버터(440)는 온-전압(VDMAX_ON)을 반전시켜 제4 내부 노드(N24)에 하이 레벨의 전압(LWR)을 인가하고, 제4 인버터(440)는 온-전압(VDMAX_ON)을 반전시켜 하이 레벨의 전압을 제7 내부 노드(N27)에 인가한다. 제4 내부 노드(N24)의 전압(LWR)은 제1 시점(t11)에서 제2 시점(t12)까지의 제1 구간(INT11) 동안 하이 레벨로 유지된다. 온-전압(VDMAX_ON)에 응답하여 제3 피모스 트랜지스터(445)와 제4 피모스 트랜지스터(448)가 턴-오프되고, 제5 내부 노드(N25)의 전하들이 엔모스 커패시터(447)에 저장된다.

제2 시점(t12)에서 보조 스위치 파워-다운 신호(AS_PD1)가 하이 레벨로 천이되는 것에 응답하여 온-전압(VDMAX_ON)이 하이 레벨로 천이된다. 하이 레벨의 온-전압(VDMAX_ON)에 응답하여 보조 스위치(412)가 턴-오프되고, 제4 피모스 트랜지스터(448)와 제3 피모스 트랜지스터(445)와 턴-온되고, 제1 스위치 인에이블 신호(SW_EN1)에 응답하여 피모스 트랜지스터(431)가 턴-온된다. 따라서 제6 내부 노드(N26)로부터 제1 내부 노드(N21)로 전류 경로가 형성되어, 메인 스위치(411)의 게이트 전압(SW_GATE)은 하이 레벨로 유지된다.

제2 시점(t12) 이후에는 제1 스위치 인에이블 신호(SW_EN1)에 의하여 메인 스위치(411)의 턴-온 여부를 결정할 수 있다.

메인 스위치(411)의 게이트 전압(SW_GATE)은 제1 구간(INT11) 동안에는 접촉 전압(VDD5PX)에 의하여 하이 레벨로 유지되고, 제2 구간(INT12) 동안은 제어 전압(VDMAX)에 의하여 하이 레벨로 유지된다.

도 15의 제1 접촉 스위치(400a)에서 보조 스위치(412)는 메인 스위치(411)의 소스로 접촉 전압(VDD5PX)이 인가되어 제어 전압(VDMAX)이 생성되기 전에 메인 스위치(411)로 유입되는 과전류를 방지할 수 있다. 즉, 보조 스위치(412)가 없다면, 제어 전압(VDMAX)이 생성되기 전에 접촉 전압(VDD5PX)에 의하여 메인 스위치(411)를 관통하는 과전류가 제1 노드(ND1)로 제공될 수 있고, 과전류가 인가되는 경우, 제2 구동 전압(VDD3P)을 기반으로 동작하는 소자들이 손상될 수 있다.

도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 모드에서 도 14의 제1 접촉 스위치를 나타내고, 도 18은 비접촉 모드에서 도 14의 제1 접촉 스위치의 동작을 나타내는 타이밍도이다.

도 18에서는 접촉 모드에서, 제1 시점(t21)에 비접촉 전압(VDDU)이 인가되고, 제2 시점(t22)에 도 4의 모드 선택기(330)에서 제어 전압(VD_MAX)이 생성되고, 보조 스위치 파워-다운 신호(AS_PD1)는 제3 시점(t23)까지 로우 레벨(VSS)로 유지되다가, 제3 시점(t23)에 하이 레벨(VDDU)로 천이되고, 제1 스위치 인에이블 신호(SW_EN1)는 로우 레벨(VSS)로 유지되는 것으로 가정한다. 또한 도 18에서 로우 레벨은 접지 전압(VSS)이고 하이 레벨은 비접촉 전압(VDDU) 레벨이라고 가정한다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 시점(t21)에 도 4의 스위치드 커패시터 컨버터(310)로 비접촉 전압(VDDU)이 인가되고, 제2 시점(t22)에 제어 전압(VDMAX)이 하이 레벨에 도달한다. 제어 전압(VDMAX)이 하이 레벨로 천이되는 것과 로우 레벨의 보조 스위치 파워-다운 신호(AS_PD1)에 응답하여 온-전압(VDMAX_ON)이 천이한다. 온-전압(VDMAX_ON)의 천이에 응답하여 제4 피모스 트랜지스터(448)의 게이트 전압(UPR)은 제1 시점(t21)으로부터 증가하여 제2 시점(t22)에 하이 레벨에 도달한다.

제3 시점(t23)에 보조 스위치 파워-다운 신호(AS_PD1)가 하이 레벨로 천이하면, 이에 응답하여 제4 피모스 트랜지스터(448)의 게이트 전압(UPR)은 제4 시점(t24)에 로우 레벨로 천이한다.

따라서, 메인 스위치(411)의 게이트 전압(SW_GATE) 전압은 제4 시점(t24)까지는 로우 레벨로 유지되다가, 제4 시점(t24) 이후 보조 스위치 파워-다운 신호(AS_PD1)가 하이 레벨로 천이하고, 온-전압(VDMAX_ON)이 하이 레벨로 천이하는 것에 응답하여 증가하다가 제5 시점(t25)에 하이 레벨에 도달한다.

도 14 내지 도 18을 참조하여 도 4의 제1 접촉 스위치(400a)의 구조와 동작에 대하여 설명하였다. 도 4의 제2 접촉 스위치(400b)의 구성과 동작은 도 14의 제1 접촉 스위치(400a)의 구성 및 대응하는 동작과 실질적으로 유사할 수 있다.

이 경우에, 제2 접촉 스위치(400b)에서는 메인 스위치(411)가 제1 노드(ND1) 대신에 제2 노드(ND2)에 연결되고, 제1 지연 회로(420)에 보조 스위치 파워-다운 신호(AS_PD1) 대신에 제2 보조 스위치 파워-다운 신호가 인가되고, 제2 지연 회로(435)에는 제1 스위칭 인에이블 신호(SW_EN1) 대신에 제2 스위칭 인에이블 신호(SW_EN2)가 인가될 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 ±7 kHz이다.

도 19 및 도 20은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스를 위한 통신 신호들의 예를 나타내는 도면들이고, 도 21은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스의 프레임의 예를 나타내는 도면들이다.

도 19에 도시된 신호는 카드 리더로부터 비접촉식 스마트 카드로 전송되는 신호이고, 도 20에 도시된 신호는 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 21은 ISO/IEC 14443 A형의 데이터 프레임을 보여주고 있다. 도 21은 시작 비트(Start bit: S), 데이터 비트들(b1-b7), 그리고 종료 비트(End bit: E)를 포함하는 쇼트 프레임(short frame)을 보여준다.

도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 스마트 카드 칩에서 지문 인식 센서를 나타낸다.

도 22를 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 23은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 2 내지 도 23을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증을 수행하는 스마트 카드(50)의 동작 방법에서는, 스마트 카드(50)가 비접촉 모드인지 여부를 판단한다(S20). 즉, 스마트 카드(50)의 내부 전압 생성 회로(300)는 카드 리더(20)로부터 비접촉 전압(VDDU)이 제공되는지 접촉 전압(VDD5PX)이 제공되는지 여부를 판단하고, 상기 판단에 기초하여 비접촉 모드인지 여부를 판단할 수 있다.

스마트 카드(50)가 비접촉 모드인 경우(S50에서 YES), 내부 전압 생성 회로(300)는 비접촉 전압(VDDU)을 기초로 제1 구동 전압(VDD5P)과 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성할 수 있다(S100). 이 경우에, 제2 구동 전압(VDD3P)의 레벨은 제1 구동 전압(VDD5P)보다 낮을 수 있다. 실시예에 있어서, 비접촉 전압(VDDU)은 6V이고, 제1 구동 전압(VDD5P)은 3V이고, 제2 구동 전압(VDD3P)은 1.5V일 수 있다.

내부 전압 생성 회로(300)는 제1 구동 전압(VDD5P)을 지문 인식 센서(270)에 제공하고, 제2 구동 전압(VDD3P)을 로직 회로 블록(295)에 제공할 수 있다(S300).

스마트 카드(50)가 비접촉 모드가 아닌 접촉 모드인 경우(S50에서 NO), 내부 전압 생성 회로(300)는 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨에 따른 카드 리더(20)의 클래스에 기초하여 접촉 전압(VDD5PX)을 이용하여 제1 구동 전압(VDD5P)과 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성할 수 있다(S200). 이 경우에도, 제2 구동 전압(VDD3P)의 레벨은 제1 구동 전압(VDD5P)보다 낮을 수 있다.

도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 도 23의 스마트 카드의 동작 방법에서 비접촉 모드에서 제1 구동 전압과 제2 구동 전압을 생성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.

도 2 내지 도 24를 참조하면, 비접촉 전압(VDDU)을 기초로 제1 구동 전압(VDD5P)과 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성하기 위하여(S100), 내부 전압 생성 회로(300)의 스위치드 커패시터 컨버터(310)는 비접촉 전압(VDDU)을 강압(스텝-다운)하여 제1 구동 전압(VDD5P)을 생성한다(S110). 내부 전압 생성 회로(300)의 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)는 제1 구동 전압(VDD5P)을 강압하여 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성한다(S130).

도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 도 23의 스마트 카드의 동작 방법에서 접촉 모드에서 제1 구동 전압과 제2 구동 전압을 생성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.

도 2 내지 도 23 및 도 25를 참조하면, 접촉 전압(VDD5PX)을 기초로 제1 구동 전압(VDD5P)과 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성하기 위하여(S200), 내부 전압 생성 회로(300)의 모드 선택기(330)는 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨을 기초로 카드 리더(20) 또는 접촉 전압(VDD5PX)이 제1 클래스인지 여부를 판단한다(S210). 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨이 제1 기준 전압(VREF1)보다 크면, 모드 선택기(330)는 카드 리더(20)를 제1 클래스로 판단할 수 있다.

카드 리더(20)가 제1 클래스인 경우(S210에서 YES), 내부 전압 생성 회로(300)의 제1 접촉 스위치(400a)는 접촉 전압(VDD5PX)에 기초하여 제1 구동 전압(VDD5P)를 생성한다(S212). 즉, 제1 접촉 스위치(400a)는 접촉 전압(VDD5PX)을 제1 노드(ND1)에 스위칭하여 제1 구동 전압(VDD5P)을 생성할 수 있다. 내부 전압 생성 회로(300)의 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)는 제1 구동 전압(VDD5P)을 강압하여 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성한다(S214). 이 경우에, 접촉 전압(VDD5PX)은 5V이고, 제1 구동 전압(VDD5P)은 5V이고, 제2 구동 전압(VDD3P)는 2.5V일 수 있다.

카드 리더(20)가 제1 클래스가 아닌 경우(S210에서 NO), 모드 선택기(330)는 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨을 기초로 카드 리더(20) 또는 접촉 전압(VDD5PX)이 제2 클래스인지 여부를 판단한다(S220). 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨이 제1 기준 전압(VREF1)보다 작고, 제2 기준 전압(VREF2)보다 크면, 모드 선택기(330)는 카드 리더(20)를 제2 클래스로 판단할 수 있다.

카드 리더(20)가 제2 클래스인 경우(S220에서 YES), 내부 전압 생성 회로(300)는 접촉 전압(VDD5PX)에 기초하여 제1 구동 전압(VDD5P)과 제2 구동 전압(VDD3P)를 생성한다(S225). 즉, 제1 접촉 스위치(400a)는 접촉 전압(VDD5PX)을 제1 노드(ND1)에 스위칭하여 제1 구동 전압(VDD5P)을 생성할 수 있고, 제2 접촉 스위치(400b)는 접촉 전압(VDD5PX)을 제2 노드(ND2)에 스위칭하여 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성할 수 있다. 이 경우에, 접촉 전압(VDD5PX)은 3V이고, 제1 구동 전압(VDD5P)은 3V이고, 제2 구동 전압(VDD3P)는 3V일 수 있다.

카드 리더(20)가 제2 클래스가 아닌 경우(S220에서 NO), 모드 선택기(330)는 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨을 기초로 카드 리더(20) 또는 접촉 전압(VDD5PX)이 제3 클래스인지 여부를 판단한다(S220). 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨이 제2 기준 전압(VREF2)보다 작은 경우, 모드 선택기(330)는 카드 리더(20)를 제3 클래스로 판단할 수 있다.

카드 리더(20)가 제3 클래스인 경우, 내부 전압 생성 회로(300)의 제2 접촉 스위치(400b)는 접촉 전압(VDD5PX)에 기초하여 제2 구동 전압(VDD3P)를 생성한다(S230). 즉, 제2 접촉 스위치(400b)는 접촉 전압(VDD5PX)을 제2 노드(ND2)에 스위칭하여 제2 구동 전압(VDD3P)을 생성할 수 있다. 내부 전압 생성 회로(300)의 양방향 스위치드 커패시터 컨버터(320)는 제2 구동 전압(VDD3P)을 승압하여 제1 구동 전압(VDD5P)을 생성한다(S235). 이 경우에, 접촉 전압(VDD5PX)은 1.8V이고, 제2 구동 전압(VDD3P)은 1.8V이고, 제1 구동 전압(VDD5P)는 3.6V일 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 동작 방법에서는 카드 리더(20)의 클래스에 따라 접촉 전압(VDD5PX)의 레벨이 변동되어도, 로직 회로 블록(295)의 동작에 적합한 제2 구동 전압(VDD3P)과 지문 인식 센서(270) 및 LED들(290)의 동작에 적합한 제1 구동 전압(VDD5P)를 생성할 수 있다.

도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 카드의 예를 나타낸다.

도 26을 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(85) 내에 구현될 수 있다.

안테나(61)는 비접촉 모드에서 카드 리더(20)로부터 비접촉 전압을 제공받아 집적 회로(85) 내의 내부 전압 생성 회로에 제공하고, 집적 회로(85) 내의 접촉 단자는 카드 리더(20) 내의 내부 전압 생성 회로에 제공할 수 있다.

지문 인식 센서(270)는 비접촉 모드에서의 결제 동작에서 사용자의 입력 지문에 기초하여 지문 이미지 신호를 생성하고, 상기 지문 신호를 집적 회로(85) 내의 프로세서에 제공할 수 있다. 상기 프로세서는 사용자의 원본 지문과 지문 인식 센서(270)에서 제공된 지문 이미지 신호를 비교하고, 상기 비교의 결과에 기초하여 입력 지문의 위조 여부를 판단할 수 있다. 상기 프로세서가 사용자의 원본 지문과 지문 이미지 신호가 동일하다고 판단한 경우, 결제 동작의 결제 데이터에 대하여 사용자 인증을 수행하면서, LED들(290)를 발광시켜 사용자 인증의 성공을 나타낼 수 있다.

도 27은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.

도 27을 참조하면, 전자 장치(1000)는 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 매칭 회로(1210) 및 스마트 카드 칩(1120)을 포함하고, 스마트 카드 칩(1220)은 연결 단자(1221)를 포함할 수 있다. 스마트 카드 칩(1120)은 매칭 회로(1210)을 통하여 외부의 카드 리더로부터 비접촉 방식으로 전압을 제공받고, 데이터를 교환하고, 연결 단자(1221)를 통하여 외부의 카드 리더로부터 접촉 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 내부 전압 생성 회로를 포함하고, 상기 내부 전압 생성 회로는 제1 접촉 스위치, 제2 접촉 스위치 및 양방향 스위치드 커패시터 컨버터를 구비하여 카드 리더(20)의 클래스에 따라 접촉 전압의 레벨이 변동되어도, 로직 회로 블록의 동작에 적합한 제2 구동 전압과 지문 인식 센서 및 LED들의 동작에 적합한 제1 구동 전압을 생성할 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

지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로로서,
접촉 모드에서, 제1 스위칭 인에이블 신호에 기초하여, 외부의 카드 리더로부터 수신된 접촉 전압을 제1 노드에 선택적으로 스위칭하는 제1 접촉 스위치;
상기 접촉 모드에서 제2 스위칭 인에이블 신호에 응답하여 상기 접촉 전압을 제2 노드에 선택적으로 스위칭하는 제2 접촉 스위치;
비접촉 모드에서 상기 카드 리더로부터 제공된 비접촉 전압을 강압하여 강압된 제1 전압을 상기 제1 노드에 제공하는 스위치드 커패시터 컨버터;
상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 노드의 제1 구동 전압을 강압하여 강압된 제2 전압을 상기 제2 노드에 제공하고, 상기 접촉 모드에서는 상기 접촉 전압의 레벨에 따라 상기 제1 구동 전압을 강압하거나 상기 제2 노드의 제2 구동 전압을 승압하여 승압된 전압을 상기 제1 노드에 제공하는 양방향 스위치드 커패시터 컨버터;
상기 접촉 모드와 상기 비접촉 모드 중 하나를 지정하는 제1 모드 신호 및 상기 접촉 모드의 서브 모드들 중 하나를 나타내는 제2 모드 신호를 출력하고, 상기 접촉 전압, 상기 비접촉 전압 및 상기 제1 구동 전압 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 제어 전압으로 출력하는 모드 선택기; 및
상기 제1 모드 신호 및 상기 제2 모드 신호에 기초하여, 제1 파워-다운 신호, 제2 파워-다운 신호, 상기 제1 스위칭 인에이블 신호 및 상기 제2 스위칭 인에이블 신호를 생성하는 제어 신호 생성기를 포함하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제1항에 있어서,
상기 비접촉 모드에서,
상기 제어 신호 생성기는 상기 제1 모드 신호에 응답하여 상기 제1 스위칭 인에이블 신호와 상기 제2 스위칭 인에이블 신호로 상기 제1 접촉 스위치와 상기 제2 접촉 스위치를 각각 비활성화시키고,
상기 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 제1 파워-다운 신호에 응답하여 활성화되고, 제1 레벨을 가지는 상기 비접촉 전압을 강압하여 상기 제1 레벨보다 낮은 제2 레벨을 가지는 상기 제1 구동 전압을 상기 제1 노드에 출력하고,
상기 양방향 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 제1 구동 전압을 강압하여 상기 제2 레벨보다 낮은 제3 레벨을 가지는 상기 제2 구동 전압을 상기 제2 노드에 출력하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제1항에 있어서,
상기 접촉 전압의 레벨의 제1 기준 전압보다 높은 상기 접촉 모드의 제1 서브 모드에서,
상기 제어 신호 생성기는 상기 제1 모드 신호 및 상기 제2 모드 신호에 응답하여 상기 제1 파워-다운 신호와 상기 상기 제2 스위칭 인에이블 신호로 상기 스위치드 커패시터 컨버터와 상기 제2 접촉 스위치를 각각 비활성화시키고,
상기 제1 접촉 스위치는 제1 레벨을 가지는 상기 접촉 전압을 상기 제1 구동 전압으로서 상기 제1 노드에 스위칭하고,
상기 양방향 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 제2 파워-다운 신호에 응답하여 활성화되고, 상기 제1 구동 전압을 강압하여 상기 제1 레벨보다 낮은 제2 레벨을 가지는 상기 제2 구동 전압을 상기 제2 노드에 출력하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제1항에 있어서,
상기 접촉 전압의 레벨의 제1 기준 전압보다는 낮고 제2 기준 전압보다는 높은 상기 접촉 모드의 제2 서브 모드에서,
상기 제어 신호 생성기는 상기 제1 모드 신호 및 상기 제2 모드 신호에 응답하여 상기 제1 파워-다운 신호와 상기 제2 파워-다운 신호로 상기 스위치드 커패시터 컨버터와 상기 양방향 스위치드 커패시터 컨버터를 각각 비활성화시키고,
상기 제1 접촉 스위치는 상기 접촉 전압을 상기 제1 구동 전압으로서 상기 제1 노드에 스위칭하고,
상기 제2 접촉 스위치는 상기 접촉 전압을 상기 제2 구동 전압으로서 상기 제2 노드에 스위칭하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제1항에 있어서,
상기 접촉 전압의 레벨의 제1 기준 전압보다 낮고 상기 제1 기준 전전압보다 낮은 제2 기준 전압보다는 낮은 상기 접촉 모드의 제3 서브 모드에서,
상기 제어 신호 생성기는 상기 제1 모드 신호 및 상기 제2 모드 신호에 응답하여 상기 제1 파워-다운 신호와 상기 제1 스위칭 인에이블 신호로 상기 스위치드 커패시터 컨버터와 상기 제1 접촉 스위치를 각각 비활성화시키고,
상기 제2 접촉 스위치는 제1 레벨을 가지는 상기 접촉 전압을 상기 제2 구동 전압으로서 상기 제2 노드에 스위칭하고,
상기 양방향 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 제2 파워-다운 신호에 응답하여 활성화되고, 상기 제2 구동 전압을 승압하여 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨을 가지는 상기 제2 구동 전압을 상기 제1 노드에 출력하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제1항에 있어서, 상기 모드 선택기는
상기 비접촉 전압과 상기 접촉 전압을 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기;
상기 접촉 모드에서 상기 카드 리더로부터 인가되는 외부 리셋 신호에 기초하여 상기 외부 리셋 신호의 검출을 나타내는 검출 신호를 출력하는 접촉 검출기;
상기 비교 신호와 상기 검출 신호에 기초하여 상기 제1 모드 신호를 와 접촉 모드를 나타내는 접촉 모드 신호를 생성하는 모드 신호 생성기;
상기 접촉 모드 신호에 응답하여 활성화되고, 상기 접촉 전압을 제1 기준 전압 및 상기 제1 기준 전압보다 낮은 레벨의 제2 레벨의 제2 기준 전압과 비교하여 상기 서브 모드를과 관련된 상기 카드 리더의 클래스를 나타내는 상기 제2 모드 신호를 생성하는 클래스 검출기;
상기 접촉 전압, 상기 비접촉 전압 및 상기 제1 구동 전압들을 비교하고, 상기 접촉 전압, 상기 비접촉 전압 및 상기 제1 구동 전압 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 나타내는 선택 신호를 출력하는 레벨 비교기; 및
상기 선택 신호에 응답하여 상기 접촉 전압, 상기 비접촉 전압 및 상기 제1 구동 전압 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 상기 제어 전압으로 출력하는 멀티플렉서를 포함하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제6항에 있어서,
상기 모드 신호 생성기는 상기 비교 신호의 레벨과 상기 검출 신호의 레벨에 기초하여 상기 제1 모드 신호를 생성하고, 상기 접촉 모드 신호를 활성화시키는 내부 전압 생성 회로.
제1항에 있어서, 상기 제1 접촉 스위치는
상기 접촉 전압에 연결되는 소스와 상기 제1 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제1 피모스 트랜지스터로 구현되는 메인 스위치;
제1 내부 노드에서 상기 메인 스위치의 게이트에 연결되는 소스, 상기 접촉 전압에 연결되는 드레인 및 상기 제어 전압의 생성과 관련된 온-전압을 수신하는 게이트를 구비하는 제2 피모스 트랜지스터로 구현되는 보조 스위치;
상기 제어 전압을 제공받아 동작하며, 보조 스위치 파워-다운 신호를 지연시켜 상기 온 전압을 제공하는, 캐스케이드 연결된 복수의 제1 인버터들을 구비하는 제1 지연 회로;
제2 내부 노드에 연결되며, 상기 제어 전압을 제공받아 동작하고 상기 제1 스위칭 인에이블 신호를 지연시켜 상기 제2 내부 노드에 출력하는 제2 지연 회로;
상기 제2 내부 노드와 상기 제1 내부 노드 사이에 연결되는 제2 인버터;
제3 내부 노드에서 상기 제2 인버터에 연결되고, 상기 제3 내부 노드와 접지 전압 사이에 연결되어 상기 온 전압을 반전시켜 제4 내부 노드에 출력하는 제3 인버터;
상기 제3 내부 노드에 연결되는 소스, 상기 제4 내부 노드에 연결되는 게이트 및 제5 내부 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제3 피모스 트랜지스터;
상기 제5 내부 노드와 상기 접지 전압 사이에 연결되는 엔모스 커패시터;
상기 제5 내부 노드에 연결되는 드레인, 상기 제어 전압에 연결되는 제6 내부 노드에 연결되는 소스 및 제7 내부 노드에 연결되는 게이트를 구비하는 제4 피모스 트랜지스터;
상기 제6 내부 노드와 상기 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 온 전압을 반전시켜 상기 제7 내부 노드에 출력하는 제4 인버터를 포함하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제8항에 있어서,
상기 보조 스위치는 상기 제어 전압이 생성되기 전에 상기 온-전압에 응답하여 턴-온되어 상기 메인 스위치로 유입되는 과전류를 방지하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제8항에 있어서,
상기 보조 스위치는 상기 제어 전압이 생성된 후에 상기 온-전압에 응답하여 턴-오프되어 상기 메인 스위치의 게이트의 전압을 하이 레벨로 유지하고, 상기 접촉 모드에서 상기 메인 스위치는 상기 제1 스위치 인에이블 신호에 응답하여 턴-온되는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제8항에 있어서,
상기 접촉 모드에서
상기 접촉 전압이 타겟 레벨로 천이하는 것에 응답하여 상기 제어 전압은 상기 접촉 전압 레벨로 천이하고,
상기 제3 피모스 트랜지스터의 게이트 전압은 상기 온-전압이 로우 레벨인 것에 응답하여 하이 레벨로 천이하고, 상기 온-전압이 하이 레벨로 천이하는 것에 응답하여 로우 레벨로 천이하고,
상기 보조 스위치 파워-다운 신호는 상기 제어 전압이 생성되는 것에 응답하여 하여 하이 레벨로 천이하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제11항에 있어서,
상기 접촉 모드에서
상기 메인 스위치의 게이트 전압은 상기 제3 피모스 트랜지스터의 게이트 전압이 하이 레벨로 유지되는 제1 구간 동안은 상기 접촉 전압에 의하여 하이 레벨로 유지되고, 상기 제1 구간 이후 상기 제1 스위칭 인에이블 신호가 활성화되기 전까지의 제2 구간 동안은 상기 제어 전압에 의하여 하이 레벨로 유지되는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제8항에 있어서,
상기 비접촉 모드에서
상기 제4 피모스 트랜지스터의 게이트 전압은 상기 제어 전압이 상기 비접촉 전압의 레벨로 천이하는 것에 응답하여 상기 비접촉 전압 레벨로 천이하고, 상기 보조 스위치 파워-다운 신호가 하이 레벨로 천이하는 것에 응답하여 로우 레벨로 천이하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제13항에 있어서,
상기 비접촉 모드에서
상기 메인 스위치의 게이트 전압은 상기 보조 스위치 파워-다운 신호가 로우 레벨로 유지되는 제1 구간 동안은 상기 온 전압에 의하여 로우 레벨로 유지되고, 상기 보조 스위치 파워-다운 신호가 하이 레벨로 유지되는 제2 구간에서 하이 레벨로 천이되는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제8항에 있어서,
상기 메인 스위치의 채널 폭/채널 길이는 상기 보조 스위치의 채널 폭/채널 길이의 M(M은 2 이상의 자연수) 배인 것을 특징으로 하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
제1항에 있어서, 상기 제2 접촉 스위치는
상기 접촉 전압에 연결되는 소스와 상기 제2 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제1 피모스 트랜지스터로 구현되는 메인 스위치;
제1 내부 노드에서 상기 메인 스위치의 게이트에 연결되는 소스, 상기 접촉 전압에 연결되는 드레인 및 상기 제어 전압의 생성과 관련된 온-전압을 수신하는 게이트를 구비하는 제2 피모스 트랜지스터로 구현되는 보조 스위치;
상기 제어 전압을 제공받아 동작하며, 보조 스위치 파워-다운 신호를 지연시켜 상기 온 전압을 제공하는 복수의 제1 인버터들을 구비하는 제1 지연 회로;
제2 내부 노드에 연결되며, 상기 제2 스위칭 인에이블 신호를 지연시켜 상기 제2 내부 노드에 출력하는 제2 지연 회로;
상기 제2 내부 노드와 상기 제1 내부 노드 사이에 연결되는 제2 인버터;
제3 내부 노드에서 상기 제2 인버터에 연결되고, 상기 제3 내부 노드와 접지 전압 사이에 연결되어 상기 온 전압을 반전시켜 제4 내부 노드에 출력하는 제3 인버터;
상기 제3 내부 노드에 연결되는 소스, 상기 제4 내부 노드에 연결되는 게이트 및 제5 내부 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제3 피모스 트랜지스터;
상기 제5 내부 노드와 상기 접지 전압 사이에 연결되는 피모스 커패시터;
상기 제5 내부 노드에 연결되는 드레인, 상기 제어 전압에 연결되는제6 내부 노드에 연결되는 소스 및 제7 내부 노드에 연결되는 게이트를 구비하는 제4 피모스 트랜지스터;
상기 제6 내부 노드와 상기 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 온 전압을 반전시켜 상기 제7 내부 노드에 출력하는 제4 인버터를 포함하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로.
지문 인증을 수행하는 스마트 카드로서,
외부의 카드 리더로부터 비접촉 방식으로 수신된 전압을 비접촉 전압으로 제공하는 매칭 회로; 및
상기 매칭 회로와 제1 파워 단자 및 제2 파워 단자를 통하여 연결되는 스마트 카드 칩을 포함하고,
상기 스마트 카드 칩은
상기 카드 리더와 접촉하여 수신한 전압을 접촉 전압으로 제공하는 연결 단자;
비접촉 모드에서는 상기 비접촉 전압을 기초로 제1 구동 전압과 제2 구동 전압을 생성하고, 접촉 모드에서는 상기 접촉 전압의 레벨에 따른 클래스에 기초하여 상기 접촉 전압을 이용하여 상기 제1 구동 전압과 상기 제2 구동 전압을 생성하는 내부 전압 생성 회로;
상기 제1 구동 전압을 제공받아 동작하며, 입력 지문에 기초하여 지문 이미지 신호를 생성하는 지문 인식 센서; 및
상기 제2 구동 전압을 제공받아 동작하며, 상기 지문 이미지 신호에 기초하여 지문 인증을 수행하는 프로세서를 포함하는 스마트 카드.
제17항에 있어서, 상기 내부 전압 생성 회로는
상기 접촉 모드에서, 제1 스위칭 인에이블 신호에 기초하여, 상기 접촉 전압을 제1 노드에 선택적으로 스위칭하는 제1 접촉 스위치;
상기 접촉 모드에서 제2 스위칭 인에이블 신호에 응답하여 상기 접촉 전압을 제2 노드에 선택적으로 스위칭하는 제2 접촉 스위치;
상기 비접촉 모드에서 상기 비접촉 전압을 강압하여 강압된 제1 전압을 상기 제1 노드에 제공하는 스위치드 커패시터 컨버터;
상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 노드의 상기 제1 구동 전압을 강압하여 강압된 제2 전압을 상기 제2 노드에 제공하고, 상기 접촉 모드에서는 상기 접촉 전압의 레벨에 따라 상기 제1 구동 전압을 강압하거나 상기 제2 노드의 상기 제2 구동 전압을 승압하여 승압된 전압을 상기 제1 노드에 제공하는 양방향 스위치드 커패시터 컨버터;
상기 접촉 모드와 상기 비접촉 모드 중 하나를 지정하는 제1 모드 신호 및 상기 접촉 모드의 서브 모드들 중 하나를 나타내는 제2 모드 신호를 출력하고, 상기 접촉 전압, 상기 비접촉 전압 및 상기 제1 구동 전압 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 제어 전압으로 출력하는 모드 선택기; 및
상기 제1 모드 신호, 상기 제2 모드 신호에 기초하여, 제1 파워-다운 신호, 제2 파워-다운 신호, 상기 제1 스위칭 인에이블 신호 및 상기 제2 스위칭 인에이블 신호를 출력하는 제어 신호 생성기를 포함하는 스마트 카드.
제18항에 있어서,
상기 비접촉 모드에서, 상기 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 비접촉 전압을 강압하여 상기 제1 구동 전압을 상기 제1 노드에 출력하고,
상기 양방향 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 제2 구동 전압을 강압하여 상기 제2 레벨보다 낮은 제3 레벨을 가지는 상기 제2 구동 전압을 상기 제2 노드에 출력하고,
상기 접촉 모드에서, 상기 양방향 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 접촉 전압의 레벨에 기초하여 상기 제1 접촉 스위치로부터 제공되는 상기 제1 구동 전압을 강압하거나 상기 제2 접촉 스위치로부터 제공되는 제2 구동 전압을 승압하는 스마트 카드.
지문 인증을 수행하는 스마트 카드의 내부 전압 생성 회로로서,
접촉 모드에서, 제1 스위칭 인에이블 신호에 기초하여, 외부의 카드 리더로부터 접촉하여 수신된 접촉 전압을 제1 노드에 선택적으로 스위칭하는 제1 접촉 스위치;
상기 접촉 모드에서 제2 스위칭 인에이블 신호에 응답하여 상기 접촉 전압을 제2 노드에 선택적으로 스위칭하는 제2 접촉 스위치;
비접촉 모드에서 상기 카드 리더로부터 제공된 비접촉 전압을 강압하여 강압된 제1 전압을 상기 제1 노드에 제공하는 스위치드 커패시터 컨버터;
상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 비접촉 모드에서는 상기 제1 노드의 제1 구동 전압을 강압하여 강압된 제2 전압을 상기 제2 노드에 제공하고, 상기 접촉 모드에서는 상기 접촉 전압의 레벨에 따라 상기 제1 구동 전압을 강압하거나 상기 제2 노드의 제2 구동 전압을 승압하여 승압된 전압을 상기 제1 노드에 제공하는 양방향 스위치드 커패시터 컨버터;
상기 접촉 모드와 상기 비접촉 모드 중 하나를 지정하는 제1 모드 신호 및 상기 접촉 모드의 서브 모드들 중 하나를 나타내는 제2 모드 신호를 출력하고, 상기 접촉 전압, 상기 비접촉 전압 및 상기 제1 구동 전압 중 가장 높은 레벨을 가지는 하나를 제어 전압으로 출력하는 모드 선택기; 및
상기 제1 모드 신호, 상기 제2 모드 신호에 기초하여, 제1 파워-다운 신호, 제2 파워-다운 신호, 상기 제1 스위칭 인에이블 신호 및 상기 제2 스위칭 인에이블 신호를 생성하는 제어 신호 생성기를 포함하고,
상기 제1 접촉 스위치는
상기 접촉 전압에 연결되는 소스와 상기 제1 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제1 피모스 트랜지스터로 구현되는 메인 스위치; 및
제1 내부 노드에서 상기 메인 스위치의 게이트에 연결되는 소스, 상기 접촉 전압에 연결되는 드레인 및 상기 제어 전압의 생성과 관련된 온-전압을 수신하는 게이트를 구비하는 제2 피모스 트랜지스터로 구현되는 보조 스위치를 포함하고,
상기 보조 스위치는 상기 제어 전압이 생성되기 전에 상기 온-전압에 응답하여 턴-온되어 상기 메인 스위치로 유입되는 과전류를 방지하는 스마트 카드.