智能卡的内部电压生成电路和包括其的智能卡的制作方法

智能卡的内部电压生成电路和包括其的智能卡
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求在韩国知识产权局于2020年6月25日提交的韩国专利申请no.10
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2020
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0077690和于2020年8月26日提交的韩国专利申请no.10
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2020
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0108026的优先权的权益，这两件申请的公开内容以引用方式整体并入本文中。
技术领域
3.本公开大体涉及一种智能卡，更具体地，涉及一种执行指纹认证的智能卡的内部电压生成电路和包括该内部电压生成电路的智能卡。


背景技术：

4.根据如何使用装置，智能卡(也称为芯片卡或集成电路(ic)卡)可以分为接触卡、无接触卡和“组合卡”(“混合卡”)。接触卡在其表面上包括向其供应外部电力的接触端子。无接触卡包括接收射频(rf)信号以生成电源电压的诸如天线(例如，线圈)的非接触型端子。组合卡可以在接触模式下作为接触卡操作，而在无接触模式下可以作为无接触卡操作。


技术实现要素：

5.示例实施例提供了一种能够在接触模式和无接触模式下提供具有各种电平的驱动电压的执行指纹认证的智能卡中的内部电压生成电路以及包括其的智能卡。
6.根据一些示例实施例，一种执行指纹认证的智能卡的内部电压生成电路包括第一接触开关、第二接触开关、开关电容器转换器、双向开关电容器转换器、模式选择器和控制信号生成器。第一接触开关在接触模式下基于第一开关使能信号将接触电压选择性地切换到第一节点。第二接触开关在接触模式下基于第二开关使能信号将接触电压选择性地切换到第二节点。开关电容器转换器在无接触模式下使由从读卡器接收的电磁(em)波感生的无接触电压降压，以将无接触模式第一驱动电压提供到第一节点。双向开关电容器转换器在无接触模式下连接到第一节点和第二节点，使第一节点处的无接触模式第一驱动电压降压，以将无接触模式第二电压提供到第二节点，并且在接触模式中，使第一节点处的接触模式第一驱动电压降压以将接触模式第二驱动电压提供到第二节点，或者基于接触电压的电平使第二节点处的接触模式第二驱动电压升压，以将升压的电压提供到第一节点。模式选择器输出指定接触模式和无接触模式之一的第一模式信号、指定接触模式的子模式之一的第二模式信号，并且选择接触电压、无接触电压和第一驱动电压之中的最高电压作为要输出的控制电压。控制信号生成器基于第一模式信号和第二模式信号来生成第一掉电信号、第二掉电信号、第一开关使能信号和第二开关使能信号。
7.根据一些示例实施例，一种执行指纹认证的智能卡包括匹配电路和智能卡芯片。匹配电路在智能卡与读卡器之间没有电接触的情况下提供从由外部读卡器传输的em波感生的无接触电压。智能卡芯片通过第一电力端子和第二电力端子耦接到匹配电路。智能卡芯片包括连接端子、内部电压生成电路、指纹识别传感器和处理器。当智能卡与读卡器电接
触时，连接端子从读卡器接收接触电压。内部电压生成电路在无接触模式下基于无接触电压来生成第一驱动电压和第二驱动电压，并且在接触模式下基于对应于与接触电压的电平关联的类别的对应的电平的接触电压来生成第一驱动电压和第二驱动电压。指纹识别传感器基于第一驱动电压来操作，基于输入指纹来生成指纹图像信号。处理器基于第二驱动电压来操作，并且基于指纹图像信号来执行指纹认证。
8.在另一方面中，一种智能卡包括：匹配电路，其被配置为在智能卡与读卡器之间没有电接触的情况下提供从由外部读卡器传输的电磁波感应的无接触电压；以及智能卡芯片，其通过第一电力端子和第二电力端子耦接到匹配电路。智能卡芯片包括：连接端子，其被配置为在智能卡与读卡器电接触时从读卡器接收接触电压；以及内部电压生成电路，其被配置为：在无接触模式下基于无接触电压来生成第一驱动电压和第二驱动电压，第二驱动电压低于第一驱动电压；并且在接触模式下生成对应于与接触电压的电平关联的类别的对应的电平的接触电压的第一驱动电压和第二驱动电压。智能卡还包括：第一电路部件，其被配置为在第一操作电压范围内最佳操作，第一电路部件接收第一驱动电压为其操作供电；以及第二电路部件，其被配置为在第二操作电压范围内最佳操作，第二操作电压范围的中点低于第一操作电压范围的中点，其中，第二电路部件接收第二驱动电压为其操作供电。
9.在各种实施例中，提供了执行指纹认证的智能卡的内部电压生成电路和包括其的智能卡，内部电压生成电路可以包括第一接触开关、第二接触开关、开关电容器转换器和双向开关电容器转换器，即使接触电压的电平基于读卡器的类别而变化，内部电压生成电路也生成操作逻辑电路块所用的第二驱动电压和操作指纹识别传感器所用的第一驱动电压。因此，智能卡可以基于各种电压电平适当地操作。另外，可以通过优化施加到各种电路部件的驱动电压来增强智能卡的性能，其中，在各个模式下从接触电压或无接触电压得出驱动电压。
附图说明
10.通过参照附图详细地描述本公开的示例实施例，本公开的以上和其它特征将变得更加显而易见。
11.图1是示出根据一些示例实施例的智能卡系统的图。
12.图2是示出根据示例实施例的图1的智能卡系统中的智能卡的示例的框图。
13.图3示出了根据示例实施例的图2中的智能卡芯片中的整流器的示例。
14.图4示出了根据示例实施例的图2中的智能卡芯片中的内部电压生成电路的示例。
15.图5是示出根据示例实施例的图4的内部电压生成电路中的开关电容器转换器的示例的电路图。
16.图6是示出可以如何实现图5的开关电容器转换器中的开关的示例的电路图。
17.图7示出了图5中的开关电容器转换器的示例操作。
18.图8示出了图5中的开关电容器转换器的示例操作。
19.图9是示出根据示例实施例的图4的内部电压生成电路中的模式选择器的示例的框图。
20.图10示出了在无接触模式下的图4的内部电压生成电路的一部分。
21.图11、图12和图13各自示出了在接触模式下的图4的内部电压生成电路的一部分。
22.图14是示出根据示例实施例的图4的内部电压生成电路中的第一接触开关的示例的电路图。
23.图15示出了在接触模式下的图14的第一接触开关。
24.图16是示出图14的第一接触开关在接触模式下的操作的时序图。
25.图17示出了在无接触模式下的图14的第一接触开关。
26.图18是示出图14的第一接触开关在无接触模式下的操作的时序图。
27.图19和图20是示出用于iso/iec 14442标准的类型a接口的通信信号的示例的图。
28.图21是示出iso/iec 14442标准的类型a接口的帧和暂停的示例的图。
29.图22示出了根据示例实施例的图2中的智能卡芯片中的指纹识别传感器的示例。
30.图23是示出根据示例实施例的操作智能卡的方法的流程图。
31.图24是示出在图23中的无接触模式下生成第一驱动电压和第二驱动电压的操作的流程图。
32.图25是示出在图23中的接触模式下生成第一驱动电压和第二驱动电压的操作的流程图。
33.图26示出了根据示例实施例的智能卡的示例。
34.图27是示出根据示例实施例的电子装置的框图。
具体实施方式
35.在下文中将参照附图更加充分地描述本公开的示例实施例。同样的附图标记可以在整个附图中指示同样的元件。
36.在下面的描述中，为了简洁，通过标签和文字说明指示的元件和信号可以随后仅使用标签或标签的缩短形式来指代。例如，“第一驱动电压vddp”可以随后仅被称为“电压vddp”或“vddp”，并且“指纹识别传感器270”可以稍后仅被称为“传感器270”。
37.图1是示出根据一些示例实施例的智能卡系统10的图。智能卡系统10可以包括读卡器20和智能卡50。读卡器20可以包括读取器芯片30和天线21(例如，诸如线圈的近场天线)。读取器芯片30可以包括卡插座31，当智能卡50与卡插座31接触时，卡插座31将电压提供到智能卡50并且与智能卡50交换数据。智能卡芯片100可以包括接触端子63。当智能卡50插入卡插座31中时，读取器芯片30通过接触端子63将操作电压提供到智能卡50，识别智能卡50，并且与智能卡50交换安全数据(诸如支付数据或个人数据)。智能卡50可以包括天线61和智能卡芯片100。天线21和61可以是诸如线圈的近场天线。在下文中，支付数据交换将用作安全数据交换的一个示例。
38.智能卡50可以以无接触方式通过天线61与读卡器20通信，可以从读卡器20接收操作电压，并且可以与读卡器20交换支付数据。当智能卡50被放置为接近读卡器20而不插入读卡器20的插座31内时，可以发生无接触方式通信。当智能卡50插入卡插座31中时，智能卡50可以通过接触端子63接收操作电压，并且可以通过接触端子63与读卡器20交换支付数据。
39.当智能卡50以无接触方式与读卡器20通信时，智能卡50可以通过将由天线61接收的电磁(em)波的能量转换为电压来接收操作电压。另外，智能卡50可以通过天线21和61以电磁波形式与读卡器20交换支付数据。
40.智能卡50可以包括指纹识别传感器(frs)270，并且当以接触方式或无接触方式交换支付数据时，可以通过指纹识别传感器270对支付数据执行用户认证。
41.图2是示出根据示例实施例的图1的智能卡系统中的智能卡50的示例的框图。这里，智能卡50可以包括匹配电路70和智能卡芯片100。智能卡芯片100可以通过第一电力端子l1和第二电力端子l2连接到匹配电路70。
42.匹配电路70可以包括谐振电路71和滤波器73。谐振电路71可以包括天线l(天线61的示例)和第一电容器c1。滤波器73可以包括第二电容器c2和第三电容器c3，以提供响应于电磁波emw而感生并且施加在第一电力端子l1和第二电力端子l2的两侧的感应电压。当智能卡50以无接触方式耦接到读卡器20时，匹配电路70可以将响应于电磁波emw感生的感应电压供应到智能卡芯片100作为输入电压vin。因此，匹配电路70可以在智能卡50与读卡器20之间没有电接触的情况下提供从所接收的电磁波emw感生的无接触电压。
43.智能卡芯片100可以在无接触模式下通过第一电力端子l1和第二电力端子l2从匹配电路70接收输入电压vin，并且智能卡芯片100可以在接触模式下接收通过接触端子63提供的电压vdd5px。
44.智能卡芯片100可以包括整流器210、内部电压生成电路(ivgc)300、处理器240、存储器250、解调器251、调制器253、指纹识别传感器270、各led 290和逻辑电路块(lcb)295。
45.整流器210可以通过对输入电压vin进行整流处理来生成作为直流(dc)电压的无接触电压vddu。
46.内部电压生成电路(ivgc)300可以在无接触模式下接收无接触电压vddu，并且可以在接触模式下通过端子63接收接触电压vdd5px。在无接触模式中，ivgc 300可以基于vddu来生成第一驱动电压vdd5p和电平小于vdd5p的电平的第二驱动电压vdd3p。在接触模式中，ivgc 300可以根据接触电压vdd5px的电平基于读卡器20的类别来生成第一驱动电压vdd5p和第二驱动电压vdd3p。在接触模式和无接触模式两者中，ivgc 300可以将第二驱动电压vdd3p提供到处理器240和逻辑电路块295，并且可以将第一驱动电压vdd5p提供到指纹识别传感器270和led 290。通过将较低的驱动电压(vdd3p)提供到处理器240和逻辑电路块295，可以减少智能卡芯片100的功耗。另外，尽管接触电压vdd5px可以基于读卡器20的类别而改变，但是ivgc 300可以通过使用如下文中所述的不同控制方案针对每个类别生成适当的驱动电压vdd5p和vdd3p。与无接触模式相比，在接触模式下以及针对接触模式下的不同的各个类别，允许生成不同情况的驱动电压vdd5p和vdd3p，但是它们生成为具有落入各种电路部件的可接受或最佳操作范围内的电平。
47.处理器240可以控制智能卡芯片100的整体操作。
48.当执行信号接收操作时，解调器251通过解调经由第一电力端子l1和第二电力端子l2从匹配电路70供应的信号来生成接收数据rnd，以将接收数据rnd提供到处理器240。处理器240可以解码接收数据rnd，并且可以将接收数据rnd的至少一部分存储在存储器250中。
49.当执行信号传输操作时，处理器240从存储器250读取出输出数据，并且对输出数据进行编码，以将传输数据tnd提供到调制器253。调制器253可以调制传输数据tnd，以将调制信号提供到第一电力端子l1和第二电力端子l2。例如，调制器253可以通过执行相对于传输数据tnd的负载调制来生成调制信号。
50.处理器240可以将开关控制信号scs提供到内部电压生成电路300。
51.存储器250可以存储通过预处理注册的用户的原始指纹。指纹识别传感器270可以在无接触模式和/或接触模式期间在支付操作中基于用户的输入指纹来生成指纹图像信号，并且可以将指纹图像信号提供到处理器240。处理器240可以将指纹图像信号与用户的原始指纹进行比较，并且可以基于比较结果确定用户的输入指纹是否与用户的原始指纹相匹配(例如，确定输入指纹是否是伪造的)。当处理器240确定用户的输入指纹与用户的原始指纹匹配时，处理器240可以在对与支付操作关联的支付数据执行用户认证的同时通过控制led290发射光来指示用户认证通过。当处理器240确定用户的输入指纹与用户的原始指纹不匹配时，处理器240可以通过led 290来指示输入指纹与用户的原始指纹不匹配。
52.图3示出了根据示例实施例的图2中的智能卡芯片中的整流器的示例。
53.参照图3，整流器210可以包括第一二极管211和第二二极管212。
54.第一二极管211连接到第一电力端子l1，第二二极管212连接到第二电力端子l2。第一二极管211和第二二极管212可以对输入电压vddua(图2中的第一电力端子l1和第二电力端子l2两端的电压vin的示例)进行整流处理，以在无接触模式下将无接触电压vddu提供到内部电压生成电路300。
55.图4是示出根据示例实施例的图2中的智能卡芯片中的内部电压生成电路的示例的框图。
56.参照图4，内部电压生成电路300可以包括第一开关电容器(sc)转换器310、第二开关电容器(sc)转换器320、模式选择器电路(“模式选择器”)330、控制信号生成器350、第一接触开关400a和第二接触开关400b。第一sc转换器310可以被称作sc转换器，第二sc转换器320可以被称作双向开关电容器转换器。
57.第一接触开关400a可以连接到第一节点nd1，并且可以在接触模式下基于第一开关使能信号sw_en1将从(外部)读卡器20接收的接触电压vdd5px选择性地切换到第一节点nd1。
58.第二接触开关400b可以连接到第二节点nd2，并且可以在接触模式下基于第二开关使能信号sw_en2将从读卡器20接收的接触电压vdd5px选择性地切换到第二节点nd2。
59.sc转换器310可以连接到第一节点nd1，并且可以使从读卡器20接收的无接触电压vddu降压(“降低”)，以在无接触模式下将第一(降低的)电压提供到第一节点nd1。
60.双向sc转换器320可以连接到第一节点nd1和第二节点nd2，可以使第一节点nd1的第一驱动电压vdd5p降压，以在无接触模式下将第二(降低的)电压提供到第二节点nd2(“无接触模式第二驱动电压”)。另外，双向sc转换器320可以降低第一驱动电压vdd5(“接触模式第一驱动电压”，在此情况下其可以等于接触电压vdd5px)，或者基于接触电压的电平使第二节点nd2的第二驱动电压vdd3p升压，以将升压的电压提供到第一节点nd1。以下将结合图11至图14描述示例降压和升压操作。
61.模式选择器330可以接收接触电压vdd5px、无接触电压vddu和第一驱动电压vdd5p，可以基于接触电压vdd5px、无接触电压vddu和第一驱动电压vdd5p的电平输出指定接触模式和无接触模式中的一者的第一模式信号mds1和指定接触模式的子模式之一的第二模式信号mds2，并且可以选择接触电压vdd5px、无接触电压vddu和第一驱动电压vdd5p之中的最高电压，以输出所选择的一个作为控制电压vdmax。所选择的一个具有接触电压
vdd5px、无接触电压vddu和第一驱动电压vdd5p之中的最大电压电平。
62.模式选择器330可以将第一模式信号mds1和第二模式信号mds2提供到控制信号生成器350。第二模式信号mds2可以包括多个比特，并且可以指定接触模式的子模式。
63.控制信号生成器350可以基于第一模式信号mds1和第二模式信号mds2来生成第一掉电信号pd1、第二掉电信号pd2、第一开关使能信号sw_en1和第二开关使能信号sw_en2。
64.第一掉电信号pd1可以与启用sc转换器310关联，第二掉电信号pd2可以与启用双向sc转换器320关联，第一开关使能信号sw_en1可以与启用第一接触开关400a关联，第二开关使能信号sw_en2可以与启用第二接触开关400b关联。
65.图5是示出根据示例实施例的图4的内部电压生成电路中的开关电容器转换器的示例的电路图。
66.参照图5，开关电容器转换器310a可以包括第一开关311、第二开关312、第三开关313、第四开关314和电容器315。
67.第一开关311连接在接收无接触电压vddu的第一节点n11与第二节点n12之间，并且响应于第一开关控制信号scs1来切换。电容器315耦接在第二节点n12与第三节点n13之间。第二开关312连接在第二节点n12与提供第一驱动电压vdd5p的第四节点n14之间，并且响应于第二开关控制信号scs2来切换。
68.第三开关313连接在第三节点n13与地电压vss之间，并且响应于第二开关控制信号scs2来切换。第四开关314连接在第三节点n13与第四节点n14之间，并且响应于第一开关控制信号scs1来切换。
69.第一开关控制信号scs1和第二开关控制信号scs2可以具有相同的逻辑电平。第一开关311和第四开关314可以响应于具有低电平的第一开关控制信号scs1而接通，并且可以响应于具有高电平的第一开关控制信号scs1而关断。第二开关312和第三开关313可以响应于具有低电平的第二开关控制信号scs2而关断，并且可以响应于具有高电平的第二开关控制信号scs2而接通。
70.图6是示出可以如何实现图5的开关电容器转换器的开关的示例的电路图。在图6中，开关电容器转换器310b可以包括p沟道金属氧化物半导体(pmos)晶体管316和319、n沟道金属氧化物半导体(nmos)晶体管317和318以及电容器315。晶体管316
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319分别是开关311
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314的示例。
71.pmos晶体管316连接在接收无接触电压vddu的第一节点n11与第二节点n12之间，并且响应于第一开关控制信号scs1而导通/截止。nmos晶体管317连接在第二节点n12与提供第一驱动电压vdd5p的第四节点n14之间，并且响应于第二开关控制信号scs2而导通/截止。电容器315耦接在第二节点n12与第三节点n13之间。
72.nmos晶体管318连接在第三节点n13与地电压vss之间，并且响应于第二开关控制信号scs2而导通/截止。pmos晶体管319连接在第三节点n13与第四节点n14之间，并且响应于第一开关控制信号scs1而导通/截止。
73.图7示出了图5中的开关电容器转换器的操作的示例。
74.图6中的开关电容器转换器310b的操作可以与图5中的开关电容器转换器310a的操作相同。
75.参照图7，当在第一阶段期间第一开关311和第四开关314接通并且第二开关312和
第三开关313关断时，电压vcap基于无接触电压vddu存储在电容器315中，基于存储在电容器315中的电压vcap在第四节点n14处提供第一驱动电压vdd5p。
76.图8示出了图5中的开关电容器转换器的示例操作。
77.图6中的sc转换器310b的操作可以与图5中的sc转换器310a的操作相同。
78.参照图8，当在第二阶段期间第一开关311和第四开关314关断并且第二开关312和第三开关313接通时，存储在电容器315中的电压vcap在第一阶段期间斜坡下降，并且基于存储在电容器315中的电压vcap在第四节点n14处提供第一驱动电压vdd5p。
79.图9是示出根据示例实施例的图4的内部电压生成电路中的模式选择器的示例的框图。
80.参照图9，模式选择器330可以包括比较器331、接触检测器333、模式信号生成器335、类别检测器337、电平比较器341和复用器(mux)343。
81.比较器331可以将无接触电压vddu和接触电压vdd5px进行比较，以输出指示比较结果的比较信号cs。当智能卡50以接触方式连接到读卡器20时，接触检测器333可以输出与检测在接触模式下从读卡器20接收的外部复位信号erst关联的检测信号ds。信号ds可以具有与信号erst的电平/代码相关的电平/代码。
82.基于比较信号cs和检测信号ds，模式信号生成器335可以生成指定接触模式或无接触模式的第一模式信号mds1，并且可以生成指定接触模式的接触模式信号cms。基于指示无接触电压vddu和接触电压vdd5px的比较结果的比较信号cs以及指示是否施加了外部复位信号erst的检测信号ds，模式信号生成器335可以生成第一模式信号mds1和接触模式信号cms的逻辑电平。
83.类别检测器337可以响应于指定接触模式的接触模式信号cms而被启用，并且可以将接触电压vdd5px与第一参考电压vref1和第二参考电压vref2进行比较，以生成指示读卡器20的类别(其与与子模式相关联)的第二模式信号mds2。
84.类别检测器337可以基于将接触电压vdd5px与第一参考电压vref1和第二参考电压vref2进行比较来确定第二模式信号mds2的逻辑电平。第二参考电压vref2可以小于第一参考电压vref1。
85.在实施例中，可以将第一参考电压vref1设定为大约4v，并且可以将第二参考电压vref2设定为大约2.4v。
86.例如，当接触电压vdd5px大于第一参考电压vref1时，第二模式信号mds2可以指定接触模式的第一子模式。例如，当接触电压vdd5px小于第一参考电压vref1且大于第二参考电压vref2时，第二模式信号mds2可以指定接触模式的第二子模式。例如，当接触电压vdd5px小于第二参考电压vref2时，第二模式信号mds2可以指定接触模式的第三子模式。
87.第一子模式可以指示读卡器20对应于第一类别，并且可以提供具有大约5v的接触电压vdd5px，第二子模式可以指示读卡器20对应于第二类别，并且可以提供具有大约3v的接触电压vdd5px，第三子模式可以指示读卡器20对应于第三类别，并且可以提供具有大约1.8v的接触电压vdd5px。
88.电平比较器341可以将接触电压vdd5px、无接触电压vddu和第一驱动电压vdd5p进行比较，以将选择信号ss输出到复用器343，选择信号ss指示所选择的电压具有接触电压vdd5px、无接触电压vddu和第一驱动电压vdd5p之中的最高电压电平。
89.复用器343可以响应于选择信号ss输出接触电压vdd5px、无接触电压vddu和第一驱动电压vdd5p之中具有最大电压电平的一个作为控制电压vdmax。
90.图10示出了在无接触模式下的图4的内部电压生成电路的一部分，图11至图13中的每一个示出了根据各个示例的在接触模式下的图4的内部电压生成电路的一部分。
91.在图10至图13中，为了便于解释，示出了图4的内部电压生成电路300中的sc转换器310、双向sc转换器320、第一接触开关400a和第二接触开关400b。
92.参照图4和图10，控制信号生成器350可以在无接触模式下响应于第一模式信号mds1分别通过使用第一开关使能信号sw_en1和第二开关使能信号sw_en2来停用第一接触开关400a和第二接触开关400b。
93.sc转换器310可以响应于第一掉电信号pd1而被启用，并且可以降低具有第一电压电平(大约6v)的无接触电压vddu，以将具有较小的第二电压电平(大约3v)的第一驱动电压vdd5p输出到第一节点nd1。
94.双向sc转换器320可以通过第一路径pth1接收第一驱动电压vdd5p，可以降低第一驱动电压vdd5p，以将具有第三电压电平(大约1.5v)的第二驱动电压vdd3p输出到第二节点nd2。第三电压电平小于第二电压电平。
95.参照图4和图11，在接触模式中的第一子模式中，控制信号生成器350可以响应于第一模式信号和第二模式信号mds2分别通过使用第一掉电信号pd1和第二开关使能信号sw_en2来停用sc转换器310和第二接触开关400b。
96.第一接触开关400a可以将具有第一电压电平(大约5v)的接触电压vdd5px切换到第一节点nd1作为第一驱动电压vdd5p。双向sc转换器320可以响应于第二掉电信号pd2而被启用，可以通过路径pth2接收第一驱动电压vdd5p，并且可以降低具有第一电平(大约5v)的第一驱动电压vdd5p，以将具有较小的第二电压电平(大约2.5v)的第二驱动电压vdd3p输出到第二节点nd2。
97.内部电压生成电路300可以在接触模式的第一子模式中生成具有第一电平(大约5v)的第一驱动电压vdd5p和具有第二电压电平(大约2.5v)的第二驱动电压vdd3p。
98.参照图4和图12，在接触模式中的第二子模式中，控制信号生成器350可以响应于第一模式信号mds1和第二模式信号mds2分别通过使用第一掉电信号pd1和第二掉电信号pd2来停用sc转换器310和双向sc转换器320。
99.第一接触开关400a可以通过路径pht31将具有第一电压电平(大约3v)的接触电压vdd5px切换到第一节点nd1作为第一驱动电压vdd5p。第二接触开关400b可以通过路径pht32将具有第一电压电平(大约3v)的接触电压vdd5px切换到第二节点nd2作为第二驱动电压vdd3p。
100.内部电压生成电路300可以在接触模式的第二子模式中生成具有大约3v的第一驱动电压vdd5p和具有大约3v的第二驱动电压vdd3p。
101.参照图4和图13，在接触模式中的第三子模式中，控制信号生成器350可以响应于第一模式信号mds1和第二模式信号mds2分别通过使用第一掉电信号pd1和第一开关使能信号sw_en1来停用sc转换器310和第一接触开关400a。
102.第二接触开关400b可以将具有第一电压电平(大约1.8v)的接触电压vdd5px切换到第二节点nd2作为第二驱动电压vdd3p。
103.双向sc转换器320可以响应于第二掉电信号pd2而被启用，可以使具有第一电压电平(大约1.8v)的第二驱动电压vdd3p升压，以通过路径pth3将具有第二电压电平(大约3.6v)的第一驱动电压vdd5p输出到第一节点nd1，第二电压电平大于第一电压电平。
104.即，内部电压生成电路300可以在接触模式的第三子模式中生成具有大约3.6v的第一驱动电压vdd5p和具有大约1.8v的第二驱动电压vdd3p。
105.根据示例实施例的内部电压生成电路300包括第一接触开关400a、第二接触开关400b和双向sc转换器320，并且即使接触电压vdd5px的电平基于读卡器20的类别而变化，也可以生成操作逻辑电路块295所使用的第二驱动电压vdd3p以及操作指纹识别传感器270和led 295所使用的第一驱动电压vdd5p。
106.图14是示出根据示例实施例的图4的内部电压生成电路中的第一接触开关的示例的电路图。
107.参照图14，第一接触开关400a可以包括包含第一p沟道金属氧化物半导体(pmos)的主开关411、包含第二pmos晶体管的辅助开关412、第一延迟电路420、第二延迟电路435、第二反相器430、第三反相器440、第三pmos晶体管445、n沟道金属氧化物半导体(nmos)电容器447、第四pmos晶体管448和第四反相器450。
108.主开关411包括第一pmos晶体管，其具有耦接到提供接触电压vdd5px的接触端子63的源极和耦接到第一节点(输出第一驱动电压vdd5p，图11至图14中的nd1)的漏极。辅助开关412可以包括第二pmos晶体管，其具有在第一内部节点n21处耦接到主开关411的栅极的源极、耦接到接触电压vdd5px的漏极和接收与生成控制电压vdmax关联的接通电压vdmax_on的栅极。与主开关411的沟道宽度除以沟道长度相关联的第一比率是与辅助开关412的沟道宽度除以沟道长度相关联的第二比率的m倍，并且m为大于一的整数。
109.第一延迟电路420可以包括逐级连接的多个第一反相器421、422、423、424，第一延迟电路421可以基于控制电压vdmax来操作，并且可以延迟辅助开关掉电信号as_pd1以生成接通电压vdmax_on。
110.连接到第二内部节点n22的第二延迟电路435可以基于控制电压vdmax来操作，并且可以延迟第一开关使能信号sw_en1以将延迟的第一开关使能信号提供到第二内部节点n22。
111.第二反相器430可以连接在第一内部节点n21、第二内部节点n22、第三内部节点n23和地电压vss之间，并且可以使第二延迟电路435的输出反相，以将反相后的输出提供到第一内部节点n21。第二反相器430可以包括pmos晶体管431和nmos晶体管432。pmos晶体管431连接在第三内部节点n23与第一内部节点n21之间，nmos晶体管432连接在第一内部节点n21与地电压vss之间。
112.第三反相器440可以连接在第三内部节点n23、第四内部节点n24和地电压vss之间，并且可以使接通电压vdmax_on反相，以将反相形式的接通电压vdmax_on提供到第四内部节点n24。第三反相器440可以包括pmos晶体管441和nmos晶体管442。pmos晶体管441连接在第三内部节点n23与第四内部节点n24之间，nmos晶体管442连接在第四内部节点n24与地电压vss之间。
113.第三pmos晶体管445具有耦接到第三内部节点n23的源极、耦接到第四内部节点n24的栅极和耦接到第五内部节点n25的漏极。nmos电容器447耦接在第五内部节点n25与地
电压vss之间，并且可以将电荷存储在其中的第五内部节点n25处。nmos电容器447具有耦接到第五内部节点n25的栅极以及彼此连接的漏极和源极。
114.第四pmos晶体管448具有耦接到第五内部节点n25的漏极、耦接到与控制电压vdmax连接的第六内部节点n26的源极和耦接到第七内部节点n27的栅极。
115.第四反相器450可以连接在第六内部节点n26、第七内部节点n27和地电压vss之间，并且可以使接通电压vdmax_on反相以将反相形式的接通电压vdmax_on提供到第七内部节点n27。第四反相器450可以包括pmos晶体管451和nmos晶体管453。pmos晶体管451连接在第六内部节点n26与第七内部节点n27之间，nmos晶体管453连接在第七内部节点n27与地电压vss之间。
116.与pmos晶体管451的沟道宽度除以沟道长度相关联的比率为与第四pmos晶体管448的沟道宽度除以沟道长度相关联的比率的n倍，n为大于一的整数。与nmos电容器447的沟道宽度除以沟道长度相关联的比率为与pmos晶体管451的沟道宽度除以沟道长度相关联的比率的p倍，p为大于十的整数。
117.图15示出在接触模式下的图14的第一接触开关，图16是示出图14的第一接触开关在接触模式下的操作的时序图。
118.在图16中，假设在接触模式中，接触电压vdd5px在t11施加到主开关411的源极，图4中的模式选择器330在t12生成控制电压vdmax，辅助开关掉电信号as_pd1的电平在t12之前维持在低电平vss，并且在t12转变为高电平vdd5px，第一开关使能信号sw_en1在t13转变为高电平vdd5px。
119.参照图15和图16，接触电压vdd5px在t11施加到主开关411的源极，主开关411的源极达到目标电平vtg。在t11，由于辅助开关掉电信号as_pd1处于低电平，因此第一延迟电路420的输出(接通电压vdmax_on)具有低电平。因此，辅助开关412通过接通电压vdmax_on接通，接触电压vdd5px施加到主开关411的栅极。
120.在从t11到t12的第一间隔int11期间，由于接通电压vdmax_on具有低电平，因此第三反相器440使接通电压vdmax_on反相以将具有高电平的电压lwr提供到第四内部节点n24，第四反相器450使接通电压vdmax_on反相以将具有高电平的电压提供到第七内部节点n27。第三pmos晶体管445和第四pmos 448响应于接通电压vdmax_on而截止，第五内部节点n25处的电荷存储在nmos 447电容器447中。
121.在t12，接通电压vdmax_on响应于辅助开关掉电信号as_pd1转变为高电平而转变为高电平。辅助开关412关断，第四pmos晶体管448导通，第三pmos晶体管445响应于具有高电平的接通电压vdmax_on而导通。pmos晶体管431响应于第一开关使能信号sw_en1而导通。因此，提供从第六内部节点n26到第一内部节点n21的电流路径，主开关411的栅极电压sw_gate在t12与t13之间维持在高电平。
122.主开关411在t12之后通过第一开关使能信号sw_en1而接通/关断。
123.主开关411的栅极电压sw_gate在第一间隔int11期间通过接触电压vdd5px维持在高电平，并且在t12与t13之间的第二间隔int12期间通过控制电压vdmax维持在高电平。
124.辅助开关412可以在基于接触电压vdd5px生成控制电压vdmax之前响应于接通电压vdmax_on而接通，并且可以防止过电流流入主开关411中。如果在第一接触开关400a中不包括辅助开关412，则由接触电压vdd5px生成的流入主开关411中的过电流会在生成控制电
压vdmax之前提供到第一节点nd1。当将过电流提供到第一节点nd1时，会损坏基于第二驱动电压vdd3p操作的部件。
125.图17示出了在无接触模式下的图14的第一接触开关，图18是示出图14的第一接触开关在无接触模式下的操作的时序图。
126.在图18中，假设在无接触模式中，无接触电压vddu在t21施加到图4中的sc转换器310，图4中的模式选择器330在t22生成控制电压vdmax，辅助开关掉电信号as_pd1的电平在t23之前维持在低电平vss，并且在t23转变为高电平vdd5px，并且第一开关使能信号sw_en1维持在低电平。
127.参照图17和图18，无接触电压vddu在t21施加到图4中的sc转换器310，控制电压vdmax在t22达到高电平。第一延迟电路420的输出(接通电压vdmax_on)响应于转变为高电平的控制电压vdmax和辅助开关掉电信号as_pd1来转变为高电平。第四pmos晶体管448的栅极电压upr从t21增大，并且在t22响应于接通电压vdmax_on转变而达到高电平。
128.当辅助开关掉电信号as_pd1在t23转变为高电平时，第四pmos晶体管448的栅极电压upr在t23响应于辅助开关掉电信号as_pd1转变为高电平而转变为低电平。
129.因此，主开关411的栅极电压sw_gate在t24之前维持在低电平，响应于辅助开关掉电信号as_pd1转变为高电平和接通电压vdmax_on转变为高电平而从t24增大，并且在t25达到高电平。
130.参照图14至图18描述了图4中的第一接触开关400a的配置和操作。图4中的第二接触开关400b的配置和操作可以分别与第一接触开关400a的配置和操作基本相似。
131.在此情况下，在第二接触开关400b中，主开关411连接到第二节点nd2而不是第一节点nd1，将第二辅助开关掉电信号而不是将辅助开关掉电信号as_pd1施加到第一延迟电路420，将第二开关使能信号sw_en2而不是将第一开关使能信号sw_en1施加到第二延迟电路435。
132.通常，智能卡或ic卡具有使得薄半导体装置附着到与信用卡具有相同尺寸的塑料卡的形状。智能卡可以大致分为接触ic卡、无接触式ic卡(cicc)和远程耦合通信卡(rccc)。结合cicc，iso(国际标准化组织)和iec(国际电工委员会)已经形成了专门的全球标准化系统。
133.特别是国际标准iso/iec 14443规定了感应卡的物理特性、射频功率和信号接口、初始化和防冲突以及传输协议。根据iso/iec 14443，无接触ic卡包含执行数据处理和/或存储器功能的集成电路(ic)。由经由与邻近耦合装置(即，读卡器)的感应耦合实现信号交换的结果使得无接触卡技术成为可能，并且无需使用电动元件(即，没有从外部接口设备到卡内包含的集成电路的欧姆路径)就能够为卡供电。读卡器产生激励射频(rf)场，该rf场耦合到卡上以传输功率，并被调制以进行通信。rf操作场的载波频率fc为13.56mhz+7khz。
134.图19和图20是示出iso/iec 14442标准的类型a接口的通信信号的示例的图，图21是示出iso/iec 14442标准的类型a接口的帧和暂停(pause)的示例的图。
135.图19示出了从读卡器传输到无接触ic卡的信号，图20示出了从无接触ic卡传输到读卡器的信号。
136.iso/iec 14443协议描述了两个通信信号接口、类型a和类型b。在通信信号接口类型a下，从读卡器到无接触智能卡的通信使用rf操作场的ask 100％的调制原理和修改后的
miller代码原理。从读卡器到无接触智能卡的传输的比特率是fc/128，即，106kbps(kb/s)。从无接触智能卡到读卡器的传输通过曼彻斯特编码原理进行编码，然后通过开关键(ook)原理进行调制。当前，由地铁和公共汽车中的类型a的通信信号接口管理的卡使用从读卡器接收到的经ask调制的信号来生成恒定时间间隔的时序，并一次接收和发送一比特数据。。
137.当将数据从智能卡传输到读卡器时，电力从读卡器稳定地提供到智能卡。
138.图21示出了iso/iec 14443标准的类型a数据帧。图21示出了包括开始比特s、数据比特b1～b7和结束比特e的短帧。
139.图22示出了根据示例实施例的图2中的智能卡芯片中的指纹识别传感器270的示例。在该示例中，指纹识别传感器270可以包括透镜271和图像传感器272，图像传感器272可以包括像素阵列273。
140.透镜271可以将来自用户的手指80的反射光聚集在图像传感器272的像素阵列273上。图像传感器272可以基于反射光来生成指纹图像信号，并且可以将指纹图像信号提供到图2中的处理器240。
141.处理器240可以将指纹图像信号与用户的原始指纹进行比较，并且可以基于比较结果来确定用户的输入指纹是否与原始指纹相匹配。当处理器240确定用户的输入指纹与用户的原始指纹相匹配时，处理器240可以在对与支付操作关联的支付数据执行用户认证的同时通过控制led 290发射光来指示用户认证通过。
142.图23是示出根据示例实施例的操作智能卡的方法的流程图。参照图2至图23，在操作执行指纹认证的智能的方法中，ivgc 300确定智能卡50是否在接触模式下操作(操作s50)。智能卡50中的ivgc300可以确定读卡器20是供应无接触电压vddu还是供应接触电压vdd5px，并且可以确定智能卡50是否在无接触模式下操作。
143.当确定智能卡50在无接触模式下操作(操作s50中的否)时，ivgc 300可以基于无接触电压vddu来生成第一驱动电压vdd5p和电平小于第一驱动电压vdd5p的电平的第二驱动电压vdd3p(操作s100)。无接触电压vddu可以具有大约6v的电压电平，第一驱动电压vdd5p可以具有大约3v的电压电平，第二驱动电压vdd3p可以具有大约1.5v的电压电平。
144.ivgc 300可以将第二驱动电压vdd3p提供到逻辑电路块295，并且可以将第一驱动电压vdd5p提供到指纹识别传感器270(操作s300)。
145.当确定智能卡50在接触模式下操作(操作s50中的是)时，ivgc300可以根据接触电压vdd5px的电平基于读卡器20的类别来生成第一驱动电压vdd5p和第二驱动电压vdd3p(操作s200)。
146.ivgc 300可以将第二驱动电压vdd3p提供到逻辑电路块295，并且可以将第一驱动电压vdd5p提供到指纹识别传感器270(操作s300)。
147.图24是示出在图23中的无接触模式下生成第一驱动电压和第二驱动电压的操作的流程图。
148.参照图2至图24，对于基于无接触电压vddu生成第一驱动电压vdd5p和第二驱动电压vdd3p(操作s100)，ivgc 300中的sc转换器310降低(降压)具有vddu的无接触电压以生成第一驱动电压vdd5p(操作s110)。ivgc 300中的双向sc转换器320降低第一驱动电压vdd5p以生成第二驱动电压(操作s130)。
149.图25是示出在图23中的接触模式下生成第一驱动电压和第二驱动电压的操作的
流程图。
150.参照图2至图23和图25，对于基于接触电压vdd5px生成第一驱动电压vdd5p和第二驱动电压vdd3p(操作s200)，ivgc 300中的模式选择器330确定读卡器20是否对应于第一类别(操作s210)。当接触电压vdd5px大于第一参考电压vref1时，模式选择器330可以确定读卡器20对应于第一类别。
151.当确定读卡器20对应于第一类别(操作s210中的是)时，第一接触开关400a基于接触电压vdd5px来生成第一驱动电压vdd5p(操作s212)。第一接触开关400a将具有第一电压电平(大约5v)的接触电压vdd5px切换到第一节点nd1作为第一驱动电压vdd5p。双向sc转换器320降低第一驱动电压vdd5p以生成第二驱动电压vdd3p(操作s214)。在此情况下，第一驱动电压vdd5p可以具有大约5v的电压电平，第二驱动电压vdd3p可以具有大约2.5v的电压电平。
152.当确定读卡器20不对应于第一类别(操作s210中的否)时，模式选择器330确定读卡器20是否对应于第二类别时(操作s220)。当接触电压vdd5px小于第一参考电压vref1且大于第二参考电压vref2时，模式选择器330可以确定读卡器20对应于第二类别。
153.当确定读卡器20对应于第二类别(操作s220中的是)时，ivgc300基于接触电压vdd5px来生成第一驱动电压vdd5p和第二驱动电压vdd3p(s225)。第一接触开关400a可以切换接触电压vdd5px以生成第一驱动电压vdd5p。第二接触开关400b可以切换接触电压vdd5px以生成第二驱动电压vdd3p。在此情况下，第一驱动电压vdd5p可以具有大约3v的电压电平，第二驱动电压vdd3p可以具有大约1.5v的电压电平。
154.当确定读卡器20不对应于第二类别(操作s220中的否)时，模式选择器330确定读卡器20是否对应于第三类别。当接触电压vdd5px小于第二参考电压vref2时，模式选择器330可以确定读卡器20对应于第三类别。
155.当确定读卡器20对应于第三类别时，第二接触开关400b基于接触电压vdd5px来生成第二驱动电压vdd3p(操作s230)。第二接触开关400b可以切换接触电压vdd5px以生成第二驱动电压vdd3p。
156.双向sc转换器320使第二驱动电压vdd3p升压以生成第一驱动电压vdd5p(操作s235)。在此情况下，接触电压vdd5px可以具有大约1.8v的电压电平，第二驱动电压vdd3p可以具有大约1.8v的电压电平，第一驱动电压vdd5p可以具有大约3.6v的电压电平。
157.因此，提供了一种操作智能卡的方法，智能卡包括第一接触开关400a、第二接触开关400b和双向sc转换器320，并且即使接触电压vdd5px的电平基于读卡器20的类别而改变，也可以生成操作逻辑电路块295所使用的第二驱动电压vdd3p以及操作指纹识别传感器270和led 295所使用的第一驱动电压vdd5p。
158.图26示出了根据示例实施例的智能卡的示例。参照图26，智能卡50可以包括形成在衬底101中的集成电路85、天线61、指纹识别传感器270和led 290。
159.天线61可以耦接到集成电路85。集成电路85可以包括图2中的智能卡芯片100之中的除指纹识别传感器270和led 290以外的部件，图1中的接触端子63可以包括在集成电路85中。
160.天线61在无接触模式下从读卡器20接收无接触电压，以将无接触电压提供到集成电路85中的内部电压生成电路300。集成电路85中的接触端子在接触模式下从读卡器20接
收接触电压，以将接触电压提供到集成电路85中的内部电压生成电路。
161.指纹识别传感器270可以在无接触模式和/或接触模式期间在支付操作中基于用户的输入指纹来生成指纹图像信号，并且可以将指纹图像信号提供到处理器240。处理器240可以将指纹图像信号与用户的原始指纹进行比较，并且可以基于比较结果来确定用户的输入指纹是否与用户的原始指纹不匹配(例如，输入指纹是伪造的)。当处理器240确定用户的输入指纹与用户的原始指纹相匹配时，处理器240可以在对与支付操作关联的支付数据执行用户认证的同时通过控制led 295发射光来指示用户认证通过。当处理器240确定用户的输入指纹与用户的原始指纹不匹配时，处理器240可以通过led 290来指示输入指纹不匹配用户的原始指纹。
162.图27是示出根据示例实施例的电子装置1000的框图。电子装置1000包括应用处理器(ap)1110、智能卡1200、存储器装置1120、用户接口1130和电源1140。在一些实施例中，电子装置1000可以是移动电话、智能电话、个人数字助理(pda)、便携式多媒体播放器(pmp)、数码相机、音乐播放器、便携式游戏机、导航系统、便携式计算机等。
163.应用处理器1110可以控制电子装置1000的整体操作。应用处理器1110可以执行诸如网络浏览器、游戏应用、视频播放器等的应用。在一些实施例中，应用处理器1110可以包括单核或多核。例如，应用处理器1110可以是多核处理器，诸如双核处理器、四核处理器、六核处理器等。应用处理器1110可以包括内部或外部高速缓冲存储器。
164.存储器装置1120可以存储电子装置1000的操作所需的数据。例如，存储器装置1120可以存储用于引导电子装置1000的引导映像、输出到外部装置的输出数据和从外部装置接收的输入数据。例如，存储器装置1120可以是电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、闪存、相变随机存取存储器(pram)、电阻随机存取存储器(rram)、纳米浮栅存储器(nfgm)、聚合物随机存取存储器(poram)、磁性随机存取存储器(mram)或铁电随机存取存储器(fram)。
165.智能卡1200可以包括匹配电路1210和智能卡芯片1220，智能卡芯片1220包括连接端子1221。智能卡芯片1220可以以无接触方式通过匹配电路1210从外部读卡器接收电压，并且可以与外部读卡器交换数据。智能卡芯片1220可以以接触方式通过连接端子1221从外部读卡器接收电压，并且可以与外部读卡器交换数据。图2的智能卡50是智能卡1200的示例。
166.因此，智能卡1200可以包括内部电压生成电路，内部电压生成电路包括第一接触开关、第二接触开关、sc转换器和双向sc转换器，即使接触电压的电平基于读卡器的类别而改变，内部电压生成电路也生成操作逻辑电路块所使用的第二驱动电压和操作指纹识别传感器所使用的第一驱动电压。
167.用户接口1130可包括至少一个输入装置(诸如键盘或触摸屏)和至少一个输出装置(诸如扬声器或显示装置)。电源1140可以将电源电压供应到电子装置1000。
168.在一些实施例中，电子装置1000还可以包括图像处理器和/或存储装置，诸如存储器卡、固态驱动器(ssd)、硬盘驱动器(hdd)或cd
‑
rom。
169.在一些实施例中，电子装置1000和/或电子装置1000的部件可以以各种形式封装，诸如层叠封装(pop)、球栅阵列(bga)、芯片级封装(csp)、塑料引线芯片载体(plcc)、塑料双列直插式封装(pdip)、华夫饼式封装晶片、晶圆形式晶片、板上芯片(cob)、陶瓷双列直插式封装(cerdip)、塑料公制四方扁平封装(mqfp)、薄型四方扁平封装(tqfp)、小尺寸ic
(soic)、收缩小尺寸封装(ssop)、薄小尺寸封装(tsop)、系统级封装(sip)、多芯片封装(mcp)、晶圆级制造封装(wfp)或晶圆级处理堆栈封装(wsp)。
170.在上述实施例中，指纹传感器处理器240和led各自是由第一驱动电压vdd5p驱动的(智能卡的)至少一个第一电路部件的示例，第一驱动电压vdd5p高于驱动至少一个第二电路部件(例如，处理器240和/或逻辑电路块295)的第二驱动电压vdd3p。在其它实施例中，可以使用不同的电路部件来替代这些第一电路部件和/或第二电路部件。因此，本发明构思通常可以应用于包括具有不同最佳驱动电压范围(“操作电压范围”)的第一电路部件和第二电路部件的智能卡。例如，第二操作电压范围的中点可以不同于(例如，低于)第一操作电压范围的中点。第一电路部件(指纹传感器或可替换的部件)可以由落入第一最佳电压范围内的第一驱动电压vdd5p供电，第二电路部件(处理器或可替换部件)可以由落入第二最佳电压范围内的第二驱动电压vdd3p供电。
171.前述内容是对本发明构思的说明，并且不应解释为对本发明构思的限制。尽管已经描述了一些示例实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离本发明构思的新颖教导和优点的情况下，示例实施例中的许多修改是可能的。因此，所有这样的修改旨在被包括在如权利要求书及其等同物中所限定的本发明构思的范围内。