专利名称：一种非接触卡中的供电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种集成电路中的供电装置，尤其是一种非接触卡中的供电装置。
背景技术：
射频识别系统的一个重要的特征是应答器的供电。无源的应答器自己没有电源。因此无源的应答器工作用的所有能量必须从阅读器的电磁场中取得。
在射频识别技术中应答器的能量供应以及应答器和阅读器之间的数据交流不是通过电流的触点接通而是通过磁场或电磁场，在这方面采用了无线电和雷达技术。应答器工作时所需的能量，如同应答器的输入时钟脉冲和输入数据信息一样，是通过非接触的耦合单元传输给应答器的。
高频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生，这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。因为使用的频率范围(13.56MHz22.1m)内的波长比阅读器天线和应答器之间的距离大好多倍，可以把应答器到天线的距离间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。
射频识别系统的另一重要特征是系统的工作频率和作用距离。通常把阅读器发送时使用的频率称作射频识别系统的工作频率。不考虑率应答器的发送频率，或叫做阅读器发送频率。然而，在任何情况下，应答器的“发射功率”会比阅读器的发射功率低几十个百人点。
各种发送频率基本上划归三个范围低频(30KHz～300KHz)、高频或射频(3MHz～30MHz)和超高频(300MHz～3GHz)或微波(＞3GHz)。根据作用距离，射频识别系统的附加分类是密耦合(0～1cm)、遥耦合(0～1m)和远距离率统(＞1m)。
发射磁场的一小部分磁力线穿过距阅读器一定距离的应答器天线线圈。通过感应，在应答器的天线两端产生一个感应电压，用低损耗的桥式整流器把感应电压转变成直流电压，再滤波，然后作为芯片的电源供应。
应答器线圈中感应电压用于给无源应答器的数据存储器供电。为了显著提高效电路的效率，在应答器线圈上并联电容以构成并联振荡回路，其谐振频率与所述的射频识别系统的工作频率一致。并联振荡回路的谐振频率可由汤姆逊公式算出。
为了使几个应答器的相互影响最小，13.56MHz系统的应答器把谐振频度调谐到15-18MHz。
为了提高耦合效率，我们将采用谐振的方法将一个电容器与应答器的天线线圈并联，电容器电容的选择依据是它与天线线圈的电感一起，形成谐振频率与阅读器发射频率相符的并联振荡回路。该回路的谐振使得应答器天线线圈产生非常大的电流。应答器上的天线线圈和电容器构成振荡回路，调谐到阅读器的发射频率。通过该回路的谐振，应答器线圈上的感应电压达到最大值。
由于电感耦合应答器是无源工作的。这意味着芯片工作时所需要的全部能量必须由阅读器通过天线供应。但是由于基于射频识别技术的相关协议——如近耦合协议ISO14443和疏耦合协议ISO15693——中的数据编码方式的原因，在传送数据的过程中，阅读器的发射信号会出现短暂的中断。这意味着芯片工作时所需要的能量传输会出现供应中断的问题，因此需要在阅读器的发射信号中断时保持卡片上的电压，防止芯片上的数据丢失，保证芯片的正常处理功能；但是在同时又必须使用尽可能较小的储能电容以减少成本。这是在射频识别技术的能量供应方法中两个很重要的问题。
在目前解决这个问题所采取的一种方式是在直流电压和地之间的连接一个储能电容，储能电容除了起到存储能量的作用以外，另外一个重要的作用是对直流电压进行滤波。当阅读器暂停发送信号时，由储能电容向内部电路提供维持数据的能量，使芯片在恢复能量和时钟的供应之前可以保持芯片正常运行。
这种装置虽然可以满足在信号暂停时间较短的情况下的能量供应(如ISO14443协议下信号暂停时间为3us～4us)，但是如果信号暂停时间增加(如ISO15693协议下信号暂停时间增加到9.44us)，就会要求相应的增大储能电容，这将使得芯片的面积变得很大，从而会使芯片的成本增加到难以承受的地步。
发明内容
本实用新型需要解决的技术问题是提供一种非接触卡中的供电装置，旨在解决信号暂停时间延长的缺陷，增大储能电容。
为解决本实用新型的技术问题，本实用新型的非接触卡中的供电装置包括在应答器线圈上并联电容所构成的并联振荡回路，桥式整流器，储能电容，稳压电路，内部电路，所述振荡回路与所述桥式整流器连接，桥式整流器的输出两端通过所述储能电容的两端与所述稳压电路的输入两端耦合在一起，稳压电路的输出两端与所述内部电路的输入两端连接。
所述稳压电路包括功率MOS管，第一MOS管，第二MOS管，反相器，分压器，所述功率MOS管的栅极与第二MOS管的漏极相连，源极与桥式整流器输出电压的一端连接在一起，漏极与内部电路输入电压的一端连接；所述分压器的输入端与功率MOS管的源极连接，输出端与第二MOS管的漏极相连；所述第二MOS管的源极与所述反相器的输出端连接，其栅极与第一MOS管的栅极和漏极耦合在一起，所述第一MOS管的栅极和漏极与反相器的输入端连接，其源极与地相连。
本实用新型的有益效果为在同等的或者更少电容的情况下，度过相同或者更长的中断时间，来维持芯片的正常运行。
图1是现有技术中的非接触卡中的供电装置；图2是本发明的非接触卡中的供电装置；图3是稳压电路的电路图；图4是另一种稳压电路的电路图。
图中在应答器线圈上并联电容所构成的并联振荡回路1，桥式整流器2，储能电容3 储能电容31 内部电路4 稳压电路5 功率MOS管51第一MOS管52 第二MOS管53 反相器54 分压器55 电容56 电阻57 第三MOS管551 第四MOS管541 第五MOS管具体实施方式
以下结合附图对本发明作更详细的说明如图1所示包括在应答器线圈上并联电容所构成的并联振荡回路1，桥式整流器2，储能电容3，内部电路4，所述振荡回路1与所述桥式整流器2连接，桥式整流器2的输出两端通过所述储能电容3的两端与所述内部电路4的输入两端耦合在一起。
以13.56MHz的阅读器的发射频率为例，两者组成的谐振频率比发射频率稍高1～5MHz。这样做的理由是由两个相互靠近的应答器的共同谐振频率总是低于单个的应答器的谐振频率，在电桥的输出两端产生Vcc和Gnd的信号。应答器线圈上并联电容以构成并联振荡回路1的两端产生了交流电信号，使用低功耗的桥式整流器把交流电信号转变成直流电压信号Vcc；储能电容3的两端分别接在Vcc和Gnd之间。储能电容3除了起到存储能量的作用以外，另外一个重要的作用是对Vcc进行滤波；当阅读器暂停发送信号时，由储能电容3向内部电路提供维持数据的能量，使芯片在恢复能量和时钟的供应之前可以保持芯片正常运行。
如图2所示本实用新型的非接触卡中的供电装置包括在应答器线圈上并联电容所构成的并联振荡回路1，桥式整流器2，储能电容31，稳压电路5，内部电路4，所述振荡回路1与所述桥式整流器2连接，桥式整流器2的输出两端通过所述储能电容31的两端与所述稳压电路5的输入两端耦合在一起，稳压电路5的输出两端与所述内部电路4的输入两端连接。
如图3，图4所示所述稳压电路5包括功率MOS管51，第一MOS管52，第二MOS管53，反相器54，分压器55，所述功率MOS管51的栅极与第二MOS管53的漏极相连，源极与桥式整流器2输出电压的一端连接在一起，漏极与内部电路4输入电压的一端连接；所述分压器55的输入端与功率MOS管51的源极连接，输出端与第二MOS管53的漏极相连；所述第二MOS管53的源极与所述反相器54的输出端连接，其栅极与第一MOS管52的栅极和漏极耦合在一起，所述第一MOS管52的栅极和漏极与反相器54的输入端连接，其源极与地相连。
仍以13.56MHz的阅读器的发射频率为例，谐振频率比发射频率稍高1～5MHz电桥的输出两端产生Vhigh和Gnd的信号(Vhigh≈2Vcc)。应答器线圈上并联电容以构成并联振荡回路1的两端产生了交流电信号，使用低功耗的桥式整流器2把交流电信号转变成直流电压信号Vhigh；储能电容31的位置由Vcc和Gnd之间变换到Vhigh和Gnd之间。由于Vhigh远比Vcc要高，因此储能电容31此时所存储的能量比要比放在Vcc和Gnd之间时大的多；稳压电路5包含有两个功能一个功能是通过Vhigh产生芯片的内部电源Vcc；另一个功能是限制Vhigh的电压，防止电压过高造成对内部电路4的损坏；在阅读器暂停发送信号的时候，由储能电容31向内部电路4提供能量，维持电源电压Vcc的稳定来维持芯片的正常运行。
这种方法的特点是根据电容的储能公式W=12CU2,]]>电容上存储的能量和电容两端的电压差成平方的关系。在方式1中，假设在工作时Vcc的电压差U1等于3V，经过时间T(信号暂停发送时间)以后Vcc下降到U2(大约2V)，在这段时间内的平均功耗是P1，则所需的电容大小是C2=2P1TU12-U22=2P1T32-22=25P1T]]>在本实用新型中，由于储能电容31的两端是接在Vhigh和地之间，而Vhigh的电压差大约是Vcc的二倍。也就是说，如果要储存相同的能量，现在的电路就可以比原来的电路减少3/4的电容。假设在工作时Vhigh的电位U3等于6V，此时产生的电源Vcc等于3V；经过中断时间T以后，Vhigh下降到U4(约为3V)，此时的电源电压Vcc等于2V，在这段时间内的平均功耗是P2，则所需的电容大小是C3=2P2TU32-U42=2P2T62-32=227P2T]]>其中P2＝P1+Ppow(Ppow是在模块稳压电路5上消耗的平均功率)，由于Ppow比P1小，可以看到，要度过相同的中断时间，本发明电路中的储能电容31最多只需要原来电路结构中储能电容3的三分之一。
以下是稳压电路5的工作原理介绍为了在非接触点中获得稳定的工作电压，发明人引入了一种有效的稳压电路5。由桥式整流器2和储能电容31产生的直流电压Vhigh(电压约为6V)，以及由Vhigh经过分压电路产生的偏置电压V1约为4V，两者控制第三MOS管551产生了偏置电流源；电流源在流过第一MOS管52管时产生了偏置电压V2约为1.2V。由第四MOS管541和第五MOS管542共同组成了一个反相器54，由于偏置电压V2被定位在反相器54的翻转点附近，因此实际上起到了一个放大器的作用偏置电压V2上的微小波动都会在被放大后叠加到V11上。经过第三MOS管551上的电流和第二MOS管53的珊源电压决定了偏置电压V3，由偏置电压V3控制功率MOS管51上的充电电流，使Vcc的输出电压保持在3V左右。电容56和电阻57在瞬态时起到加快偏置电压V3对Vcc变化的响应速度和消除偏置电压V3上的电压震荡，即Vcc上的电压震荡。
下面进一步说明的是该稳压电路5是如何有效工作的当通过功率MOS管51上的电流不变，而Vcc上的负载减小时，将会引起Vcc升高；此时第四MOS管541和第五MOS管542组成的反相器54的翻转点就会被提高，由于偏置电压V2没有变化，因此V11将会随着Vcc的升高而一起升高，偏置电压V2-V11的值变小这就意味着第二MOS管53的珊源两端的电压降低，导致偏置电压V3的电压被提高，功率MOS管51向Vcc的充电电流减小，使得Vcc的电压下降。通过这样的一串回路，就形成了一个对Vcc的负反馈回路，起到了稳定电压的作用。
同理，Vcc上的负载增大时，将会引起Vcc减小；此时第四MOS管541和第五MOS管542组成的反相器54的翻转点就会被降低；由于偏置电压V2没有变化，因此V11将会随着Vcc的降低而一起降低，偏置电压V2-V11的值变大；此时第二MOS管53的珊源两端的电压增加，导致偏置电压V3的电压被降低，功率MOS管51向Vcc的充电电流增大，使得Vcc的电压上升。这样Vcc的电压就可以被稳定在3V左右。
权利要求1.一种非接触卡中的供电装置，包括在应答器线圈上并联电容所构成的并联振荡回路(1)，桥式整流器(2)，储能电容(31)，内部电路(4)，其特征在于还包括稳压电路(5)，所述振荡回路(1)与所述桥式整流器(2)连接，桥式整流器(2)的输出两端通过所述储能电容(31)的两端与所述稳压电路(5)的输入两端耦合在一起，稳压电路(5)的输出两端与所述内部电路(4)的输入两端连接。
2.根据权利要求1所述的一种非接触卡中的供电装置，其特征在于所述稳压电路(5)包括功率MOS管(51)，第一MOS管(52)，第二MOS管(53)，反相器(54)，分压器(55)，所述功率MOS管(51)的栅极与第二MOS管(53)的漏极相连，源极与桥式整流器(2)输出电压的一端连接在一起，漏极与内部电路(4)的输入电压的一端连接；所述分压器(55)的输入端与功率MOS管(51)的源极连接，输出端与第二MOS管(53)的漏极相连；所述第二MOS管(53)的源极与所述反相器(54)的输出端连接，其栅极与第一MOS管(52)的栅极和漏极耦合在一起，所述第一MOS管(52)的栅极和漏极与反相器(54)的输入端连接，其源极与地相连。
3.根据权利要求2所述的一种非接触卡中的供电装置，其特征在于所述分压器(55)是第三MOS管(551)，其源极与所述功率MOS管(51)的源极连接，其漏极与所述功率MOS管(51)的栅极连接。
4.根据权利要求2所述的一种非接触卡中的供电装置，其特征在于所述反相器(54)包括第四MOS管(541)和第五MOS管(542)；所述第四MOS管(541)的漏极通过第五MOS管(542)的漏极与第二MOS管(53)的源极耦合在一起，其源极与内部电路(4)的输入电压的一端连接，其栅极通过所述第一MOS管(52)的栅极和漏极与第五MOS管(542)的栅极耦合在一起；所述MOS管(542)的源极接地。
5.根据权利要求2所述的一种非接触卡中的供电装置，其特征在于所述功率MOS管(51)的栅极和漏极之间还包括依次连接的电容(56)和电阻(57)，所述电容(56)的一端与功率MOS管(51)的栅极连接，所述电阻(57)的一端与功率MOS管(51)的漏极连接。
6.根据权利要求2所述的一种非接触卡中的供电装置，其特征在于所述第一MOS管(52)是NMOS管，第二MOS管(53)是P MOS管。
7.根据权利要求3所述的一种非接触卡中的供电装置，其特征在于所述第三MOS管(551)是P MOS管。
8.根据权利要求4所述的一种非接触卡中的供电装置，其特征在于所述第四MOS管(541)是P MOS管，第五MOS管(542)是N MOS管。
专利摘要本实用新型设计了一种非接触卡中的供电装置，包括在应答器线圈上并联电容所构成的并联振荡回路(1)，桥式整流器(2)，储能电容(31)，稳压电路(5)，内部电路(4)，所述振荡回路(1)与所述桥式整流器(2)连接，桥式整流器(2)的输出两端通过所述储能电容(31)的两端与所述稳压电路(5)的输入两端耦合在一起，稳压电路(5)的输出两端与所述内部电路(4)的输入两端连接。本实用新型的有益效果为在同等的或者更少电容的情况下，度过相同或者更长的中断时间，来维持芯片的正常运行。
文档编号H02J17/00GK2618349SQ03228849
公开日2004年5月26日 申请日期2003年2月17日 优先权日2003年2月17日
发明者卢君明, 何玉明, 印义言 申请人:上海华园微电子技术有限公司