非接触智能卡芯片的频率自适应电路专利检索-过采样信号处理专利检索查询-专利查询网

非接触 智能卡芯片的 频率自适应电路

阅读：621发布：2024-02-18

专利汇可以提供非接触智能卡芯片的频率自适应电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了非接触智能卡芯片的频率自适应电路，包括限幅电路、旁路电流采样电路、电流- 电压 -电流转换电路和环形振荡器。该限幅电路依次连接旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器的结构，新增加了环形振荡器，并利用场强信号控制环形振荡器的输出频率实现频率自适应功能；同时，新增加了旁路电流采样电路，利用限幅电路中的旁路电流作为场强指示信号，并通过电流-电压-电流转换电路，扩大了对环形振荡器输出频率控制的线性范围，提升了系统频率对场强自适应变换的线性度与平滑度。与传统非接触卡片系统相比，采用本实用新型的卡片在场强变化时，系统运行频率切换的速度更快，更线性，更连续；在硬件实现上开销更小，功耗更低。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是非接触智能卡芯片的频率自适应电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种非接触智能卡芯片的频率自适应电路，其特征在于，所述频率自适应电路包括限幅电路、旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器，其中，限幅电路依次连接旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器，电流-电压-电流转换电路输出电流，控制环形振荡器输出频率；
电流-电压-电流转换电路分为电流-电压转换电路和电压-电流转换电路；
旁路电流采样电路连接限幅电路，并按1000:1比例采样限幅电路中的旁路电流作为场强信号；
电流-电压-电流转换电路连接旁路电流采样电路，其中的电流-电压转换电路将采样电流转换为电压信号，其中的电压-电流转换电路将所述电压信号转换为环形振荡器的电流信号，电流-电压-电流转换电路还负责滤除采样电流信号中的高频噪声，并控制环路响应速度；
环形振荡器连接电流-电压-电流转换电路，环形振荡器输出频率与电流-电压-电流转换电路输出电流成正比关系。

说明书全文

非接触 智能卡芯片的 频率自适应电路

技术领域

[0001] 本实用新型涉及集成电路非接触智能卡技术领域，尤其涉及非接触智能卡芯片的频率自适应电路。

背景技术

[0002] 在高频非接触智能卡应用中，卡片通过电感耦合的方式从读卡器获取能量。耦合系数越大，卡片获取的能量越大，运行的速度越快。反之耦合系数越小，卡片获取的能量越小，运行的速度越慢。如果卡片运行的速度与所获取的能量不匹配则会导致能量浪费或者下电复位。这项技术在非接触智能卡芯片设计中叫做频率自适应（Frequency Adaptive，FA），好的频率自适应技术具备响应速度快、频率过度平滑、硬件开销小等特点。

[0003] 在现有的非接触卡片频率自适应电路设计中，往往采用数字、模拟电路协同工作的方式实现。如图1所示，为现有非接触智能卡芯片的频率自适应电路结构图。卡片中的整流限幅电路将天线耦合的交流电源转换为直流电源，并限制电压幅度保护芯片安全。现有的频率自适应电路包含1）场强检测电路；2)ADC电路； 3）逻辑控制单元；4）系统时钟单元，这四个主要电路构成。场强检测电路将磁场强度转换为电压信号VFS；ADC电路将电压信号VFS转换为六比特数字信号vfs<5:0>；逻辑控制单元根据输入的vfs<5:0>大小调整系统时钟单元的输出频率。

[0004] 但现有非接触卡片的频率自适应电路存在系统结构复杂、功耗大、响应时间慢、频率切换不平滑等问题，同时，还存在能量利用效率不够高的问题。发明内容

[0005] 针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的是提供非接触智能卡芯片的频率自适应电路，本实用新型简化了场强检测电路，去除了现有电路中复杂的ADC电路和逻辑控制单元，而新增加了环形振荡器，并利用场强信号控制环形振荡器的输出频率实现频率自适应功能；同时，利用限幅电路中的旁路电流作为场强指示信号，并通过电流-电压-电流转换电路，扩大了对环形振荡器输出频率控制的线性范围，提升了系统频率对场强自适应变换的线性度与平滑度。

[0006] 为了达到上述技术目的，本实用新型所采用的技术方案是：

[0007] 一种非接触智能卡芯片的频率自适应电路，所述频率自适应电路包括限幅电路、旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器，其中，限幅电路依次连接旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器，电流-电压-电流转换电路输出电流，控制环形振荡器输出频率；

[0008] 电流-电压-电流转换电路分为电流-电压转换电路和电压-电流转换电路；

[0009] 旁路电流采样电路连接限幅电路，并按1000:1比例采样限幅电路中的旁路电流作为场强信号；

[0010] 电流-电压-电流转换电路连接旁路电流采样电路，其中的电流-电压转换电路将采样电流转换为电压信号，其中的电压-电流转换电路将所述电压信号转换为环形振荡器的电流信号，电流-电压-电流转换电路还负责滤除采样电流信号中的高频噪声，并控制环路响应速度；

[0011] 环形振荡器连接电流-电压-电流转换电路，环形振荡器输出频率与电流-电压-电流转换电路输出电流成正比关系。

[0012] 本实用新型由于采用了上述限幅电路依次连接旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器的结构，所获得的有益效果是，新增加了环形振荡器，并利用场强信号控制环形振荡器的输出频率实现频率自适应功能；同时，新增加了旁路电流采样电路，利用限幅电路中的旁路电流作为场强指示信号，并通过电流-电压-电流转换电路，扩大了对环形振荡器输出频率控制的线性范围，提升了系统频率对场强自适应变换的线性度与平滑度。与传统非接触卡片系统相比，采用本实用新型的卡片在场强变化时，系统运行频率切换的速度更快，更线性，更连续；在硬件实现上开销更小，功耗更低。

[0013] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

[0014] 图1是现有非接触智能卡芯片的频率自适应电路结构图。

[0015] 图2是本实用新型的非接触智能卡芯片的频率自适应电路结构框图。

[0016] 图3是本实用新型具体实施的非接触智能卡芯片的频率自适应电路结构图。

[0017] 图4是本实用新型具体实施的非接触智能卡芯片的频率自适应电路输出频率与输入电流关系图。

具体实施方式

[0018] 以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

[0019] 参看图2，为本实用新型的非接触智能卡芯片的频率自适应电路结构框图。该非接触智能卡芯片的频率自适应电路包括限幅电路、旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器，其中，限幅电路依次连接旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器，电流-电压-电流转换电路输出电流，控制环形振荡器输出频率；旁路电流采样电路连接限幅电路，电流-电压-电流转换电路连接旁路电流采样电路，环形振荡器连接电流-电压-电流转换电路，环形振荡器输出频率。

[0020] 参看图3，为本实用新型具体实施的非接触智能卡芯片的频率自适应电路结构图。该非接触智能卡芯片的频率自适应电路包括限幅电路、旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器OSC，其中，限幅电路依次连接旁路电流采样电路、电流-电压-电流转换电路和环形振荡器OSC，电流-电压-电流转换电路输出电流，控制环形振荡器OSC输出频率fout；电流-电压-电流转换电路分为电流-电压转换电路和电压-电流转换电路；旁路电流采样电路连接限幅电路，并按1000:1比例采样限幅电路中的旁路电流Ipass作为场强信号。

[0021] 其中，电阻R1、电阻R2、放大器1和NMOS晶体管MN0组成限幅电路，输出电压VRF被钳位在3V。当输出电压VRF大于3V时，电阻R1、电阻R2采样电压增大，即放大器1正输入端电压增大，则输出电压增大，流过NMOS晶体管MN0的旁路电流Ipass增大，减小输出电压VRF；反之，则旁路电流Ipass减小，增大输出电压VRF，最终迫使输出电压VRF等于3V。

[0022] 参看图3中间框图为旁路电流采样电路，由NMOS晶体管MN1、NMOS晶体管MN2、NMOS晶体管MN3、PMOS功率管MP0、偏置电压VB和低通滤波器组成，低通滤波器由电阻R0和电容C0构成。NMOS晶体管MN1为采样MOS管，NMOS晶体管MN1与限幅电路中的NMOS晶体管MN0比例为1000:1；NMOS晶体管MN2、NMOS晶体管MN3为cascode管，栅端偏置电压Vb=1.2V，NMOS晶体管MN2和NMOS晶体管MN3确保NMOS晶体管MN0、NMOS晶体管MN1的漏端电压相等，提高采样精度。
PMOS功率管MP0为NMOS晶体管MN1的二极管负载。在场强1 5A/m的场强范围内，旁路电流I_~
PASS的典型取值在1mA 18mA，则NMOS晶体管MN1采样的电流Isample为1uA 18uA。电阻R0和~ ~
电容C0组成低通滤波器，滤除高频噪声，同时，低通滤波器控制了环路响应速度，通常截止频率设定在0.8 2MHz。
~

[0023] 参看图3右边框图中，为电流-电压-电流转换电路。电流-电压-电流转换电路分为电流-电压转换电路和电压-电流转换电路两个部分。PMOS功率管MP1与旁路电流采样电路中的PMOS功率管MP0构成1:1电流镜，镜像电流在电阻R3产生控制电压VC，构成电流-电压转换电路。当采样电流Isample增加时，控制电压VC增加；当电阻R3等于100Kohm，由于采样电流Isample取值在1uA 18uA，所以，控制电压VC取值在100mV 1.8V。尾电流IB、电阻R4、电阻~ ~R5、PMOS功率管MP2、PMOS功率管MP3、NMOS晶体管MN4、NMOS晶体管MN5和参考电压Vref构成了电压-电流转换电路。参考电压Vref等于0.8V，当VC增大，由差分对电路特性知流过PMOS功率管MP2的电流IC1减小。由于IC1+IC2=IB恒定不变，所以电流IC2增加，这样，控制电压VC与电流IC2成正比例关系，实现了电压VC到电流IC2的转换。电阻R4和电阻R5的作用是提升电压VC到电流IC2转换的线性度。IB=20uA，在电压VC从100mV 1.8V的变换中，电流IC2从0uA~
增加到20uA。NMOS晶体管MN5与NMOS晶体管MN6构成1:2的电流镜，PMOS功率管MP4与PMOS功率管MP5构成1:1的电流镜，这两个电流镜将电流IC2转换成输出电流Iosc，Iosc=2*IC2，输出电流Iosc的取值范围为0 40uA。综上所述，当旁路电流Ipass从1mA线性增加到18mA，即场~
强从1A/m增加到5A/m时，输出电流Iosc输出从0uA增加到40uA。

[0024] 参看图4，为本实用新型具体实施的非接触智能卡芯片的频率自适应电路输出频率与输入电流的场强关系图。结合图3，环形振荡器OSC连接电流-电压-电流转换电路，环形振荡器OSC输出频率fout与电流-电压-电流转换电路输出电流成正比关系；由于输出电流Iosc与场强成正比关系，所以，场强与环形振荡器OSC输出频率fout的关系，如图4所示，由图中可以看到，本实用新型很好地实现了芯片运行频率在不同场强下的自动调节。

[0025] 在非接触智能卡芯片的频率自适应电路工作时，当场强变大，限幅电路中的旁路电流Ipass增大，即采样电流增大，电流-电压-电流转换电路的输出电流增大，环形振荡器OSC的振动频率增大，所述频率自适应电路运行速度加快；反之，当场强减小，限幅电路中的旁路电流Ipass减小，即采样电流减小，电流-电压-电流转换电路的输出电流减小，环形振荡器OSC的振动频率减小，所述频率自适应电路运行速度减慢。

[0026] 本实用新型中的频率自适应电路方案，由于采用了纯模拟量实现调节过程，所以，在场强变化过程中，环形振荡器OSC输出频率的变化不会像传统频率自适应电路方案那样产生量化误差，频率的调节更为平滑。由于去除了ADC电路，逻辑控制单元等模块，本实用新型节省了大量的硬件开销，降低了芯片的功耗。在响应时间上本次实用新型的响应时间由低通滤波器的截止频率决定，可以控制在5uS以内，而传统频率自适应电路实现方式由于ADC等电路响应时间的限制，至少需要10uS。

[0027] 需要说明的是，上述实施方式仅以示意方式说明本实用新型的基本思路，与本实用新型中有关的组成电路而非按照实际实施时的组成电路数目、形状、器件排列方式、连接方式绘制。其实际实施时各电路的型态、数量、连接方式、器件排列方式、器件参数可为随意的改变。

[0028] 以上所述的实施例仅是本实用新型较佳的实施例而已，不能限制本实用新型技术方案的延伸。凡属本领域技术人员在本实用新型技术方案基础上所作的任何公知技术的修改、等同变化和显而易见的改换等，均应属于本实用新型的保护范围之内。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种智能LED灯调光系统	2020-05-08	151
超高转差率电动机控制设备	2020-05-08	257
一种动力电池用水冷板	2020-05-08	131
用于有害污染物测试的划界模板	2020-05-08	758
运行控制方法、装置、烹饪器具和计算机可读存储介质	2020-05-08	215
一种反激式转换器恒流控制电路	2020-05-08	758
一种检测肠道菌群代谢气体的呼气试验方法	2020-05-11	58
一种带自诊断的数字量采集电路	2020-05-08	495
显示设备、用于驱动显示设备的方法以及电子装置	2020-05-08	775
一种飞机地面电源线缆压降补偿的控制方法	2020-05-08	133

非接触智能卡芯片的频率自适应电路

非接触智能卡芯片的频率自适应电路

技术领域

背景技术

附图说明

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：