图1表示了通过非接触式IC卡所具有的天线接收以电磁波的形 式从读写器供给的电
力,从天线的两个
端子输出的
电流-
电压特性VL。 图1示出天线的两端的电压依赖于流到与天线端子连接的负载的电流 而发生变化,与具有输出
电阻Ro的电压源Vo等效的情况。此时,上 述电流-电压特性的斜率,是上述输出电阻Ro。
图2表示整流平滑电路B1和
串联稳压器B2以及负载调制电路 B3。整流平滑电路B1,由整流电路和平滑电容构成,对输入到天线 端子LA和LB的
信号进行整流和平滑处理,向连接点N1与接地端 子间输出
输出电压V1。
串联稳压器B2,使连接点N1与输出端子VDD之间的电压发生 变化,使得即使负载发生变动、电源电流出现变化,输出端子VDD 的电压也是一定的。在这种情况下,在将连接点N1与输出端子VDD 之间置换为电阻时,电阻值由流到此处的电流和连接点N1与输出端 子VDD之间的电压决定。即,串联稳压器B2,可以换称为是通过使 与连接点N1和输出端子VDD串联连接的等效电阻发生变化,来控 制输出到输出端子VDD的电压,使其变成预定的电压的电路。例如, 在输出端子VDD将要超过预定的电压
水平时,与连接点N1和输出 端子VDD串联连接的等效电阻的电阻值变大,连接点N1与输出端 子VDD的电位差变大。由此,进行
负反馈动作使得输出电压VDD 降低,输出端子VDD的电压被保持为预定的电压。
用于从IC卡向读写器发送数据的负载调制电路B3,连接在天线 端子LA与接地端子之间。负载调制电路B3,由
控制信号S1控制, 接通负载调制电路B3时,流过输出电流I1,断开负载调制电路B3 时,不流过输出电流。即,负载调制电路B3由控制信号S1控制,使 流到负载调制电路B3的电流I1发生电流变化ΔI1。
在图2中,在接通负载调制电路B3时、与在断开负载调制电路 B3时流到天线端子LA的电流Iall的电流变化ΔIall1如式(1)这样。
ΔIall1=ΔI1…(1)
该电流变化给返回到读写器的电磁波带来变化,由此,读写器从 非接触式IC卡接收数据。
同样地,当在流到输出端子VDD的电流I2中,发生了与发送数 据无关的电流变化ΔI2时,流到天线端子的电流变化ΔIall2如式(2) 这样。
ΔIall2=ΔI2…(2)
此时,在电流变化ΔIall2变得比上述读写器进行接收所需要的电 流变化大时,读写器将其作为数据进行接收。但是,这与非接触式IC 卡发送的数据无关,因此,变成读写器侧接收了错误的数据。因而, 在读写器侧作为通信错误被处理。
这样的电流变化ΔI2,例如通过与电源端子VDD连接的CPU所 代表的控制电路等的动作来产生。
如以上这样,在应用了串联稳压器的情况下,存在以下这样的问 题,即由于错误地接收由安装在非接触式IC卡侧的电路的动作而产 生的电流变化,在读写器与非接触式IC卡之间进行不需要的通信, 结果造成通信
质量的劣化。
图3表示整流平滑电路B1、并联稳压器B4以及负载调制电路 B3。整流平滑电路B1由整流电路和平滑电容构成,对输入到天线端 子LA和LB的信号进行整流和平滑处理,向输出端子VDD与接地端 子之间输出输出电压VDD。
并联稳压器B4,通过使流到输出端子VDD与接地端子之间的电 流发生变化来进行控制,使得输出到输出端子VDD的电压,变成预 定的电压。例如,在输出端子VDD将要超过预定的电压水平时,流 到并联稳压器B4的电流I3增加,与此相伴,流到天线端子LA的电 流Iall增加。如图1中所示的那样,天线与具有输出电阻Ro的电压源 等效,因此,伴随着上述Iall的增加,天线端子LA的电位下降。由此, 进行负反馈动作使得输出电压VDD下降,输出端子VDD被保持在预 定的电压。
图4表示发生了流到输出端子VDD的电流I2的电流变化ΔI2时 的各电流
波形的一例。在图4中,I2是流到输出端子VDD的电流, I3是流到并联稳压器B4的电流,I4是流到输出端子VDD的电流I2与 流到并联稳压器B4的电流I3之和。
在流到输出端子VDD的电流I2增大ΔI2时,进行基于上述并联 稳压器B4的负反馈动作,结果是流到并联稳压器B4的电流I3减少 ΔI2。反之,在流到输出端子VDD的电流I2减少ΔI2时,通过同样的 负反馈动作,流到并联稳压器B4的电流I3增加ΔI2。
由此,流到输出端子VDD的电流I2的电流变化ΔI2与流到并联 稳压器B4的电流I3的电流变化抵消,从而流到整流平滑电路B1的 输出端子的电流的没有变化,结果是流到天线端子LA的电流Iall的也 没有变化。
整流平滑电路B1的输入输出间的内部电阻、即端子LA与端子 VDD之间的电阻一般非常低。因此,通过并联稳压器B4的动作,整 流平滑电路B1之前的
输入侧的电流变化,受到与
输出侧的电流变化 同样的控制。
即,即使在借助于控制信号S1负载调制电路B3产生的电流变化 ΔI1中,电流变化ΔI1也与流到并联稳压器B4的电流I3的电流变化抵 消,流到天线端子LA的电流Iall的电流也没有变化。
由此,在应用了并联稳压器的情况下,存在以下这样的问题,即、 即使负载调制电路B3发生电流变化I1,也由流到电压控制电流源B6 的电流I3所抵消,非接触式IC卡整体的电流没有变化。
本发明的目的在于,提供一种经由天线进行稳定的发送的半导体 集成电路器件和使用了该半导体集成电路器件的非接触式IC卡以及 便携式信息终端。
如果对本申请中所公开的发明的有代表性的结构的概要进行简 单的说明,则如以下这样。即,一种半导体集成电路器件,其特征在 于:包括天线端子,与天线连接;电源电路,具有将从上述天线施加 给上述天线端子的交流信号整流平滑而获得直流电压的整流平滑电 路、使上述直流电压稳定的并联稳压器和串联稳压器;以及内部电路, 从上述电源电路供给上述直流电压来进行动作,在向读写器发送时, 上述串联稳压器动作,上述并联稳压器停止,在向读写器发送时以外, 上述并联稳压器进行动作,上述串联稳压器停止。
附图说明
图1是表示在接收了来自读写器的电磁波时的天线的电流-电压 特性的图。
图2是用于说明由整流平滑电路和串联稳压器构成的电源电路 和负载调制电路的结构图。
图3是用于说明由整流平滑电路和并联稳压器构成的电源电路 和负载调制电路的结构图。
图4是表示图3的电源电路的动作波形的一例的图。
图5是表示用于说明本发明的半导体集成电路器件和非接触式 IC卡的第1
实施例的结构图。
图6是用于说明第1实施例的非接触式IC卡的结构的俯视图。
图7是用于说明第1实施例中安装的电源电路的电路结构图。
图8是用于说明图7的电源电路具有的串联稳压器的电路图。
图9是用于说明图7的电源电路具有的并联稳压器的电路图。
图10是用于说明本发明的第2实施例中安装的电源电路的电路 图。
图11是用于说明本发明的第3实施例中安装的电源电路的电路 图。
图12是用于说明本发明的第4实施例中安装的电源电路的电路 图。
图13是用于说明本发明的第5实施例的便携式电话的俯视图。
以下,参照附图所示的几个实施例,对本发明的半导体集成电路 器件和使用了该半导体集成电路器件的非接触式IC卡以及便携式信 息终端进行更为详细的说明。另外,图5~图13中的相同的标号,表 示相同或者近似的结构。
(实施例1)
图5表示本发明的半导体集成电路器件和非接触式IC卡的第1 实施例的基本结构。在图5中,ICC为非接触式IC卡,IC和L1分别 为安装在IC卡ICC上的半导体集成电路器件和天线。半导体集成电 路器件IC,包括电源电路B5、内部电路B8、以及用于连接天线L1 的天线端子LA和LB。
图6表示IC卡ICC的结构。IC卡ICC通过
树脂成型的印刷布线
基板25形成卡的形式。接收来自外部的读写器35的电磁波的天线 L1,由印刷布线基板25的布线所形成的螺旋形线圈26构成。半导体 集成电路器件IC由1个IC芯片27构成,安装在印刷布线基板25上。 作为天线L1的线圈26与IC芯片27连接。
本发明典型地应用于在卡的表面不具有用于与外部进行输入输 出的端子的非接触式IC卡。显然,也可以应用于具有用于与非接触
接口进行输入输出的端子的双模式(dual type)IC卡。图6的半导体 集成电路器件IC,没有特殊的限制,通过公知的半导体集成电路器件 的制造技术,形成在单晶
硅等这样的1个半导体基板上,构成IC芯 片27。
接收了来自读写器35的电磁波的天线L1,向天线端子LA和LB 输出高频的交流信号。交流信号部分地根据信息信号(数据)来调制。
在图5中,电源电路B5由整流平滑电路B1、并联稳压器B6、 以及串联稳压器B7构成。整流平滑电路B1对天线L1接收的交流信 号进行整流和平滑处理。并联稳压器B6进行控制,使得整流平滑电 路B1的输出电压不会大于或等于预定的电压水平,串联稳压器B7 使输出端子VDD稳压。并联稳压器B6和串联稳压器B7,根据从控 制部B11输入的控制信号S2和S3,控制上述电压控
制动作。
电源电路B5的输出
电源电压VDD,作为内部电路B8的动作电 源电压被提供给内部电路B8。内部电路B8由接收部B9、发送部B10、 控制部B11、以及
存储器B12构成。接收部B9,对由IC卡IC所具 有的天线L1接收的根据信息信号进行了调制的交流信号进行解调, 将所获得的数字信息信号提供给控制部B11。进而,接收部B9还具 有生成
时钟信号的功能。发送部B10,接收控制部B11生成的数字信 息信号,根据该信息信号对天线L1接收到的交流信号进行调制。在 图5中没有示出,在发送部B10的输出侧配置进行上述调制的负载调 制电路。读写器35,接收来自天线L1的电磁波的反射通过上述调制 而发生变化的情况,并且接收来自控制部B11的信息信号。
另外,将IC卡ICC与读写器35之间进行的发送和接收,划分为 接收来自读写器35的已经被调制的电磁波并接收数据的接收时、进 行接收无调制的电磁波并生成数据等的内部处理的内部处理时、以及 将所生成的数据发送到读写器35的发送时。在本
说明书中,将接收 时和内部处理时总称为“发送时以外”。
图7表示电源电路B8的基本电路结构。在图7中,整流平滑电 路B 1与天线端子LA和LB连接,并联稳压器B6与连接在整流平滑 电路B1的输出端子上的连接点N2连接,串联稳压器B7连接在连接 点N2与输出电压端子VDD之间。进而,在图7中,负载调制电路 B3连接在天线端子LA与接地之间。
整流平滑电路B1,由整流电路和平滑电容构成,对输入到天线 端子LA和LB的交流信号进行整流和平滑处理,在连接点N2与接 地端子之间获得输出电压V2。
并联稳压器B6,被控制信号S2控制是否可以进行稳压动作。并 联稳压器B6,在发送时以外可以进行动作,在这种情况下,通过使 流到连接点N2与接地端子的电流发生变化,控制输出电压V2,使得 输出到连接点N2的电压水平不会大于或等于预定的电压,并联稳压 器B6,在发送时不可以进行动作,在这种情况下,停止上述稳压动 作。
串联稳压器B7,被控制信号S3控制是否可以进行稳压动作。在 发送时可以进行动作,在这种情况下,通过使与连接点N2和输出端 子VDD串联连接的电阻发生变化而进行控制,使得输出到输出端子 VDD的电压水平不会大于或等于预定的电压,串联稳压器B7,在发 送时以外不可以进行动作,在这种情况下,停止上述稳压动作。
在图7中,在通过负载调制电路B3的接通、断开向读写器发送 数据时,可以通过禁止并联稳压器B6的动作、允许串联稳压器B7 的动作,防止由负载调制电路B3造成的电流变化的抵消。反之,在 不进行基于负载调制电路B3的数据发送时,即停止了负载调制电路 B3的接通断开动作的情况下,可以通过允许并联稳压器B6的动作, 防止将IC卡IC内的电流变化传递给读写器。此时,是否可以进行串 联稳压器B7的动作,通过电路结构、串联稳压器的检测电压水平、 并联稳压器的检测电压水平等来决定即可。
通过以上的动作,就能够利用容易地将IC卡内的电流变化向读 写器传递的串联稳压器的电流变化传递特性的优点、以及抵消IC卡 内的电流变化的并联稳压器的电流变化传递特性的优点。
图8表示串联稳压器B7的一例。串联稳压器B7,由形成对应于 电源电压VDD的电压水平的变化的检测电压的电压检测电路B13、 按照电压检测电路B13的检测电压使输入端子IN1与输出
电子OUT1 之间的等效的电阻成分发生变化的MOS晶体管M1、以及
开关电路 B21构成。电压检测电路B13,由以下的电路构成。在构成电源端子 VDD的输出端子OUT1与接地端子之间设置有分压电阻R2和R3。 在这些分压电阻R2和R3的连接点获得的分压电压,被提供给运算 放大电路A1的非反相输入(+)。在运算放大电路A1的反相输入 端子(-)与接地端子之间设置有基准电压源Vref。对应于分压电压 与基准电压源Vref的差的运算放大电路A1的输出电压,经由开关电 路21被施加给MOS晶体管M1的栅极,使MOS晶体管M1的等效 电阻成分发生变化。开关电路21,由控制信号S3控制,在允许串联 稳压器B7动作时,将MOS晶体管M1的栅极与
运算放大器电路A1 连接,在不允许时,即在停止稳压动作时,将MOS晶体管M1的栅 极接地。栅极接地后的MOS晶体管M1成为近乎
短路状态,变成低 电阻。另外,为了停止稳压动作,也可以对上述栅极施加固定的电压。
图9表示并联稳压器B6的一例。由形成对应于输出端子OUT2 的电压水平的变化的检测电压的电压检测电路B13、按照电压检测电 路B13的检测电压流过电流的电压控制电流源B14、以及开关电路 B22构成。电压检测电路B13,与上述图8中的相同,因此省略对其 的说明。电压控制电流源B14,简单地由MOS晶体管M2构成。对 应于分压电压与基准电压源Vref的差的运算放大电路A1的输出电 压,经由开关电路22被施加给MOS晶体管M2的栅极。MOS晶体 管M2,根据运算放大电路A1的输出电压使流到自身的电流发生变 化。开关电路22,由控制信号S2控制,在允许串联稳压器B7动作 时,将MOS晶体管M2的栅极与运算放大电路A1连接,在不允许时, 即在停止稳压动作时,将MOS晶体管M2的栅极接地。栅极接地后 的MOS晶体管M2变成截至状态,不流过电流。为了停止稳压动作, 也可以向上述栅极施加固定的电压。
以上,根据本实施例,通过在负载调制电路B3进行动作的发送 时,使并联稳压器B6的动作停止,便能够在从非接触式IC卡至读写 器的通信中,进行稳定的数据发送。
作为并联稳压器B6的
变形例,更简单地可以用齐纳
二极管来代 替。在这种情况下,不连接电压检测电路B13,整流电压由齐纳二极 管具有的齐纳电压限制。是否允许
齐纳二极管动作,通过与齐纳二极 管串联连接的开关的接通、断开来进行控制。
此外,在上述说明中,是在IC卡ICC的印刷布线基板25上形成 天线L1,也可以将天线做成更小的线圈,将其形成在作为半导体集 成电路器件而构成的IC芯片上。这样形成有天线的IC芯片作为IC 标签(tag)发挥作用。
进而,虽然在上述说明中,天线都是线圈状的,但也可以与此不 同,构成如以下这样的电子装置,即天线是例如形成在小纸片等上的 薄且细长的带状金属图形,在天线上连接半导体集成电路器件IC的 天线端子LA、LB,由此而形成响应器的电子装置。
(实施例2)
图10表示在图7的电源电路中用1个晶体管进行整流和串联稳 压器的电压控制的第2实施例。在图10中,包括用于与IC卡ICC具 有的天线连接的天线端子LA和LB,由MOS晶体管M3、M4、M5、 M6、M7、M8;电阻R4、R5;平滑用的电容C1;以及串联稳压器控 制电路B15,构成上述日本专利申请特开2001-274339号公报所公开 的电源电路。在本实施例的电源电路中,在上述的
基础之上还连接有 并联稳压器B6。在天线端子LA的交流电压为正时,MOS晶体管M8 导通,MOS晶体管M7截止,MOS晶体管M3被施加交流电压的正 电压部分,天线端子LB接地。天线端子LA的交流电压为负时,MOS 晶体管M7导通,MOS晶体管M8截止,MOS晶体管M5被施加交 流电压的正电压部分,天线端子LA接地。MOS晶体管M3和M5中, 电流分别从天线端子LA和LB仅向电源端子VDD这一个方向流动, 并且,该电流由施加在各自栅极的电压控制。即,两个晶体管进行整 流和串联稳压器的电压控制这两个动作。
串联稳压器控制电路B15,由电压检测电路B13、电压控制电流 源B14、以及开关电路B21构成,由控制信号S3控制是否可以进行 动作。控制电流电路B15的输出电流,分别经由MOS晶体管M4和 M6,流到电阻R4、R5,分别生成施加给MOS晶体管M3和M5的 栅极的控制电压。
并联稳压器B6,由电压检测电路B13、电压控制电流源B14、以 及开关电路22构成,由控制信号S2控制是否可以进行动作。
而且,在天线端子LB与接地端子之间,连接由控制信号S1控 制的负载调制电路B3。
在允许串联稳压器控制电路B15的动作、禁止并联稳压器B6的 动作的发送时的情况下,在计算由流到负载调制电路B3的电流I1的 电流变化ΔI1所造成的流到天线端子LA的电流Iall的电流变化ΔIall3 时,如式(1)这样。其中,设定电阻R4与R5的电阻值相等。
ΔIall3=ΔI1×R4/(R4+Ro)…(1)
此外,在禁止串联稳压器控制电路B15的动作,允许并联稳压器 B6的动作的发送时以外的情况下,在计算由流到输出端子VDD的电 流I2的电流变化ΔI2所造成的流到天线端子的电流变化ΔIall4时,如式 (2)这样。
ΔIall4=0…(2)
在图10中,在通过负载调制电路B3的接通、断开向读写器发送 数据时,可以通过禁止并联稳压器B6的动作、允许串联稳压器控制 电路B15的动作,防止由负载调制电路B3造成的电流变化的抵消。 反之,在不进行基于负载调制电路B3的数据发送时,可以通过允许 并联稳压器B6的动作、禁止串联稳压器控制电路B15的动作,防止 将IC卡内的电流变化传递给读写器。
这样,不需要分离整流平滑电路和串联稳压器,就可以将本发明 应用于具有作为上述日本专利申请特开2001-274339号公报所记载的 串联稳压器的功能的整流平滑电路。
(实施例3)
图11表示在图10的电源电路中,并联稳压器与串联稳压器控制 电路共用电压检测电路的结构的第3实施例。
在图11中,稳压方式控制电路B16,具有作为图10中的串联稳 压器控制电路B15的功能、和作为图10中的并联稳压器B6的功能。 在稳压方式控制电路B16中,共用包含在图10的串联稳压器控制电 路B15中的电压检测电路B13、和包含在图10的并联稳压器B6中的 电压检测电路B13。而且,在稳压方式控制电路B16中,共用包含在 图10的串联稳压器控制电路B15中的电压控制电流源B14、和包含 在图10的并联稳压器B6中的电压控制电流源B14,并用MOS晶体 管M9来置换。
MOS晶体管M10由控制信号S2控制导通、截止,作为开关进 行动作。MOS晶体管M11由控制信号S3控制导通、截止,作为开 关进行动作。因此,在MOS晶体管M10导通,MOS晶体管M11截 止时(发送时以外),流到MOS晶体管M9的电流,流到电源端子 VDD,进行并联稳压器的动作。反之,在MOS晶体管M10截止, MOS晶体管M11导通时(发送时),流到MOS晶体管M9的电流, 流到电阻R4和R5,进行串联稳压器的动作。由此,能够简化电路, 并实现与图10同样的功能。
(实施例4)
图12表示在图10的电源电路中,并联稳压器与串联稳压器控制 电路共用电压检测电路的第4实施例。
与图11同样地,在图12中,稳压方式控制电路B16,也具有作 为图10中的串联稳压器控制电路B15的功能、和作为图10中的并联 稳压器B7的功能。在稳压方式控制电路B16中,共用包含在图10 的串联稳压器控制电路B15中的电压检测电路B13、和包含在图10 的并联稳压器B6中的电压检测电路B13。
而且,稳压方式控制电路B16,包括作为包含在图10的串联稳 压器控制电路B15中的电压控制电流源B14进行动作的MOS晶体管 M13、和作为包含在图10的并联稳压器B7中的电压控制电流源B14 进行动作的MOS晶体管M12,还包括选择将电压检测电路B13的检 测电压提供给MOS晶体管M12和MOS晶体管M13中哪一个的选择 电路B17。
选择电路B17,根据施加的控制信号S2,在允许并联稳压器B7 动作时(发送时以外),将运算放大电路A1的输出电压提供给MOS 晶体管M12的栅极,在不允许并联稳压器B7动作时(发送时),将 MOS晶体管M12的栅极
接地连接。并且,选择电路B17,根据所施 加的控制信号S3,在允许串联稳压器控制电路系统的MOS晶体管 M13动作时(发送时),将运算放大电路A1的输出电压提供给MOS 晶体管M13的栅极,在不允许MOS晶体管M13动作时(发送时以 外),将MOS晶体管M13的栅极接地连接。这样,选择电路B17 使MOS晶体管M12和M13中任一者进行动作。
因此,稳压方式控制电路B16,在选择电路17向MOS晶体管 M12提供了电压检测电路B13的检测电压时,作为并联稳压器进行动 作;在选择电路B17向MOS晶体管B13提供了电压检测电路B13的 检测电压时,作为串联稳压器控制电路进行动作。由此,能够实现与 图10同样的功能。
在图11中,MOS晶体管M9、M10、M11需要流过大的电流, 因此需要使MOS晶体管的栅极宽度变大,在芯片上的使用面积大。 但是,在图12中,需要流过大的电流的是MOS晶体管M12和M13。 因而,与图11的情况相比,能够使在芯片上的使用面积变小。
(实施例5)
图13表示内置了实施例1~实施例4的非接触式IC卡中的任一 者的本发明的便携式信息终端的第5实施例。在图13中,31是作为 便携式信息终端的便携式电话,32是便携式电话30的折叠式壳体, 33是设置于壳体32的主体的内侧表面的输入数据的输入装置,34是 在配置于壳体32的内部输入装置33的背面侧的非接触式IC卡。在 图13中没有进行图示,在壳体32的盖的内侧表面配置有显示装置。 而且,在壳体32的盖的内部设置有用于通过声音或者数据进行通信 的发送接收电路和
数据处理电路。输入到数据处理电路的数据显示在 上述显示装置上。
IC卡34,具有输出数据的端子和输入电源电压的端子,经由这 些端子与数据处理电路连接。IC卡34的内部电路的数据,通过输入 装置33的操作显示在上述显示装置上。
此外,当IC卡34放置在读写器35的附近时,与是否接通了便 携式电话31的电源无关地,与读写器35之间进行数据的发送和接收。 另外,IC卡34也可以以可拆装的方式内置在便携式电话31内。
根据本实施例,即使不经由读写器,也能够获知IC卡34拥有的 数据。能够提高IC卡34的方便性。
另外,虽然在本实施例中,IC卡34内置于便携式电话31中, 但也可以内置于所有掌中式个人计算机、笔记本式个人计算机等其他 便携式信息终端。
以上,根据实施例对本发明者实施的发明进行了具体说明,显然 本申请发明不限于上述实施例,在不脱离其中心思想的范围内可以进 行各种各样的变更。例如,控制是否可以进行并联稳压器的动作的控 制信号、和控制是否可以进行串联稳压器的动作的控制信号,也可以 通过1个控制信号来实现。
而且,在图5的非接触式IC卡中,也可以由多个半导体集成电 路器件来构成电源电路、接收部、发送部、控制部、以及存储器。本 发明可以广泛地应用于将交流电压整流和平滑生成内部电源电压的 半导体集成电路器件和非接触式IC卡。
根据本发明的一个实施形式,在包括串联稳压器和并联稳压器的 电源电路中,在发送时并联稳压器的动作停止,因此,能够从非接触 式IC卡向读写器发送稳定的数据。
本申请发明适用于IC卡等,可以广泛地应用于交通、金融、运 输、商业等领域。