非接触IC卡

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技术领域\n本发明涉及与通过非接触方式从外部供应电源的非接触IC卡，尤其 是涉及抑制元件误差和温度变动产生的通信质量的劣化的技术。\n背景技术\n以保安功能、个人辨认功能等为特征的带有CPU的IC卡大致可分 为两类，一类是通过接点与读写器进行数据通信的“带有外部接点IC卡 (接触型IC卡)”，另一类是通过电磁感应与读写器进行数据通信的“非 接触IC卡”。其中，利用无线电进行数据通信的非接触IC卡由于不需要 与外部机器连接的接点，因而具有良好的耐用性。另外，接收的电波经 过整流器整流后可以作为IC工作所必需的DC电源，所以不需要电池， 能够有效地实现系统的小型化和低成本化。\n图9表示过去的非接触IC卡的结构。如图9所示，非接触IC卡中 具有天线线圈L1和半导体集成电路2。半导体集成电路2包括调谐电容 Ct、充电电容Ca、整流器3、分流调节器4、解调器6、数字信号处理部 7、调制器8。调谐电容Ct与天线线圈L1并联连接后，与整流器3的输 入端相连接。如图10所示，整流器3中使用了由二极管D1-D4组成的全 波整流电路。天线线圈L1所接受到的信号经过整流器3整流并对电容Ca 进行充电，生成数字信号处理部7的电源VDD。解调器6将叠加在电源 VDD上的RX信号(接收信号)抽出。RX信号在由CPU和存储器等构 成的数字信号处理部7进行信号处理。调制器8将随着数字信号处理部7 送来的TX信号(发送信号)对天线线圈之间的阻抗进行调制。分流调 节器4是防止电源VDD超过半导体集成电路2的耐压的电路。\n这里，通信方式为ISO/IEC 14443 Type-B，通信频率为13.56MHz， 传送速率为106kbps，从读写器向非接触IC卡传送时的调制方式为 10％ASK调制，从非接触IC卡向读写器传送时的调制方式为BPSK。此 时，解调器6可以察觉电源VDD的振幅变动，从而将RX信号抽出。\n供应给非接触IC卡1的电力取决于卡式线圈(天线线圈L1)接受 的磁场强度。当线圈之间的距离小于读写器的天线线圈的尺寸时，磁场 强度基本一定，但当线圈之间的距离大于读写器的天线线圈的尺寸时， 磁场强度则以与距离平方成反比的形式而衰减。通常非接触IC卡与读写 器之间的距离的变化大于天线线圈的尺寸，所以供给IC卡的电力也有很 大变动。例如，假设接受电力为10mW时的半导体集成电路2的VDD 电源为3V。如果非接触IC卡接近读写器，使得接收电力为90mW，电 源VDD就会上升到9V。对于现在的半导体工艺所制造的晶体管来说， 当栅极氧化膜厚为10nm时，其耐压为5V左右。这种电源VDD的上升 就会损坏晶体管。\n为了控制这种电源VDD的电压上升，采用了分流调节器4以消耗多 余的电力。图11为现有的分流调节器4的电路图。通过电阻R1、R2对 电源VDD进行电阻分割，再与nMOS晶体管M1的栅极连接。晶体管 M1的源极与接地电压VSS连接，漏电极与电源VDD连接。此时，分流 调节器4的动作电压Va取决于R1与R2的电阻比以及晶体管M1的阈值 电压Vt。例如，当Vt＝0.7V、R1＝400kΩ、R2＝100kΩ时，\nVa＝(R1+R2)/R2×Vt＝3.5\n从而可以控制电源VDD的上升不超过3.5V。\n发明内容\n(本发明所要解决的问题)\n但是，由于工艺的误差和温度的波动度，即使是同一电源VDD，如 图11所示的分流调节器的消耗电力也会不同。特别是对于采用MOS晶 体管的分流调节器，其误差更大。例如，MOS晶体管的阈值电压Vt变 化0.1V时，流经晶体管的电流以及消耗电力就会变化30％左右。这样如 果要在Vt出现离散分布的情况下也能控制集成电路内的DC电压为耐压 以下，就必须增大分流调节器的消耗电力。但是，对于象ASK调制这样 的调制方式的无线电系统，分流调节器的消耗电力越大，RX信号的信号 强度就越低，通信质量就会劣化。\n图12表示过去的分流调节器4相对于电源VDD的消耗电力的频率特 性。其特性在整个频率范围内基本上是平坦分布。另外，图13表示ASK 调制信号经整流器3整流后的电源VDD的频率特性。它可以分为DC、 从100kHz到数MHz的RX信号频带、大于10MHz的载波频带等3类。 现有的分流调节器所能衰减掉的不仅有DC、而且也包括RX信号。\n本发明的目的在于解决上述问题，提供能够抑制通信质量劣化的非接 触IC卡。\n(解决方法)\n根据本发明的一个状态，非接触IC卡从外部以非接触形式获得电源， 包括：将接受到的信号整流而生成电源的整流器、从所述整流后的电源 中将RX信号频带之外的包含DC的信号成分衰减的分流调节器、和从 利用所述分流调节器将RX信号频带之外的信号成分衰减后的电源中对 所述RX信号进行解调的解调电路。\n根据本发明的另一个状态，非接触IC卡具有天线线圈和半导体集成 电路。天线线圈以非接触方式从外部接收信号。半导体集成电路包括整 流器、分流调节器、解调器和数字信号处理部。整流器将天线线圈所接 受到的信号经过整流生成电源。分流调节器将电源的比RX信号频带低 频的包含DC的信号成分衰减。解调器从利用分流调节器将比RX信号 频带低频的信号成分衰减后的电源中抽出RX信号。数字信号处理部接 收经过整流器整流的电源，对经过解调器抽出的RX信号进行处理。\n上述非接触IC卡中由于设有消耗电源的低频成分的电力的分流调节 器，所以能够抑制通信质量的劣化。\n根据本发明的又一状态，非接触IC卡具有天线线圈和半导体集成电 路。天线线圈以非接触方式从外部接收信号。半导体集成电路包括RX 解调部和信号处理部。RX解调部包括第1整流器、分流调节器和解调器。 第1整流器对天线线圈接收到的信号进行整流，形成第1电源。分流调 节器将第1电源的比RX信号频带低频的包含DC的信号成分衰减。解 调器从利用分流调节器将比RX信号频带低频的信号成分衰减后的第1 电源中抽出RX信号。信号处理部包括第2整流器和数字信号处理部。 第2整流器对天线线圈接收到的信号进行整流，形成第2电源。数字信 号处理部接收第2电源，对经过解调器抽出的RX信号进行处理。\n由于上述非接触IC卡中将RX解调器和信号处理部分离开来，所以 能够减轻数字信号处理部产生的噪声对解调器的影响。\n所希望的是，上述分流调节器再消耗掉电源或第1电源的高频成分的 电力。\n利用上述非接触IC卡可以除去载波成分的噪声。\n所希望的是，上述分流调节器包括低通滤波器和晶体管。低通滤波器 可以使电源或第1电源的低频的频率成分通过。晶体管连接在接受电源 或第1电源的电源节点和接收接地电压的接地节点之间，低通滤波器的 输出与栅极连接。\n所希望的是，上述分流调节器包括带阻滤波器和晶体管。带阻滤波器 可以使电源或第1电源的低频和高频的频率成分通过。晶体管连接在接 受电源或第1电源的电源节点和接收接地电压的接地节点之间，带阻滤 波器的输出与栅极连接。\n所希望的是，上述晶体管为MOS晶体管。\n所希望的是，上述低频的频率为10kHz以下。\n所希望的是，上述高频的频率为10MHz以上。\n所希望的是，上述半导体集成电路还包括TX调制部。TX调制部将 随着数字信号处理部送来的TX信号对天线线圈之间的阻抗进行调制。\n所希望的是，上述整流器为全波整流电路。\n所希望的是，上述解调器对ASK调制信号进行解调。\n附图说明\n图1是表示本发明第1实施方式的非接触IC卡的结构的方框图。\n图2是图1所示的分流调节器的电路图。\n图3为图2所示的分流调节器的消耗电力的频率特性。\n图4是表示本发明第2实施方式的非接触IC卡的结构的方框图。\n图5是图4所示的分流调节器的部分结构的电路图。\n图6为图4所示的分流调节器的消耗电力的频率特性。\n图7是采用带阻滤波器(BRF)的分流调节器的电路图。\n图8是表示本发明第3实施方式的非接触IC卡的结构的方框图。\n图9是表示现有的非接触IC卡的结构的方框图。\n图10是图9所示的整流器的构成电路图。\n图11是图9所示的分流调节器的构成电路图。\n图12为图9所示的分流调节器的消耗电力的频率特性。\n图13为整流后的电源的频率特性。\n(符号说明)\n1-非接触IC卡；2-半导体集成电路；3、30-整流器；10、40、 70、81-分流调节器；6-解调器；7-数字信号处理部；8-调制器；80 -RX解调器；90-信号处理部；L1-天线线圈；M1、M2-MOS晶体 管；RX-接受信号(RX信号)；TX-发送信号(TX信号)；11、41- 低通滤波器；71-带阻滤波器。\n具体实施方式\n以下对本发明的实施方式进行说明。在以下图中，对于具有相同功 能的结构要素采用与现有技术相同的符号，故省略其说明。\n(第1实施方式)\n首先，利用图1说明本发明的第1实施方式的非接触IC卡。\n与现有例(图9)不同的是设置了具有相对于电源VDD的频率特性 的分流调节器10。如图2所示，分流调节器10包括低通滤波器(LPF) 11和nMOS晶体管M1。LPF11只让电源VDD的低频成分通过。通过了LPF11 的信号输出到晶体管M1的栅极。晶体管M1的漏极和源极分别与电源VDD 和接地VSS连接。如图2所示，LPF11由电阻R1、R2和电容C1组成。 例如，当R1＝100kΩ、R2＝400kΩ、C1＝50pF时，LPF11的截止频率为30kHz 左右。此时，分流调节器10的消耗电力如图3所示，在电源VDD的低频 频率(30kHz以下)处较大，在包括RX信号的信号频率区间(从100kHz 到数MHz)的高频频率处较低。这意味着即使为了抑制电源VDD的上升 而增加分流调节器10的电力消耗，也不会对RX信号产生影响。因此， 可以抑制由于离散性和温度变动所引起的通信质量的劣化，实现高性能 的非接触IC卡。\n还有，这里所采用的调制电路8、整流器3、分流调节器10、RX信 号频率、传送速率、通信频率、调制方式只是一个具体的例子，本发明 并不只限这个具体例。\n例如，虽然整流器3采用了全波整流电路，但只要是交流信号的整 流电路都可以。\n另外，虽然调制器8连接在天线线圈之间，但也可以连接在电源VDD 和VSS之间。只要是调制天线之间的阻抗的调制器都可以。还有，对于 不需要进行传送的系统，也可以不要调制器8。\n另外，分流调节器10中采用了MOS晶体管M1，也可以采用双极晶 体管。\n另外，调试方式可以采用ASK调制方式，也可以FSK调制方式。\n关键在于具有在电源VDD的低频频率的消耗电力大而在RX信号的信 号频率区间的消耗电力小的分流调节器的非接触IC卡都包含在本发明之 中。\n(第2实施方式)\n接着，利用图4说明本发明的第2实施方式的非接触IC卡。\n图4所示的非接触IC卡将图1的分流调节器10改换成分流调节器 40。其他结构均与图1所示的非接触IC卡相同。与第1实施方式不同的 是，分流调节器40还会消耗电源VDD的高频频率的电力。\n分流调节器40除了图1所示的分流调节器10的结构(LPF11、nMOS 晶体管M1)之外，还包括LPF41和pMOS晶体管M2。LPF41只让电源VDD 的低频成分通过。通过了LPF41的信号输出到晶体管M2的栅极。晶体管 M2的源极和漏电极分别与电源VDD和接地VSS连接。如图5所示，LPF41 由电阻R3、R4和电容C2组成。例如，当R3＝10kΩ、R4＝40kΩ、C2＝5pF 时，LPF41的截止频率为3MHz左右。此时，分流调节器40的消耗电力 如图6所示，在电源VDD的低频频率(30kHz以下)处和高频(3MHz以 上)处较大，在RX信号的信号频率区间(从100kHz到3MHz)处较低。 这样能够减轻电源VDD的上升以及载波信号或其他频率所产生的噪声。 这里所指的其他频率产生的噪声是存储器和CPU等数字信号处理部7所 产生的噪声。通过上述方法，可以抑制由于工艺的误差和温度变动所引 起的通信质量的劣化，实现高性能的非接触IC卡。\n还有，这里所采用的分流调节器40只是一个具体的例子，本发明并 不局限这一具体例。\n例如，也可以采用如图7所示的分流调节器70来代替分流调节器40。 如图7所示的分流调节器70采用了带阻滤波器(BRF)来代替图1和图 2所示的分流调节器10中的LPF11。此时的频率特性如图6所示，能够 除去载波频带的信号成分。\n关键在于具有在电源VDD的低频和高频频率的消耗电力大的分流调 节器的非接触IC卡都包含在本发明之中。\n另外，RX信号频带与高频频带的消耗电力也可以相同。这样通过减 轻高频频带的消耗电力，可以减小RX信号频带的信号质量。\n如上所述，本发明对于实现高性能的非接触IC卡非常有用。\n(第3实施方式)\n接着，利用图8说明本发明的第3实施方式的非接触IC卡。\n与第1和第2实施方式的不同之处在于，半导体集成电路2的内部 分别设有RX解调器80和信号处理部90。\nRX解调器80包括整流器3、分流调节器81、充电电容Ca和解调器 6。\n信号处理部90包括整流器30、充电电容Cb、分流调节器91、数字 信号处理部7。\n整流器3和整流器30的输入与天线线圈L1连接。整流器3所整流 的信号与充电电容Ca和分流调节器81连接，生成电源VDD1。解调器6 从电源VDD1中抽出RX信号。\n整流器30所整流的信号与充电电容Cb和分流调节器91连接，生成 数字信号处理部7的电源VDD2。数字信号处理部7对利用解调器6抽出 的RX信号进行信号处理。\n这里，分流调节器81采用与第1和第2实施方式相同的分流调节器。 这样，与第1和第2实施方式一样，能够实现没有通信质量劣化的非接 触IC卡。\n另外，由于将信号处理部90与RX解调器80分离开来，可以更加减 轻数字信号处理部7产生的数字噪声对解调器6的影响。\n如上所述，本发明对于实现高性能的非接触IC卡非常有用。\n(发明效果)\n本发明的非接触IC卡由于设有在电源的低频频率消耗电力的分流调 节器，所以能够抑制通信质量的劣化。\n另外，由于分流调节器还在电源的高频频率消耗电力，所以能够除 去载波成分的噪声。\n另外，由于将信号处理部与RX解调器分离开来，可以减轻数字信号 处理部产生的数字噪声对解调器的影响。