一种非接触智能卡芯片的频率自适应电路制造技术

本发明专利技术提供了一种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，采用本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触智能卡芯片的频率自适应电路
本专利技术涉及集成电路非接触智能卡
，尤其涉及一种非接触智能卡芯片的频率自适应电路。
技术介绍
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（FrequencyAdaptive，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。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。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。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种非接触智能卡芯片的频率自适应电路，本专利技术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。为了达到上述技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：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；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；所述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，环形振荡器的振动频率减小，所述频率自适应电路运行速度减慢。本专利技术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，采用本专利技术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。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。附图说明图1是现有非接触智能卡芯片的频率自适应电路结构图。图2是本专利技术的非接触智能卡芯片的频率自适应电路结构框图。图3是本专利技术具体实施的非接触智能卡芯片的频率自适应电路结构图。图4是本专利技术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。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，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专利技术的其他优点与功效。本专利技术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，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。参看图2，为本专利技术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。参看图3，为本专利技术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。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。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1~5本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n所述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，环形振荡器的振动频率减小，所述频率自适应电路运行速度减慢。/n...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永成，孙志亮，霍俊杰，
申请(专利权)人：紫光同芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11