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用于非接触式IC卡的高频接口模块设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:在论述非接触式IC基本结构的基础上,介绍一种应用于非接触式IC卡的高频接口电路的设计方案,分析该接口电路各个模块的结构和整个电路的工作过程。事实表明,该高频接口电路实现了对接收能量的转换和整流稳压,为内部逻辑电路提供了稳定的电压,可以应用于非接触式IC卡芯片中。
  
  关键词:非接触式IC卡高频接口电路整流稳压模块调制解调模块
  
  引言
  
  随着微电子和无线通信技术的发展,非接触式IC卡技术也得到蓬勃发展,但国内设计非接触IC卡的技术不够成熟。高频接口电路设计是非接触式IC卡设计的关键技术之一,文中将介绍一种高频接口电路的设计。
  
  1IC卡的基本结构
  
  图1是一个具有逻辑加密功能的非接触式IC卡的结构方块图。对于具有逻辑加密功能的非接触式IC卡,一般包括IC芯片和天线线圈(耦合线圈)。IC芯片又包括高频接口电路、逻辑控制电路、存储器等部分。
  
  2高频接口模块设计
  
  IC芯片内的高频接口电路是非接触式IC卡的模拟、高频传输通路和芯片内的数字电路之间的一个接口。它从芯片外的耦合线圈上得到感应电流,整流稳压后给芯片提供电源。从阅读器发射出来的调制高频信号,在高频界面经解调后重新构建一产生在逻辑控制电路中进一步加工的数字式串行数据流(数据输入)。时钟脉冲产生电路从高频场的载波频率中产生出用于数据载体的系统时钟。图2为具有负载调制器的高频界面方框图。
  
  为了将芯片内处理后的数据传回到阅读器,高频界面也包括有负载波调制器或反向散射调制器。它们由传送的数字化数据控制。
  
  图3为卡的模块结构框图。整流稳压模块主要是接收阅读器发来的载波,将载波信号转变成直流信号,以作为非接触IC卡内部芯片的电源使用;同时不能因为阅读器发来的不间断载波而使芯片内部电源电压无限增大。调制解调模块主要是将阅读器发来的信号从载波信号中取下来;在IC卡发送信号时将内部的数字信号转换成模拟信号,并上载到载波信号中以传输给阅读器。
  
  (1)整流稳压模块的设计
  
  该模块主要包括基准源电路、电压调节电路和电源开关电路。基准源电路由二级CMOS差分放大电路和晶体管电路构成的能隙基准源组成。其结构如图4。
  
  有源电阻P0和多晶电阻R7组成偏置电路,为电路提供偏置电流。二级差分放大器的两个输入连接在Q1端和Q2端。由基准源原理可知,只有放大电路的输入失调电压很小,并且不受温度的影响时,基准源的输出才可以保持好的性能。根据放大器和能隙基准源原理可得:
  
  I1R6=I2R4(1)
  
  由(1)式可知,电路中放大器的输入失调电压几乎为零,故稳定后REF点的电压值为:
  
  VREF=VQ1+VR6=VQ1+R6I1=VQ1+I2R4(2)
  
  因PNP晶体管的基极和集电极相连,故VQ1值相当于晶体管中BE结二极管的正向压降VBE值,为0.6~0.8V。
  
  晶体管中BE结温度系数为负,电阻温度系数为正,在(2)式中VQ1和VR6随温度的变化可以相互补偿,故该基准源的输出VREF对温度变化不敏感。电压调节电路是稳压电路中的核心部分,包括两个一级CMO

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