芯片卡的制作方法

芯片卡的制作方法
【专利摘要】芯片卡。根据一个实施方式，描述了具有一个或多个要供给的部件和电流源的芯片卡，所述电流源被设立为给所述一个或多个要供给的部件提供具有预定义的电流强度的供给电流。
【专利说明】芯片卡

【技术领域】
[0001] 实施例一般性地涉及芯片卡。

【背景技术】
[0002] 根据规范，SM卡允许根据不同的运行参数通常仅需一个给定的最大电流。但是 通常，SIM卡的运行电流强烈依赖于由SIM卡实施的操作并且可以在几种情形中高于允许 的极限。相应地期望有效措施来限制电流消耗，而不在具有较小电流消耗的运行状态中降 低性能。


【发明内容】

[0003] 根据一个实施方式提供一种芯片卡，该芯片卡具有一个或多个要供给的部件和电 流源，该电流源被设立为一个或多个要供给的部件提供具有预定义的电流强度的供给电 流。

【专利附图】

【附图说明】
[0004] 附图将用于图解不同实施例的原理。下面参照以下附图描述不同的实施例。
[0005] 图1示出芯片卡。
[0006] 图2示出根据一个实施例的供给电路。
[0007] 图3示出根据另一实施例的供给电路。
[0008] 图4示出根据另一实施例的供给电路。

【具体实施方式】
[0009] 以下详细的描述参照示出了细节和实施例的附图。这些实施例被详细地描述，使 得专业人员能够实施本发明。其他实施方式也是可能的并且实施例可以在结构、逻辑和电 的方面被改变，而不偏离本发明的主题。不同的实施例不一定相互排斥，而是不同的实施方 式可以相互组合，从而形成新的实施方式。
[0010] 通过编程中的措施，例如通过插入功率损耗少的操作(例如Ν0Ρ)或者可能暂时 (准）静止地减小系统频率，芯片卡的电流消耗可以保持在允许的极限以下。但是为此需要 用于芯片卡的编程的较高耗费。此外，在此通常必须遵循相对于允许电流比较大的安全距 离，从而性能可能比原来的要小。
[0011] 还可以设置集成的自动性，该自动性在当前的电流消耗超过调准的阈值时遮蔽系 统时钟脉冲。这可以利用具有带相关时间常数的积分特性的调节回路来实现，该时间常数 由于必要的同步而通常具有显著的静止时间。该时间常数在此可以被选择为使得对电流限 制的小违犯不被调整，以便保证系统的高的性能。对于短的时间常数来说，积分快速地进入 饱和，从而被遮蔽的时钟脉冲不被完全考虑到并且因此平均起来有过多时钟脉冲被遮蔽。 在长的时间常数的情况下，该机制非常适合于调整电流平均值。
[0012] 但是，该调整由于静止时间和调节参量的大的非线性而周期性地进行，使得有规 律地出现超过。此外还进行具有相对大的延迟的强负荷变换的调整，使得在所允许的超过 的持续时间方面的规范仅能困难地被遵守。
[0013] 由于调节回路而形成的时钟脉冲分组产生系统中的高负荷变换，其仅能困难地被 调整。
[0014] 下面描述具有要供给部件的能量供给的芯片卡，该芯片卡使得能够使用快速调节 回路来确保在所需范围中的电压和电流。
[0015] 图1示出芯片卡100。
[0016] 芯片卡100具有一个或多个要供给的部件101。
[0017] 芯片卡100还具有电流源102,该电流源被设立为一个或多个要供给的部件提供 具有预定义电流强度的供给电流。
[0018] 在一个实施方式中，换句话说，供一定量要供给部件使用的电流被规定到预定义 的值(例如根据规范允许的值)。在多个要供给部件的情况下，要供给部件中的每一个例如 需要供给电流的一部分，使得具有预定义电流强度的供给电流被输送给要供给部件的总 体。要供给的部件例如是芯片卡的内部耗电器，例如逻辑电路。
[0019] 例如，纵向调节器(用于能量供给）被设置在如下运行状态中，在该运行状态中纵 向调节器引起对要供使用的电流的限制。用于电压限制的功能可以用于确保可靠工作的系 统(例如要供给部件的正确功能)。该运行状态由此实现了所述纵向调节器作为电流源来运 行。电流源的工作点例如通过调节晶体管的标度副本和电流参考来调整。借助于所述电流 参考可以调整用于要供给部件的供给电流的期望值。在此，另外的调节器和要供给部件的 总电流的附加分量同样可以被考虑。
[0020] 芯片卡例如具有参考电流源，其中预定义的电流强度通过该参考电流源的电流强 度被预定义。
[0021] 参考电流源的电流强度的温度相关性例如可以调整。
[0022] 芯片卡也可以具有存储器，该存储器被设立存储如下值，通过该值来预定义经预 定义的电流强度。
[0023] 根据一个实施方式，芯片卡具有调节器，该调节器被设立将供给电流调节到预定 义的电流强度。
[0024] 根据一个实施方式，芯片卡具有调节器，该调节器被设立控制一个或多个要供给 部件中的一个要供给部件，使得在该要供给部件的两个节点之间的电压高于预给定的阈值 或者使得该电压位于两个预给定的阈值之间。
[0025] 所述两个节点例如是用于要供给部件的高供给电势的能量供给输入节点和用于 低供给电势的能量供给输入节点。
[0026] 所述两个节点也可以是要供给部件的两个内部节点。
[0027] 所述调节器例如被设立为通过控制时钟脉冲信号来调节电压，所述时钟脉冲信号 被输送给要供给部件。
[0028] 所述调节器例如被设立为当电压低于预给定阈值时减少每时间单位的时钟脉冲 信号的时钟脉冲数量。
[0029] 所述调节器例如可以被设立为当电压低于预给定阈值时遮蔽时钟脉冲信号的时 钟脉冲。
[0030] 根据一个实施方式，电流源具有如下电流电平，该电流电平被设立为通过对参照 电流进行镜像来提供供给电流。
[0031] 所述一个或多个要供给的部件例如是多个要供给的部件，并且电流源例如被设立 为给每个要供给的部件输送供给电流，使得供给电流的电流强度之和等于预定义的电流强 度。
[0032] 预定义的电流强度例如可调整。
[0033] 根据一个实施方式，芯片卡具有调节器，该调节器作为电流源运行并且调节所述 一个或多个要供给部件上的电压(通过适当措施)。
[0034] 下面更精确地描述示例。
[0035] 根据不同的实施方式，运行电流(供给电流）与其额定值的偏差的积分直接在地与 供给电压之间的电容上进行。根据一个实施方式，纵向调节器作为电流源来运行，使得对外 得出要供给部件的基本上恒定的电流消耗。由此对于要供给部件的内部电路来说，只要其 电流消耗超过预先给定的值，就得出受迫的电流缺乏。要供给部件的变化的电流消耗因此 导致变化的内部电压。例如通过低电压保护确保了，内部运行电压不落到所定义的最小值 以下。例如，如果电压低于定义的阈值，则为要供给部件提供时钟脉冲信号的振荡器同步地 停止。只要内部的供给电压再次达到足够高的值，振荡器就再次被异步激活并且生成系统 时钟脉冲。
[0036] 图2示出供给电路200。
[0037] 供给电路200例如布置在芯片卡上并且用于对要供给的部件201进行能量供给。
[0038] 要供给的部件201经由第一能量供给节点202与地(或VSS)连接并且经由第二能 量供给节点203被供给电流。
[0039] 第二能量供给节点203与第一 η沟道晶体管204的源极端子连接，该晶体管的漏 极端子与外部供给电势连接，并且其栅极端子与第二η沟道晶体管205的栅极端子连接。第 二η沟道晶体管205的漏极端子与供给电势连接。
[0040] 参考电流源206布置在第二η沟道晶体管205的源极端子与地之间。第二η沟道 晶体管205的源极端子还与运算放大器207的输入端连接。经由第二输入端向运算放大器 207输送参考电压。运算放大器207的输出端与η沟道晶体管204、205的栅极端子连接。
[0041] 调节器208的第一输入端209与第一 η沟道晶体管204的源极端子连接，并且调 节器208的第二输入端210与第二η沟道晶体管205的源极端子连接。调节器208的输出 端211与要供给的部件连接以输送控制信号。
[0042] η沟道晶体管204、205的栅极电压借助于运算放大器207被调整为，使得第二η沟 道晶体管205的源极电势与施加在运算放大器207上的参考电压相对应。
[0043] 通过参考电流定义流经第二η沟道晶体管205的电流。在假设η沟道晶体管204、 205的源极电势一致的情况下,这些晶体管作为电流镜工作。第一 η沟道晶体管204因此为 要供给的部件201提供通过电流镜的镜因数a (例如a=1000)定义的多倍的参考电流。
[0044] 如果要供给的部件201的标称消耗超过提供的电流，则第二能量供给节点203上 的电势（即要供给的部件201上的电压)下降。调节器208借助于合适的措施负责恰好将要 供给的部件的电流消耗调整为，使得η沟道晶体管204、205的源极电势一致。相同源极电 势的假设因此是成立的。
[0045] 因为总系统的消耗受到流经第一 η沟道晶体管204的电流的主导，因此总电流可 以基本上通过参考电流来调整。
[0046] 调节器208可以通过遮蔽系统或振荡器时钟脉冲来降低要供给的部件201的电流 消耗，并且因此将源极电势保持在相同的值(下面称为变型1)。
[0047] 调节器208例如可以作为节点--η沟道晶体管的源极端子--之间的比较器来 实现(变型2)。
[0048] 将调节器208实现为比较器的示例在图3中示出。
[0049] 图3示出供给电路300。
[0050] 供给电路300与供给电路200类似地具有要供给的部件301、能量供给节点302、 303、η沟道晶体管304、305、参考电流源306和运算放大器307。
[0051] 调节器208在该示例中如下实现。第二运算放大器308的两个输入端与第一 η沟 道晶体管304的源极端子或第二η沟道晶体管305的源极端子连接。
[0052] 第二运算放大器308的输出端与ρ沟道晶体管309的栅极端子连接，该ρ沟道晶 体管309的源极端子与第一 η沟道晶体管304的源极端子连接，并且其漏极端子是调节器 的输出端，其中对应的控制信号在该示例中控制振荡器310,该振荡器为要供给的部件301 提供时钟脉冲信号。
[0053] 工作点电流源311连接在ρ沟道晶体管309的漏极端子和地之间。此外，控制电 路312设置在运算放大器308和地之间。
[0054] 在该示例中，调节器实施为具有工作点电流(通过工作点电流源311提供）的电流 支路。该调节器这样控制Ρ沟道晶体管309的栅极电势，使得η沟道晶体管304、305的源 极电势相等(变型3a)。
[0055] 因此可以实现对遮蔽由振荡器310提供的时钟脉冲信号的时钟脉冲的快速反应 时间以及对源极电势的精确均衡。尤其是可以在平均上达到节点电势的一致性。
[0056] 控制电路312还可以设置用于在要供给部件的电流消耗低于通过参考电流调整 的值的情况下将P沟道晶体管309的栅极电势限制到预定义的最小值(变型3b)。
[0057] 电容313还可以设置为确保η沟道晶体管304、305的源极端子的动态耦合(变型 3c)。因为流经η沟道晶体管的电流与相应的源极电势呈非线性关系，因此对于精确的电流 调节需要源极电势在每个时间点的尽可能准确的一致性。
[0058] 在一个实施方式中，芯片卡具有多个要供给的电压域(分别具有一个或多个要供 给的部件)，其中存在时变的、相关的电流消耗。
[0059] 下面假设：要供给的部件属于第一电压域并且所有其他电压域中的电流消耗之和 不超过允许的最大值。
[0060] 在图4中示出一种供给电路，其中针对(在该示例中）另一电压域的供给电流的加 权镜像在求和节点(第二η沟道晶体管205的源极端子）处被减去，并且因此在对第一 η沟 道晶体管204的工作点进行调整时被考虑。
[0061] 图4示出供给电路400。
[0062] 供给电路400与供给电路200类似地具有要供给的部件401、能量供给节点402、 403、η沟道晶体管404、405、参考电流源406、运算放大器407和调节器408。
[0063] 假设：要供给的部件401属于第一电压域，并且芯片卡在该示例中具有第二电压 域，该第二电压域具有要供给的第二部件409。
[0064] 与要供给的第一部件401类似地，要供给的第二部件具有与地连接的第一能量供 给节点411和第二能量供给节点412。
[0065] 第二能量供给节点412与第一 p沟道晶体管412的漏极端子耦合，其源极端子与 供给电势耦合并且其栅极端子与第二P沟道晶体管413的栅极端子耦合。第二p沟道晶体 管413的源极端子与第二η沟道晶体管405的源极端子耦合。对应的连接节点也称为求和 节点。
[0066] 第二运算放大器414以一个输入端与第一 ρ沟道晶体管412的漏极端子连接并且 经由第二输入端获得第二参考电压。第二运算放大器414的输出端与ρ沟道晶体管412、 413的栅极端子连接。
[0067] 如果其他电压域中的电流消耗近似恒定，则这可以被考虑为提前量(例如在参考 电流源206的情况下)。于是可以放弃如在供给电路400情况下在求和节点处的求和。
[0068] 如在图4中所示的，用于附加的电压域的纵向调节晶体管可以是ρ沟道晶体管412 (变型5)。替换地可以使用η沟道晶体管。
[0069] 作为ρ沟道晶体管和η沟道晶体管可以在所有实施方式中使用例如pMOS晶体管 或nMOS晶体管。替换地可以使用每种类型的晶体管。一般地可以使用每种类型的元件，其 中电阻或电流可以被控制。
[0070] 所述镜像在针对其他电压域的供给电路400的情况下等效于具有镜像因数a'的 针对第一电压域的镜像。如果a尹a'，则该区别可以在另外的位置处得到补偿。
[0071] 第二ρ沟道晶体管413 (输出耦合晶体管）的漏极电压可以被级联，以便使通过ρ 沟道晶体管412、413的最终输出电阻的镜像误差最小化(变型6)。
[0072] 在求和节点处的电流相减可以被加权并且必要时被个别芯片地调整以均衡可能 的错误匹配(变型7)。
[0073] 加权可以通过附加的重新镜像来实现(变型8)，必要时利用级联。
[0074] 在一个实施方式中，芯片卡具有多个要供给的电压域(分别具有一个或多个要供 给的部件)，其中存在时变的、相关的电流消耗，其中（与图4的示例不同)假设要供给的部件 201属于第一电压域并且在所有其他电压域中的电流消耗之和可以至少暂时地超过允许的 最大值。
[0075] 在该情况下可以设置其他调节器，所述其他调节器借助于合适的措施降低在附加 的域中产生的电流消耗(变型9)。这些调节器可以与调节器208类似地来实现并且在其他 电压域中采取类似措施(例如遮蔽时钟脉冲)。
[0076] 由参考电流源206提供的参考电流的强度可以被调整为使得可以达到不同的允 许最大供给电流(变型10)。
[0077] 由参考电流源206提供的参考电流的强度可以例如被个别芯片地调整，以便例如 平均误差(变型11)。
[0078] 由参考电流源206提供的参考电流的强度可以在其温度相关性方面(例如个别芯 片地）调整(变型12)，使得例如可以在关于温度的性能和调整提前量之间找到折中。
[0079] 对温度相关性的调准例如可以通过具有正温度相关性的参考电流（PTAT参考 电流，英文：proportional to absolute temperature (与绝对温度成比例））和具有负 温度相关性的参考电流（NTAT参考电流，英文negatively proportional to absolute temperature (与绝对温度成负比例））的可调整混合来进行(变型13)。
[0080] 尽管本发明首先参照特定实施方式被示出和描述，但是熟悉本专业领域的人员应 当理解，可以在构型和细节方面对本发明进行大量改变，而不会偏离本发明的实质和范围， 如其通过下面的权利要求定义的那样。本发明的范围因此通过所附的权利要求确定，并且 意图是包括落入权利要求的字面意义和等效范围中的全部变化。
【权利要求】
1. 芯片卡，具有： 一个或多个要供给的部件；和 电流源，其被设立为给所述一个或多个要供给的部件提供具有预定义的电流强度的供 给电流。
2. 根据权利要求1所述的芯片卡，还具有参考电流源，其中所述预定义的电流强度通 过参考电流源的电流强度被预定义。
3. 根据权利要求2所述的芯片卡，其中参考电流源的电流强度的温度相关性可调整。
4. 根据权利要求1所述的芯片卡，还具有存储器，所述存储器被设立为存储通过其来 对预定义的电流强度进行预定义的值。
5. 根据权利要求1至4之一所述的芯片卡，具有调节器，所述调节器被设立为将供给电 流调节到预定义的电流强度。
6. 根据权利要求1至5之一所述的芯片卡，具有调节器，所述调节器被设立为控制所述 一个或多个要供给的部件中的一个要供给的部件，使得该要供给的部件的两个节点之间的 电压位于预给定的阈值之上或者位于两个预给定的阈值之间。
7. 根据权利要求6所述的芯片卡，其中所述两个节点是要供给的部件的用于高供给电 势的能量供给输入节点和用于低供给电势的能量供给输入节点。
8. 根据权利要求6所述的芯片卡，其中所述两个节点是要供给的部件的两个内部节 点。
9. 根据权利要求6至8之一所述的芯片卡，其中所述调节器被设立为通过控制时钟脉 冲信号来调节电压，所述时钟脉冲信号被输送给要供给的部件。
10. 根据权利要求9所述的芯片卡，其中所述调节器被设立为当电压位于预给定的阈 值以下时减少每时间单位的时钟脉冲信号的时钟脉冲数量。
11. 根据权利要求9或10所述的芯片卡，其中所述调节器被设立为当电压位于预给定 的阈值以下时遮蔽时钟脉冲信号的时钟脉冲。
12. 根据权利要求1至11之一所述的芯片卡，具有调节器，所述调节器作为电流源运行 并且对所述一个或多个要供给的部件上的电压进行调节。
13. 根据权利要求1至12之一所述的芯片卡，其中所述电流源具有电流镜，该电流镜被 设立为通过对参考电流镜像来提供供给电流。
14. 根据权利要求1至13之一所述的芯片卡，其中所述一个或多个要供给的部件是多 个要供给的部件，并且其中所述电流源被设立为给每个要供给的部件输送供给电流，使得 供给电流的电流强度之和等于预定义的电流强度。
15. 根据权利要求14所述的芯片卡，其中所述预定义的电流强度可调整。
【文档编号】G06K19/077GK104123577SQ201410166964
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】A.米佐尼, C.萨斯, P.泰希曼 申请人:英飞凌科技股份有限公司