一种非接触智能卡芯片快速报警电路的制作方法

本发明涉及非接触智能卡技术领域，尤其涉及一种非接触智能卡芯片快速报警电路。

背景技术：

在非接触智能卡应用中，分为有源卡片和无源卡片。有源卡片通过自身带有的电池等设备获取能量，不依赖于卡机的能量发射，因此工作距离可以很远。而无源卡片的能量则依赖于卡机发射的能量。对于符合iso1444313.56mhz系统的非接触卡片，主要通过电感耦合的方式从卡机获取能量。工作距离的远近取决于卡机发射的能量的大小、卡片自身功耗等因数。

在某一通信距离上卡机辐射的能量是有限的，为了能够维持卡片的正常工作，当卡片的功耗大于卡机所能提供功耗时，需要及时产生报警信号，降低卡片的功耗才能保证卡片不会下电复位。因此针对这种功能的报警电路的报警速度显得尤为重要，较快的报警速度能够成功降低卡片复位的风险。

在传统的非接触卡片设计中，如图1所示，为现有的非接触卡片模拟前端电路结构框架图。整流电路将天线网络耦合到的交流电源转化为可供芯片使用的直流电压vrf，驱动电流为irf。限幅电路将直流电压vrf电压值限定在一定的幅度以下，保护后续电路不被高压击穿。c1为去耦电容，滤除直流电压vrf中高频杂波。当能量不足时，去耦电容c1中存储的电荷还可以给后续电路供电，直到电压复位。低压差稳压器将直流电压vrf转换为可供数字电路使用的核心电压vdd。电压检测电路完成对直流电压vrf电压值的检查，当直流电压vrf低于阈值电压时，控制信号vc为高，降低数字电路功耗iload，保证直流电压vrf和核心电压vdd电压值的可靠性。

在非接触卡片工作中，为了获取更多的电流通常直流电压vrf的电压值会被限幅电路限定在2.4v左右，vdd电压值为1.8v，两者有0.6v的压差。电压检测器的阈值一般选取在2.0v，当卡片功耗大于天线能够获取的能量，即iload>irf时，直流电压vrf的电压值就会从2.4v开始下降，直至2.0v，电压检测电路发出报警信号vc，报警信号vc控制芯片的功耗电流iload的电流值下降，确保核心电压vdd的电压值大于1.62v，系统不会下电复位。

电压检测报警的缺陷是报警时间慢，在卡片处于弱场环境中，当功耗电流iload有较大冲击时，往往不能及时给出报警信号，如图2所示，为现有的非接触卡片模拟前端电路大功耗冲击时序图。功耗电流iload在1ma情况下突然产生了10ma的电流冲击，此时由于整流电路的驱动电流irf的电流值小于10ma，直流电压vrf的电压开始下降，下降的速度取决于去耦电容c1的大小。当直流电压vrf的电压值低于2v时，电压检测电路一般要经过0.1us以上才能给出报警信号vc，控制功耗电流iload的电流值下降。但核心电压vdd的电压值已经低于报警电压1.62v，系统复位，不能正常工作。

在这种情况下可以通过加大去耦电容c1的来减缓vrf下电速度，保证核心电压vdd的电压值大于1.62v，缺点是需要大片的电容，浪费了芯片面积。也可以通过增大电压检测电路报警阈值，让报警信号vc提前产生。但由于直流电压vrf电压本身会有10%的误差，过高的阈值会导致过多的误报警，降低了数字电路执行的效率。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种非接触智能卡芯片快速报警电路，采用电流比较器的方式，提高了报警灵敏度，节省了芯片面积。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：

一种非接触智能卡芯片快速报警电路，所述快速报警电路包括天线网络、整流电路、限幅电路、电流采样器、电流源和电流比较器，其中，限幅电路包括第一采样电阻、第二采样电阻、放大器、参考电压和nmos晶体管；

天线网络连接整流电路和限幅电路，电流源连接到整流电路的输出端，电流采样器连接限幅电路中nmos晶体管，电流比较器连接电流采样器和电流源，电流比较器输出控制信号；

整流电路将天线网络耦合到的交流电源输出转化为直流电压，驱动电流，限幅电路将直流电源电压值进行限幅处理，第一采样电阻和第二采样电阻共同对直流电压进行采样，产生采样电压，在环路稳定时，放大器向参考电压强制输入电压相等；

电流源采样器对旁路电流进行采样，采样比例为1000:1，获得采样电流，电流源提供阈值电流，电流比较器对电流采样器中采样电流的电流值与电流源中阈值电流的电流阈值进行对比，若采样电流的电流值小于阈值电流的电流阈值，即旁路电流的电流值小于1000倍电流阈值，则控制信号vc输出高，产生功耗报警信号。

可选地，所述电流阈值设置为0.1ua、0.5ua或1ua。

本发明由于去除了传统的电压报警电路，将报警电路融入到限幅电路中，并采用电流比较器的方式产生报警信号，所获得的有益效果是，本发明的非接触智能卡芯片快速报警电路显著提升了报警灵敏度，且不需要填充较大的去耦电容，与传统的报警电路相比，本发明将新设计的限幅电路中，采用电流比较器的方式，在不会产生误报警的情况下大大提高了报警灵敏度，且没有增加卡片模拟前端去耦电容的容值，节省了芯片面积。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是现有的非接触卡片模拟前端电路结构图。

图2是现有的非接触卡片模拟前端电路大功耗冲击时序图。

图3是本发明具体实施之一的非接触智能卡芯片快速报警电路结构图。

图4是本发明具体实施的限幅电路结构图。

图5是本发明具体实施之二的非接触智能卡芯片快速报警电路结构图。

图6是本发明具体实施的非接触智能卡芯片快速报警电路时序图。

具体实施方式

参看图3，为本发明具体实施之一的非接触智能卡芯片快速报警电路结构框图。该具体实施例中，所述非接触智能卡芯片快速报警电路包括天线网络、整流电路、限幅电路、电流采样器、电流源和电流比较器，其中，限幅电路包括第一采样电阻r1、第二采样电阻r2、放大器、参考电压vref和nmos晶体管。

天线网络连接整流电路和限幅电路，电流源连接到整流电路的输出端，电流采样器连接限幅电路中nmos晶体管，电流比较器连接电流采样器和电流源，电流比较器输出控制信号vc。

整流电路将天线网络耦合到的交流电源输出转化为直流电压vrf，驱动电流为irf，限幅电路将直流电源vrf电压值进行限幅处理，第一采样电阻r1和第二采样电阻r2共同对直流电压vrf进行采样，产生采样电压vsample，在环路稳定时，放大器向参考电压vref强制输入电压相等，即vsample=vref，设定好参考电压vref、第一采样电阻r1和第一采样电阻r2的值，可得：vrf=vref*[(r1+r2)/r2]=2.4v。

电流源采样器对旁路电流i_pass进行采样，采样比例为1000:1，获得采样电流i_sample，电流源提供阈值电流i_th，电流比较器对电流采样器中采样电流i_sample的电流值和电流源中阈值电流i_th的电流阈值进行对比，若i_sample<i_th，即ipass<1000*i_th，则控制信号vc输出高，产生功耗报警信号，降低卡片功耗iload，避免系统的下电风险。所述电流阈值i_th设置为0.1ua、0.5ua或1ua。

参看图4，为本发明具体实施的限幅电路结构图。本发明具体实施的限幅电路，包括第一采样电阻r1、第二采样电阻r2、放大器、参考电压vref和旁路的nmos晶体管。天线网络连接整流电路和限幅电路，整流电路将天线网络耦合到的交流电源输出转化为直流电压vrf，驱动电流为irf，限幅电路将直流电源vrf电压值进行限幅处理，第一采样电阻r1和第二采样电阻r2共同对直流电压vrf进行采样，产生采样电压vsample，在环路稳定时，放大器会将强制输入电压相等，即vsample=vref，设定好参考电压vref、第一采样电阻r1及第二采样电阻r2的值，可得：vrf=vref*[(r1+r2)/r2]=2.4v。

当直流电压vrf>2.4v，vsample>vref，放大器控制nmos晶体管mn0的旁路电流i_pass的电流值增大，降低直流电压vrf；当直流电压vrf<2.4v，vsample<vref，放大器控制nmos晶体管mn0的电流旁路i_pass的电流值减小，增加直流电压vrf；最终保证直流电压vrf的电压值稳定在2.4v左右。

由于放大器和nmos晶体管mn0构成的回路增益大于1000，所以，一旦采样电压vsample电压值略低于参考电压vref的电压值时，放大器的输出端便会控制nmos晶体管mn0中的旁路电流i_pass的电流值迅速下降，直至0a，且电流比较器的速度要比电压比较器快很多，一般小于10ns。由于此时的电压采样电路来至于产生直流电压vrf的限幅电路自身，所以，不会受到直流电压vrf有10%波动的影响。因此，旁路电流i_pass就作为灵敏度很高的功耗报警信号。

参看图5，为本发明具体实施之二的非接触智能卡芯片快速报警电路结构图。该具体实施例的非接触智能卡芯片快速报警电路，nmos晶体管mn1和放大器2构成了电流采样器，采样比例为1000:1，第三采样电阻r3连接放大器2的输入端，第三采样电阻r3的作用是在放大器2的输入端产生一定的电压裕度；偏置电流源i_bias、pmos功率管mp0、pmos功率管mp1、pmos功率管mp2和pmos功率管mp3共同构成了提供判断电流阈值i_th的电流源。pmos功率管mp3与pmos功率管mp0、pmos功率管mp1、pmos功率管mp2构成电流镜，镜像比例分别为1:1、1:100、1:150；当偏置电流源i_bias电流值等于100na时，pmos功率管mp0、pmos功率管mp1及pmos功率管mp2提供的阈值电流i_th的电流阈值分别为100na、1ua及1.5ua，开关s0、开关s1、开关s2分别提供对阈值电流i_th的选择。以开关s0闭合，开关s1、开关s2断开为例，电流阈值i_th=100na，由于nmos晶体管mn1及pmos功率管mp0的输出阻抗很高，当i_sample<i_th，即i_pass<100ua时，电流比较器输出的控制信号vc输出高，产生了功耗报警信号。

参看图6，为本发明具体实施的非接触智能卡芯片快速报警电路时序图。与传统的电压报警电路相比，在相同的条件下，新的报警电路会更快的产生功耗报警信号vc，及时降低卡片的功耗电流iload，保证核心电压vdd大于1.63v，不会产生系统复位。在实际应用中还可以通过开关s0、开关s1、开关s2选择合适的报警电流阈值。本发明的非接触智能卡芯片快速报警电路不会增加去耦电容c1的容值，也避免了芯片面积的额外开销。

需要说明的是，上述实施方式仅以示意方式说明本发明的基本思路，与本发明中有关的组成电路而非按照实际实施时的组成电路数目、形状、器件排列方式、连接方式绘制。其实际实施时各电路的型态、数量、连接方式、器件排列方式、器件参数可为随意的改变。

以上所述的实施例仅是本发明较佳的实施例而已，不能限制本发明技术方案的延伸。凡属本领域技术人员在本发明技术方案基础上所作的任何公知技术的修改、等同变化和显而易见的改换等，均应属于本发明的保护范围之内。