小卡片包含大智慧 简述智能卡供电的集成式DC/DC转换器设计

发布日期:2017-01-20 23:29,查看次数:714

什么叫智能卡?

智能卡(Smart Card) :内嵌有微芯片的塑料卡(通常是一张信用卡的大小)的通称。平时我们常见的银行卡、交通卡就是智能卡的一种。

针对智能卡供电,本文提出了一种集成式DC/DC转换器结构并分析了它的工作原理。该系统效率可达到85%,拥有足够的鲁棒性,可满足所有复杂的ISO7816-3规范,并已通过EMV和EMV Co认证程序1级和2级认证。该结构特别适用于便携式收款机(POS)等智能卡应用。

智能卡的工作电压已经升级到可适用于任何专门针对这种应用的芯片。最初的ISO7816-3和EMV (Europay/Master card/Visa)文件现在包括1.8V、3.0V和5.0V作为适用的工作电源。因此,位于卡和微控制器之间的物理接口必须能够将上述任何一种电源和主MPU适配。电源必须保持表1中规定的工作条件。另外,电源必须能在750μs内断开和卡的连接,特别是在带电拔出卡时。

除了静态工作以外,在负载为100mA/400ns脉冲状态下,电源可把输出电压保持在容限以内。这样的要求涉及到系统工作状态,而不仅仅是电源。

DC/DC转换器

随着应用的日渐广泛,从电池供电的便携式系统到电视卫星接收机,智能卡接口必须高效处理大的输入电压范围并具有高效率。基本上,只要能为卡提供所需的电源,它能以任何类型的结构来实现。如可以设计成一种基于开关电容的转换器,但是考虑到便携式POS系统时,其有限的效率成为一个关键问题。对于GSM应用则不同,因为输出功率限制为50mW,因而在无线电话PCB上优先考虑这种基于电容的结构,以节约空间。

考虑到对于POS机便携式模块,节能是关键问题,因而优先考虑基于电感的结构,以尽量提高效率。实际上,在输出功率高达300mW的情况下,电感结构在整个工作电压范围内的效率可以达到85%,这是低成本开关电容技术难以达到的水平。

另一方面,因为输入电压可以从最低2.70V到最高5.50V(在电池快用完或在电池充电后),该结构必须自动地、无需调整地从升压转换到降压工作,反之亦然。图1描述的概念已经得到开发,以满足这些要求,在设计中以保持EMV认证成为主要的目标。

在硅裸片中实现的真实系统更加复杂,因为工作时既不能有电压尖峰同时又要能实现精确调整及低纹波。最重要的是,电路必须满足所有EMV规范,尤其是电源下降序列、电源关断时序及输出短路电流。

为达到这些要求,图2所示的转换器增加了几个额外的NMOS及PMOS晶体管。


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