用于智能卡供電的集成式DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

針對(duì)智能卡供電，本文提出了一種集成式DC/DC轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)并分析了它的工作原理。該系統(tǒng)效率可達(dá)到85%，擁有足夠的魯棒性，可滿足所有復(fù)雜的ISO7816-3規(guī)范，并已通過EMV和EMV Co認(rèn)證程序1級(jí)和2級(jí)認(rèn)證。該結(jié)構(gòu)特別適用于便攜式收款機(jī)(POS)等智能卡應(yīng)用。

　　智能卡的工作電壓已經(jīng)升級(jí)到可適用于任何專門針對(duì)這種應(yīng)用的芯片。最初的ISO7816-3和EMV (Europay/Master card/Visa)文件現(xiàn)在包括1.8V、3.0V和5.0V作為適用的工作電源。因此，位于卡和微控制器之間的物理接口必須能夠?qū)⑸鲜鋈魏我环N電源和主MPU適配。電源必須保持表1中規(guī)定的工作條件。另外，電源必須能在750μs內(nèi)斷開和卡的連接，特別是在帶電拔出卡時(shí)。

　　除了靜態(tài)工作以外，在負(fù)載為100mA/400ns脈沖狀態(tài)下，電源可把輸出電壓保持在容限以內(nèi)。這樣的要求涉及到系統(tǒng)工作狀態(tài)，而不僅僅是電源。

DC/DC轉(zhuǎn)換器

　　隨著應(yīng)用的日漸廣泛，從電池供電的便攜式系統(tǒng)到電視衛(wèi)星接收機(jī)，智能卡接口必須高效處理大的輸入電壓范圍并具有高效率。基本上，只要能為卡提供所需的電源，它能以任何類型的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。如可以設(shè)計(jì)成一種基于開關(guān)電容的轉(zhuǎn)換器，但是考慮到便攜式POS系統(tǒng)時(shí)，其有限的效率成為一個(gè)關(guān)鍵問題。對(duì)于GSM應(yīng)用則不同，因?yàn)檩敵龉β氏拗茷?0mW，因而在無線電話PCB上優(yōu)先考慮這種基于電容的結(jié)構(gòu)，以節(jié)約空間。

　　考慮到對(duì)于POS機(jī)便攜式模塊，節(jié)能是關(guān)鍵問題，因而優(yōu)先考慮基于電感的結(jié)構(gòu)，以盡量提高效率。實(shí)際上，在輸出功率高達(dá)300mW的情況下，電感結(jié)構(gòu)在整個(gè)工作電壓范圍內(nèi)的效率可以達(dá)到85%，這是低成本開關(guān)電容技術(shù)難以達(dá)到的水平。

　　另一方面，因?yàn)檩斎腚妷嚎梢詮淖畹?.70V到最高5.50V(在電池快用完或在電池充電后)，該結(jié)構(gòu)必須自動(dòng)地、無需調(diào)整地從升壓轉(zhuǎn)換到降壓工作，反之亦然。圖1描述的概念已經(jīng)得到開發(fā)，以滿足這些要求，在設(shè)計(jì)中以保持EMV認(rèn)證成為主要的目標(biāo)。

　　在硅裸片中實(shí)現(xiàn)的真實(shí)系統(tǒng)更加復(fù)雜，因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)既不能有電壓尖峰同時(shí)又要能實(shí)現(xiàn)精確調(diào)整及低紋波。最重要的是，電路必須滿足所有EMV規(guī)范，尤其是電源下降序列、電源關(guān)斷時(shí)序及輸出短路電流。

　　為達(dá)到這些要求，圖2所示的轉(zhuǎn)換器增加了幾個(gè)額外的NMOS及PMOS晶體管。