用于智能卡供電的集成式DC/DC轉換器設計

針對智能卡供電，本文提出了一種集成式DC/DC轉換器結構并分析了它的工作原理。該系統(tǒng)效率可達到85%，擁有足夠的魯棒性，可滿足所有復雜的ISO7816-3規(guī)范，并已通過EMV和EMV Co認證程序1級和2級認證。該結構特別適用于便攜式收款機(POS)等智能卡應用。

　　智能卡的工作電壓已經升級到可適用于任何專門針對這種應用的芯片。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將上述任何一種電源和主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內斷開和卡的連接，特別是在帶電拔出卡時。

　　除了靜態(tài)工作以外，在負載為100mA/400ns脈沖狀態(tài)下，電源可把輸出電壓保持在容限以內。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轉換器

　　隨著應用的日漸廣泛，從電池供電的便攜式系統(tǒng)到電視衛(wèi)星接收機，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構來實現(xiàn)。如可以設計成一種基于開關電容的轉換器，但是考慮到便攜式POS系統(tǒng)時，其有限的效率成為一個關鍵問題。對于GSM應用則不同，因為輸出功率限制為50mW，因而在無線電話PCB上優(yōu)先考慮這種基于電容的結構，以節(jié)約空間。

　　考慮到對于POS機便攜式模塊，節(jié)能是關鍵問題，因而優(yōu)先考慮基于電感的結構，以盡量提高效率。實際上，在輸出功率高達300mW的情況下，電感結構在整個工作電壓范圍內的效率可以達到85%，這是低成本開關電容技術難以達到的水平。

　　另一方面，因為輸入電壓可以從最低2.70V到最高5.50V(在電池快用完或在電池充電后)，該結構必須自動地、無需調整地從升壓轉換到降壓工作，反之亦然。圖1描述的概念已經得到開發(fā)，以滿足這些要求，在設計中以保持EMV認證成為主要的目標。

　　在硅裸片中實現(xiàn)的真實系統(tǒng)更加復雜，因為工作時既不能有電壓尖峰同時又要能實現(xiàn)精確調整及低紋波。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、電源關斷時序及輸出短路電流。

　　為達到這些要求，圖2所示的轉換器增加了幾個額外的NMOS及PMOS晶體管。