半导体器件和集成电路卡

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技术领域\n本发明涉及半导体器件，特别是涉及检查在非接触型IC(集成 电路)卡用半导体集成电路器件中是否存在着可以使装载到内部的信 号处理功能部分动作的电力的检测电路。\n背景技术\n本说明书中要参考的文献如下，借助于其文献序号来参照文献。 [文献1]：特开平10-207580号公报。在‘文献1’中，讲述了采用对从 外部供给的交流信号进行整流的办法形成动作电压进行动作的被装载 到非接触IC卡上的电压监测型上电复位电路(例如，图2)。该上电复 位电路的输出信号，在装载到IC卡上的微计算机的复位中使用。\n在卡内已装载上半导体集成电路器件和天线的所谓的非接触型 IC卡，在读写装置和半导体集成电路器件之间进行信息的交换，实现 非接触型IC卡所保持的数据的发送、从读写器发送过来的数据的保 持等各种各样的功能。装载到非接触型IC卡上的半导体集成电路器 件，用装载到非接触型IC卡上的天线接收从读写装置供给的高频信 号，使在天线的两端上产生的电压进行整流和平滑化，形成内部电路 的动作所必须的内部电压。在该情况下，如果从读写器供给过剩的电 力，供给超过构成内部电路的元件的耐压的电源电压，则元件将彻底 破坏。为防止这种情况，大多都装载有监测在内部产生的电源电压电 平，进行使之不会供给超过元件的耐压的电源电压那样的控制电路。\n另一方面，装载到已装载到非接触型IC卡上的半导体集成电路 器件上的信号处理电路，大多要检测如上所述地产生的电源电压电平， 当达到装载到内部的信号处理电路不会进行误动作的电源电压电平 时，就使信号处理电路动作，在未达到不会进行误动作的电源电压电 平的情况下，则使信号处理电路停止。作为这样的例子，在‘文献1’ 中，示出了这样的例子：检测电源电压电平，若电源电压小于规定的 电压电平，则采用使信号处理电路迁移到复位状态的办法使之停止， 若电源电压超过了规定的电压电平，则采用解除复位状态的办法使之 动作。\n在本申请之前，本申请发明人等，对把具备‘文献1’的电压监测 器型的复位电路的半导体集成电路器件应用于非接触型IC卡的情况 下的课题进行了研究。\n图1示出了用来自读写器的电磁波的形态供给电力，把整流电路 连接到在非接触型IC卡中具备的天线上的情况下的从整流电路输出 的本申请发明人等所研究过的电流(I)-电压(V)特性VL。在这里，特性 VL可以用V＝Vo-I·Rout的关系式表示，该关系式表明天线的两端的 电压将依赖于在要连接到整流电路的输出端子上的负载上流动的电流 而变化，表明与具有输出阻抗Rout的电压源是等效的。Vo是假定在 负载中完全不会流动电流时的电压。如果在负载中流动电流，则供给 电压就要降低。这时，电流-电压特性的斜率就变成为输出阻抗Rout。\n在图2中，示出了已把具备‘文献1’的复位电路的半导体集成电 路器件连接到要变成为图1所示的电流-电压特性VL的读写器和天线 上的情况下的动作波形的一个例子。在‘文献1’的图2中所示的上电复 位电路，采用对用使电源电压进行分压的电阻分压电路分压后的电压， 和来自能带间隙基准电压产生电路的基准电压进行比较的办法，产生 上电复位信号。借助于此，当电源电压大于等于规定的电压电平VACT 时，信号处理电路就解除复位状态，信号处理电路开始动作。\n在开始图2的信号处理电路的动作之前的时间T0处，要确认‘文 献1’的复位电路所输出的复位信号，如果大于等于规定的电压电平 VACT，则在时间T1到T2之间使信号处理电路动作。在图2中，在 时间T0处，由于电源电压已超过了规定的电压电平VACT，故已装 载在内部的信号处理电路的动作得到许可，动作得以开始。借助于此， 与信号处理电路进行动作之前比，正在进行动作时消耗电流将仅仅增 加I1。\n在这里，假定输出阻抗Rout是0欧姆，则就不会有因消耗电流 的变化而产生的电源电压电平的变动，信号处理电路，就可以以比规 定的VACT更大的电源电压动作。但是，在输出阻抗Rout大的情况 下，结果就变成为电源电压VDD恰好下降消耗电流的变化量I1与输 出阻抗Rout之积V1。因此，由于结果就变成为向信号处理电路供给 比规定的电源电压电平VACT恰好小了消耗电流的变化量I1与输出 阻抗Rout之积V1的电源电压，故结果就变成为要以小于规定的电源 电压电平进行动作，因而就有可能会产生由信号处理电路的特性变化 和特性的劣化引起的误动作。\n发明内容\n本发明的目的在于提供即便是产生了归因于信号处理电路进行 动作而产生的电流变化，也具有用来以规定的电源电压使信号处理电 路动作的复位信号输出功能的半导体集成电路器件。\n简单地说来在本申请中公开的发明之内代表性的发明的概要如 下。就是说，本发明是一种用由天线从外部接收到的交流信号用由压 控(电压控制)电路形成的内部电源使内部电路动作的IC卡，其构成为 用检测要供给的内部电源的电流的动作电流检测电路控制该内部电路 的动作。在这里，本申请的压控电路，是包括压控电流源的电路，其 构成为在该内部电路为非动作时，在压控电流源中流动比规定的电流 I1大的电流时，动作电流检测电路就要输出允许信号，当接收到该允 许信号该内部电路动作后，就从在压控电流源中流动的电流中减少在 该内部电路中消耗的电流量I1。借助于此，由于可以防止作为整体的 内部电源的电流变动，故可以实质上恒定地维持内部电源的输出电压。\n附图说明\n图1是用来说明本发明的读写器和天线的电流-电压特性。\n图2是用来说明电压监测型的上电复位电路的动作的波形的一个 例子。\n图3是示出了本发明的非接触型IC卡的一个实施例的框图。\n图4是示出了装载于本发明的半导体器件中的动作电流检测电路 的一个实施例的基本电路构成。\n图5是示出了装载于本发明的半导体器件中的动作电流检测电路 的动作的波形的一个例子。\n图6是示出了可在装载于本发明的半导体器件中的动作电流检测 电路中使用的电流源的一个实施例的电路图。\n图7是示出了装载于本发明的半导体器件中的动作电流检测电路 的另一个实施例的电路图。\n图8是示出了装载于本发明的半导体器件中的动作电流检测电路 的另一个实施例的电路图。\n具体实施方式\n以下，边参看附图边对本发明的半导体器件和IC卡的优选实施 形态进行说明。\n<实施例1>\n在图3中示出了具备本发明的动作电流检测电路的半导体集成电 路器件和已装载上该器件的非接触型IC卡的一个实施例的框图。从 未画出来的读写器通过天线以电磁波的形态输出的信号和电力，可用 内置于IC卡IC_CARD内的天线ANT接收。ANT典型地说是用印制 布线基板的布线旋涡状地形成的天线线圈。把半导体集成电路器件IC 装载到已形成了该ANT的印制布线基板上。采用对该印制布线基板 进行树脂模铸的办法形成IC卡。本发明典型地说可应用于在IC卡的 表面上不具有用来与外部进行输入输出的电极的非接触型IC卡。当 然，也可以在具有用来与非接触接口进行输入输出的电极的双用型IC 卡中使用。\n虽然没有特别限定，但是，同图的半导体集成电路IC，可用众 所周知的半导体集成电路的制造技术，在单晶硅等之类的1个半导体 衬底上边形成。整流电路RECT，对在非接触型IC卡内具备的天线 ANT接收到的交流信号进行整流，平滑电容C1使得用RECT进行了 整流后的整流电压平滑化，产生直流电源电压。压控电路(或压控装 置)REG，是使所供给的电源电压小于构成连到直流电源电压上的电路 的元件的耐压那样地监测电源电压电平并控制电源电压电平的装置。 作为内部电路MC、上电复位电路POR、电流检测电路PWR、收发 电路RX/TX的动作电源电压，供给用REG控制后的电源电压 VDD-VSS的电压差VOUT。\n上电复位电路POR，是监测电源电压VDD，在电源投入时发生 上电复位信号的上电复位产生电路。上电复位信号是供往微计算机 MC等在电源投入使必须使内部状态复位的电路的信号。\n电流检测电路PWR，判定在压控电路REG中流动的电流大于等 于规定电流，输出检测信号SIG1。SIG1在作为内部电路的微处理器 MC的动作控制中使用。内部电路MC典型地说包括与收发电路 RX/TX之间的接口电路(I/O)、中央运算单元(CPU)、RAM、用快闪存 储器或EEPROM构成的非易失性存储部分以及协处理器。在这里， 在IC卡的信息交换中，与外部之间的信息交换，常常要加密化，为 了对已加密化的接收数据的解密，就需要协处理器。当动作开始时协 处理器消耗比较多的动作电流，易于成为电压降低的原因。于是，在 本发明的一个典型的例子中，在内部电路之内的协处理器的动作控制 方面要使用检测信号SIG1。协处理器，典型地说，当来自CPU的动 作请求和用AND条件满足了SIG1的启动(允许)条件时开始动作。图 3的内部电路MC内的LG1，虽然一般地说意味着进行1种功能的电 路块，但是，在本实施例中协处理器却成为其典型例子。\n收发电路RX/TX，包括发送部分和接收部分。接收部分，采用 对已叠加到由在非接触型IC卡内具备的天线ANT接收到的交流信号 上的信息信号进行解调的办法变成为数字的信息信号后供往内部电路 MC。接收部分还具有产生时钟信号的功能。相对于此，发送部分， 形成接收从内部电路MC输出的数字的信息信号并通过天线向外部输 出的交流信号。\n图4示出了本发明的动作电流检测电路PWR的一个实施例的基 本电路构成。在图4中，在电源电位VDD与基准电位VSS之间，设 置进行使得电源电位VDD与基准电位VSS的电位差VOUT变成为恒 定的控制的压控电路REG，同时，在电源电位VDD与基准电位VSS 之间，设置形成与由压控电流源VCCS形成的输出电压VOUT的变化 对应的检测电压的电压比较电路VCC。借助于该电压比较电路VCC 所输出的检测电压，压控电流源VCCS控制电位差VOUT。\n电压比较电路VCC，由下面的电路构成。在电源电位VDD与基 准电位VSS之间设置分压电阻R01和R02。在这些分压电阻R01和 R02的连接点上得到的分压电压，被供往运算放大器A01的非反相输 入(+)。在该运算放大器A01的反相输入(-)与基准电位VSS之间连接 基准电压源VREF。\n图4的压控电流源VCCS，由以下的电路构成。在连接点N02 与基准电位VSS之间连接已把栅极端子连接到运算放大器A01的输出 端子上的NMOS晶体管M01。以下，把NMOS晶体管即N型MOSFET 缩写成NMOS，把PMOS晶体管即P型MOSFET缩写成PMOS。在 本申请中虽然典型地说是以所使用的MOSFET为例进行的说明，但 是一般地说可以使用MISFET(金属绝缘体半导体场效应晶体管)。\n图4的动作电流检测电路PWR，由以下的电路构成。在电源电 位VDD与连接点N02之间连接已把栅极端子和漏极端子连接起来的 PMOS晶体管M02，把已把栅极端子连接到连接点N02上的PMOS 晶体管M03连接到电源电位VDD与连接点N03之间。在这里，PMOS 晶体管M03的尺寸，要做成为PMOS晶体管M02的N倍。M02和 M03形成电流镜电路，借助于M02监测在M01中流动的电流并作为 M03的漏极电流复制下来。在连接到N03与基准电位VSS之间连接 基准电流源IREF01，把连接点N02连接到用PMOS晶体管M04和 NMOS晶体管M05构成的反相器INV01的输入端子上，把该反相器 INV01的输出端子当作图4的检测信号SIG1。在这里，采用把N设 定为远小于1的值的办法，由于可以降低要在PMOS晶体管M03中 流动的电流，故在可以减小动作电流检测电路PWR应检测的动作电 流的同时，还具有减小消耗电流的优点。因此，N理想的是设定为0.1～ 0.01左右的值。\n另外，动作电流检测电路PWR的动作，也可以像以下那样地理 解，就是说，当借助于电流源IREF01已变成为流动恒定电流的M03 的栅极因节点N02的电位而产生了变化时，节点M03的电压就会因 M03的阻抗变化而产生变化。借助于反相器INV1判定N03的电位形 成SIG1。\n在输出电压VOUT的电压电平未达到规定电压的情况下，在压 控电流源VCCS中就不会有电流流动。反之，当输出电压VOUT的电 压电平达到了规定电压的情况下，在压控电流源VCCS中就会流动电 流，归因于上述的读写器和天线所产生的电力供给源的输出阻抗 Rout，加上使得输出电压VOUT减小那样的负反馈。\n设置采用检测与在压控电流源VCCS中流动的电流成比例的电 流的办法判定该电流已达到了规定电流的情况的动作电流检测电路 PWR。该动作电流检测电路PWR，判定压控电流源中流动的电流已 达到了规定电流的情况，产生检测信号SIG1。向图3的微计算机MC 输入动作电流检测电路PWR的检测信号SIG1，借助于检测信号SIG1 控制图3的电路块LG1的动作和非动作。因此，在压控电流源VCCS 的输出电压VOUT达到了规定电压电平，此外，在压控电流源中流动 的电流达到了规定电流的情况下，就是说，在达到了为使电路块LG1 动作所必须的电力的情况下，结果就变成为检测信号SIG1使LG1激 活化。\n在该实施例中，如果在连接点N01处得到的分压电压变得比基准 电压VREF更大，则电流就开始在NMPS M01和PMOS M02中流动。 借助于该电流和输出阻抗Rout，加上使得输出电压VOUT减小那样 的负反馈。\n在NMOS M03中流动的电流比电流源IREF1小的情况下，连接 点N03的电位就变成为与基准电位VSS同等的电位，就要向反相器 INV01的检测信号SIG1输出‘H’。在NMOS M03中流动的电流变得 比电流源IREF01大的情况下，连接点N03的电位将变成为与基准电 位VDD同等的电位，向反相器INV01的检测信号SIG1输出‘L’。这 时，结果就变成为在NMOS M01中流动的电流流动着电流源IREF1 的(1/N)倍的电流。在这里，要设定为使得电流源IREF1的(1/N)倍的 电流比借助于检测信号SIG1激活化的电路块LG1的消耗电流I1更 大。\n在检测信号SIG1为‘H’的情况下，就使电路块LG1停止。在检 测信号SIG1为‘L’的情况下，就使LG1动作。虽然做成为归因于LG1 动作而使得消耗电流增加，归因于输出阻抗Rout使得输出电压VOUT 减小，但是，可借助于负反馈，进行使得在NMOS M01中流动的电 流减小，输出电压VOUT变成为规定电压那样的控制。\n图5示出了把具备图4的动作电流检测电路的图3的半导体集成 电路器件连接到变成为图1所示的电流-电压特性的读写器和天线上 的情况下的动作波形的一个例子。图5(a)示出了要向天线ANT输入的 交流波形的时间变化，图5(b)示出了输出电压VOUT的电压的时间变 化，图5(c)示出了在电路块(协处理器)LG1中流动的电流ILG1的时间 变化，图5(d)示出了在压控电路VCCS(更为具体地说是M01)中流动 的电流IVCCS的时间变化。另外，图5(a)的交流波形，是在正弦波上 已叠上了相位调制后的数字信号的波形。该正弦波典型地说频率约为 13.56MHz左右，在该图中扩大画出了时间轴。\n在开始电路块LG1的动作的前边的时间T0处，要确认图4所示 的动作电流检测电路所输出的检测信号SIG1，如果在压控电流源 VCCS中流动着规定的电流，则从时间T1到T2的期间内使LG1动 作。这时，如果输出电压VOUT达到了规定的电压电平，此外，在压 控电流源VCCS中流动着大于等于动作电流I1的电流，则已装载在 内部的信号处理电路的动作就被许可，在从时间T1到时间T2内动作。\n借助于此，电路块LG1被激活化，流动LG1的动作电流I1。输 出电压VOUT虽然归因于输出阻抗Rout而要减小，但是，可借助于 负反馈，进行使得在压控电路内流动的电流仅仅减小动作电流I1，输 出电压VOUT变成为规定的电压那样的控制。因此，在信号处理电路 LG1动作时输出电压VOUT永远保持恒定，即便是产生了归因于LG1 动作而发生消耗电流的变化，也可以以规定的电源电压电平使之动作。 就是说，本申请的压控电路REG，已做成为使得在LG1为非动作时， 在压控电流源VCCS的M01中流动比电流I1还大的电流，其构成为 当LG1动作时从在VCCS中流动的电流中减少在LG1中消耗的电流 I1。借助于此，由于可以防止作为整体的电流变动，故也可以使输出 电压VOUT保持恒定。\n图6示出了基准电流源IREF01的一个例子。在这里，使用的是 电流镜型的基准电流源。在VDD与VSS之间把电阻R31和进行二极 管连接的NMOS M31串联连接起来形成基准电流电路，进行电流镜 连接的NMOS M32变成为电流源，在连接点N03处进行连接。此外， 作为基准电流源IREF01的变形例，可以更为简便地用连接到VSS与 N03之间的电阻代替。\n<实施形态2>\n图7示出了图4的压控电路REG和动作电流检测电路PWR的 另一个实施例的电路图。该图的电压比较电路VCC，与图4的电压比 较电路同样地构成。另一方面，在压控电流源VCCS已把NMOS M11 的漏极直接连接到VDD上这一点不同。\n图7的动作电流检测电路PWR，由以下的电路构成。把已把栅 极端子连接到运算放大器A11的输出端子上的NMOS M12连接到连 接点N12和基准电位VSS之间。在这里，NMOS M12的尺寸，要做 成为NMOS M11的尺寸的N倍。把基准电流源IREF11连接到电源 电位VDD与连接点N12之间，把连接到N12连接到反相器INV11的 输入端子上，把该反相器INV11的输出端子当作图4的检测信号 SIG1。\n图7的基准电流源IREF11用图6所示的电路使VDD和VSS反 转。可以用分别把M31和M32做成为PMOS的电路实现。更为简便 地说可以用电阻代替。\n在该实施例中，如果在连接点处得到的分压电压比基准电压 VREF更大，则电流就开始在NMOS M11中流动。借助于该电流和 输出阻抗Rout，加上使得输出电压VOUT减小那样的反馈。由于 NMOS M21的尺寸是NMOS M11的N倍，故在NMOS M12中流动 的电流，将变成为在NMOS M11中流动的电流的N倍。\n在NMOS M12中流动的电流，比电流源IREF11小的情况下， 连接点N12的电位就将变成为与电源电位VDD同等的电位，向反相 器INV11的检测信号SIG1输出‘L’。在NMOS M12中流动的电流比 电流源IREF11大的情况下，就向反相器INV11的检测信号SIG1输 出‘H’。这时，结果变成为在NMOS M11中流动的电流，将流动着电 流源IREF1的(1/N)倍的电流。在这里，要设定为使得被检测信号SIG1 激活化的电路块LG1的消耗电流变成为比电流源IREF1的(1/N)倍的 电流小。\n电路块LG1可借助于检测信号SIG1与图4所示的电路同样地进 行控制。因此，图7的实施例电路，在可以实现与图4的实施例同等 的功能的同时，还可以减小晶体管的使用面积。\n<实施例3>\n图8是示出了装载于本发明的半导体器件中的动作电流检测电路 PWR的另一个实施例的电路图。在该实施例中，示出了图7的动作电 流检测电路PWR的变形例。\n图8的动作电流检测电路PWR，用以下的电路构成。把已把栅 极端子连接到运算放大器A21的输出端子上的NMOS M21连接到连 接点N21与基准电位VSS之间。把基准电流源IREF21连接到电源电 位VDD与连接点N21之间，把用电阻R21和电容C11构成的低通滤 波器LPF的输入端子连接到连接点N21上，把已把栅极端子连接到 低通滤波器LPF的输出端子上的PMOS M22连接到电源电位VDD与 连接点N22之间，把IREF22连接到连接点N221与基准电位VSS之 间，把连接点N22连接到反相器INV21的输入端子上，把该反相器 INV21的输出端子当作图6的检测信号SIG1。在这里，低通滤波器用 来除去连接点N22的高频成分，其电路构成，在电路构成中未画出来。\n图8的基准电流源IREF21用图6所示的电路使VDD和VSS反 转，可以用分别把M31和M32做成为PMOS的电路实现。此外，基 准电流源IREF22，可以用与图6同样的电路实现。IREF21和IREF22 可以更为简便地用电阻代替。\n在本实施例中，在NMOS M21中流动的电流比电流源IREF21 小的情况下，连接点N21的电位就将变成为与电源电位VDD同等的 电位，向反相器INV21的检测信号SIG1输出‘H’。在NMOS M21中 流动的电流比电流源IREF21大的情况下，连接点N21的电位就变成 为与基准电位VSS同等的电位，向反相器INV21的检测信号SIG1输 出‘L’。这时，结果变成为在NMOS M11中流动的电流，将流动着电 流源IREF1的(1/N)倍的电流。\n电路块LG1可借助于检测信号SIG1与图4所示的电路同样地进 行控制。因此，图8的实施例电路在可以实现与图4的实施例同等的 功能的同时，还可以减小检测电路的贯通电流。\n以上，根据实施例具体地说明了由本发明人完成的发明，但是， 本申请发明并不限定于实施例，在不背离其要旨的范围内理所当然可 以进行变更。例如，把动作电流检测电路的检测信号SIG1应用于图3 所示的上电复位电路POR的输出信号，或对动作电流不同的多个信 号处理电路设置要检测的电流值不同的多个动作电流检测电路，也都 是可能的。在该情况下也可以与作为对象的电路相对应地调整在压控 电流源中流动的基准电流。此外，虽然是对装载在非接触型IC卡上 的半导体集成电路器件的实施例进行的说明，但是在内部装载压控电 路的其他半导体集成电路器件中，采用同样地检测已装载到内部的压 控电路的动作状态的办法，也可以实现同样的效果。\n用本申请发明得到的效果如下。采用判定在已装载到内部的压控 电路中流动的电流达到了规定电流的情况，允许已装载到内部的压控 电路的动作的办法，即便是发生了在已装载到内部的信号处理电路进 行动作所产生的电流变化，也可以用规定的电压使信号处理电路动作。 借助于此，装载不进行误动作的电源电压的范围窄的信号处理电路就 变得容易起来，抑制由电源电压电平的变动所产生的特性变化和特性 的劣化和由特性的劣化所产生的误动作成为可能。\n工业上利用的可能性\n本申请发明，适合应用于IC卡等。