專利名稱：針對無電源的應用的時間測量設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種時間測量設備、實時時鐘，并涉及包括實時時鐘電路的電組件。本 發(fā)明還涉及一種卡狀的識別或認證設備，并涉及一種用于相對于參考時間來測量時間的方法。
背景技術：
現(xiàn)有技術中已知使用放射性衰變在集成電路中測量時間，例如US4，676，661。US 4，676，661中公開的時間測量設備旨在替代基于石英振蕩器的時間測量，通過對放射性衰 變進行計數(shù)直至預設數(shù)目的衰變計數(shù)，來周期性地提供電信號，以便以秒為單位來計數(shù)時 間。雖然US4，676，661在圖5實施例中也考慮到計算自從制造以來流逝的時間，但是該時 間計算僅僅是以年為精度來執(zhí)行的。針對結合到除表之外的其他許多應用設備，時間測量已受到關注。然而，這些應用 設備中的許多，例如RFID標簽和識別卡、銀行卡等，通常不是持續(xù)地連接至電源。這些應用 設備中的一些可以允許結合電池或蓄電池，但是不允許或不要求在與電源線斷開時，通過 消耗來自電池或蓄電池的能量進行持續(xù)操作。對于這些應用設備，可能希望能夠精確跟蹤 真實時間，甚至在長時間(在一些情況下，甚至多年)缺乏與電氣電源連接的情況下。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種時間測量設備，包括-定時參考電路，被配置為具有參考頻率的電參考信號，所述參考頻率適合測量或 控制分辨率為秒或更小的積分時間跨度；-在基板上或集成到基板中的放射性輻射源，包括具有至少一個月的已知半衰期 的至少一個放射性同位素；-針對放射性輻射的檢測器，所述檢測器與放射性輻射源一起集成在相同的基板 上或基板中，并被配置為提供檢測器信號，所述檢測器信號指示在積分時間跨度上檢測到 的放射性衰變事件的數(shù)目；-控制電路，與定時參考電路和檢測器相連，并被配置為-控制或測量積分時間跨度，以及-使用檢測器信號、積分時間跨度的值、半衰期、以及在參考時間處所述至少一個 放射性同位素的已知衰變速率，來計算瞬息時間與參考時間之間的時間差。本發(fā)明第一方面的時間測量設備允許即使在從電源斷開較長時段之后，也能夠跟 蹤相對于參考時間而流逝的時間。為此，本發(fā)明時間測量設備的實施例包括定時參考電路、放射性輻射源、針對放射 性衰變事件的關聯(lián)檢測器以及控制電路，檢測器例如是針對放射性衰變事件的計數(shù)器。使用檢測器信號、以及例如存儲的參考時間、積分時間跨度的值、半衰期和在參考 時間處所述至少一個放射性同位素的已知衰變速率等已知參數(shù)，可以一定精度來計算瞬息時間與參考時間之間的時間差，該一定精度提供了甚至在與電源斷開多年之后的有價值的 真實時間信息。以下，描述本發(fā)明第一方面的時間測量設備的實施例的附加特征。不同實施例的 附加特征可以彼此結合來形成其他實施例，除非一些實施例的附加特征被描述為形成彼此 的相互備選物。根據(jù)本發(fā)明第一方面的時間測量設備可以設置在厚度小于300微米的基板上。該 厚度甚至可以適當?shù)馗。愿倪M在例如RFID標簽或卡狀設備(例如，識別卡、銀行卡、信 用卡等)等平坦應用設備中的集成。針對這種應用的優(yōu)選的基板厚度小于150微米。但是， 基板可以更薄，在制造期間，在適當關注的情況下，厚度甚至可以在100微米以下。為了達到特別小的尺寸，優(yōu)選實施例的定時參考電路包括微機電諧振器(以下稱 為MEMS諧振器)和振蕩器電路，振蕩器電路與MEMS諧振器相連。在這些實施例中，甚至可 以實現(xiàn)單片集成。因此，在一個實施例中，使用單個基板來集成本發(fā)明第一方面的時間測量設備，因 此在基板上集成的不僅有定時參考電路，還有放射性輻射源、計數(shù)器和控制電路。這樣，實 現(xiàn)了非常小的設備，適合結合到如上所述的薄形應用設備，甚至適合結合到紙張中。單片集成不是絕對的需求。也可以通過提供組合到單個封裝或組件中的分離的管 芯，來實現(xiàn)小尺寸，特別是相對于產(chǎn)品高度。例如，可以使用例如管芯堆疊，在單個封裝或組 件中組合一個管芯上的MEMS諧振器、beta發(fā)射體和計數(shù)器管芯、以及包括例如驅(qū)動電路、 非易失性存儲器和邏輯的電路管芯。這種封裝足夠小，以允許結合到智能卡等中。然而，本發(fā)明的時間測量設備也可以用在對于幾何擴展沒有如此嚴格要求的應用 設備中。在這種對于尺寸限制不大的實施例中，定時參考電路可以備選地包括石英振蕩器。因此，本發(fā)明的時間測量設備對于任何應用設備都是有用的，應用設備得益于在 設備已經(jīng)從其電源斷開之后也能夠跟蹤所流逝時間的能力。在一個優(yōu)選實施例中，放射性同位素的半衰期是至少一年。鑒于本發(fā)明的時間測 量設備要在其中使用的應用設備的有限壽命，在一個實施例中使用半衰期是5和10年的放 射性同位素，而在另一實施例中使用半衰期在10到20年之間的放射性同位素。優(yōu)選地，所 用的放射性同位素是beta輻射的發(fā)射體，S卩，電子。由于beta發(fā)射體一般具有較低的環(huán)境 風險，所以相比于alpha或gamma發(fā)射體而言是優(yōu)選的。此外，發(fā)射的電子可以具有較低能 量，因此，可以具有較低穿透深度，這防止了輻射逃逸出時間測量設備。因此，低能發(fā)射體相 比于高能發(fā)射體是非常優(yōu)選的，以使放射性輻射引起的風險盡可能接近零。為了進一步減 小人類暴露給所發(fā)射的輻射的風險，可以在基板上提供屏蔽層，或者可以將屏蔽結合到包 含時間測量設備的應用設備中。在一個實施例中，使用單個放射性同位素作為基板上或基板中的放射性輻射源。 適當?shù)氖纠请巴凰兀?H。該氚同位素是半衰期大致為12年的beta發(fā)射體。所發(fā)射的電 子具有ISkeV的能量。氚的優(yōu)點在于可以所需的注入劑量注入到限定的基板區(qū)域。因此， 可以根據(jù)時鐘操作的需求，高精度地控制基板中氚原子的數(shù)目。如果只使用單個放射性同位素作為放射性輻射源，則優(yōu)選地，控制電路被配置為 根據(jù)如下公式來計算瞬息時間與所存儲的參考時間之間的時間差
權利要求
1.一種時間測量設備，包括-定時參考電路，被配置為產(chǎn)生具有參考頻率的電參考信號，所述參考頻率適合測量或 控制分辨率為秒或更小的積分時間跨度；-在基板上或集成到基板中的放射性輻射源，包括具有至少一個月的已知半衰期的至 少一個放射性同位素；-針對放射性輻射的檢測器，所述檢測器與放射性輻射源一起集成在相同的基板上或 基板中，并被配置為提供檢測器信號，所述檢測器信號指示在積分時間跨度上檢測到的放 射性衰變事件的數(shù)目；-控制電路，與定時參考電路和檢測器相連，并被配置為 -控制或測量積分時間跨度，以及-使用檢測器信號、積分時間跨度的值、半衰期、以及在參考時間處所述至少一個放射 性同位素的已知衰變速率，來計算瞬息時間與參考時間之間的時間差。
2.根據(jù)權利要求1所述的時間測量設備，其中，定時參考電路包括 -微機電諧振器，以下稱為MEMS諧振器，以及-振蕩器電路，振蕩器電路與MEMS諧振器相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的時間測量設備，其中，放射性輻射源是單個放射性同位 素，該放射性同位素是beta輻射發(fā)射體并具有在10到20年之間的半衰期。
4.根據(jù)權利要求3所述的時間測量設備，其中，控制電路被配置為根據(jù)如下公式來計 算時間差_ XnA0T -\nC{t,T)~ I其中，t表示時間差，Atl表示放射性輻射源中的放射性同位素在參考時間處的已知衰變 速率，C(t，T)表示在積分時間跨度T上由t限定的時間點處檢測到的計數(shù)數(shù)目，以及λ以 關系λ =0.7t1/2與放射性同位素的半衰期有關。
5.根據(jù)前述權利要求之一所述的時間測量設備，其中，-在半導體基板中集成檢測器以及包含放射性同位素的埋入層， -檢測器包括具有半導體基板的檢測器區(qū)的pn結，該檢測器區(qū)是在工作電壓下可從電 荷載流子耗盡的，以及其中-埋入層至少部分地在檢測器區(qū)內(nèi)延伸。
6.根據(jù)前述權利要求之一所述的時間測量設備，其中，-放射性輻射源包括第一放射性同位素和第二放射性同位素，以及其中 -第二放射性同位素的第二半衰期是第一放射性同位素的第一半衰期的至少三倍，第 一半衰期在10到20年的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權利要求6所述的時間測量設備，其中，選擇放射性輻射源中的第一和第二放 射性同位素的原子數(shù)目，使得這兩個放射性同位素的衰變速率在首次操作時間測量設備之 前的已知時間點處是相等的或者是近似相等的。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的時間測量設備，其中，控制電路被配置為根據(jù)如下公式來 計算時間差
9.根據(jù)權利要求6到8之一所述的時間測量設備，其中，-在半導體基板中集成檢測器以及包含第一放射性同位素的埋入層， -計數(shù)器包括具有半導體基板中的檢測器區(qū)的至少一個pn結，該檢測器區(qū)是在工作電 壓下可從電荷載流子耗盡的，-埋入層至少部分地在檢測器區(qū)內(nèi)延伸， -在基板上的絕緣層上布置第二放射性同位素層，以及-計數(shù)器被配置為在與衰變事件關聯(lián)的至少兩個能量范圍的計數(shù)之間進行區(qū)分，以將 第一放射性同位素的第一衰變事件與第二放射性同位素的第二衰變事件相分離，并且計數(shù) 器被配置為對第一和第二衰變事件進行分離計數(shù)。
10.根據(jù)前述權利要求之一所述的時間測量設備，其中，基板具有小于200微米的厚度。
11.根據(jù)前述權利要求之一所述的時間測量設備，包括集成到單個封裝中的多個管芯， 或者在時間測量設備中，將定時參考電路、放射性輻射源、檢測器、控制電路和可編程非易 失性存儲器集成到單個管芯中。
12.—種實時時鐘，包括根據(jù)權利要求1到11之一所述的時間測量設備，其中，控制電 路被配置為使用所存儲的參考時間和所計算的時間差，來計算實時值并在控制電路輸出處 提供該實時值。
13.—種電組件，包括根據(jù)權利要求1到11之一所述的時間測量設備或者根據(jù)權利要 求12所述的實時時鐘，還包括功率端子，所述功率端子被配置為從外部電源接收功率，以 操作定時參考電路、計數(shù)器和控制電路。
14.一種識別或認證設備，包括根據(jù)權利要求12或13的電組件。
15.一種用于相對于參考時間測量時間的方法，包括-提供根據(jù)權利要求1所述的時間測量設備或者根據(jù)權利要求11所述的實時時鐘； -在時間跨度內(nèi)保持時間測量設備或?qū)崟r時鐘與電源斷開； -在所述時間跨度之后，從電源向時間測量設備或?qū)崟r時鐘提供工作功率； -使時間測量設備或?qū)崟r時鐘的控制單元進行如下操作a)測量或控制積分時間跨度，b)接收來自檢測器的檢測信號，以及c)使用計數(shù)信號、積分時間跨度的值、半衰期、以及至少一個放射性同位素在參考時間 處的已知衰變速率，來計算瞬息時間與參考時間之間的時間差；d)可選地并且僅僅在提供根據(jù)權利要求11的實時時鐘的情況下，附加地使用所存儲 的參考時間和所計算的時間差來計算實時值；以及-依據(jù)是否已經(jīng)執(zhí)行了步驟d)，從時間測量設備相應地接收時間差值或?qū)崟r值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種時間測量設備，包括在單個基板或多個基板上的定時參考電路；在基板上或基板中的放射性輻射源；在基板上或基板中的放射性衰變事件計數(shù)器?；迳系目刂齐娐繁慌渲脼槭褂枚〞r參考來控制計數(shù)器的積分時間，從計數(shù)器接收計數(shù)信號，并使用計數(shù)信號、積分時間跨度的值、半衰期、以及在參考時間處所述至少一個放射性同位素的已知衰變速率，來計算瞬息時間與參考時間之間的時間差。
文檔編號G04F13/00GK102099753SQ200980128326
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權日2008年7月23日
發(fā)明者帕維爾·穆夏爾, 彼得·楊·什利克維爾, 約瑟夫·托馬斯·馬丁內(nèi)斯·范貝克 申請人:Nxp股份有限公司