專利名稱：遠(yuǎn)距自供電集成電路中的載荷調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)距自供電集成電路中的載荷調(diào)制裝置。
這種裝置可以在遠(yuǎn)距自供電集成電路與電磁場(chǎng)輻射源讀出器之間，利用從讀出器可看到的集成電路等效載荷的變化傳輸數(shù)據(jù)。
該發(fā)明尤其可應(yīng)用到無觸點(diǎn)智能卡(芯片卡)及電子標(biāo)記或電子標(biāo)簽方面。
在這類應(yīng)用中，例如LC型振蕩電路可用于電源電壓再生及卡與讀出器之間的數(shù)據(jù)傳輸。振蕩電路可以部分或全部地集成到集成電路或偏置在外邊。
處在電磁場(chǎng)中的振蕩電路在其端子上輸出頻率與讀出器發(fā)射信號(hào)頻率相同的交流信號(hào)。當(dāng)振蕩電路固有諧振頻率等于讀出器發(fā)射頻率時(shí)該電壓信號(hào)振幅最大。
適合這種應(yīng)用的集成電路通常都包括一個(gè)對(duì)振蕩電路輸出的交流信號(hào)進(jìn)行整流的整流電路。整流電路的作用就是把該交流電壓與一個(gè)對(duì)應(yīng)于集成電路中邏輯電路的載荷相對(duì)應(yīng)的直流載荷相連通。換句話說該整流電路可把交流電源電壓轉(zhuǎn)換成集成電路中邏輯電路的直流電源電壓。
在那種情況下載荷調(diào)制主要是使調(diào)諧電路的阻抗，從讀出器上能看到，隨著要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)而變化。
為此，集成電路包括一個(gè)載荷調(diào)制電路，它受集成電路數(shù)據(jù)傳輸級(jí)輸出的邏輯調(diào)制信號(hào)控制。載荷調(diào)制電路通常都是由一個(gè)或幾個(gè)連接在振蕩電路輸出接點(diǎn)間的晶體管組成，它們受邏輯調(diào)制信號(hào)控制。


圖1表示出遠(yuǎn)距自供電集成電路中載荷調(diào)制電路的第一個(gè)實(shí)施例。
該集成電路通常包括一個(gè)振蕩電路1，它在其輸出端A與B之間輸出一個(gè)交流電壓信號(hào)；一個(gè)對(duì)該交流電壓進(jìn)行整流的整流電路2用來向集成電路中的邏輯電路3輸出直流電源電壓Vdd及Gnd。在該實(shí)施例中，整流電路是二極管D0、D1、D2、D3電橋并且邏輯電路是利用其等效載荷表示的，采用了電源電壓Vdd及Gnd之間并聯(lián)的電阻Re及電容Ce。
振蕩電路中的載荷調(diào)制電路由標(biāo)注為mod的二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)控制，此信號(hào)是由圖中未示出的在邏輯電路3中所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸級(jí)ED輸出的。
載荷調(diào)制電路4包括一個(gè)開關(guān)晶體管Tm1，在其柵極上由調(diào)制信號(hào)mod控制。在本實(shí)施例中是一個(gè)N型MOS晶體管，它連接在調(diào)制結(jié)點(diǎn)Nm與電源電壓Gnd之間。載荷調(diào)制電路4另外還包括兩個(gè)隔離晶體管，有一個(gè)利用振蕩電路端子，它可保護(hù)開關(guān)晶體管Tm1防止電壓太高。因此就有了一個(gè)連接在端子A與電路結(jié)點(diǎn)Nm之間的隔離晶體管Ti1以及一個(gè)連接在端子B與電路結(jié)點(diǎn)Nm之間的隔離晶體管Ti2。在該實(shí)施例中，它們是兩個(gè)N型MOS晶體管。每個(gè)都按二極管方式安裝，其柵極和漏極連接在一起。
當(dāng)開關(guān)晶體管Tm1利用二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)mod被控制在開路狀態(tài)或斷開狀態(tài)時(shí)，它就等效于一個(gè)標(biāo)注為rdsoff的高阻值電阻。當(dāng)開關(guān)晶體管被控制在閉合狀態(tài)或通路狀態(tài)時(shí)，它就等效于一個(gè)標(biāo)注為rdson的低阻值電阻。電阻rdsoff與rdson之間的差就引起了載荷的變化。振蕩電路1的工作頻率沒有變化。
圖2表示出了載荷調(diào)制電路4的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，載荷電路包括一個(gè)電容Cm及一個(gè)開關(guān)晶體管Tm2，它們串聯(lián)在端子A與B之間。在此實(shí)施例中，開關(guān)晶體管是一個(gè)N型MOS晶體管。它在其柵極上接收二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)mod。根據(jù)該mod信號(hào)的二進(jìn)制電平，開關(guān)晶體管Tm2可使電容Cm并聯(lián)在振蕩電路上或者不并聯(lián)在振蕩電路上，按照電容Cm有效地并聯(lián)或不并聯(lián)，就可改變電容載荷及振蕩電路的工作頻率。
現(xiàn)有技術(shù)的這些載荷調(diào)制電路實(shí)施例其共同之處是必須把那些補(bǔ)充元件都連接到振蕩電路上，這就會(huì)妨礙該電路的品質(zhì)因數(shù)。品質(zhì)因數(shù)應(yīng)理解為在電路的振蕩頻率下其端子上的過壓。由于補(bǔ)充元件所產(chǎn)生的電流載荷減少了過壓，因而也降低了振蕩電路的效率。
此外，這些補(bǔ)充元件按照在集成電路上設(shè)計(jì)面積來說造成了成本過高。實(shí)際上這些補(bǔ)充元件應(yīng)該能夠在振蕩電路端子上承受較大的電壓變化，它們可達(dá)到10至100伏。
本發(fā)明的目的是一種在遠(yuǎn)距自供電電路中的載荷調(diào)制裝置，它沒有上面那些各種不足之處。
本發(fā)明的基本想法是使用在阱中制成的MOS晶體管的漏極/基片或源極/基片寄生二極管。根據(jù)本發(fā)明，把調(diào)制應(yīng)用到MOS晶體管的阱上，此晶體管又利用其漏極或源極連接到振蕩電路的端子上，就能夠使漏極阱或源極阱寄生二極管導(dǎo)通，其作用就是使所考慮的端子達(dá)到指定的電壓水平，從讀出器可看出，這就能用來影響振蕩電路的載荷。
因而作為特征來說，本發(fā)明涉及一種在遠(yuǎn)距自供電集成電路中載荷調(diào)制裝置；一種所述電路的第一和第二電源電壓的再生裝置，它包括一個(gè)振蕩電路和至少一個(gè)MOS晶體管，這是靠近在振蕩電路的至少一個(gè)端子的阱中制成的，所述晶體管的漏極或源極與所考慮的至少一個(gè)端子連接，其特征在于調(diào)制裝置包括另可按照二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)的電平把所述的阱偏置到第一或第二電源電壓的裝置。
本發(fā)明的其它一些特征或優(yōu)點(diǎn)將在后面以非限定性實(shí)施例所作的說明中進(jìn)行更詳細(xì)的描述，還參照了幾個(gè)附圖，其中有--圖1和2已描述過了，每個(gè)圖都表示的是遠(yuǎn)距自供電集成電路它含有一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的載荷調(diào)制電路；--圖3表示出一個(gè)遠(yuǎn)距自供電集成電路，它含有一個(gè)本發(fā)明第一種實(shí)施例的載荷調(diào)制電路；--圖4表示的是圖3所示載荷調(diào)制電路的一種變型例；--圖5表示出一個(gè)遠(yuǎn)距自供電集成電路，它含有本發(fā)明另一實(shí)施例的載荷調(diào)制電路；以及--圖6表示了一個(gè)采用遠(yuǎn)距自供電集成電路的電子系統(tǒng)。
在這些圖中，相同的元件都帶有一樣的標(biāo)注。
如圖6所示，適合于智能卡(芯片卡)、電子標(biāo)注或電子標(biāo)簽式應(yīng)用的電子系統(tǒng)10包括一個(gè)讀出器11，它可以利用電磁場(chǎng)B的發(fā)射保證其中有智能卡或電子標(biāo)注12等的遠(yuǎn)距自供電。這些智能卡或電子標(biāo)注12都包括一個(gè)遠(yuǎn)距自供電型的集成電路13。
圖3所示遠(yuǎn)距自供電集成電路，如上述圖中那樣，包括一個(gè)電源電壓再生裝置，它又包含一個(gè)振蕩電路1和一個(gè)整流電路2、一個(gè)由再生電源電壓Vdd和Gnd供電的電子電路3以及一個(gè)振蕩電路的載荷調(diào)制電路4。
在實(shí)施例中，整流電路是一種對(duì)應(yīng)于圖1所示D0、D1、D2、D3結(jié)構(gòu)的二極管電橋結(jié)構(gòu)。在圖3中，這些二極管每一個(gè)都是利用按二極管方式安裝成的MOS晶體管，柵極與漏極連接在一起。
更確切地說，二極管D0是利用N、M1型MOS晶體管實(shí)現(xiàn)的，其源極S與電源電壓Gnd連接并且柵極g及漏極d一起連接到端子A。同樣，二極管D1是利用N，M1型MOS晶體管實(shí)現(xiàn)的，其源極S接到端子B。二極管D2是利用P、M2型MOS晶體管實(shí)現(xiàn)的，其源極S接到電源電壓Vdd并且柵極g及漏極d一起連接到端子A。二極管D3是利用P、M3型MOS晶體管實(shí)現(xiàn)的，其源極S接到電源電壓Vdd并且柵極g及漏極d一起連接到端子B。
一般說來，晶體管的基片或阱要偏置到一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷?，通常是源電壓，以便防止漏極/基片或漏極/阱以及源極/基片或源極/阱寄生二極管被導(dǎo)通，這就可以避免晶體管中漏電。這種偏壓在圖上是采用晶體管溝道及其源之間的“總體(bulk)“偏壓接線的方式具體實(shí)現(xiàn)的。
在基片P上的MOS工藝實(shí)施例中，MOS N晶體管是制備在P基片中的而MOS P晶體管是制備在N型阱中的。
根據(jù)需要，對(duì)于每個(gè)阱能有不同的偏壓，而基片的偏壓對(duì)于各種集成電路都是相同的。
在本發(fā)明中，使用了阱偏壓以便使MOS晶體管膜片的寄生二極管保持非導(dǎo)通或?qū)顟B(tài)，該MOS晶體管連接到振蕩電路的一個(gè)端子上。這樣，如果該晶體管的漏極連接到振蕩電路的一個(gè)端子上，就可使該端子達(dá)到阱的偏壓電壓，它使相關(guān)的寄生二極管導(dǎo)通。因此就改變了振蕩電路的等效載荷，可從讀出器看到。
如果舉出圖3所示的實(shí)施例，在P基片上的MOS工藝中，MOS P M2及M3晶體管都是在阱中制成的，最好是在同一個(gè)阱中制成的。每個(gè)這種晶體管的漏極都與振蕩電路的一個(gè)端子連接。
本發(fā)明載荷調(diào)制電路4那時(shí)還包括一些由二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)mod控制的裝置用于改變這些晶體管M2及M3的阱偏壓電壓。在實(shí)施例中，這些裝置主要是由一個(gè)變換器組成，該變換器包括一個(gè)MOS P T2晶體管和一個(gè)MOS P T1晶體管，它們都連接在電源電壓Vdd與Gnd之間，其柵極都連接在一起可接收二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)mod并且其漏極都連接在一起形成了變換器輸出端S，它連接到阱偏壓引線bkp。
如果二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)為“1”，則載荷調(diào)制電路的晶體管T1是導(dǎo)通的。輸出端S達(dá)到電源電壓Gnd。因此，根據(jù)振蕩電路端子A與B上的交流信號(hào)電平，至少漏極阱寄生二極管是導(dǎo)通的，使相關(guān)的端子達(dá)到電源電壓Gnd。
如果二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)為“0”，則載荷調(diào)制電路的晶體管T2是導(dǎo)通的。輸出端S可達(dá)到電源電壓Vdd。在那種情況下M2及M3晶體管的阱被偏置到電源電壓Vdd并且沒有任何漏極/阱二極管是導(dǎo)通的。
晶體管T1尺寸規(guī)格的確定要便于按照所要求的調(diào)制指數(shù)使阱的偏壓接線多少稍快一些地達(dá)到電源電壓Gnd。
在圖3所示的一種變型例中，晶體管T1與電源電壓Gnd之間串聯(lián)一個(gè)電阻器Rm，這也可以匹配調(diào)整電路4的調(diào)制指數(shù)。該電阻器實(shí)際上可以用一個(gè)不攙雜電阻(例如多晶硅、擴(kuò)散)制成或者是用等效電路例如晶體管電路制成。
圖4上表示出了圖3所示解決方案的一種雙重性方案，它對(duì)應(yīng)于在N型基片上制備的集成電路。在該實(shí)施例中，MOS N晶體管都制備在P型阱中。這此阱典型地說都是利用其源極正常地偏置到電源電壓Gnd的。本發(fā)明載荷調(diào)制電路那時(shí)既可以按通常的方式使M0及M1晶體管的阱偏置到電源電壓Gnd，也可以根據(jù)二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)mod而偏置到電源電壓Vdd。在該實(shí)施例中載荷調(diào)制電路的輸出S可連接到晶體管M0及M1的阱的偏壓接線bkn。如果它包括一個(gè)調(diào)制指數(shù)的適配電阻Rm’，則該電阻那時(shí)要設(shè)計(jì)在電源電壓Vdd與晶體管T2之間，以便多少要快些地使電路輸出端S提升到電源電壓Vdd。
本發(fā)明的另一個(gè)帶有載荷調(diào)制電路的遠(yuǎn)距自供電集成電路的實(shí)施例表示在圖4上了。與圖3所示方案的不同之處在于整流電路2中的MOS晶體管，這些晶體管是以不同的方式安裝的，在該實(shí)施例中，晶體管M0和M2形成了第一個(gè)變換器，采用的方式是它們的柵極都一起連接到端子A上并且它們的漏極一起連接到端子B上。晶體管M1和M3構(gòu)成了另一個(gè)變換器，利用它們的柵極一起都連接到端子B上而且它們的漏極都一起接到端子A上。這樣，就形成了一種在振蕩電路端子A和B上輸入/輸出式反饋?zhàn)儞Q器的整流器結(jié)構(gòu)，用于再生電源電壓Vdd和Gnd。
在該實(shí)施例中，本發(fā)明載荷調(diào)制電路是按照與圖3中相同的方式而加以應(yīng)用的。對(duì)于在N型阱中制成的晶體管M2和M3來說，阱的偏壓接線被連接到載荷調(diào)制電路的輸出端，其結(jié)構(gòu)與圖3中相同。
本發(fā)明也能適用于電源電壓Vdd和Gnd再生裝置的設(shè)計(jì)方案，在這些方案中有一個(gè)晶體管是在阱中制成的，通過其源極連接到振蕩電路的一個(gè)端子上。在這種情況下，源極阱二極管可以應(yīng)用本發(fā)明的調(diào)制。
還要指出的是本發(fā)明載荷調(diào)制電路最好包括至少一個(gè)利用振蕩電路端子的阱晶體管。
然而，它可以含有僅涉及一個(gè)端子的阱晶體管，即使調(diào)制電路的效率在此情況下較低。
更普遍地說，當(dāng)至少針對(duì)振蕩電路的一個(gè)端子，在阱中制成至少一個(gè)MOS晶體管，其漏極或源極連接到所考慮的端子時(shí)，也就能夠設(shè)計(jì)出一種本發(fā)明載荷調(diào)制電路可用于按照二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)mod改變阱的偏壓。
要注意到，按本發(fā)明來說關(guān)系不太大的是圖3和5的晶體管MOSM2及M3各個(gè)都可在一個(gè)分開的阱中或在同一個(gè)阱中制成。同樣，指出的內(nèi)容也適用于圖4的晶體管M0和M1。
本發(fā)明載荷調(diào)制裝置特別容易實(shí)施并且在振蕩電路上未增加任何載荷。
因此，振蕩電路的品質(zhì)因數(shù)在利用調(diào)制或不利用調(diào)制時(shí)是一樣的。此外，載荷調(diào)制電路4不必承受可能在振蕩電路端子上產(chǎn)生的較大壓差。因而從集成電路硅表面的主要經(jīng)濟(jì)性來看，其尺寸還是比較小的。在這種情況下，如圖3至5上所示，其中集成電路包括一個(gè)隔離裝置5，它連接在整流電路2的電源輸出Vdd與內(nèi)回路3上的相應(yīng)輸入端之間，載荷調(diào)制電路4安置在上游方，處于整流電路2與絕緣裝置5之間。
權(quán)利要求
1.一種遠(yuǎn)距自供電集成電路中的載荷調(diào)制裝置，它帶有第一及第二電源電壓(Vdd、Gnd)的再生裝置，該裝置包括一個(gè)振蕩電路(1)以及至少一個(gè)MOS(M1、M2)晶體管，此晶體管是在振蕩電路的至少一個(gè)端子(A、B)上的阱中制成的，所述晶體管的漏極或源極連接到所考慮的端子上，其特征在于調(diào)制裝置包括裝置4用于使所述晶體管的阱根據(jù)二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)(mod)的電平而偏置到第一或第二電源電壓(Vdd、Gnd)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制裝置，它包括一個(gè)以上的阱晶體管(M2、M3)，其特征在于所述的晶體管都是在同一個(gè)(P)型的阱中制成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的調(diào)制裝置，其特征在于有一個(gè)或多個(gè)晶體管是電壓整流電路(2)中的晶體管，它連接在振蕩電路(1)的端子(A、B)之間并且在輸出端輸出第一及第二電源電壓(Vdd、Gnd)。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的載荷調(diào)制裝置，其特征在于偏壓裝置(4)包括一個(gè)連接在第一與第二電源電壓(Vdd、Gnd)之間的變換器，其可控其輸入端(E)接收邏輯調(diào)制信號(hào)(mod)，此信號(hào)是由集成電路數(shù)據(jù)傳輸級(jí)(ED)提供的，并且其輸出端(S)連接到一個(gè)或幾個(gè)晶體管的阱偏壓引線(bkp)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)制裝置，其特征在于變換器包括第一晶體管(T2)用于使輸出(S)達(dá)到電源電壓(Vdd)的電平，這就能鎖閉漏極阱二極管或源極阱二極管；還包括第二晶體管(T1)用于使輸出端達(dá)到另一電源電壓(Gnd)的電平，這能夠使所考慮的二極管導(dǎo)通，所述第二晶體管的尺寸大小隨著所要求的調(diào)制指數(shù)而變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的再生裝置，其特征在于，偏壓裝置另外還包括一個(gè)連接在所述第二晶體管(T1)與相關(guān)電壓(Gnd)之間的電阻器(Rm)，該電阻器的電阻率隨著所要求的調(diào)制指數(shù)而變化。
7.一種遠(yuǎn)距自供電的集成電路，它包括一個(gè)根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的載荷調(diào)制裝置。
8.一種含有根據(jù)權(quán)利要求7所述集成電路的智能(芯片)卡或電子標(biāo)記。
9.一種包括一個(gè)讀出器的電子系統(tǒng)，它可對(duì)根據(jù)權(quán)利要求8所述智能卡或電子標(biāo)記提供遠(yuǎn)距自供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及的一種遠(yuǎn)距自供電集成電路中,有一個(gè)電源電壓(Vdd、Gnd)的再生裝置,它包括一個(gè)接在端子A、B上的振蕩電路(1)以及至少一個(gè)靠近振蕩電路(1)的至少一個(gè)端子A、B在阱中制成的MOS晶體管,其漏極或源極連接到所考慮的端子上。載荷調(diào)制裝置包括一些偏壓裝置(4),它可以根據(jù)邏輯調(diào)制信號(hào)(mod),使一個(gè)或兩個(gè)晶體管(M2、M3)的阱偏置到第一電源電壓(Vdd)或第二電源電壓(Gnd)。
文檔編號(hào)G06K19/07GK1383523SQ0180159
公開日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2001年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月5日
發(fā)明者B·戈梅茨 申請(qǐng)人:格姆普拉斯公司, 斯特米克羅電子有限公司