專利名稱：可編程開關(guān),可調(diào)整電容和借助這樣一種開關(guān)實(shí)現(xiàn)的諧振電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路內(nèi)電元件連接。
在集成電路或電子芯片里，某些元件如電容、電阻或所有其它參于電路工作的無源或有源元件有時(shí)應(yīng)該準(zhǔn)確校準(zhǔn)。在鑄造階段不能獲得這一精度，因此在制造芯片之后這些元件才被精細(xì)調(diào)整。

圖1表示調(diào)整例如電容的傳統(tǒng)方法。與原(主)容Cm并聯(lián)提供有微小值的校正電容C1,C2,…,Ci，整體形成等于電容Cm,C1,C2…,Ci之和的等效電容。一旦電子芯片制成，則通過用激光束分成一段或多段將調(diào)整電容連接到主電容的導(dǎo)線P1,P2,…,Pi，對(duì)等效電容精細(xì)調(diào)整。
該方法的缺點(diǎn)是實(shí)施不靈巧，必要高價(jià)的機(jī)器和測(cè)試裝置以及較多的人工工時(shí)。
本方法的另一缺點(diǎn)是由于加工原因，當(dāng)芯片還集中出現(xiàn)在稱為“晶片(Wafer)”的硅母模上時(shí)，實(shí)施導(dǎo)電線的切割。不過，在這階段，某些元件由于有時(shí)考慮用于調(diào)整尚未與芯片連接。實(shí)際上，是由電磁感應(yīng)饋電的不接觸型片卡或電子標(biāo)簽包含LC型電路(電感電容電路)，其諧振頻率應(yīng)當(dāng)調(diào)諧在允許芯片工作的感應(yīng)磁場(chǎng)的振蕩頻率。正因?yàn)殡娐稬C的線圈L一般在制造的最后階段焊接到芯片上，因此在晶片上的電容調(diào)整不允許抵銷線圈L制造公差以及獲得理想的LC值。此外，未考慮在芯片加電壓時(shí)出現(xiàn)的各種寄生電容。
在現(xiàn)有技術(shù)中，日本專利文摘JP6084384描述一時(shí)鐘電路，其時(shí)基由并聯(lián)電容決定，該電容可以由非易失性存儲(chǔ)器單元控制的開關(guān)來切換。同樣，美國(guó)專利US 4814 640描述一可編程元件，它包含由可編程存儲(chǔ)器單元控制的開關(guān)切換的多種并聯(lián)元件。
本發(fā)明的想法在不接觸的電子芯片的諧振電路LC里引入一可編程電容，以便在芯片投入服務(wù)時(shí)由電容的編程調(diào)諧LC電路。
因此，本發(fā)明的目的是提供有能力在交流電壓下工作的可編程電子元件，尤其是可編程電容能集成于諧振電路內(nèi)。
本發(fā)明的另一目的是提供一可編程開關(guān)裝置，它能控制交流電壓，尤其在交流電壓高于集成電路工作的正常電壓時(shí)。
通過包含諧振電路的集成電路來達(dá)到這些目的，該諧振電路通過電磁感應(yīng)接收構(gòu)成集成電路能源的交流電壓，在集成電路里諧振電路包含借助包括一個(gè)開關(guān)的可編程開關(guān)裝置進(jìn)行控制的。至少一個(gè)電容，一存儲(chǔ)器單元和由交流電壓饋電的控制該開關(guān)的電路以及按照存儲(chǔ)器單元的程序或擦除狀態(tài)通或斷該開關(guān)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，集成電路包含用于快速整流交流電壓的小濾波電容裝置，以便產(chǎn)生存儲(chǔ)器單元的讀出電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，集成電路包含可編程開關(guān)裝置自動(dòng)編程的裝置，以便接收最高交流電壓。
本發(fā)明也涉及用于控制交流電壓的可編程開關(guān)，它至少包含一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器單元，至少一個(gè)用于控制交流電壓的開關(guān)裝置，在該開關(guān)中控制裝置包含根據(jù)存儲(chǔ)器單元的編程狀態(tài)用于至少產(chǎn)生交流信號(hào)的第一半波的裝置。
根據(jù)一實(shí)施例控制裝置的輸出通過電容的第一接線端對(duì)開關(guān)裝置饋電。
電容器的第二接線端有利地安排用于接收交流信號(hào)的另一半波。
根據(jù)一實(shí)施例開關(guān)裝置包含一晶體管MOS。
根據(jù)一實(shí)施例存儲(chǔ)器單元是可編程的并且是電可擦除的。
根據(jù)一實(shí)施例存儲(chǔ)器單元包含一懸浮柵晶體管。
本發(fā)明也涉及可編程電元件，它至少包含借助本發(fā)明的可編程開關(guān)裝置可進(jìn)行控制的電元件。
本發(fā)明特別涉及可編程電容，它至少包含借助本發(fā)明的可編程開關(guān)可進(jìn)行控制的電容。
本發(fā)明也涉及LC型諧振電路，它至少包含借助本發(fā)明的可編程開關(guān)可進(jìn)行控制的一個(gè)線圈和一個(gè)電容。
本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下有關(guān)本發(fā)明的可編程的開關(guān)說明，以及實(shí)施本發(fā)明可編程電容和諧振電路的開關(guān)裝置的應(yīng)用中結(jié)合附圖更詳細(xì)地加以說明，其中-先描述的圖1表示傳統(tǒng)的可調(diào)整的電容，-圖2概括地表示可編程的開關(guān)裝置-圖3表示實(shí)現(xiàn)圖2開關(guān)裝置的一實(shí)施例，
-圖4表示實(shí)現(xiàn)圖2開關(guān)裝置的另一實(shí)施例，-圖5表示本發(fā)明的LC諧振電路，它包含以方框圖形式表示的可編程開關(guān)裝置，-圖6是根據(jù)本發(fā)明的可編程開關(guān)裝置的電路圖，-圖7更詳細(xì)表示圖6的開關(guān)裝置的元件，-圖8是允許編程或啟動(dòng)使本發(fā)明開關(guān)裝置的電路圖，-圖9表示本發(fā)明電子芯片的諧振電路。
圖2概略表示可編程開關(guān)裝置1。基本上開關(guān)裝置1在其輸入端E和輸出端S之間包含一開關(guān)2，開關(guān)的開閉狀態(tài)由非易失性存儲(chǔ)器可編程單元3決定。讀出電壓Vrd或電流Ird加到單元3上，單元3輸送一電壓Vce或“單元電壓”用于控制開關(guān)2。按慣例如果存儲(chǔ)單元是自然導(dǎo)通路，則它是所謂的“可編程的”，如果存儲(chǔ)單元是自然非導(dǎo)通，則它是所謂的“可擦除的”。因此根據(jù)單元的狀態(tài)，單元的電壓為零或非零，開關(guān)關(guān)閉或打開。
圖3表示可編程開關(guān)裝置5的一實(shí)施例，其中存儲(chǔ)器單元3采取懸浮柵晶體管6的形式，而開關(guān)2采取MOS晶體管7的形式。晶體管6的柵極反饋到與地連接的源極S上。漏極D接收讀出電壓Vrd(或讀出電流Ird)并被連接到晶體管7的柵極G上。晶體管7的漏極D和源極S形成開關(guān)裝置5的輸入端E和輸出端S。通過在晶體管6的漏極D和柵極G之間加12到20伏量級(jí)的高壓Vpp，晶體管6能以傳統(tǒng)方式編程或通過在其漏極D和柵極G之間加高壓Vpp擦除。當(dāng)晶體管6處于編程態(tài)，則電荷捕獲于懸浮柵極，其閾電壓是負(fù)的，例如為約-4V。這時(shí)晶體管6自然導(dǎo)通，如果加上讀出電壓Vrd其漏極D接地。單元電壓Vce(這里指晶體管6的漏極D的電壓)為零，而開關(guān)晶體管7阻塞(開關(guān)打開)。反之，當(dāng)晶體管6處于擦除狀態(tài)，則閾電壓為正，例如+6V的量級(jí)。晶體管6自然阻塞，其漏極D不導(dǎo)通。單元電壓Vce等于讀出電壓Vrd，開關(guān)晶體管7導(dǎo)通路(開關(guān)關(guān)閉)。
用所有其它類型存儲(chǔ)器單元，上述可編程開關(guān)裝置能精巧地實(shí)現(xiàn)。例如在圖4中，存儲(chǔ)器單元8使用MOS晶體管9，其柵極由電容C偏置，在其中能捕獲電荷。也可使用借助紫外光的電可擦除可編程的存儲(chǔ)單元。
把這種可編程開關(guān)裝置用于由感應(yīng)饋電的電子芯片的LC諧振電路的頻率調(diào)整是本發(fā)明的一個(gè)方面。
因此，圖5表示一可編程電容20，它包含多個(gè)電容器C1,C2,…Ci通過多個(gè)可編程開關(guān)11-1,11-2,…11-I在兩公共接線柱AC1,AC2之間并聯(lián)。根據(jù)所研究的調(diào)整范圍能提供用虛線表示的主電容Cm。電容20與線圈L組合以形成電子芯片的LC諧振電路。該諧振電路允許芯片通過電磁感應(yīng)接收用作電能的交流電壓Vac，如果需要的話附帶地用作發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的載體。對(duì)于本發(fā)明，一旦線圈連接，芯片加上電壓，即能執(zhí)行LC電路的調(diào)諧，以便考慮芯片的寄生線圈L和電容值上的誤差。此外，通過集成在芯片內(nèi)的電子部件12，調(diào)諧能夠自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)，該部件讀出接線柱AC1和AC2上的交流電壓Vac并且對(duì)開關(guān)裝置11-1到11-i自動(dòng)編程直到得到最高交流電壓Vac為止，而線圈L圍繞在交流磁場(chǎng)FLD內(nèi)。一旦芯片從晶片分離，線圈焊到芯片上而且整個(gè)裝配在支座上或盒內(nèi)，這時(shí)本發(fā)明將有益地提供調(diào)諧諧振電路LC。
如果開關(guān)裝置11在其輸入端E和輸出端S上接收到交流電壓Vac,其峰值超過讀出電壓Vrd則在這種應(yīng)用里可能出現(xiàn)問題。在這種情況下開關(guān)晶體管7(圖3)的柵電極壓VG在電壓的半波期間實(shí)際上應(yīng)當(dāng)?shù)陀趯?dǎo)通的閾值VT，晶體管7截止。例如在非接觸的芯片卡或電子標(biāo)簽情況下，通過圖5的諧振電路LC接收一些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在接線端AC1,AC2之間出現(xiàn)的感應(yīng)電壓Vac峰對(duì)峰能達(dá)到18伏。反之，存儲(chǔ)器單元的讀出電壓Vrd僅當(dāng)從集成電路電源電壓產(chǎn)生時(shí)，有3到4伏。
根據(jù)本發(fā)明通過在開關(guān)-晶體管7和單元6之間放置控制晶體管7的控制裝置來減少這種缺陷，后者在輸入端接收單元電壓Vce作為輸入并且產(chǎn)生超過單元電壓Vce的晶體管7的控制電壓。這些控制裝置例如可以采取像電荷泵那樣的升壓器電路的形式?？墒请姾杀靡话泔@示足夠長(zhǎng)的起動(dòng)時(shí)間并且不適合本發(fā)明的應(yīng)用，例如當(dāng)讀出電壓Vrd出現(xiàn)時(shí)，諧振電路必須快運(yùn)行。
圖6表示有關(guān)不出現(xiàn)這缺點(diǎn)的圖5開關(guān)裝置11-1到11-i的本發(fā)明的一實(shí)施例。開關(guān)裝置11包括描述過的懸浮柵晶體管6和開關(guān)-晶體管7。晶體管7的源極S通過電容器Ci連接到接線柱AC1并且接收交流電壓Vac的半波VC10漏電極D連接到接線柱AC2并且接收另一半波VC2。懸浮柵晶體管6的漏極D連接在以后將描述的電壓匹配器級(jí)31的輸入端IN上。級(jí)31的輸入端IN接收等于單元Vce電壓的輸入電壓Vin，當(dāng)晶體管6處于擦除狀態(tài)時(shí)該單元電壓本身等于讀出電壓Vrd級(jí)31的輸出端OUT通過如二極管那樣工作的MOS晶體管32發(fā)送供電電壓Vout到晶體管的柵極G上。最終，晶體管7的柵極G連接到升壓電容33上，有關(guān)升壓電容的作用在以下描述。電容33的自由端連接到晶體管7的漏極D，以便接收半波Vc2。
在圖7詳細(xì)表示的匹配級(jí)31包含兩平行分支34,37，其一端接收半波Vc1，而其另一端接地。分支34包含串聯(lián)的晶體管PMOS35和晶體管NMOS36，而分支37包含晶體管PMOS38和晶體管NMOS39。晶體管35的柵極G連接到晶體管38,39的漏極D上，而晶體管38的柵極G連接到晶體管35的漏極D上。電壓Vout在晶體管38,39的漏電極D取出，晶體管另外通過在其柵極G接收交流電壓半波Vc2的晶體管NMOS接地。最終輸入電壓Vin加在晶體管36的柵極G上，而與Vin電壓反向的電壓Vnin加在晶體管39的柵極G上。電壓Vnin在其源極S接地的晶體管NMOS的漏極D上取出，而該晶體管由讀出電壓Vrd偏置并電壓Vin驅(qū)動(dòng)。因此當(dāng)電壓Vin處于1(即等于讀出電壓Vrd)則電壓Vnin處于0(即接地)或相反。
當(dāng)Vin處于1(晶體管6處于可擦除狀態(tài))，晶體管36和38導(dǎo)通，輸出電壓Vout在這半波期間重復(fù)輸出該半波Vc1，而在半波Vc2期間通過導(dǎo)通的晶體管40置0。當(dāng)電壓Vin為0(晶體管6處于編程狀態(tài))，晶體管導(dǎo)通并且輸出維持為0，因此開關(guān)-晶體管被阻塞(這相當(dāng)于以前的方式的導(dǎo)電通路被切斷)。當(dāng)電壓Vin為1，由充電到值[Vc1max-Vt]的升壓電容33保證開關(guān)一晶體管7關(guān)閉，這里Vc1ax是半波VC1的峰值而Vt是二極管一晶體管32的閾值電壓，該兩極管的作用是禁止電容器33放電。
在半波Vc1期間晶體管7的柵極電壓VG達(dá)到電平N1，它等于N1=(Vc1max-Vt)而在半波Vc2期間，達(dá)到電平N2，它等于N2=N1+Vc2因?yàn)樯龎弘娙菰谄淞硪唤泳€端接收半波Vc2。
因此，開關(guān)-晶體管7總是導(dǎo)通并且以雙向方式工作，不論交流電壓Vac振幅多大，柵極電壓VG與峰值電壓Vclmax正比地變化。為了得到更理想的情況，開關(guān)11的工作歸結(jié)在下表內(nèi)。
當(dāng)然，通過用電壓Vin激勵(lì)晶體管39的柵極G以及用電壓Vnin激勵(lì)晶體管36之一個(gè)的柵極G，則開關(guān)11的工作能反向。在這種情況下當(dāng)Vin為1(晶體管6處于可擦狀態(tài))，開關(guān)裝置打開(不導(dǎo)通)，當(dāng)Vin為0(晶體管6處于編程狀態(tài))，開關(guān)關(guān)閉(導(dǎo)通)。
表
電容33是所謂“升壓電容”或(“升壓”電容)，因?yàn)樗寻氩╒c2加在其自由端上，以便使柵極電壓VG達(dá)到N2電平，這將使晶體管7在半波Vc2期間導(dǎo)通，正如剛才看到的那樣。
可是根據(jù)一種方案，電容33能作為一簡(jiǎn)單求積器用而無升壓功能。在這種情況下，電容器33的自由端接地，而晶體管7只在半波Vc1期間導(dǎo)通。這時(shí)可提供讓半波Vc2通過的第二開關(guān)-晶體管7，該第二開關(guān)-晶體管7由在第二適配器級(jí)31的輸出端out上提供半波Vc2驅(qū)動(dòng)的。這樣一種兩開關(guān)-晶體管7和兩適配器31的推挽結(jié)構(gòu)能被應(yīng)用，只要?jiǎng)偛琶枋龅挠镁哂袉蜗驅(qū)ǖ拈_關(guān)7的電路例如用雙極晶體管進(jìn)行設(shè)計(jì)。
最后，正如圖6所示，當(dāng)信號(hào)Vin為0時(shí)，提供晶體管42用于維持晶體管7的電壓VG為0。該晶體管42接在晶體管7和地之間，例如由已描述過的電壓Vnin驅(qū)動(dòng)。
圖8表示在包含已述的懸浮柵晶體管6的存儲(chǔ)器單元50的集成電路里的連接例子。它分成用于單元50的編程和擦除的4個(gè)開關(guān)61,62,63,64的第一組60和用于單元讀出的兩開關(guān)71,72的一組70。在編程時(shí)，懸浮柵晶體管6在其漏極D上接收由晶體管61引入的高電壓，其柵極G通過晶體管62接地，晶體管63,64不導(dǎo)通。在擦除時(shí)，懸浮柵晶體管6的柵極G和源極S通過其柵極G接收讀出電壓Vrd的晶體管71,72接地。同時(shí)讀出電壓Vrd加到晶體管6的漏極D上，在該漏極上存在單元電壓Vce，根據(jù)晶體管的狀態(tài)，該電壓等于0或Vrd。當(dāng)然在編程或擦除周期，讀出電壓Vrd是禁止的。此外，實(shí)際上本發(fā)明多個(gè)開關(guān)裝置的存儲(chǔ)器單元能排成行并且通過用于應(yīng)用編程或擦除的高電壓Vpp的多路轉(zhuǎn)換器電路是可以存取的。
圖9表示由電磁感應(yīng)供電的非接觸電子芯片的諧振電路LC。該LC電路與圖5描繪的一樣，編程電容20包含本發(fā)明開關(guān)裝置11-1到11-i。芯片由通過二極管整流器橋pd輸送的電壓Vcc供電，該橋在輸入端接收感應(yīng)的交流電壓Vac。用大值濾波電容Cst安置在整流器橋的輸出端以便在不佳的能量接收情況下構(gòu)成有能力穩(wěn)定電壓Vcc的電荷貯存器。
現(xiàn)在假設(shè)電路LC通過開關(guān)11-1到11-i的恰當(dāng)?shù)木幊?，例如借助圖5的電子部件12已經(jīng)調(diào)諧并且假設(shè)芯片在斷電之后突然放到交流磁場(chǎng)FLD內(nèi)。
這時(shí)存在的問題是開關(guān)11-1到11-i應(yīng)當(dāng)是工作的，以便使電路LC調(diào)制磁場(chǎng)的振蕩頻率上。然而開關(guān)11-1到11-i只在對(duì)其加上讀出電壓瞬時(shí)才是工作的，供電電壓Vcc由于電容Cst的充電要求的時(shí)間只緩慢地出現(xiàn)。因此如果電壓Vcc用作開關(guān)裝置11-1到11-i的讀出電壓Vst，則芯片加電壓時(shí)間可能很長(zhǎng)。對(duì)最壞情況如果在開關(guān)起動(dòng)前，LC電呼嚴(yán)重失諧，以及感應(yīng)電壓Vac不足以使電容Cst充電，則可能不出現(xiàn)供電電壓Vcc。
為了暫時(shí)克服這缺點(diǎn)，本發(fā)明提議提供一輔助整流電路以提供開關(guān)裝置的讀出電壓Vrd。該輔助整流電路包含一低值濾波電容，以使從感應(yīng)電壓Vac的第一次振蕩出現(xiàn)后，甚至這些振蕩具有很小的能量以及LC電路嚴(yán)重失諧，也很快出現(xiàn)讀出電壓Vrd。圖9表示的輔助電路特別簡(jiǎn)單的一種實(shí)施例在于借助一兩極管Drd和一低值電容Crd2實(shí)現(xiàn)一感應(yīng)電壓Vac半波整流器。最好二極管Drd通過允許限制送到開關(guān)裝置11-1到11-i的存儲(chǔ)器單元的讀出電流Ird的電容Crd1連接到線圈接線端AC1,AC2的一端或另一端。
本專業(yè)技術(shù)人員將一目了然地發(fā)現(xiàn)本發(fā)明可以有許多可替換的實(shí)施例和完善的方案。尤其是如果要求高水平的可靠性時(shí)本發(fā)明的每一可編程開關(guān)裝置包含多個(gè)單元串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)。在本發(fā)明的開關(guān)裝置里如前所述也能發(fā)現(xiàn)以互補(bǔ)充的或相同方式工作的多個(gè)開關(guān)。最后，本發(fā)明交流可編程開關(guān)裝置也可以有各種其它應(yīng)用，如可編程電阻，可編程RC電路…的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1．用于控制交流電信號(hào)(Vac)的可編程開關(guān)裝置(11)，它包含至少一非易失性存儲(chǔ)器單元(6)，用于控制交流信號(hào)(Vac)的至少一開關(guān)裝置(7)和用于控制該開關(guān)裝置(7)的裝置(31,32,33,42)，其特征為所述控制裝置包含根據(jù)存儲(chǔ)器單元(6)編程狀態(tài)產(chǎn)生至少包含交流信號(hào)(Vac)第一半波(Vc)的裝置(31,32)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的編程開關(guān)裝置，其中用于至少提供交信號(hào)(Vac)的第一半波(Vc1)的裝置(31,32)的輸出通過電容(33)的第一接線柱加到開關(guān)裝置(7)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的編程開關(guān)裝置，其中電容器(33)的第二接線端安排用于接收交流信號(hào)(Vac)的另一半波。
4．根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的編程開關(guān)裝置，其中開關(guān)裝置包含一MOS晶體管(7)。
5．根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的編程開關(guān)裝置，其中存儲(chǔ)器單元(6)是電可擦除和可編程的。
6．根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的編程開關(guān)裝置，其中存儲(chǔ)器單元包含一懸浮柵晶體管(6)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的可編程電氣元件(20)至少包含通過開關(guān)裝置(11-1到11-i)控制的電氣元件。
8．根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的可編程電容(20)，至少包含借助可編程開關(guān)裝置(11-1到11-i)控制的一電容(C1-Ci)。
9．根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述LC型諧振電路，至少包含借助可編程開關(guān)裝置(11-1到11-i)控制的一線圈(L)和一電容(C1-Ci)。
10．集成電路，包含一諧振電路(L,20)，用于通過電磁感應(yīng)接收構(gòu)成能源的交流電壓(Vac)，其特征為諧振電路包含至少一借助可編程開關(guān)裝置(11)控制的電容(C1-Ci)，該開關(guān)裝置包含一開關(guān)(7)，一存儲(chǔ)器單元(6)和用于控制由交流電壓(Vac)供電的電路(31,32,33,42)，并且安排用于按照存儲(chǔ)器單元(6)的編程或擦除狀態(tài)開或關(guān)開關(guān)(7)。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的集成電路，它包含交流電壓(Vac)的小濾波電容(Crd)快速整流裝置(Crd,Drd)以便產(chǎn)生存儲(chǔ)器單元(6)的讀出電壓(Vrd)。
12．根據(jù)權(quán)利要求10和11所述的集成電路，它包含裝置(12,60,70)，用于對(duì)可編程開關(guān)裝置(11)自動(dòng)編程，以便接收最高交流電壓(Vac)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一集成電路,該集成電路包含依靠電磁感應(yīng)接收交流電壓(V
文檔編號(hào)H01L21/70GK1227015SQ9719695
公開日1999年8月25日 申請(qǐng)日期1997年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月31日
發(fā)明者J·科瓦爾斯基, M·馬丁 申請(qǐng)人:內(nèi)部技術(shù)公司