CN1113467C

CN1113467C - 可编程开关,可调整电容和借助这样一种开关实现的谐振电路

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Publication number: CN1113467C
Application number: CN97196957A
Authority: CN
Inventors: J·科瓦尔斯基; M·马丁
Original assignee: Inside Technologies SA
Current assignee: Inside Technologies SA
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 2003-07-02
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: US6034446A; JP2000516036A; CN1227015A; CA2261856C; DE69703693D1; CA2261856A1; KR100436752B1; AU3626097A; WO1998005123A1; EP0916186A1; KR20000029445A; FR2752115A1; DE69703693T2; FR2752115B1; EP0916186B1; AU740796B2; ATE198113T1

Abstract

本发明涉及一集成电路，该集成电路包含依靠电磁感应接收交流电压(V_ac)的谐振电路(L，20)，该谐振电路包含至少一个借助可编程开关器件(11)控制的电容(C1-Ci)，该开关器件包含一电路开关(7)，存储单元(6)和开关(7)的控制电路(31，32，33，42)，控制电路由交流电压(V_ac)馈电，并且按照存储单元(6)的擦除状态或程序安排打开或关闭电路开关(7)。

Description

可编程开关，可调整电容和借助这样一种开关实现的谐振电路

技术领域

本发明涉及集成电路内电元件连接。

背景技术

在集成电路或电子芯片里，某些元件如电容、电阻或所有其它参于电路工作的无源或有源元件有时应该准确校准。在铸造阶段不能获得这一精度，因此在制造芯片之后这些元件才被精细调整。图1表示调整例如电容的传统方法。与原(主)电容Cm并联提供有微小值的校正电容C1，C2，...，Ci，整体形成等于电容Cm，C1，C2...，Ci之和的等效电容。一旦电子芯片制成，则通过用激光束分成一段或多段将调整电容连接到主电容的导线P1，P2，...，Pi，对等效电容精细调整。

该方法的缺点是实施不灵巧，必要高价的机器和测试装置以及较多的人工工时。

本方法的另一缺点是由于加工原因，当芯片还集中出现在称为“晶片(Wafer)”的硅母模上时，实施导电线的切割。不过，在这阶段，某些元件由于有时考虑用于调整尚未与芯片连接。实际上，是由电磁感应馈电的不接触型片卡或电子标签包含LC型电路(电感电容电路)，其谐振频率应当调谐在允许芯片工作的感应磁场的振荡频率。正因为电路LC的线圈L一般在制造的最后阶段焊接到芯片上，因此在晶片上的电容调整不允许抵销线圈L制造公差以及获得理想的LC值。此外，未考虑在芯片加电压时出现的各种寄生电容。

在现有技术中，日本专利文摘JP6084384描述一时钟电路，其时基由并联电容决定，该电容可以由非易失性存储器单元控制的开关来切换。同样，美国专利US 4814 640描述一可编程元件，它包含由可编程存储器单元控制的开关切换的多种并联元件。

发明内容

本发明的想法在不接触的电子芯片的谐振电路LC里引入一可编程电容，以便在芯片投入服务时由电容的编程调谐LC电路。

因此，本发明的目的是提供有能力在交流电压下工作的可编程电子元件，尤其是可编程电容能集成于谐振电路内。

本发明的另一目的是提供一可编程开关器件，它能控制交流电压，尤其在交流电压高于集成电路工作的正常电压时。

通过包含谐振电路的集成电路来达到这些目的，该谐振电路通过电磁感应接收构成集成电路能源的交流电压，在集成电路里谐振电路包含借助包括一个开关的可编程开关器件进行切换的至少一个电容，一存储器单元，和由交流电压馈电的控制该开关以及按照存储器单元的程序或擦除状态通或断该开关的电路。

根据本发明的一实施例，集成电路包含用于快速整流交流电压的小滤波电容装置，以便产生存储器单元的读出电压。

根据本发明的一实施例，集成电路包含可编程开关器件自动编程的装置，以便接收最高交流电压。

本发明也涉及用于切换交流电压的可编程开关器件，它至少包含一个非易失性存储器单元，至少一个用于切换交流电压的开关装置，其中控制装置包含根据存储器单元的编程状态用于至少产生交流信号的第一半波的装置。

根据一实施例，控制装置的输出通过电容的第一接线端对开关装置馈电。

电容器的第二接线端有利地安排用于接收交流信号的另一半波。

根据一实施例，开关装置包含一个MOS晶体管。

根据一实施例，存储器单元是可编程的并且是电可擦除的。

根据一实施例，存储器单元包含一个浮栅晶体管。

本发明也涉及可编程电元件，它至少包含借助本发明的可编程开关器件可进行切换的电元件。

本发明特别涉及可编程电容，它至少包含借助本发明的可编程开关器件进行切换的电容。

本发明也涉及LC型谐振电路，它至少包含借助本发明的可编程开关器件进行控制的一个线圈和一个电容。

附图说明

本发明的这些特征和优点以及其它特征和优点将在以下有关本发明的可编程开关器件说明，以及实施本发明可编程电容和谐振电路的开关器件的应用中结合附图更详细地加以说明，其中：

-先描述的图1表示传统的可调整的电容，

-图2概括地表示可编程的开关器件，

-图3表示实现图2开关器件的一实施例，

-图4表示实现图2开关器件的另一实施例，

-图5表示本发明的LC谐振电路，它包含以方框图形式表示的可编程开关器件，

-图6是根据本发明的可编程开关器件的电路图，

-图7更详细表示图6的开关器件的元件，

-图8是允许编程或启动使本发明开关器件的电路图，

-图9表示本发明电子芯片的谐振电路。

具体实施方式

图2概略表示可编程开关器件1。基本上开关器件1在其输入端E和输出端S之间包含一开关2，开关的开闭状态由非易失性存储器可编程单元3决定。读出电压V_rd或电流I_rd加到单元3上，单元3输送一电压V_ce或“单元电压”用于控制开关2。按惯例如果存储单元是自然导通路，则它是所谓的“可编程的”，如果存储单元是自然非导通，则它是所谓的“可擦除的”。因此根据单元的状态，单元的电压为零或非零，开关关闭或打开。

图3表示可编程开关器件5的一实施例，其中存储器单元3采取浮栅晶体管6的形式，而开关2采取MOS晶体管7的形式。晶体管6的栅极反馈到与地连接的源极S上。漏极D接收读出电压V_rd(或读出电流I_rd)并被连接到晶体管7的栅极G上。晶体管7的漏极D和源极S形成开关器件5的输入端E和输出端S。通过在晶体管6的漏极D和栅极G之间加12到20伏量级的高压V_pp，晶体管6能以传统方式编程或通过在其漏极D和栅极G之间加高压V_pp擦除。当晶体管6处于编程态，则电荷捕获于悬浮栅极，其阈电压是负的，例如为约-4V。这时晶体管6自然导通，如果加上读出电压V_rd其漏极D接地。单元电压V_ce(这里指晶体管6的漏极D的电压)为零，而开关晶体管7阻塞(开关打开)。反之，当晶体管6处于擦除状态，则阈电压为正，例如+6V的量级。晶体管6自然阻塞，其漏极D不导通。单元电压V_ce等于读出电压V_rd，开关晶体管7导通路(开关关闭)。

用所有其它类型存储器单元，上述可编程开关器件能精巧地实现。例如在图4中，存储器单元8使用MOS晶体管9，其栅极由电容C偏置，在其中能捕获电荷。也可使用借助紫外光的电可擦除可编程的存储单元。

把这种可编程开关器件用于由感应馈电的电子芯片的LC谐振电路的频率调整是本发明的一个方面。

因此，图5表示一可编程电容20，它包含多个电容器C1，C2，...Ci通过多个可编程开关器件11-1，11-2，...11-I在两公共接线柱AC1，AC2之间并联。根据所研究的调整范围能提供用虚线表示的主电容Cm。电容20与线圈L组合以形成电子芯片的LC谐振电路。该谐振电路允许芯片通过电磁感应接收用作电能的交流电压V_ac，如果需要的话附带地用作发射和接收数据的载体。对于本发明，一旦线圈连接，芯片加上电压，即：能执行LC电路的调谐，以便考虑芯片的寄生线圈L和电容值上的误差。此外，通过集成在芯片内的电子部件12，调谐能够自动地实现，该部件读出接线柱AC1和AC2上的交流电压V_ac并且对开关器件11-1到11-i自动编程直到得到最高交流电压V_ac为止，而线圈L围绕在交流磁场FLD内。一旦芯片从晶片分离，线圈焊到芯片上而且整个装配在支座上或盒内，这时本发明将有益地提供调谐谐振电路LC。

如果开关器件11在其输入端E和输出端S上接收到交流电压V_ac，其峰值超过读出电压V_rd则在这种应用里可能出现问题。在这种情况下开关晶体管7(图3)的栅电极压V_G在电压的半波期间实际上应当低于导通的阈值VT，晶体管7截止。例如在非接触的芯片卡或电子标签情况下，通过图5的谐振电路LC接收一些数字数据，在接线端AC1，AC2之间出现的感应电压V_ac峰对峰能达到18伏。反之，存储器单元的读出电压V_rd仅当从集成电路电源电压产生时，有3到4伏。

根据本发明通过在开关-晶体管7和单元6之间放置控制晶体管7的控制装置来减少这种缺陷，后者在输入端接收单元电压V_ce作为输入并且产生超过单元电压V_ce的晶体管7的控制电压。这些控制装置例如可以采取像电荷泵那样的升压器电路的形式。可是电荷泵一般显示足够长的起动时间并且不适合本发明的应用，例如当读出电压V_rd出现时，谐振电路必须快运行。

图6表示有关不出现这缺点的图5开关器件11-1到11-i的本发明的一实施例。开关器件11包括描述过的悬浮栅晶体管6和开关-晶体管7。晶体管7的源极S通过电容器Ci连接到接线柱AC1并且接收交流电压V_ac的半波V_C10漏电极D连接到接线柱AC2并且接收另一半波V_c2。悬浮栅晶体管6的漏极D连接在以后将描述的电压匹配器级31的输入端IN上。级31的输入端IN接收等于单元V_ce电压的输入电压V_in，当晶体管6处于擦除状态时该单元电压本身等于读出电压V_rd。级31的输出端OUT通过如二极管那样工作的MOS晶体管32发送供电电压V_out到晶体管的栅极G上。最终，晶体管7的栅极G连接到升压电容33上，有关升压电容的作用在以下描述。电容33的自由端连接到晶体管7的漏极D，以便接收半波V_c2。

在图7详细表示的匹配级31包含两平行分支34，37，其一端接收半波V_c1，而其另一端接地。分支34包含串联的晶体管PMOS35和晶体管NMOS36，而分支37包含晶体管PMOS38和晶体管NMOS39。晶体管35的栅极G连接到晶体管38，39的漏极D上，而晶体管38的栅极G连接到晶体管35的漏极D上。电压V_out在晶体管38，39的漏电极D取出，晶体管另外通过在其栅极G接收交流电压半波V_c2的晶体管NMOS接地。最终输入电压V_in加在晶体管36的栅极G上，而与V_in电压反向的电压V_nin加在晶体管39的栅极G上。电压V_nin在其源极S接地的晶体管NMOS的漏极D上取出，而该晶体管由读出电压V_rd偏置并电压V_in驱动。因此当电压V_in处于1(即等于读出电压V_rd)则电压V_nin处于0(即接地)或相反。

当V_in处于1(晶体管6处于可擦除状态)，晶体管36和38导通，输出电压V_out在这半波期间重复输出该半波V_c1，而在半波V_c2期间通过导通的晶体管40置0。当电压V_in为0(晶体管6处于编程状态)，晶体管导通并且输出维持为0，因此开关-晶体管被阻塞(这相当于以前的方式的导电通路被切断)。当电压V_in为1，由充电到值：

[V_c1max-Vt]

的升压电容33保证开关一晶体管7关闭，这里V_c1max是半波V_C1的峰值而Vt是二极管一晶体管32的阈值电压，该两极管的作用是禁止电容器33放电。

在半波V_c1期间晶体管7的栅极电压V_G达到电平N1，它等于：N1＝(V_c1max-Vt)

而在半波V_c2期间，达到电平N2，它等于：

N2＝N1+V_c2

因为升压电容在其另一接线端接收半波V_c2。

因此，开关-晶体管7总是导通并且以双向方式工作，不论交流电压V_ac振幅多大，栅极电压V_G与峰值电压V_c1ax正比地变化。为了得到更理想的情况，开关器件11的工作归结在下表内。

当然，通过用电压V_in激励晶体管39的栅极G以及用电压V_nin激励晶体管36之一个的栅极G，则开关器件11的工作能反向。在这种情况下当V_in为1(晶体管6处于可擦状态)，开关器件打开(不导通)，当V_in为0(晶体管6处于编程状态)，开关器件关闭(导通)。

表

V_out值晶体管7的VG值
V_out值晶体管7的VG值				半波V_c1	半波V_c2	半波V_c1	半波V_c2
V_in＝0V_in＝0	0V_c1	00	0V_c1max-V_T	半波V_c1	半波V_c2	半波V_c1	半波V_c2	0V_c1max-V_T+V_c2

电容33是所谓“升压电容”或(“升压”电容)，因为它把半波V_c2加在其自由端上，以便使栅极电压V_G达到N₂电平，这将使晶体管7在半波V_c2期间导通，正如刚才看到的那样。

可是根据一种方案，电容33能作为一简单求积器用而无升压功能。在这种情况下，电容器33的自由端接地，而晶体管7只在半波V_c1期间导通。这时可提供让半波V_c2通过的第二开关-晶体管7，该第二开关-晶体管7由在第二适配器级31的输出端out上提供半波V_c2驱动的。这样一种两开关-晶体管7和两适配器31的推挽结构能被应用，只要刚才描述的用具有单向导通的开关7的电路例如用双极晶体管进行设计。

最后，正如图6所示，当信号V_in为0时，提供晶体管42用于维持晶体管7的电压V_G为0。该晶体管42接在晶体管7和地之间，例如由已描述过的电压V_nin驱动。

图8表示在包含已述的悬浮栅晶体管6的存储器单元50的集成电路里的连接例子。它分成用于单元50的编程和擦除的4个开关61，62，63，64的第一组60和用于单元读出的两开关71，72的一组70。在编程时，悬浮栅晶体管6在其漏极D上接收由晶体管61引入的高电压，其栅极G通过晶体管62接地，晶体管63，64不导通。在擦除时，悬浮栅晶体管6的栅极G和源极S通过其栅极G接收读出电压V_rd的晶体管71，72接地。同时读出电压V_rd加到晶体管6的漏极D上，在该漏极上存在单元电压V_ce，根据晶体管的状态，该电压等于0或V_rd。当然在编程或擦除周期，读出电压V_rd是禁止的。此外，实际上本发明多个开关器件的存储器单元能排成行并且通过用于应用编程或擦除的高电压V_pp的多路转换器电路是可以存取的。

图9表示由电磁感应供电的非接触电子芯片的谐振电路LC。该LC电路与图5描绘的一样，编程电容20包含本发明开关器件11-1到11-i。芯片由通过二极管整流器桥pd输送的电压V_cc供电，该桥在输入端接收感应的交流电压V_ac。用大值滤波电容C_st安置在整流器桥的输出端以便在不佳的能量接收情况下构成有能力稳定电压V_cc的电荷贮存器。

现在假设：电路LC通过开关器件11-1到11-i的恰当的编程，例如借助图5的电子部件12已经调谐并且假设芯片在断电之后突然放到交流磁场FLD内。

这时存在的问题是开关器件11-1到11-i应当是工作的，以便使电路LC调制磁场的振荡频率上。然而开关器件11-1到11-i只在对其加上读出电压瞬时才是工作的，供电电压V_cc由于电容C_st的充电要求的时间只缓慢地出现。因此如果电压V_cc用作开关器件11-1到11-i的读出电压V_st，则芯片加电压时间可能很长。对最坏情况如果在开关起动前，LC电呼严重失谐，以及感应电压V_ac不足以使电容C_st充电，则可能不出现供电电压V_cc。

为了暂时克服这缺点，本发明提议提供一辅助整流电路以提供开关器件的读出电压V_rd。该辅助整流电路包含一低值滤波电容，以使从感应电压V_ac的第一次振荡出现后，甚至这些振荡具有很小的能量以及LC电路严重失谐，也很快出现读出电压V_rd。图9表示的辅助电路特别简单的一种实施例在于借助一两极管D_rd和一低值电容C_rd2实现一感应电压V_ac半波整流器。最好二极管D_rd通过允许限制送到开关器件11-1到11-i的存储器单元的读出电流I_rd的电容C_rd1连接到线圈接线端AC1，AC2的一端或另一端。

本专业技术人员将一目了然地发现本发明可以有许多可替换的实施例和完善的方案。尤其是如果要求高水平的可靠性时本发明的每一可编程开关器件包含多个单元串联、并联或串并联。在本发明的开关器件里如前所述也能发现以互补充的或相同方式工作的多个开关。最后，本发明交流可编程开关器件也可以有各种其它应用，如可编程电阻，可编程RC电路…的设计。

Claims

1.一种集成电路，包括应调谐在预定谐振频率的谐振电路(L，20)，用于通过电磁感应接收构成集成电路能源的交流电压(V_ac)，其特征在于：所述谐振电路包含：

借助可编程开关器件(11)切换的至少一个调谐电容(C1-Ci)，该可编程开关器件(11)包含用于切换交流电压(V_ac)的开关装置；

一存储器单元；和

控制装置(31，32，33，42)，用于控制由交流电压(V_ac)馈电的开关装置，并且安排成用于按照存储器单元的编程或擦除状态，打开或关闭开关装置。

2.根据权利要求1所述的集成电路，其中控制装置包含根据存储器单元的编程状态用于提供至少交流信号(V_ac)的第一半波的装置(31，32)。

3.根据权利要求2所述的集成电路，其中用于提供至少交流信号(V_ac)的第一半波(V_c1)的装置(31，32)的输出端连接到一个电容器(33)的第一接线端，其第二接线端安排用于接收交流信号(V_ac)的另一半波(V_c2)。

4.根据权利要求2所述的集成电路，其中用于提供至少交流信号(V_ac)的第一半波(V_c1)的装置(31，32)的输出端连接到一个电容器(33)的第一接线端，其第二接线端接集成电路之地。

5.根据权利要求1所述的集成电路，其中开关装置包含一个MOS晶体管(7)。

6.根据权利要求1-5之一所述的集成电路，其中存储器单元是电可擦除和可编程的。

7.根据权利要求1-5之一所述的集成电路，其中存储器单元包含一个悬浮栅晶体管(6)。

8.根据权利要求1-5之一所述的集成电路，它包括快速整流交流电压(V_ac)的低滤波电容(C_rd)装置(C_rd，D_rd)，用于产生存储单元的读出电压(Vrd)。

9.根据权利要求1-5之一所述的集成电路，它包括对可编程开关

器件(11)自动编程的装置(12，60，70)，以便接收最高交流电压(V_ac)。