CN101727974B - 一种适于cmos集成的暂态存贮电路及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种适于CMOS集成的暂态存贮电路及其使用方法,涉及射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术领域。本发明的一种暂态存贮电路由依次相连的访问控制电路、暂态存贮单元和输出灵敏放大器组成。标签芯片数字电路的复位信号PODR和输入数据信号D_IN经访问控制电路写入暂态存贮单元,暂态存贮单元的暂存数据输出Vc经输出灵敏放大器放大后由数据线D_OUT输出。本发明能解决无源射频识别应用中由于标签芯片短时掉电造成识别效率下降的问题,降低了标签识别的时间成本,提高了无源射频标签的识别效率,具有经济、简便的特点。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术领域,特别是无源射频识别系统中射频标签芯片的适于CMOS集成的暂态存贮器及其使用方法。
背景技术
无线射频识别技术是一种非接触式自动识别技术,利用射频信号和空间耦合传输特性,实现对被识别目标的自动识别。无源电子标签以其体积小、重量轻、成本低、寿命长、便于携带等突出优点,成为近几年射频识别领域的研究热点。参看图1,带有暂态存贮功能的无源射频识别标签1由天线及其匹配电路、射频前端模块、数字基带处理模块、不挥发存贮器和暂态存贮电路五部分组成。
在无源射频识别应用中,会有多种原因使识别过程中已经进入识别状态的无源标签芯片能量不够甚至标签芯片短时掉电的情况出现。例如,标签完成一次通讯后离场;或者读卡器关闭射频发射;或者由于识别环境多径效应等影响,造成读卡器场区分布不均,存在场强盲区;或者标签和读卡器存在相对运动;或者识别过程中有其它物体突然进入场区改变了场区的场强分布;或者识别过程中突然发生功耗很大的操作等原因均可以导致标签芯片掉电。如果标签芯片没对掉电之前识别过程中的重要通讯状态和结果进行保存,那么,在标签重新上电后就无法获取掉电之前的通讯信息,有可能需要重复掉电之前的识别过程,从而增加识别的时间成本,降低识别效率。对于受干扰影响较大的应用环境,该影响表现得更加突出,甚至可能导致识别无法进行。
要解决上述问题,需要将掉电之前的重要通讯信息在两次间隔不长的上电过程之间的较短时间里保存下来,由于需要保存的通讯信息数据量不大,故所需的存贮容量较小,一般在几个字节以内。并且,该数据只需要在两次间隔不长的上电过程之间的较短时间里短暂保存即可。现有技术中,使用的NVM(不挥发存贮器)虽能够永久保存数据,但是,其功耗一般都较大,特别是写入功耗较大,访问控制逻辑复杂,擦写时间较长,面积较大,不适合使用它来保存掉电前的通讯信息。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题,本发明的目的是提供一种适于CMOS集成的暂态存贮电路及其使用方法。它能有效解决无源射频识别应用中由于标签芯片短时掉电造成识别效率下降的问题,降低了标签识别的时间成本,提高了无源射频标签的识别效率,具有经济、简便的特点。
为了实现上述发明目的,本发明技术方案以如下方式实现:
方案一
一种适于CMOS集成的暂态存贮电路,其结构特点是,它由依次相连的访问控制电路、暂态存贮单元和输出灵敏放大器组成。标签芯片数字电路的复位信号PODR和输入数据信号D_IN经访问控制电路写入暂态存贮单元,暂态存贮单元的暂存数据输出Vc经输出灵敏放大器放大后由数据线D_OUT输出。所述访问控制电路按照复位信号的复位方式不同为如下两种结构的一种:
1)对于复位信号PODR高电平复位有效,低电平正常工作的数字系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二的一个输入端和经反相器一连接到或非门一的一个输入端,复位信号PODR分别连接到或非门一和或非门二的另一个输入端,或非门一的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二的输出为访问控制电路的输出信号
2)对于复位信号PODR低电平复位有效,高电平正常工作的数字系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二的一个输入端和经反相器一连接到或非门一的一个输入端,复位信号PODR经反相器二后分别连接到或非门一和或非门二的另一个输入端,或非门一的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二的输出为访问控制电路的输出信号
在上述适于CMOS集成的暂态存贮电路中,所述暂态存贮单元为如下两种结构的一种:
1)访问控制电路的输出与NMOS晶体管一的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管二的栅极相连,NMOS晶体管一的漏极和NMOS晶体管二的漏极分别与电源VDD相连,NMOS晶体管一的源极、NMOS晶体管四的栅极和NMOS晶体管三的漏极相连接,NMOS晶体管二的源极、NMOS晶体管三的栅极、NMOS晶体管四的漏极和储能电容的正极板相连,NMOS晶体管三的源极、NMOS晶体管四的源极和储能电容的负极板都接地GND,储能电容的正极板为暂态存贮单元的输出Vc。
2)访问控制电路的输出与NMOS晶体管二的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管一的栅极相连,NMOS晶体管一的漏极连接到电源VDD,NMOS晶体管二的源极和储能电容的负极板都接地GND,NMOS晶体管一的源极、NMOS晶体管二的漏极和储能电容的正极板相连,储能电容的正极板为暂态存贮单元的输出Vc。
在上述适于CMOS集成的暂态存贮电路中,所述输出灵敏放大器为如下两种结构的一种:
1)暂态存贮单元的输出Vc和标签射频前端电压参考源的输出参考电压Vref分别与比较器的正相输入端和负相输入端相连,比较器的输出经缓冲器连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM=Vref;
2)暂态存贮单元的输出Vc和暂态存贮单元的输出Vc经反相器四反相后分别与比较器的正相输入端和负相输入端相连,比较器的输出经缓冲器连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM为反相器四的开关阈值。
在上述适于CMOS集成的暂态存贮电路中,所述暂态存贮单元的数据信息存贮时间Th、暂态存贮电容的容值C、暂态存贮电容的泄漏电流Ic(t)、与暂态存贮电容相连的NMOS晶体管的衬底泄漏电流Il(t)、电源电压VDD、写入电路NMOS管的漏源电压VDS以及输出灵敏放大器的比较判决电平VM满足如下关系:
上述适于CMOS集成的暂态存贮电路的使用方法,其步骤如下:
1)标签芯片上电,标签射频前端模块产生上电复位信号,复位信号PODR置为有效的逻辑电平,数字基带处理模块处于复位状态,暂态存贮电路处于读取状态,标签芯片从暂态存贮电路中读取数据并将暂态存贮电路的输出D_OUT加载到目标寄存器锁存。此时,处于读取状态的暂态存贮电路保持所存贮的数据,不能向暂态存贮电路内写入数据,输入信号D_IN置为低电平;
2)标签芯片上电完毕,芯片电源VDD达到正常工作电压,复位信号PODR置为无效的逻辑电平,暂态存贮电路进入写入状态,并在芯片下电以前始终处于写入状态,在此期间,标签通过改变输入信号D_IN为逻辑低电平或者逻辑高电平向暂态存贮电路写入逻辑0或者逻辑1,暂态存贮电路的写入时间Tw满足Tw<<Th,Th为暂态存贮电路的数据保持时间;
3)标签芯片下电,暂态存贮电路进入数据保持状态,标签射频前端模块产生下电复位信号,复位信号PODR置为下电有效的逻辑电平,输入信号D_IN置为低电平;
4)标签芯片掉电,芯片电源VDD低于芯片正常工作所需的电压,暂态存贮电路的复位信号PODR和输入数据信号D_IN均为低电平,暂态存贮电路进入数据保持状态,在芯片掉电后的时间Th内,暂态存贮电路保持掉电前所存贮的数据,下次标签上电时,标签可以从该暂态存贮电路中读取掉电前所存贮的数据,以重复掉电前的通讯过程;芯片掉电时间超过Th,暂态存贮电路中的数据丢失,下次标签芯片上电时,暂态存贮电路输出逻辑低电平;
5)当标签再次上电,则重复步骤1)至4)的过程。
方案二
一种适于CMOS集成的暂态存贮电路,其结构特点是,它由依次相连的访问控制电路、暂态存贮单元和输出灵敏放大器组成。标签芯片数字电路的复位信号PODR、输入数据信号D_IN和写使能信号WEN经访问控制电路写入暂态存贮单元,暂态存贮单元的暂存数据输出Vc经输出灵敏放大器放大后由数据线D_OUT输出。所述访问控制电路按照复位信号的复位方式不同为如下四种结构的一种:
1)对于复位信号PODR高电平复位有效,低电平芯片正常工作,写使能信号WEN低电平时向暂态存贮电路写有效,WEN高电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二的一个输入端和经反相器一连接到或非门一的一个输入端,复位信号PODR和写使能信号WEN分别与或门的输入端连接,或门的输出端分别连接到或非门一和或非门二的另一个输入端,或门的输出为EN,或非门一的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二的输出为访问控制电路的输出信号
2)对于复位信号PODR高电平复位有效,低电平芯片正常工作,写使能信号WEN高电平时向暂态存贮电路写有效,WEN低电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二的一个输入端和经反相器一连接到或非门一的一个输入端,写使能信号WEN经反相器三后和复位信号PODR分别与或门的输入端连接,或门的输入端分别连接到或非门一和或非门二的另一个输入端,或门的输出为EN,或非门一的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二的输出为访问控制电路的输出信号
3)对于复位信号PODR低电平复位有效,高电平芯片正常工作,写使能信号WEN高电平时向暂态存贮电路写有效,WEN低电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二的一个输入端和经反相器一连接到或非门一的一个输入端,复位信号PODR和写使能信号WEN分别与与非门的输入端连接,与非门的输出端分别连接到或非门一和或非门二的另一个输入端,与非门的输出为EN,或非门一的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二的输出为访问控制电路的输出信号
4)对于复位信号PODR低电平复位有效,高电平芯片正常工作,写使能信号WEN低电平时向暂态存贮电路写有效,WEN高电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二的一个输入端和经反相器一连接到或非门一的一个输入端,写使能信号WEN经反相器三后和复位信号PODR分别与与非门的输入端连接,与非门的输出端分别连接到或非门一和或非门二的另一个输入端,与非门的输出为EN,或非门一的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二的输出为访问控制电路的输出信号
在上述适于CMOS集成的暂态存贮电路中,所述暂态存贮单元为如下三种结构的一种:
1)访问控制电路的输出与NMOS晶体管一的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管二的栅极相连,NMOS晶体管一的漏极和NMOS晶体管二的漏极分别与电源VDD相连,NMOS晶体管一的源极、NMOS晶体管四的栅极和NMOS晶体管三的漏极相连接,NMOS晶体管二的源极、NMOS晶体管三的栅极、NMOS晶体管四的漏极和储能电容的正极板相连,NMOS晶体管三的源极、NMOS晶体管四的源极和储能电容的负极板都接地GND,储能电容的正极板为暂态存贮单元的输出Vc;
2)访问控制电路的输出与NMOS晶体管二的漏极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管一的漏极相连,NMOS晶体管一的栅极和NMOS晶体管二的栅极相连,NMOS晶体管二的源极、NMOS晶体管四的栅极和NMOS晶体管三的漏极相连接,NMOS晶体管二的栅极连接到访问控制电路的输出EN,NMOS晶体管一的源极、NMOS晶体管三的栅极、NMOS晶体管四的漏极和储能电容的正极板相连,NMOS晶体管三的源极、NMOS晶体管四的源极和储能电容的负极板都接地GND,储能电容的正极板为暂态存贮单元的输出Vc;
3)访问控制电路的输出与NMOS晶体管二的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管一的栅极相连,NMOS晶体管一的漏极连接到电源VDD,NMOS晶体管二的源极和储能电容的负极板都接地GND,NMOS晶体管一的源极、NMOS晶体管二的漏极和储能电容的正极板相连,储能电容的正极板为暂态存贮单元的输出Vc。
在上述适于CMOS集成的暂态存贮电路中,所述输出灵敏放大器为如下两种结构的一种:
1)暂态存贮单元的输出Vc和标签射频前端电压参考源的输出参考电压Vref分别与比较器的正相输入端和负相输入端相连,比较器的输出经缓冲器连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM=Vref;
2)暂态存贮单元的输出Vc和暂态存贮单元的输出Vc经反相器四反相后分别与比较器的正相输入端和负相输入端相连,比较器的输出经缓冲器连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM为反相器四的开关阈值。
在上述适于CMOS集成的暂态存贮电路中,所述暂态存贮单元的数据信息存贮时间Th、暂态存贮电容的容值C、暂态存贮电容的泄漏电流Ic(t)、与暂态存贮电容相连的NMOS晶体管的衬底泄漏电流Il(t)、电源电压VDD、写入电路NMOS管的漏源电压VDS以及输出灵敏放大器的比较判决电平VM满足如下关系:
上述适于CMOS集成的暂态存贮电路的使用方法步骤如下:
1)标签芯片从无电状态上电时,标签射频前端模块产生上电复位信号,复位信号PODR置为上电有效的逻辑电平,写使能信号WEN为无效的逻辑电平,芯片从暂态存贮电路读取数据并将暂态存贮电路的输出D_OUT加载到目标寄存器锁存。
此时,处于读取状态的暂态存贮电路保持所存贮的数据,不能向暂态存贮电路内写入数据,输入信号D_IN置为低电平;
2)标签芯片上电完毕,芯片电源VDD达到正常工作电压,复位信号PODR置为无效的逻辑电平,向暂态存贮电路写入数据时,写使能信号WEN置为有效的逻辑电平,暂态存贮电路进入写入状态,并在芯片下电以前始终处于写入状态,在此期间,标签通过改变输入信号D_IN为逻辑低电平或者逻辑高电平向暂态存贮电路写入逻辑0或者逻辑1,暂态存贮电路的写入时间Tw满足Tw<<Th,Th为暂态存贮电路的数据保持时间;写入成功后,写使能信号WEN置为无效的逻辑电平,暂态存贮电路进入保持状态,在写使能WEN无效后的时间Th内,暂态存贮电路保持最近一次写入的数据,在写使能WEN无效后的时间Th以后,暂态存贮电路内存贮的数据丢失,暂态存贮电路输出逻辑低电平;
3)标签芯片下电,电源VDD从正常工作电压开始下降时,标签射频前端模块产生下电复位信号,复位信号PODR置为有效的逻辑电平,写使能信号WEN为无效逻辑电平,暂态存贮电路进入数据保持状态,暂态存贮的输入信号D_IN置为低电平;
4)标签芯片已经掉电,电源VDD低于芯片正常工作所需的电压时,暂态存贮电路的复位信号PODR、写使能信号WEN和输入信号D_IN均为低电平,暂态存贮电路进入保持状态,在芯片掉电后的时间Th内,暂态存贮电路保持掉电前所存贮的数据,下次标签上电时,标签芯片可以从该暂态存贮电路中读取掉电前所存贮的数据,以重复掉电前的通讯过程;芯片掉电时间超过Th,暂态存贮电路中的数据丢失,下次标签芯片上电时,暂态存贮电路输出逻辑低电平;
5)标签再次上电,则重复上述步骤1)至步骤4)的过程。
同现有技术相比,本发明的技术特点及效果:
1)本发明实现了无源射频标签芯片掉电后或者标签芯片掉电前正常工作时对电路信息的短时存贮,避免了标签由于某种原因短时掉电而造成识别过程的反复,从而降低了标签识别的时间成本,提高了无源射频识别系统的识别效率。
2)本发明电路读写时序简单,易于控制,便于内嵌到射频识别标签芯片中,不会因此明显增加控制逻辑。
3)本发明不依赖于某种特定的射频识别协议,只要支持有暂态存贮要求的协议的标签芯片都可以应用本电路实现暂态存贮功能。
4)本发明的暂态存贮时间和写入时间可以通过改变存贮电容大小、电源电压、输出灵敏放大器的比较电平、写入电流的大小等进行调整,可以适应不同的暂态存贮应用对暂态存贮数据保持时间和写入时间的要求。
5)本发明电路写入功耗低,并且,只在写入状态有功耗消耗,在数据保持状态和读出状态除了很小的CMOS泄漏功耗外,没有其它功耗损失。
6)本发明电路结构简单,除了基本的电阻电容以及NMOS、PMOS器件外,没有应用其它特殊的器件,无需增加额外的掩模层,不会增加制造成本。
7)本发明适于CMOS集成,对工艺依赖性较小、便于进行工艺移植。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为现有技术射频识别标签芯片的结构框图;
图2为本发明方案一暂态存贮电路的结构框图;
图3为本发明方案一中第一种访问控制电路的结构示意图;
图4为本发明方案一中第二种访问控制电路的结构示意图;
图5为本发明方案二暂态存贮电路的结构框图;
图6为本发明方案二中第一种访问控制电路的结构示意图;
图7为本发明方案二中第二种访问控制电路的结构示意图;
图8为本发明方案二中第三种访问控制电路的结构示意图;
图9为本发明方案二中第四种访问控制电路的结构示意图;
图10为本发明中第一种暂态存贮单元的结构示意图;
图11为本发明中第二种暂态存贮单元的结构示意图;
图12为本发明中第三种暂态存贮单元的结构示意图;
图13为本发明中第一种输出灵敏放大器的结构示意图;
图14为本发明中第二种输出灵敏放大器的结构示意图;
图15为本发明方案一的具体实施例中暂态存贮电路的结构示意图;
图16为本发明方案一的具体实施例中暂态存贮电路的IO波形图;
图17为本发明方案二的具体实施例中暂态存贮电路的结构示意图;
图18本发明方案二的具体实施例中暂态存贮电路的IO波形图。
具体实施方式
实施例一
参看图2至图4和图10至图14,本发明暂态存贮电路由依次相连的访问控制电路、暂态存贮单元和输出灵敏放大器组成。标签芯片数字电路的复位信号PODR和输入数据信号D_IN经访问控制电路写入暂态存贮单元,暂态存贮单元的暂存数据输出Vc经输出灵敏放大器放大后由数据线D_OUT输出。访问控制电路按照复位信号的复位方式不同为如下两种结构的一种:
1)复位信号PODR高电平复位有效,低电平正常工作的数字系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二15的一个输入端和经反相器一13连接到或非门一14的一个输入端,复位信号PODR分别连接到或非门一14和或非门二15的另一个输入端。或非门一14的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二15的输出为访问控制电路的输出信号
2)复位信号PODR低电平复位有效,高电平正常工作的数字系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二15的一个输入端和经反相器一13连接到或非门一14的一个输入端,复位信号PODR经反相器二16后分别连接到或非门一14和或非门二15的另一个输入端。或非门一14的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二15的输出为访问控制电路的输出信号访问控制电路的输出信号IN和输出信号满足如下关系,其中“·”表示与运算:
1)复位信号PODR高电平复位有效,低电平正常工作的数字系统,输入输出信号满足:
1)访问控制电路的输出与NMOS晶体管一38的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管二39的栅极相连,NMOS晶体管一38的漏极和NMOS晶体管二39的漏极分别与电源VDD相连。NMOS晶体管一38的源极、NMOS晶体管四41的栅极和NMOS晶体管三40的漏极相连接,NMOS晶体管二39的源极、NMOS晶体管三40的栅极、NMOS晶体管四41的漏极和储能电容42的正极板相连。NMOS晶体管三40的源极、NMOS晶体管四41的源极和储能电容42的负极板都接地GND。储能电容42的正极板为暂态存贮单元的输出Vc。
2)访问控制电路的输出与NMOS晶体管二39的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管一38的栅极相连,NMOS晶体管一38的漏极连接到电源VDD,NMOS晶体管二39的源极和储能电容42的负极板都接地GND。NMOS晶体管一38的源极、NMOS晶体管二39的漏极和储能电容42的正极板相连,储能电容42的正极板为暂态存贮单元的输出Vc。
输出灵敏放大器为如下两种结构的一种:
1)暂态存贮单元的输出Vc和标签射频前端电压参考源的输出参考电压Vref分别与比较器51的正相输入端和负相输入端相连,比较器51的输出经缓冲器52连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM=Vref。
2)暂态存贮单元的输出Vc和暂态存贮单元的输出Vc经反相器四53反相后分别与比较器51的正相输入端和负相输入端相连,比较器51的输出经缓冲器52连接到数据输出端D_OUT。输出灵敏放大器的比较判决电平VM为反相器四(53)的开关阈值。
暂态存贮单元的数据信息存贮时间Th、暂态存贮电容的容值C、暂态存贮电容的泄漏电流Ic(t)、与暂态存贮电容相连的NMOS晶体管的衬底泄漏电流Il(t)、电源电压VDD、写入电路NMOS管的漏源电压VDS以及输出灵敏放大器的比较判决电平VM满足如下关系:
参看图15和图16,暂态存贮电路由第一种访问控制电路、第一种暂态存贮单元和第一种输出灵敏放大器串联组成。暂态存贮电路在芯片掉电后对通讯信息进行暂态保存,复位信号PODR高电平复位有效,暂态存贮电路处于数据暂态保持状态,低电平标签正常工作的无源射频标签,它的使用方法步骤如下:
1)标签芯片上电,标签射频前端模块产生上电复位信号,复位信号PODR置为上电有效的逻辑电平,数字基带处理模块处于复位状态,暂态存贮电路处于读取状态,标签芯片从暂态存贮电路中读取数据并将暂态存贮电路的输出D_OUT加载到目标寄存器锁存。此时,处于读取状态的暂态存贮电路保持所存贮的数据,不能向暂态存贮电路内写入数据,输入信号D_IN置为低电平。
2)标签芯片上电完毕,芯片电源VDD达到正常工作电压,复位信号PODR置为无效的逻辑电平,暂态存贮电路进入写入状态,并在芯片下电以前始终处于写入状态,在此期间,标签通过改变输入信号D_IN为逻辑低电平或者逻辑高电平向暂态存贮电路写入逻辑0或者逻辑1,暂态存贮电路的写入时间Tw满足Tw<<Th,Th为暂态存贮电路的数据保持时间;
3)标签芯片下电,暂态存贮电路进入数据保持状态,标签射频前端模块产生下电复位信号,复位信号PODR置为下电有效的逻辑电平,输入信号D_IN置为低电平;
4)标签芯片掉电,芯片电源VDD低于芯片正常工作所需的电压,暂态存贮电路的复位信号PODR和输入数据信号D_IN均为低电平,暂态存贮电路进入数据保持状态,在芯片掉电后的时间Th内,暂态存贮电路保持掉电前所存贮的数据,下次标签上电时,标签可以从该暂态存贮电路中读取掉电前所存贮的数据,以重复掉电前的通讯过程;芯片掉电时间超过Th,暂态存贮电路中的数据丢失,下次标签芯片上电时,暂态存贮电路输出逻辑低电平;
5)当标签再次上电,则重复步骤1)至4)的过程。
当然,按照上述的技术方案,其中访问控制电路、暂态存贮单元和输出灵敏放大器也可以换成上述的其他各回路,均属本发明的保护范围。
实施例二
参看图5至图14,本发明暂态存贮电路由依次相连的访问控制电路、暂态存贮单元和输出灵敏放大器组成。标签芯片数字电路的复位信号PODR、输入数据信号D_IN和写使能信号WEN经访问控制电路写入暂态存贮单元,暂态存贮单元的暂存数据输出Vc经输出灵敏放大器放大后由数据线D_OUT输出。访问控制电路按照复位信号的复位方式不同为如下四种结构的一种:
1)复位信号PODR高电平复位有效,低电平芯片正常工作,写使能信号WEN低电平时向暂态存贮电路写有效,WEN高电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统。输入数据信号D_IN分别连接到或非门二15的一个输入端和经反相器一13连接到或非门一14的一个输入端,复位信号PODR和写使能信号WEN分别与或门20的输入端连接,或门20的输出端分别连接到或非门一14和或非门二15的另一个输入端。或门20的输出为EN,或非门一14的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二15的输出为访问控制电路的输出信号
2)复位信号PODR高电平复位有效,低电平芯片正常工作,写使能信号WEN高电平时向暂态存贮电路写有效,WEN低电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统。输入数据信号D_IN分别连接到或非门二15的一个输入端和经反相器一13连接到或非门一14的一个输入端,写使能信号WEN经反相器三24后和复位信号PODR分别与或门20的输入端连接,或门20的输出端分别连接到或非门一14和或非门二15的另一个输入端。或门20的输出为EN,或非门一14的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二15的输出为访问控制电路的输出信号
3)复位信号PODR低电平复位有效,高电平芯片正常工作,写使能信号WEN高电平时向暂态存贮电路写有效,WEN低电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统。输入数据信号D_IN分别连接到或非门二15的一个输入端和经反相器一13连接到或非门一14的一个输入端,复位信号PODR和写使能信号WEN分别与与非门30的输入端连接,与非门30的输出端分别连接到或非门一14和或非门二15的另一个输入端。与非门30的输出为EN,或非门一14的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二15的输出为访问控制电路的输出信号
4)复位信号PODR低电平复位有效,高电平芯片正常工作,写使能信号WEN低电平时向暂态存贮电路写有效,WEN高电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统。输入数据信号D_IN分别连接到或非门二15的一个输入端和经反相器一13连接到或非门一14的一个输入端,写使能信号WEN经反相器三24后和复位信号PODR分别与与非门30的输入端连接,与非门30的输出端分别连接到或非门一14和或非门二15的另一个输入端。与非门30的输出为EN,或非门一
1)复位信号PODR高电平复位有效,低电平芯片正常工作,写使能信号WEN低电平时向暂态存贮电路写有效,写使能信号WEN高电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入输出信号满足:
2)复位信号PODR高电平复位有效,低电平芯片正常工作,写使能信号WEN高电平时向暂态存贮电路写有效,写使能信号WEN低电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入输出信号满足:
3)复位信号PODR低电平复位有效,高电平正常工作,写使能信号WEN低电平时向暂态存贮电路写有效,写使能信号WEN高电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入输出信号满足:
4)复位信号PODR低电平复位有效,高电平正常工作,写使能信号WEN高电平时向暂态存贮电路写有效,写使能信号WEN低电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入输出信号满足:
IN=PODR·WEN·D_IN,
暂态存贮单元为如下三种结构的一种:
1)访问控制电路的输出与NMOS晶体管一38的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管二39的栅极相连,NMOS晶体管一38的源极和NMOS晶体管二39的漏极分别与电源VDD相连。NMOS晶体管一38的漏极、NMOS晶体管四41的栅极和NMOS晶体管三40的漏极相连接,NMOS晶体管二39的源极、NMOS晶体管三40的栅极、NMOS晶体管四41的漏极和储能电容42的正极板相连。NMOS晶体管三40的源极、NMOS晶体管四41的源极和储能电容42的负极板都接地GND,储能电容42的正极板为暂态存贮单元的输出Vc。
2)访问控制电路的输出与NMOS晶体管二39的漏极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管一38的漏极相连,NMOS晶体管一38的栅极和NMOS晶体管二39的栅极相连。NMOS晶体管二39的源极、NMOS晶体管四41的栅极和NMOS晶体管三40的漏极相连接。NMOS晶体管二39的栅极连接到访问控制电路的输出EN。NMOS晶体管一38的源极、NMOS晶体管三40的栅极、NMOS晶体管四41的漏极和储能电容42的正极板相连,NMOS晶体管三40的源极、NMOS晶体管四41的源极和储能电容42的负极板都接地GND,储能电容42的正极板为暂态存贮单元的输出Vc。
3)访问控制电路的输出与NMOS晶体管二39的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管一38的栅极相连,NMOS晶体管一38的漏极连接到电源VDD。NMOS晶体管二39的源极和储能电容42的负极板都接地GND,NMOS晶体管一38的源极、NMOS晶体管二39的漏极和储能电容42的正极板相连,储能电容42的正极板为暂态存贮单元的输出Vc。
输出灵敏放大器为如下两种结构的一种:
1)暂态存贮单元的输出Vc和标签射频前端电压参考源的输出参考电压Vref分别与比较器51的正相输入端和负相输入端相连,比较器51的输出经缓冲器52连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM=Vref。
2)暂态存贮单元的输出Vc和暂态存贮单元的输出Vc经反相器四53反相后分别与比较器51的正相输入端和负相输入端相连,比较器51的输出经缓冲器52连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM为反相器四53的开关阈值。
暂态存贮单元的数据信息存贮时间Th、暂态存贮电容的容值C、暂态存贮电容的泄漏电流Ic(t)、与暂态存贮电容相连的晶体管的衬底泄漏电流Il(t)、电源电压VDD、写入电路NMOS管的漏源电压VDS以及输出灵敏放大器的比较判决电平VM满足如下关系:
参看图17和图18,暂态存贮电路由第二种访问控制电路、第三种暂态存贮单元和第二种输出灵敏放大器串联组成。暂态存贮电路在芯片掉电后对通讯信息进行暂态保存,复位信号PODR高电平复位有效,低电平芯片正常工作,写使能信号WEN高电平时,向暂态存贮电路写有效,WEN为低电平时,暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的无源射频识别标签,它的使用方法步骤如下:
1)标签芯片从无电状态上电时,标签射频前端模块产生上电复位信号,复位信号PODR置为有效的逻辑电平,写使能信号WEN为无效的逻辑电平,芯片从暂态存贮电路读取数据并将暂态存贮电路的输出D_OUT加载到目标寄存器锁存。此时,处于读取状态的暂态存贮电路保持所存贮的数据,不能向暂态存贮电路内写入数据,输入信号D_IN置为低电平;
2)标签芯片上电完毕,芯片电源VDD达到正常工作电压,复位信号PODR置为无效的逻辑电平,向暂态存贮电路写入数据时,写使能信号WEN置为有效的逻辑电平,暂态存贮电路进入写入状态,并在芯片下电以前始终处于写入状态,在此期间,标签通过改变输入信号D_IN为逻辑低电平或者逻辑高电平向暂态存贮电路写入逻辑0或者逻辑1,暂态存贮电路的写入时间Tw满足Tw<<Th,Th为暂态存贮电路的数据保持时间;写入成功后,写使能信号WEN置为无效的逻辑电平,暂态存贮电路进入保持状态,在写使能WEN无效后的时间Th内,暂态存贮电路保持最近一次写入的数据,在写使能WEN无效后的时间Th以后,暂态存贮电路内存贮的数据丢失,暂态存贮电路输出逻辑低电平;
3)标签芯片下电,电源VDD从正常工作电压开始下降时,标签射频前端模块产生下电复位信号,复位信号PODR置为下电有效的逻辑电平,写使能信号WEN为无效逻辑电平,暂态存贮电路进入数据保持状态,暂态存贮的输入信号D_IN置为低电平;
4)标签芯片已经掉电,电源VDD低于芯片正常工作所需的电压时,暂态存贮电路的复位信号PODR、写使能信号WEN和输入信号D_IN均为低电平,暂态存贮电路进入保持状态,在芯片掉电后的时间Th内,暂态存贮电路保持掉电前所存贮的数据,下次标签上电时,标签芯片可以从该暂态存贮电路中读取掉电前所存贮的数据,以重复掉电前的通讯过程;芯片掉电时间超过Th,暂态存贮电路中的数据丢失,下次标签芯片上电时,暂态存贮电路输出逻辑低电平;
5)标签再次上电,则重复上述步骤1)至步骤4)的过程。
当然,按照上述的技术方案,其中访问控制电路、暂态存贮单元和输出灵敏放大器也可以换成上述的其他各回路,均属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种适于CMOS集成的暂态存贮电路,其特征在于,它由依次相连的访问控制电路、暂态存贮单元和输出灵敏放大器组成,标签芯片数字电路的复位信号PODR和输入数据信号D_IN经访问控制电路写入暂态存贮单元,暂态存贮单元的暂存数据输出Vc经输出灵敏放大器放大后由数据线D_OUT输出,所述访问控制电路按照复位信号的复位方式不同为如下两种结构的一种:
1)对于复位信号PODR高电平复位有效,低电平正常工作的数字系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二(15)的一个输入端和经反相器一(13)连接到或非门一(14)的一个输入端,复位信号PODR分别连接到或非门一(14)和或非门二(15)的另一个输入端,或非门一(14)的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二(15)的输出为访问控制电路的输出信号
2.如权利要求1所述的适于CMOS集成的暂态存贮电路,其特征在于,所述暂态存贮单元为如下两种结构的一种:
1)访问控制电路的输出与NMOS晶体管一(38)的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管二(39)的栅极相连,NMOS晶体管一(38)的漏极和NMOS晶体管二(39)的漏极分别与电源VDD相连,NMOS晶体管一(38)的源极、NMOS晶体管四(41)的栅极和NMOS晶体管三(40)的漏极相连接,NMOS晶体管二(39)的源极、NMOS晶体管三(40)的栅极、NMOS晶体管四(41)的漏极和储能电容(42)的正极板相连,NMOS晶体管三(40)的源极、NMOS晶体管四(41)的源极和储能电容(42)的负极板都接地GND,储能电容(42)的正极板为暂态存贮单元的输出Vc:
3.如权利要求1或2所述的适于CMOS集成的暂态存贮电路,其特征在于,所述输出灵敏放大器为如下两种结构的一种:
1)暂态存贮单元的输出Vc和标签射频前端电压参考源的输出参考电压Vref分别与比较器(51)的正相输入端和负相输入端相连,比较器(51)的输出经缓冲器(52)连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM=Vref;
2)暂态存贮单元的输出Vc和暂态存贮单元的输出Vc经反相器四(53)反相后分别与比较器(51)的正相输入端和负相输入端相连,比较器(51)的输出经缓冲器(52)连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM为反相器四(53)的开关阈值。
4.如权利要求3所述的适于CMOS集成的暂态存贮电路,其特征在于,所述暂态存贮单元的数据信息存贮时间Th、暂态存贮电容的容值C、暂态存贮电容的泄漏电流Ic(t)、与暂态存贮电容相连的NMOS晶体管的衬底泄漏电流Il(t)、电源电压VDD、写入电路NMOS管的漏源电压VDS以及输出灵敏放大器的比较判决电平VM满足如下关系:
5.如权利要求1所述的适于CMOS集成的暂态存贮电路的使用方法,其步骤如下:
1)标签芯片上电,标签射频前端模块产生上电复位信号,复位信号PODR置为有效的逻辑电平,数字基带处理模块处于复位状态,暂态存贮电路处于读取状态,标签芯片从暂态存贮电路中读取数据并将暂态存贮电路的输出D_OUT加载到目标寄存器锁存;此时,处于读取状态的暂态存贮电路保持所存贮的数据,不能向暂态存贮电路内写入数据,输入信号D_IN置为低电平;
2)标签芯片上电完毕,芯片电源VDD达到正常工作电压,复位信号PODR置为无效的逻辑电平,暂态存贮电路进入写入状态,并在芯片下电以前始终处于写入状态,在此期间,标签通过改变输入信号D_IN为逻辑低电平或者逻辑高电平向暂态存贮电路写入逻辑0或者逻辑1,暂态存贮电路的写入时间Tw满足Tw<<Th,Th为暂态存贮电路的数据保持时间;
3)标签芯片下电,暂态存贮电路进入数据保持状态,标签射频前端模块产生下电复位信号,复位信号PODR置为有效的逻辑电平,输入信号D_IN置为低电平;
4)标签芯片掉电,芯片电源VDD低于芯片正常工作所需的电压,暂态存贮电路的复位信号PODR和输入数据信号D_IN均为低电平,暂态存贮电路进入数据保持状态,在芯片掉电后的时间Th内,暂态存贮电路保持掉电前所存贮的数据,下次标签上电时,标签可以从该暂态存贮电路中读取掉电前所存贮的数据,以重复掉电前的通讯过程;芯片掉电时间超过Th,暂态存贮电路中的数据丢失,下次标签芯片上电时,暂态存贮电路输出逻辑低电平;
5)当标签再次上电,则重复步骤1)至4)的过程。
6.一种适于CMOS集成的暂态存贮电路,其特征在于,它由依次相连的访问控制电路、暂态存贮单元和输出灵敏放大器组成,标签芯片数字电路的复位信号PODR、输入数据信号D_IN和写使能信号WEN经访问控制电路写入暂态存贮单元,暂态存贮单元的暂存数据输出Vc经输出灵敏放大器放大后由数据线D_OUT输出,所述访问控制电路按照复位信号的复位方式不同为如下四种结构的一种:
1)对于复位信号PODR高电平复位有效,低电平芯片正常工作,写使能信号WEN低电平时向暂态存贮电路写有效,WEN高电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二(15)的一个输入端和经反相器一(13)连接到或非门一(14)的一个输入端,复位信号PODR和写使能信号WEN分别与或门(20)的输入端连接,或门(20)的输出端分别连接到或非门一(14)和或非门二(15)的另一个输入端,或门(20)的输出为EN,或非门一(14)的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二(15)的输出为访问控制电路的输出信号
2)对于复位信号PODR高电平复位有效,低电平芯片正常工作,写使能信号WEN高电平时向暂态存贮电路写有效,WEN低电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二(15)的一个输入端和经反相器一(13)连接到或非门一(14)的一个输入端,写使能信号WEN经反相器三(24)后和复位信号PODR分别与或门(20)的输入端连接,或门(20)的输出端分别连接到或非门一(14)和或非门二(15)的另一个输入端,或门(20)的输出为EN,或非门一(14)的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二(15)的输出为访问控制电路的输出信号
3)对于复位信号PODR低电平复位有效,高电平芯片正常工作,写使能信号WEN高电平时向暂态存贮电路写有效,WEN低电平时暂态存贮电路处于数据暂态保持状态的系统,输入数据信号D_IN分别连接到或非门二(15)的一个输入端和经反相器一(13)连接到或非门一(14)的一个输入端,复位信号PODR和写使能信号WEN分别与与非门(30)的输入端连接,与非门(30)的输出端分别连接到或非门一(14)和或非门二(15)的另一个输入端,与非门(30)的输出为EN,或非门一(14)的输出为访问控制电路的输出信号IN,或非门二(15)的输出为访问控制电路的输出信号
7.如权利要求6所述的适于CMOS集成的暂态存贮电路,其特征在于,所述暂态存贮单元为如下三种结构的一种:
1)访问控制电路的输出与NMOS晶体管一(38)的栅极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管二(39)的栅极相连,NMOS晶体管一(38)的源极和NMOS晶体管二(39)的漏极分别与电源VDD相连,NMOS晶体管一(38)的漏极、NMOS晶体管四(41)的栅极和NMOS晶体管三(40)的漏极相连接,NMOS晶体管二(39)的源极、NMOS晶体管三(40)的栅极、NMOS晶体管四(41)的漏极和储能电容(42)的正极板相连,NMOS晶体管三(40)的源极、NMOS晶体管四(41)的源极和储能电容(42)的负极板都接地GND,储能电容(42)的正极板为暂态存贮单元的输出Vc;
2)访问控制电路的输出与NMOS晶体管二(39)的漏极相连,访问控制电路的输出IN与NMOS晶体管一(38)的漏极相连,NMOS晶体管一(38)的栅极和NMOS晶体管二(39)的栅极相连,NMOS晶体管二(39)的源极、NMOS晶体管四(41)的栅极和NMOS晶体管三(40)的漏极相连接,NMOS晶体管二(39)的栅极连接到访问控制电路的输出EN,NMOS晶体管一(38)的源极、NMOS晶体管三(40)的栅极、NMOS晶体管四(41)的漏极和储能电容(42)的正极板相连,NMOS晶体管三(40)的源极、NMOS晶体管四(41)的源极和储能电容(42)的负极板都接地GND,储能电容(42)的正极板为暂态存贮单元的输出Vc;
8.如权利要求7适于CMOS集成的暂态存贮电路,其特征在于,所述输出灵敏放大器为如下两种结构的一种:
1)暂态存贮单元的输出Vc和标签射频前端电压参考源的输出参考电压Vref分别与比较器(51)的正相输入端和负相输入端相连,比较器(51)的输出经缓冲器(52)连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM=Vref;
2)暂态存贮单元的输出Vc和暂态存贮单元的输出Vc经反相器四(53)反相后分别与比较器(51)的正相输入端和负相输入端相连,比较器(51)的输出经缓冲器(52)连接到数据输出端D_OUT,输出灵敏放大器的比较判决电平VM为反相器四(53)的开关阈值。
9.如权利要求8所述的适于CMOS集成的暂态存贮电路,其特征在于,所述暂态存贮单元的数据信息存贮时间Th、暂态存贮电容的容值C、暂态存贮电容的泄漏电流Ic(t)、与暂态存贮电容相连的NMOS晶体管的衬底泄漏电流Il(t)、电源电压VDD、写入电路NMOS管的漏源电压VDS以及输出灵敏放大器的比较判决电平VM满足如下关系:
10.如权利要求8所述的适于CMOS集成的暂态存贮电路的使用方法,其步骤如下:
1)标签芯片从无电状态上电时,标签射频前端模块产生上电复位信号,复位信号PODR置为有效的逻辑电平,写使能信号WEN为无效的逻辑电平,芯片从暂态存贮电路读取数据并将暂态存贮电路的输出D_OUT加载到目标寄存器锁存;此时,处于读取状态的暂态存贮电路保持所存贮的数据,不能向暂态存贮电路内写入数据,输入信号D_IN置为低电平;
2)标签芯片上电完毕,芯片电源VDD达到正常工作电压,复位信号PODR置为无效的逻辑电平,向暂态存贮电路写入数据时,写使能信号WEN置为有效的逻辑电平,暂态存贮电路进入写入状态,在此期间,标签通过改变输入信号D_IN为逻辑低电平或者逻辑高电平向暂态存贮电路写入逻辑0或者逻辑1,暂态存贮电路的写入时间Tw满足Tw<<Th,Th为暂态存贮电路的数据保持时间;写入成功后,写使能信号WEN置为无效的逻辑电平,暂态存贮电路进入保持状态,在写使能WEN无效后的时间Th内,暂态存贮电路保持最近一次写入的数据,在写使能WEN无效后的时间Th以后,暂态存贮电路内存贮的数据丢失,暂态存贮电路输出逻辑低电平;
3)标签芯片下电,电源VDD从正常工作电压开始下降时,标签射频前端模块产生下电复位信号,复位信号PODR置为有效的逻辑电平,写使能信号WEN为无效逻辑电平,暂态存贮电路进入数据保持状态,暂态存贮的输入信号D_IN置为低电平;
4)标签芯片已经掉电,电源VDD低于芯片正常工作所需的电压时,暂态存贮电路的复位信号PODR、写使能信号WEN和输入信号D_IN均为低电平,暂态存贮电路进入保持状态,在芯片掉电后的时间Th内,暂态存贮电路保持掉电前所存贮的数据,下次标签上电时,标签芯片可以从该暂态存贮电路中读取掉电前所存贮的数据,以重复掉电前的通讯过程;芯片掉电时间超过Th,暂态存贮电路中的数据丢失,下次标签芯片上电时,暂态存贮电路输出逻辑低电平;
5)标签再次上电,则重复上述步骤1)至步骤4)的过程。
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