CN102708398A - 具有相变存储器的rfid标签 - Google Patents

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蔡道林
陈后鹏
王兆敏
宋志棠
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Abstract

本发明提供一种具有相变存储器的RFID标签。所述RFID标签包括：包含天线的信号收发单元；与所述信号收发单元连接的模拟信号处理单元，用于由所述信号收发单元所接收的射频信号中获取有用信号、以及将待发送信号处理成射频信号以便由所述信号收发单元来发送；相变存储器单元；以及与所述模拟信号处理单元及相变存储器单元相连接的数字信号处理单元，用于基于所述有用信号来与所述相变存储器单元通信，以便所述相变存储器单元将有用信号中的待存储的数据予以存储、并将待发送信号提供给所述数字信号处理单元。本发明的优点包括：寿命长、功耗低、能与CMOS工艺兼容等。<b/>

Description

具有相变存储器的RFID标签
技术领域
本发明涉及一种射频领域，特别是涉及一种具有相变存储器的RFID标签。
背景技术
相变存储器单元是基于20世纪60年代末70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器单元可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材，其研究热点也就围绕器件工艺展开。器件的物理机制研究包括如何减小器件料等。相变存储器单元的基本原理是用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻实现信息的写入、擦除和读出操作。
相变存储器(PCRAM)由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。
相变存储器的读、写、擦操作就是在器件单元上施加不同宽度和高度的电压或电流脉冲信号：擦操作（RESET），当加一个短且强的脉冲信号使器件单元中的相变材料温度升高到熔化温度以上后，再经过快速冷却从而实现相变材料多晶态到非晶态的转换，即“1”态到“0”态的转换；写操作（SET），当施加一个长且中等强度的脉冲信号使相变材料温度升到熔化温度之下、结晶温度之上后，并保持一段时间促使晶核生长，从而实现非晶态到多晶态的转换，即“0”态到“1”态的转换；读操作，当加一个对相变材料的状态不会产生影响的很弱的脉冲信号后，通过测量器件单元的电阻值来读取它的状态。
因此，如何基于相变存储器来形成RFID标签已成为本领域技术人员需要解决的技术课题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种寿命长、且能与CMOS工艺兼容的具有相变存储器的RFID标签。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有相变存储器的RFID标签，其至少包括：
包含天线的信号收发单元；
与所述信号收发单元连接的模拟信号处理单元，用于由所述信号收发单元所接收的射频信号中获取有用信号、以及将待发送信号处理成射频信号以便由所述信号收发单元来发送；
相变存储器单元；以及
与所述模拟信号处理单元及相变存储器单元相连接的数字信号处理单元，用于基于所述有用信号来与所述相变存储器单元通信，以便所述相变存储器单元将有用信号中的待存储的数据予以存储、并将待发送信号提供给所述数字信号处理单元。
优选地，所述相变存储器单元包括：
控制电路，用于识别所述数字信号处理单元由所述有用信号中获取的控制信号为读操作还是写操作；
存储器阵列，其包括多个相变存储单元；
译码器，用于基于所述数字信号处理单元由所述有用信号中获取的地址信号来选择相变存储单元；
写驱动电路，用于当控制电路识别出控制信号为写操作时提供特定电流脉冲驱动来改变所述译码器所选择的相变存储单元；
灵敏放大器，用于当控制电路识别出控制信号为读操作中感测所述译码器所选择的相变存储单元的数据；以及
I/O锁存器，用于在写操作中将所述数字信号处理单元由所述有用信号中获取的待存储的数据传送到所述写驱动电路所驱动的存储单元，并在读操作中输出所述灵敏放大器所感测到的数据。
优选地，所述模拟信号处理单元包括：整流电路，用于将所述信号收发单元所接收到的交流电信号转换为用作电源的直流电信号；以及稳压电路，用于将所述整流电路输出的直流电信号进行稳压以提供给所述相变存储器单元。
优选地，所述模拟信号处理单元包括：上电复位电路，用于基于所述整流电路输出的直流电信号来输出复位信号至所述数字信号处理单元。
优选地，所述模拟信号处理单元包括：时钟产生器，用于基于所述整流电路输出的直流电信号来输出时钟信号至所述数字信号处理单元。
优选地，所述信号收发单元、模拟信号处理单元、相变存储器单元、及数字信号处理单元设置于同一芯片。
优选地，所述天线包含设置在所述芯片外围区域的金属层。
如上所述，本发明的具有相变存储器的RFID标签，具有以下有益效果：寿命长；功耗低；与CMOS  艺兼容等。
附图说明
图1显示为本发明的具有相变存储器的RFID标签示意图。
图2显示为本发明的具有相变存储器的RFID标签的相变存储器单元的优选示意图。
图3a至3c显示为本发明的具有相变存储器的RFID标签的相变存储器单元中的相变存储子单元的优选示意图。
图4显示为本发明的具有相变存储器的RFID标签的相变存储器单元的写入时序示意图。
图5显示为本发明的具有相变存储器的RFID标签的相变存储器单元的读出时序示意图。
元件标号说明
1                   RFID标签
11                  信号收发单元
12                  模拟信号处理单元
13                  相变存储器单元
131                 控制电路
132                 存储器阵列
133                 译码器
134                 写驱动电路
135                 灵敏放大器
136                 I/O锁存器
14                  数字信号处理单元
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图所示，本发明提供一种具有相变存储器的RFID标签。所述RFID标签1至少包括：信号收发单元11、模拟信号处理单元12、相变存储器单元13、及数字信号处理单元14。
所述信号收发单元11包含天线，用于收发射频信号。
优选地，所述信号收发单元11包括天线及与所述天线连接的匹配网络，如图1所示。其中，所述匹配网络包括任何一种能与RFID标签所采用的射频频率匹配的频率网络，例如，由RC或RLC构成的匹配网络等。
更为优选地，若所述RFID标签1形成在一芯片上，则所述天线包含设置在所述芯片外围区域的金属层。
所述模拟信号处理单元12与所述信号收发单元11相连接，用于由所述信号收发单元11所接收的射频信号中获取有用信号、以及将待发送信号处理成射频信号以便由所述信号收发单元11来发送。
具体地，所述模拟信号处理单元12包含解调器，如图1所示，该解调器由所述信号收发单元11所接收的射频信号中解调出操作命令信号CMD；此外，所述模拟信号处理单元12还包含调制器，该调制器将待发送信号RES处理成射频信号后传输至天线，以便发射。
作为一种优选方式，所述模拟信号处理单元12还包括整流电路及稳压电路。
所述整流电路用于将所述信号收发单元11所接收到的交流电信号转换为用作电源的直流电信号，以便为所述RFID标签1提供电源VDD。
所述稳压电路用于将所述整流电路输出的直流电信号进行稳压，以产生比较稳定的直流电压提供给所述相变存储器单元13，为简化图示，图1中未示出稳压电路向相变存储器单元13提供电源VDD。
作为另一种优选方式，所述模拟信号处理单元12还包括上电复位电路。
所述上电复位电路用于基于所述整流电路输出的直流电信号VDD来输出复位信号POR至所述数字信号处理单元14。
作为再一种优选方式，所述模拟信号处理单元12还包括时钟产生器。
所述时钟产生器用于基于所述整流电路输出的直流电信号VDD来输出时钟信号CLK至所述数字信号处理单元14。
所述相变存储器单元13用于存储信息，例如，存储所述RFID标签1的身份信息（即ID）以及外部设备写入的数据等信息。其中，所述相变存储器单元13采用相变材料所形成的存储单元来存储信息。
所述数字信号处理单元14与所述模拟信号处理单元12及相变存储器单元13相连接，用于基于所述模拟信号处理单元12输出的有用信号来与所述相变存储器单元13通信，以便所述相变存储器单元13将有用信号中的待存储的数据予以存储、并将待发送信号提供给所述数字信号处理单元14。
优选地，所述数字信号处理单元14基于所述模拟信号处理单元12输出的电压VDD、上电复位（POR）、时钟信号CLK及操作命令信号CMD，来输出控制信号CTR（包括CS，WE，OE三个），地址信号ADD、时钟信号CLK和数据DATA至所述相变存储器单元13，使得所述相变存储器单元13根据该控制信号CTR来读取待发送信息，然后经过数字信号处理单元14、及模拟信号处理单元12的处理后转换为射频信号予以发射；或者所述相变存储器单元13根据该控制信号CTR将外部传输至的待存储的数据予以存储。
作为一种优选方式，如图2所示，所述相变存储器单元13包括控制电路131、存储器阵列132、译码器133、写驱动电路134、灵敏放大器135、以及I/O锁存器136。
所述控制电路131用于识别所述数字信号处理单元14由所述有用信号中获取的控制信号CTR为读操作还是写操作。
所述存储器阵列132包括多个相变存储子单元。
优选地，各相变存储子单元的结构可采用1T1R结构，如图3a所示，在该1T1R结构中，相变存储子单元包括一个可变电阻R及作开关用的晶体管T。字线WL连到晶体管T的栅极，控制晶体管T的开启和关闭，可变电阻R的一端接晶体管T的漏极，另一端接位线BL。当字线WL选通，晶体管T开启，驱动电流通过位线BL注入，使相变材料GST发生相变（也就是可变电阻R的电阻改变）。
优选地，各相变存储子单元的结构可采用1D1R结构，如图3b所示，在该1D1R结构中，相变存储子单元包括一个可变电阻R及作开关用的二极管D。字线WL连到二极管D的负极，控制二极管D的开启和关闭，可变电阻R的一端接二极管D的正极，另一端接位线BL。当字线WL选通，二极管D开启，驱动电流通过位线BL注入，使相变材料GST发生相变（也就是使可变电阻R的电阻改变）。
优选地，各相变存储子单元的结构可采用1B1R结构，如图3c所示。在该1B1R结构中，相变存储子单元包括一个可变电阻R及作开关用的三极管B。字线WL连到三极管B的基极，控制三极管B的开启和关闭，可变电阻R的一端接三极管B的集电极，另一端接位线BL。当字线WL选通，三极管B开启，驱动电流通过位线BL注入，使相变材料GST发生相变（也就是可变电阻R的电阻改变）。
所述译码器133用于基于所述数字信号处理单元14由所述有用信号中获取的地址信号ADD来选择相变存储单元。
所述写驱动电路134用于当控制电路131识别出控制信号为写操作时提供特定电流脉冲驱动来改变所述译码器133所选择的相变存储单元的状态。
所述灵敏放大器135用于当控制电路131识别出控制信号为读操作时感测所述译码器133所选择的相变存储单元的数据。
所述I/O锁存器136用于在写操作中将所述数字信号处理单元14由所述有用信号中获取的待存储的数据传送到所述写驱动电路134所驱动的存储单元，并在读操作中输出所述灵敏放大器135所感测到的数据至所述数字信号处理单元14。
请参见图4，其为相变存储器单元的写入时序示意图，当控制信号中的片选信号CS为低电平时，输入的地址（ADD）和数据（DATA）才有效，相变存储器单元才能进行数据写入操作。当控制信号中的WE为低电平、OE为高电平时，数据输入有效。
请参见图5，其为相变存储器单元的读出时序示意图，当控制信号中的片选信号CS为低电平时，输入的地址（ADD）和数据（DATA）才有效，相变存储器单元才能进行读取操作。当控制信号中的OE为低电平、WE为高电平时，数据读出有效。
综上所述，本发明的具有相变存储器的RFID标签采用相变存储器单元来存储数据，从而具有寿命长、功耗低等优点，更为重要的是，能与CMOS工艺相兼容。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种具有相变存储器的RFID标签，其特征在于，所述具有相变存储器的RFID标签至少包括：
包含天线的信号收发单元；
与所述信号收发单元连接的模拟信号处理单元，用于由所述信号收发单元所接收的射频信号中获取有用信号、以及将待发送信号处理成射频信号以便由所述信号收发单元来发送；
相变存储器单元；
与所述模拟信号处理单元及相变存储器单元相连接的数字信号处理单元，用于基于所述有用信号来与所述相变存储器单元通信，以便所述相变存储器单元将有用信号中的待存储的数据予以存储、并将待发送信号提供给所述数字信号处理单元。
2.根据权利要求1所述的具有相变存储器的RFID标签，其特征在于：所述相变存储器单元包括：
控制电路，用于识别所述数字信号处理单元由所述有用信号中获取的控制信号为读操作还是写操作；
存储器阵列，其包括多个相变存储子单元；
译码器，用于基于所述数字信号处理单元由所述有用信号中获取的地址信号来选择相变存储单元；
写驱动电路，用于当控制电路识别出控制信号为写操作时提供特定电流脉冲驱动来改变所述译码器所选择的相变存储单元；
灵敏放大器，用于当控制电路识别出控制信号为读操作中感测所述译码器所选择的相变存储单元的数据；以及
I/O锁存器，用于在写操作中将所述数字信号处理单元由所述有用信号中获取的待存储的数据传送到所述写驱动电路所驱动的存储单元，并在读操作中输出所述灵敏放大器所感测到的数据。
3.根据权利要求2所述的具有相变存储器的RFID标签，其特征在于：所述相变存储子单元的结构包括：1T1R，1D1R及1B1R结构中的一种。
4.根据权利要求1所述的具有相变存储器的RFID标签，其特征在于：所述模拟信号处理单元包括：
整流电路，用于将所述信号收发单元所接收到的交流电信号转换为用作电源的直流电信号；
稳压电路，用于将所述整流电路输出的直流电信号进行稳压以提供给所述相变存储器单元。
5.根据权利要求4所述的具有相变存储器的RFID标签，其特征在于：所述模拟信号处理单元包括：
上电复位电路，用于基于所述整流电路输出的直流电信号来输出复位信号至所述数字信号处理单元。
6.根据权利要求4所述的具有相变存储器的RFID标签，其特征在于：所述模拟信号处理单元包括：
时钟产生器，用于基于所述整流电路输出的直流电信号来输出时钟信号至所述数字信号处理单元。
7.根据权利要求1所述的具有相变存储器的RFID标签，其特征在于：所述信号收发单元、模拟信号处理单元、相变存储器单元、及数字信号处理单元设置于同一芯片。
8.根据权利要求7所述的具有相变存储器的RFID标签，其特征在于：所述天线包含设置在所述芯片外围区域的金属层。
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