CN111598202A - 一种无源电子标签芯片及其存储器读电荷泵启动方法 - Google Patents
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Abstract
依据本发明，提供了一种无源电子标签及其存储器的电荷泵启动方法，包括控制一电子标签的上电复位；以及使所述电子标签的存储器的电荷泵在所述电子标签上电复位后或在所述电子标签未接收到来自阅读器的操作指令前或在所述电子标签转入待机模式前启动。所述电荷泵的驱动时钟在所述电荷泵启动阶段为电子标签的系统时钟的分频；在所述电荷泵建立完成时为所述系统时钟的分频或与所述系统时钟相同；并在所述电子标签执行读操作时与所述系统时钟相同。在读操作结束时控制所述电荷泵保持输出电压不变和/或控制所述电子标签进入待机状态。
Description
技术领域
本发明涉及本发明属于非易失性存储器技术领域，尤其涉及一种无源射 频识别(Radio Frequency Identification(RFID))电子标签片及其片上读电荷泵 的启动方法。
背景技术
传统存储器在读、写存储单元的过程中，通常需要施加较高的操作 偏压(例如，远大于电源电压)，可利用电荷泵来产生这些相应的操作偏 压。为了减小成本，一般可将电荷泵集成在存储器芯片上。片上读电荷 泵在启动阶段的功耗非常大，不利于无源电子标签芯片读灵敏度的提升。 此外，读电荷泵从开始启动到其输出电压稳定至正常范围内，需要一定 的建立时间。如果该建立时间过长导致存储器的读取时间过长，难以满 足RFID(无线射频身份识别)相关通信协议的约束，不利于无源电子标签 芯片的设计。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种无源电子标签及其存储器读电荷 泵启动方法。
依据本发明的一个方面，提供了一种无源电子标签，包括一存储器； 以及一控制模块，所述控制模块用于响应于所述电子标签上电复位结束 控制启动所述存储器的电荷泵。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于在所述电子标签未接收到来自一阅读器的操作指令前控制启动所述 存储器的电荷泵。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于在所述电子标签转入待机模式前控制启动所述存储器的电荷泵。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于在所述电荷泵的输出电压增大到存储器的操作偏压时控制电子标签 进入待机模式。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于在所述电荷泵启动阶段，控制所述电荷泵的驱动时钟为所述系统时钟 的分频。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于在所述电荷泵建立完成时把所述电荷泵的驱动时钟控制在所述系统 时钟的分频或与所述系统时钟相同。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于在所述电子标签执行读操作时把所述电荷泵的驱动时钟控制在与所 述系统时钟相同。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述分频包括二 分频、三分频、四分频或N分频，其中N为大于等于二的正整数。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述电荷泵包括 用于产生所述存储器的操作偏压的片上电荷泵。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于在所述电子标签进场时，使所述电子标签上电。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于根据上电复位信号对所述电子标签的寄存器进行复位。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于响应于接收到读操作指令开始所述读操作。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制模块用 于根据读操作指令读出数据和/或返回所述数据。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述控制设备用 于在读操作结束时控制所述电荷泵保持输出电压不变和/或控制所述电 子标签进入待机状态。
依据本发明的另一个方面，提供了一种无源电子标签，包括一存储 器；以及一电荷泵，所述电荷泵用于在所述电子标签上电复位结束时立 即启动。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述电荷泵在所 述电子标签未接收到来自阅读器的操作指令前启动。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述电荷泵在所 述电子标签转入待机模式前启动。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中在所述电荷泵的 输出电压增大到存储器的操作偏压时所述电子标签进入待机模式。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述电荷泵的驱 动时钟在所述电荷泵启动阶段为电子标签的系统时钟的分频。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述电荷泵的驱 动时钟在所述电荷泵建立完成时为所述系统时钟的分频或与所述系统 时钟相同。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述电荷泵的驱 动时钟在所述电子标签执行读操作时与所述系统时钟相同。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述分频包括二 分频、三分频、四分频或N分频，其中N为大于等于二的正整数。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中所述电荷泵包括 用于产生所述存储器的操作偏压的片上电荷泵。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中在所述电子标签 进场时，所述电子标签上电。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中根据上电复位信 号对所述电子标签的寄存器进行复位。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中响应于接收到读 操作指令开始所述读操作。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中根据读操作指令 读出数据和/或返回所述数据。
依据本发明的上述方面中任一个的电子标签，其中在读操作结束时 控制所述电荷泵保持输出电压不变和/或控制所述电子标签进入待机状 态。
依据本发明的另一个方面，提供了一种方法，包括控制一电子标签 的上电复位；以及使所述电子标签的存储器的电荷泵在所述电子标签上 电复位后立即启动。
依据本发明的上述方面的方法，其中所述电荷泵在所述电子标签未 接收到来自阅读器的操作指令前启动。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述电荷泵在所述电 子标签转入待机模式前启动。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中在所述电荷泵的输出 电压增大到存储器的操作偏压时所述电子标签进入待机模式。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述电荷泵的驱动时 钟在所述电荷泵启动阶段为电子标签的系统时钟的分频。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述电荷泵的驱动时 钟在所述电荷泵建立完成时为所述系统时钟的分频或与所述系统时钟 相同。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述电荷泵的驱动时 钟在所述电子标签执行读操作时与所述系统时钟相同。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述分频包括二分频、 三分频、四分频或N分频，其中N为大于等于二的正整数。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述电荷泵包括用于 产生所述存储器的操作偏压的片上电荷泵。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中在所述电子标签进场 时，所述电子标签上电。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中根据上电复位信号对 所述电子标签的寄存器进行复位。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中响应于接收到读操作 指令开始所述读操作。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中根据读操作指令读出 数据和/或返回所述数据。
依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中在读操作结束时控制 所述电荷泵保持输出电压不变和/或控制所述电子标签进入待机状态。
附图说明
图1示出依据本发明一个实施例的无源RFID电子标签的示意方框 图；
图2示出依据现有技术的一个例子的用于电子标签的示意流程图；
图3示出依据现有技术的一个例子对应于图2所示流程图的信号时 序的示意图；
图4示出依据本发明一个实施例的用于电子标签的示意流程图；
图5示出依据本发明的一个实施例对应于图4所示流程图的信号时 序的示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附 图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出依据依据本发明一个实施例的无源RFID电子标签(以下简 称电子标签)120的一个例子的示意方框图。
如图1所示，电子标签120可包括天线122、射频模块124、控制 模块126和/或存储器128等。在一个实施例中，所述电子标签120可以 是无源电子标签，可由阅读器110来提供电子标签120工作所需的能量。 电子标签120可经由天线122等耦合部件接收来自阅读器110的射频信 号。控制模块126可接收经由射频模块124传送的所述射频信号中的射 频能量，并根据其中所包含的射频信号来控制对存储器128的读取和/ 或写入。由所述控制模块126从存储器128读取的数据可经由射频模块 124通过天线122耦合到阅读器110。在图1所示的例子中，在获得来 自阅读器110的能量后，可利用存储器128中的电荷泵130来提供读和 /或写存储单元所需的操作偏压。
虽然图1中示出电子标签120的一个例子，但是依据本发明其他实 施例，电子标签120还可包括其他部件或包括其他结构。在一个实施例 中，所述电子标签120的一个或多个部件可集成于一芯片中。
虽然图1中示出存储器128中的操作偏压可使用片上电荷泵130来 产生，在另一个实施例中，所述存储器128的操作偏压可不使用片上电 荷泵(例如，130)来产生，而是可从电子标签芯片120的外部提供，例如 电子标签芯片120外部的电荷泵(未示出)。在另一个实施例中，存储器 128中的操作偏压可不使用片上电荷泵(例如，130)，而可使用电压自举 电路来产生，电压自举电路维持高压的时间较短。
图2示出依据现有技术的电子标签工作流程的一个例子。图3示出 对应于图2所示电子标签工作流程的信号时序的一个例子。以下参考图 1-3对所述电子标签的工作流程进行说明。如图2所示，在框202，当电 子标签120进入阅读器110的场区后，电子标签120的芯片获得能量， 电源电压VDD逐渐增大(如图3所示)，芯片120开始上电。
在框204，当电子标签芯片120的电源电压VDD增大至金属氧化物 半导体(metaloxide semiconductor(MOS)器件的开启电压(图3所示的t1 时刻)，进入上电复位阶段。例如，上电复位信号(Power-on Reset(POR)) 的输出为低电平，对电子标签芯片120中的寄存器值进行复位。
在框206，电源电压VDD进一步增大，当电源电压达到电子标签芯 片系统120的最低工作电压后(图3所示的t2时刻)，释放上电复位信号 POR至高电平，复位结束，电子标签芯片120进入到待机模式。
在框208，在待机状态下，如果电子标签120接收到来自阅读器110 的读操作指令(图3所示的t3时刻)，则读使能信号(READEN)由低电平 翻转为高电平，从而读使能有效。
在框210，启动读电荷泵130(图3所示的t3至t4时间段)。在读电 荷泵130的启动阶段(t3至t4时间段)，读电荷泵130的输出电压VPUMP 由初始值增大到存储器128允许的操作偏压范围。电荷泵130在启动时 可利用与电子标签120的系统时钟完全相同的时钟信号CLK作为驱动 时钟。在电荷泵130的整个工作期间的时钟频率CLK和系统时钟保持 相同。
在框212，当读电荷泵130的输出电压VPUMP稳定后，开始读操 作(图3所示的t4至t5时间段)。在此阶段，读电荷泵130的驱动时钟 CLK仍然和系统时钟完全相同。在电荷泵130的输出电压稳定在操作偏 压有效范围内，存储器128可实施对存储单元的读操作(例如，读取数据)， 并根据电子标签系统120的需求适时返回至阅读器110。
在框214，在读操作结束(图3所示的t5时刻)后，读使能信号 READEN由高电平翻转为低电平，读电荷泵130的输出电压VPUMP放 电至初始值。在图3所示的t6时刻，芯片120重新进入待机模式。
依据现有技术，在读电荷泵130的启动阶段(图3所示的t3至t4时 间段)，驱动时钟CLK和电子标签120的系统时钟完全相同。所述系统 时钟的频率较大(例如，一般大于1MHz)。电路功耗和时钟频率成正比， 使得读电荷泵130的启动功耗难以降低。驱动时钟的频率和读电荷泵的 输出负载可影响读电荷泵130的建立时间。增大时钟频率会缩短建立时间，但功耗也会进一步增大，减小输出负载也可以缩短建立时间，但是 芯片系统架构确定，可能效果有限。读电荷泵130的启动功耗和启动时 间的矛盾限制了无源电子标签芯片性能的进一步提升。
图4示出依据本发明一个实施例的方法的一个例子的流程图。图5 示出依据本发明一个实施例对应于图4所示方法的一个例子的信号时序 图。依据一个实施例，所述方法可用于减小例如图1所示电子标签的电 荷泵的启动功耗，同时兼顾存储器128的数据读取数据，以满足RFID 的相关通信协议。虽然以下参考图4和5并结合图1所示的电子标签来 说明依据本发明一个实施例的方法。在一个实施例中，所述电子标签 120(例如，控制模块126)可执行如图4和5所示的一个或多个流程。
如图4所示，在框402，在电子标签120进入阅读器110的场区后， 电子标签芯片120获得能量，其电源电压VDD逐渐增大(如图5所示)， 电子标签芯片120开始上电。
在框404，当电源电压VDD增大至电子标签120的MOS器件的开 启电压时(t1时刻)，上电复位信号POR的输出为低电平，对电子标签芯 片120中的寄存器值进行复位。所述电子标签120处于上电复位阶段。
在框406，电源电压VDD进一步增大。如图5所示，响应于电源电 压VDD在t2时刻达到电子标签120的芯片系统的最低工作电压，释放 上电复位信号POR至高电平，读电荷泵130开始启动。
在整个启动阶段(t2至t3时间段)，读电荷泵130的输出电压VPUMP 由初始值逐渐增大到存储器允许的操作偏压范围内。此阶段读电荷泵 130的驱动时钟CLK并不是和电子标签120的系统时钟保持相同，而采 用系统时钟的分频信号，例如：二分频、三分频、四分频等(例如N分频， 其中N可以是大于等于二的正整数)，以降低驱动时钟CLK的频率，可 显著减小读电荷泵130的启动功耗。按照图1所示的RFID系统，在上 电复位结束后和/或阅读器110尚未发送操作指令前，无源电子标签芯片 120可从阅读器110获得连续载波(从所述连续载波获得的能量大于调制 载波)，控制模块126可在此阶段启动读电荷泵130。
在框408，在t3时刻，读电荷泵130的输出电压VPUMP增大至操 作偏压范围内，电子标签芯片120转入待机模式。在待机模式下，读电 荷泵130仍然需要保持输出电压在稳定值附近，以备随时可能开始的读 操作。在一个实施例中，读电荷泵130的驱动时钟仍然采用系统时钟的 分频信号，以进一步减小待机功耗。在另一个实施例中，待机状态下的 驱动时钟频率和启动阶段的驱动时钟频率可以相同，也可以不同，只要 能满足整体芯片系统120对功耗和时间的要求。
在框410，在图5所示的t4时刻，在电子标签120接收到来自阅读 器110的读操作指令，例如读操作使能信号READEN由低电平翻转为 高电平时，存储器128开始实施读操作。在t4至t5整个读操作周期内， 控制模块126可控制电荷泵130的驱动时钟CLK恢复至和电子标签120 的系统时钟相同，以保证读电荷泵的驱动能力可满足输出负载的要求。
在框412，响应于存储器128读取正确的数据，控制模块126可根 据RFID系统的需求适时将读出的数据返回阅读器110。
在框414，在读操作结束后(例如，t5时刻)，读使能信号READEN 可由高电平翻转为低电平，电子标签芯片120可重新进入待机模式(例如， 与框408所述的待机模式相同)。读电荷泵130的驱动时钟CLK为系统 时钟的分频信号，以使输出电压始终保持在读操作偏压范围内。在一个 实施例中，读电荷泵130的输出电压VPUMP不放电，所述电荷泵130 保持输出电压不变。
依据本发明的一个实施例，如图4和5所示，读电荷泵130可利用 RFID系统提供的能量，在能量充足的阶段(例如，上电复位结束之后) 启动，可增大读电荷泵130启动时的能量供给，也可采用经过分频的驱 动时钟以减小自身功耗，从而提升无源电子标签120的读灵敏度。依据 本发明的另一个实施例，读电荷泵130在芯片120上电后立即启动且稳 定在正常的读偏压范围内，在需要读操作时可无需等待，以克服建立时 间过长进一步导致存储器读取时间过长的矛盾。
依据本发明实施例的无源电子标签芯片及其存储器读电荷泵的启 动方法，可显著减小读电荷泵的启动功耗，也可满足RFID(无线射频身 份识别)相关通信协议对读取时间的约束，并大幅提升无源电子标签芯片 的读灵敏度。
虽然结合图1的电子标签来说明图4所示的方法，但依据本发明的 其他实施例，图4的方法不限于图1所示结构的电子标签120，而可适 用于其他无源RFID电子标签芯片。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明 精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种无源电子标签，包括：
一存储器；以及
一控制模块，所述控制模块用于响应于所述电子标签上电复位结束控制启动所述存储器的电荷泵。
2.如权利要求1所述的电子标签，其特征在于所述控制模块用于在所述电子标签未接收到来自一阅读器的操作指令前控制启动所述存储器的电荷泵。
3.如以上权利要求中任一项所述的电子标签，其特征在于所述控制模块用于在所述电子标签转入待机模式前控制启动所述存储器的电荷泵。
4.如以上权利要求中任一项所述的电子标签，其特征在于所述控制模块用于在所述电荷泵的输出电压增大到存储器的操作偏压时控制电子标签进入待机模式；或，所述控制模块用于在所述电荷泵启动阶段，控制所述电荷泵的驱动时钟为所述系统时钟的分频。
5.如以上权利要求中任一项所述的电子标签，其特征在于所述控制模块用于在所述电荷泵建立完成时把所述电荷泵的驱动时钟控制在所述系统时钟的分频或与所述系统时钟相同；或，所述控制模块用于在所述电子标签执行读操作时把所述电荷泵的驱动时钟控制在与所述系统时钟相同。
6.如以上权利要求中任一项所述的电子标签，其特征在于所述分频包括二分频、三分频、四分频或N分频，其中N为大于等于二的正整数；或，所述电荷泵包括用于产生所述存储器的操作偏压的片上电荷泵。
7.如以上权利要求中任一项所述的电子标签，其特征在于所述控制设备用于在读操作结束时控制所述电荷泵保持输出电压不变和/或控制所述电子标签进入待机状态。
8.一种方法，包括:
控制一电子标签的上电复位；以及
使所述电子标签的存储器的电荷泵在所述电子标签上电复位后或在所述电子标签未接收到来自阅读器的操作指令前或在所述电子标签转入待机模式前启动。
9.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述电荷泵的输出电压增大到存储器的操作偏压时所述电子标签进入待机模式；或，所述电荷泵的驱动时钟在所述电荷泵启动阶段为电子标签的系统时钟的分频。
10.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述电荷泵的驱动时钟在所述电荷泵建立完成时为所述系统时钟的分频或与所述系统时钟相同；或，所述电荷泵的驱动时钟在所述电子标签执行读操作时与所述系统时钟相同。
11.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在读操作结束时控制所述电荷泵保持输出电压不变和/或控制所述电子标签进入待机状态。
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