CN1222908C - 远距自供电集成电路中的载荷调制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的一种远距自供电集成电路中，有一个电源电压(Vdd、Gnd)的再生装置，它包括一个接在端子A、B上的振荡电路(1)以及至少一个靠近振荡电路(1)的至少一个端子A、B在阱中制成的MOS晶体管，其漏极或源极连接到所考虑的端子上。载荷调制装置包括一些偏压装置(4)，它可以根据逻辑调制信号(mod)，使一个或两个晶体管(M2、M3)的阱偏置到第一电源电压(Vdd)或第二电源电压(Gnd)。

Description

远距自供电集成电路中的载荷调制装置
技术领域
本发明涉及一种远距自供电集成电路中的载荷调制装置。
背景技术
这种装置可以在远距自供电集成电路与电磁场辐射源读出器之间，利用从读出器可看到的集成电路等效载荷的变化传输数据。
该发明尤其可应用到无触点智能卡(芯片卡)及电子标记或电子标签方面。
在这类应用中，例如LC型振荡电路可用于电源电压再生及卡与读出器之间的数据传输。振荡电路可以部分或全部地集成到集成电路或偏置在外边。
处在电磁场中的振荡电路在其端子上输出频率与读出器发射信号频率相同的交流信号。当振荡电路固有谐振频率等于读出器发射频率时该电压信号振幅最大。
适合这种应用的集成电路通常都包括一个对振荡电路输出的交流信号进行整流的整流电路。整流电路的作用就是把该交流电压与一个对应于集成电路中逻辑电路的载荷相对应的直流载荷相连通。换句话说该整流电路可把交流电源电压转换成集成电路中逻辑电路的直流电源电压。
在那种情况下载荷调制主要是使调谐电路的阻抗，从读出器上能看到，随着要传输的数据而变化。
为此，集成电路包括一个载荷调制电路，它受集成电路数据传输级输出的逻辑调制信号控制。载荷调制电路通常都是由一个或几个连接在振荡电路输出接点间的晶体管组成，它们受逻辑调制信号控制。
图1表示出远距自供电集成电路中载荷调制电路的第一个实施例。
该集成电路通常包括：一个振荡电路1，它在其输出端A与B之间输出一个交流电压信号；一个对该交流电压进行整流的整流电路2用来向集成电路中的逻辑电路3输出直流电源电压Vdd及Gnd。在该实施例中，整流电路是二极管D0、D1、D2、D3电桥并且逻辑电路是利用其等效载荷表示的，采用了电源电压Vdd及Gnd之间并联的电阻Re及电容Ce。
振荡电路中的载荷调制电路由标注为mod的二进制调制信号控制，此信号是由图中未示出的在逻辑电路3中所设计的数据传输级ED输出的。
载荷调制电路4包括一个开关晶体管Tm1，在其栅极上由调制信号mod控制。在本实施例中是一个N型MOS晶体管，它连接在调制结点Nm与电源电压Gnd之间。载荷调制电路4另外还包括两个隔离晶体管，有一个利用振荡电路端子，它可保护开关晶体管Tm1防止电压太高。因此就有了一个连接在端子A与电路结点Nm之间的隔离晶体管Ti1以及一个连接在端子B与电路结点Nm之间的隔离晶体管Ti2。在该实施例中，它们是两个N型MOS晶体管。每个都按二极管方式安装，其栅极和漏极连接在一起。
当开关晶体管Tm1利用二进制调制信号mod被控制在开路状态或断开状态时，它就等效于一个标注为rdsoff的高阻值电阻。当开关晶体管被控制在闭合状态或通路状态时，它就等效于一个标注为rdson的低阻值电阻。电阻rdsoff与rdson之间的差就引起了载荷的变化。振荡电路1的工作频率没有变化。
图2表示出了载荷调制电路4的另一个实施例。在该实施例中，载荷电路包括一个电容Cm及一个开关晶体管Tm2，它们串联在端子A与B之间。在此实施例中，开关晶体管是一个N型MOS晶体管。它在其栅极上接收二进制调制信号mod。根据该mod信号的二进制电平，开关晶体管Tm2可使电容Cm并联在振荡电路上或者不并联在振荡电路上，按照电容Cm有效地并联或不并联，就可改变电容载荷及振荡电路的工作频率。
现有技术的这些载荷调制电路实施例其共同之处是必须把那些补充元件都连接到振荡电路上，这就会妨碍该电路的品质因数。品质因数应理解为在电路的振荡频率下其端子上的过压。由于补充元件所产生的电流载荷减少了过压，因而也降低了振荡电路的效率。
此外，这些补充元件按照在集成电路上设计面积来说造成了成本过高。实际上这些补充元件应该能够在振荡电路端子上承受较大的电压变化，它们可达到10至100伏。
发明内容
本发明的目的是一种在远距自供电电路中的载荷调制装置，它没有上面那些各种不足之处。
本发明的基本想法是使用在阱中制成的MOS晶体管的漏极/基片或源极/基片寄生二极管。根据本发明，把调制应用到MOS晶体管的阱上，此晶体管又利用其漏极或源极连接到振荡电路的端子上，就能够使漏极阱或源极阱寄生二极管导通，其作用就是使所考虑的端子达到指定的电压水平，从读出器可看出，这就能用来影响振荡电路的载荷。
因而作为特征来说，本发明涉及一种在远距自供电集成电路中载荷调制装置，它带有第一和第二电源电压的再生装置，该再生装置包括一个振荡电路和至少一个MOS晶体管，所述至少一个MOS晶体管是在阱中制成的，所述晶体管的漏极或源极连接到该振荡电路的一个端子，其特征在于：调制装置包括一个偏压装置，用于使所述晶体管的阱根据二进制调制信号的电平而偏置到第一或第二电源电压，所述阱偏压装置与其中将形成至少一个MOS晶体管的阱相连接，且与第一和第二电源电压相连接，并被连接到所述集成电路的数据传输级以产生二进制调制信号。
本发明还涉及一种远距离供电的集成电路，其中包括根据本发明的载荷调制装置。
本发明还涉及一种芯片卡或电子标记，其中包括根据本发明的芯片卡或电子标记。
本发明还涉及一种包括一个读出器的电子系统，它可对根据本发明的芯片卡或电子标记提供远距离供电。
附图说明
本发明的其它一些特征或优点将在后面以非限定性实施例所作的说明中进行更详细的描述，还参照了几个附图，其中有：
--图1和2已描述过了，每个图都表示的是远距自供电集成电路它含有一个现有技术的载荷调制电路；
--图3表示出一个远距自供电集成电路，它含有一个本发明第一种实施例的载荷调制电路；
--图4表示的是图3所示载荷调制电路的一种变型例；
--图5表示出一个远距自供电集成电路，它含有本发明另一实施例的载荷调制电路；以及
--图6表示了一个采用远距自供电集成电路的电子系统。
在这些图中，相同的元件都带有一样的标注。
具体实施方式
如图6所示，适合于智能卡(芯片卡)、电子标注或电子标签式应用的电子系统10包括一个读出器11，它可以利用电磁场B的发射保证其中有智能卡或电子标注12等的远距自供电。这些智能卡或电子标注12都包括一个远距自供电型的集成电路13。
图3所示远距自供电集成电路，如上述图中那样，包括一个电源电压再生装置，它又包含一个振荡电路1和一个整流电路2、一个由再生电源电压Vdd和Gnd供电的电子电路3以及一个振荡电路的载荷调制电路4。
在实施例中，整流电路是一种对应于图1所示D0、D1、D2、D3结构的二极管电桥结构。在图3中，这些二极管每一个都是利用按二极管方式安装成的MOS晶体管，栅极与漏极连接在一起。
更确切地说，图1所示的二极管D0在图3中是利用N型MOS晶体管M0实现的，其源极s与电源电压Gnd连接并且栅极g及漏极d一起连接到端子A。同样，图1所示的二极管D1在图3中是利用N型MOS晶体管M1实现的，其源极s连接到电源电压Gnd并且栅极g及漏极d一起连接到端子B。图1所示的二极管D2在图3中是利用P型MOS晶体管M2实现的，其源极s接到电源电压Vdd并且栅极g及漏极d一起连接到端子A。图1所示的二极管D3在图3中是利用P型MOS晶体管M3实现的，其源极s接到电源电压Vdd并且栅极g及漏极d一起连接到端子B。
一般说来，晶体管的基片或阱要偏置到一个适当的电压，通常是源电压，以便防止漏极/基片或漏极/阱以及源极/基片或源极/阱寄生二极管被导通，这就可以避免晶体管中漏电。这种偏压在图上是采用晶体管沟道及其源之间的“总体(bulk)“偏压接线的方式具体实现的。
在基片P上的MOS工艺实施例中，MOS N晶体管是制备在P基片中的而MOS P晶体管是制备在N型阱中的。
根据需要，对于每个阱能有不同的偏压，而基片的偏压对于各种集成电路都是相同的。
在本发明中，使用了阱偏压以便使MOS晶体管膜片的寄生二极管保持非导通或导通状态，该MOS晶体管连接到振荡电路的一个端子上。这样，如果该晶体管的漏极连接到振荡电路的一个端子上，就可使该端子达到阱的偏压电压，它使相关的寄生二极管导通。因此就改变了振荡电路的等效载荷，可从读出器看到。
如果举出图3所示的实施例，在P基片上的MOS工艺中，PMOS晶体管M2及M3都是在阱中制成的，最好是在同一个阱中制成的。每个这种晶体管的漏极都与振荡电路的一个端子连接。
根据本发明的载荷调制电路4还包括由二进制调制信号mod控制的装置用于改变这些晶体管M2及M3的阱偏压电压。在实施例中，这些装置主要是由一个变换器组成，该变换器包括一个MOS P T2晶体管和一个MOS P T1晶体管，它们都连接在电源电压Vdd与Gnd之间，其栅极都连接在一起并接收变换器的控制输入端Em上的二进制调制信号mod并且其漏极都连接在一起，并提供变换器的输出Sm，它连接到阱偏压引线bkp。
如果二进制调制信号为“1”，则载荷调制电路的晶体管T1是导通的。输出Sm被下拉到电源电压Gnd。因此，根据振荡电路端子A与B上的交流信号电平，至少漏极阱寄生二极管是导通的，使相关的端子达到电源电压Gnd。
如果二进制调制信号为“O”，则载荷调制电路的晶体管T2是导通的。输出Sm被上拉到电源电压Vdd。在那种情况下M2及M3晶体管的阱被偏置到电源电压Vdd并且没有任何漏极/阱二极管是导通的。
晶体管T1尺寸规格的确定要便于按照所要求的调制指数使阱的偏压接线多少稍快一些地达到电源电压Gnd。
在图3所示的一种变型例中，晶体管T1与电源电压Gnd之间串联一个电阻器Rm，这也可以匹配调整电路4的调制指数。该电阻器实际上可以用一个不搀杂电阻(例如多晶硅、扩散)制成或者是用等效电路例如晶体管电路制成。
图4上表示出了图3所示解决方案的一种双重性方案，它对应于在N型基片上制备的集成电路。在该实施例中，MOS N晶体管都制备在P型阱中。这此阱典型地说都是利用其源极正常地偏置到电源电压Gnd的。本发明载荷调制电路那时既可以按通常的方式使MO及M1晶体管的阱偏置到电源电压Gnd，也可以根据二进制调制信号mod而偏置到电源电压Vdd。在该实施例中载荷调制电路的输出Sm可连接到晶体管MO及M1的阱的偏压接线bkn。如果它包括一个调制指数的适配电阻Rm’，则该电阻那时要设计在电源电压Vdd与晶体管T2之间，以便多少要快些地使电路输出端Sm提升到电源电压Vdd。
本发明的另一个带有载荷调制电路的远距自供电集成电路的实施例表示在图4上了。与图3所示方案的不同之处在于整流电路2中的MOS晶体管，这些晶体管是以不同的方式安装的，在该实施例中，晶体管MO和M2形成了第一个变换器，采用的方式是它们的栅极都一起连接到端子A上并且它们的漏极一起连接到端子B上。晶体管M1和M3构成了另一个变换器，利用它们的栅极一起都连接到端子B上而且它们的漏极都一起接到端子A上。这样，就形成了一种在振荡电路端子A和B上输入/输出式反馈变换器的整流器结构，用于再生电源电压Vdd和Gnd。
在该实施例中，本发明载荷调制电路是按照与图3中相同的方式而加以应用的。对于在N型阱中制成的晶体管M2和M3来说，阱的偏压接线被连接到载荷调制电路的输出端，其结构与图3中相同。
本发明也能适用于电源电压Vdd和Gnd再生装置的设计方案，在这些方案中有一个晶体管是在阱中制成的，通过其源极连接到振荡电路的一个端子上。在这种情况下，源极阱二极管可以应用本发明的调制。
还要指出的是：本发明载荷调制电路最好包括至少一个利用振荡电路端子的阱晶体管。
然而，它可以含有仅涉及一个端子的阱晶体管，即使调制电路的效率在此情况下较低。
更普遍地说，当至少针对振荡电路的一个端子，在阱中制成至少一个MOS晶体管，其漏极或源极连接到所考虑的端子时，也就能够设计出一种本发明载荷调制电路可用于按照二进制调制信号mod改变阱的偏压。
要注意到，按本发明来说关系不太大的是：图3和5的晶体管MOSM2及M3各个都可在一个分开的阱中或在同一个阱中制成。同样，指出的内容也适用于图4的晶体管MO和M1。
本发明载荷调制装置特别容易实施并且在振荡电路上未增加任何载荷。
因此，振荡电路的品质因数在利用调制或不利用调制时是一样的。此外，载荷调制电路4不必承受可能在振荡电路端子上产生的较大压差。因而从集成电路硅表面的主要经济性来看，其尺寸还是比较小的。在这种情况下，如图3至5上所示，其中集成电路包括一个隔离装置5，它连接在整流电路2的电源输出Vdd与内回路3上的相应输入端之间，载荷调制电路4安置在上游方，处于整流电路2与绝缘装置5之间。

Claims (9)

1.一种远距离供电集成电路中的载荷调制装置，它带有第一及第二电源电压(Vdd、Gnd)的再生装置，该再生装置包括一个振荡电路(1)以及至少一个MOS晶体管(M2、M3)，所述至少一个MOS晶体管是在阱中制成的，所述晶体管的漏极或源极连接到该振荡电路的一个端子(A、B)，其特征在于：调制装置包括偏压装置(4)，用于使所述晶体管的阱根据二进制调制信号(mod)的电平而偏置到第一或第二电源电压(Vdd、Gnd)，所述偏压装置与其中将形成至少一个MOS晶体管的阱相连接，且与第一和第二电源电压相连接，并被连接到所述集成电路的数据传输级(ED)以产生二进制调制信号。
2.根据权利要求1所述的载荷调制装置，其特征在于，所述在一个阱中至少一个MOS晶体管都是同一个(P)型。
3.根据权利要求1或2所述的载荷调制装置，其特征在于：所述至少一个晶体管形成电压整流电路(2)，它连接在振荡电路(1)的端子(A、B)之间并且在输出端输出第一及第二电源电压(Vdd、Gnd)。
4.根据权利要求1所述的载荷调制装置，其特征在于：所述偏压装置(4)包括一个连接在第一与第二电源电压(Vdd、Gnd)之间的变换器，其控制输入端(Em)接收二进制调制信号(mod)，此信号是由所述集成电路的数据传输级(ED)提供的，并且其输出端(Sm)连接到所述至少一个MOS晶体管的阱偏压引线(bkp)。
5.根据权利要求4所述的载荷调制装置，其特征在于：变换器包括第一晶体管(T2)用于使输出(Sm)达到电源电压(Vdd)的电平，这就能锁闭漏极/阱二极管或源极/阱二极管；还包括第二晶体管(T1)用于使输出端达到另一电源电压(Gnd)的电平，这能够使所述漏极/阱二极管或源极/阱二极管导通，所述第二晶体管的尺寸大小随着所要求的调制指数而变化。
6.根据权利要求5所述的载荷调制装置，其特征在于，偏压装置另外还包括一个连接在所述第二晶体管(T1)与所述另一电源电压(Gnd)之间的电阻器(Rm)，该电阻器的电阻率随着所要求的调制指数而变化。
7.一种远距离供电的集成电路，其特征在于，它包括一个载荷调制装置，所述载荷调制装置带有第一及第二电源电压(Vdd、Gnd)的再生装置，该再生装置包括一个振荡电路(1)以及至少一个MOS晶体管(M2、M3)，所述至少一个MOS晶体管是在阱中制成的，所述晶体管的漏极或源极连接到该振荡电路的一个端子(A、B)，其中调制装置包括偏压装置(4)，用于使所述晶体管的阱根据二进制调制信号(mod)的电平而偏置到第一或第二电源电压(Vdd、Gnd)，所述偏压装置与其中将形成至少一个MOS晶体管的阱相连接，且与第一和第二电源电压相连接，并被连接到所述集成电路的数据传输级(ED)以产生二进制调制信号。
8.一种芯片卡或电子标记，其特征在于，所述芯片卡或电子标记包括一种集成电路，该集成电路包括一个载荷调制装置，所述载荷调制装置带有第一及第二电源电压(Vdd、Gnd)的再生装置，该再生装置包括一个振荡电路(1)以及至少一个MOS晶体管(M2、M3)，所述至少一个MOS晶体管是在阱中制成的，所述晶体管的漏极或源极连接到该振荡电路的一个端子(A、B)，其中调制装置包括偏压装置(4)，用于使所述晶体管的阱根据二进制调制信号(mod)的电平而偏置到第一或第二电源电压(Vdd、Gnd)，所述偏压装置与其中将形成至少一个MOS晶体管的阱相连接，且与第一和第二电源电压相连接，并被连接到所述集成电路的数据传输级(ED)以产生二进制调制信号。
9.一种包括一个读出器的电子系统，它可对芯片卡或电子标记提供远距离供电，所述芯片卡或电子标记包括一种集成电路，该集成电路包括一个载荷调制装置，所述载荷调制装置带有第一及第二电源电压(Vdd、Gnd)的再生装置，该再生装置包括一个振荡电路(1)以及至少一个MOS晶体管(M2、M3)，所述至少一个MOS晶体管是在阱中制成的，所述晶体管的漏极或源极连接到该振荡电路的一个端子(A、B)，其中调制装置包括偏压装置(4)，用于使所述晶体管的阱根据二进制调制信号(mod)的电平而偏置到第一或第二电源电压(Vdd、Gnd)，所述阱偏置装置与其中将形成至少一个MOS晶体管的阱相连接，且与第一和第二电源电压相连接，并被连接到所述集成电路的数据传输级(ED)以产生二进制调制信号。
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