DE602004009462T2

DE602004009462T2 - Radiofrequenz-Transponder, insbesondere für UHF, mit einer ESD-Schutzschaltung

Info

Publication number: DE602004009462T2
Application number: DE602004009462T
Authority: DE
Inventors: Matthijs Pardoen
Original assignee: EM Microelectronic Marin SA
Current assignee: EM Microelectronic Marin SA
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: EP1672563A1; US7598843B2; EP1672563B1; DE602004009462D1; US20060132221A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Transponder mit sehr hoher Frequenz, insbesondere passive Transponder, die im UHF-Bereich arbeiten. Wie in 1 dargestellt, umfassen derartige Transponder 2 im Allgemeinen eine offene Antenne 4, die mit zwei Anschlüssen A und B einer integrierten Schaltung verbunden ist, die aus einer Gleichrichterschaltung 6 am Eingang und einer Schaltung 8, die hinter der Versorgungskapazität C1 der Schaltung 6 liegt, gebildet ist. Die Schaltung 8 umfasst insbesondere die Logikschaltung des Transponders und einen Modulationstransistor, der durch diese Logikschaltung gesteuert wird, um Antwortsignale durch die Modulation des elektromagnetischen Feldes zu erzeugen, das durch einen Leser geliefert wird.
Der Gleichrichter 6 des UHF-Transponders 2 von 1 ist aus zwei Dioden D1 und D2 und der Kapazität C1 gebildet. Die Diode D1 ist parallel zur Diode D2 und zur Kapazität C1 zwischen den Eingangsanschlüssen A und B der integrierten Schaltung angeordnet. Ein derartiger Gleichrichter ermöglicht es im Fall eines UHF-Transponders, die Kapazität C1 auf eine Spannung nahe jener aufzuladen, die durch das zwischen ihren zwei Spitzenwerten empfangene elektromagnetische Signal definiert ist.
Durch Definieren des Anschlusses A als positiven Anschluss und des Anschlusses B als negativen Anschluss fließt ein positiver Strom folglich in der integrierten Schaltung zwischen dem Anschluss A und dem Anschluss B. Wir bewahren diese Definition im Folgenden.
Der Transponder 2, der in 1 dargestellt ist, weist ein Problem des Schutzes gegen die elektrostatischen Entladungen (ESD), insbesondere in dem Fall, in dem der Entladungsstrom positiv ist (V_A > V_B), auf. In dem Fall eines negativen Stroms ist die Diode D1 nämlich leitend, so dass der Strom durch diese Diode bis zu einem relativ hohen Wert fließen kann, ohne dass eine Beschädigung auf Grund des Energieverlusts besteht; und zwar selbst wenn die Diode D1 kleine Abmessungen aufweist. Im Fall eines positiven Stroms bei einer elektrostatischen Entladung sperrt die Diode D1 dagegen den Durchgang des Stroms bis zu ihrer Durchbruchspannung, beispielsweise zwischen 5 V und 10 V im Absolutwert. Zwei Probleme tauchen in diesem letzten Fall auf. Erstens zerstört der starke Entladungsstrom häufig die Schaltung 8, bevor die Diode D1 den Strom durchlässt. Wenn die Diode kleine Abmessungen aufweist, kann sie anschließend eine Leistung entsprechend dem Entladungsstrom, multipliziert mit der Durchbruchspan nung dieser Diode, nicht absorbieren. Folglich wird der Transponder im Allgemeinen durch eine positive elektrostatische Entladung zerstört.
Um einen wirksamen Gleichrichter zu erhalten, sind die Dioden D1 und D2 vorzugsweise kleine Schottky-Dioden. Um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen, wurde der in 2 dargestellte Transponder 10 vorgeschlagen, in dem eine Diode D3 parallel zur Diode D1 angeordnet ist. Diese Diode D3 weist relativ große Abmessungen mit einer geringen Impedanz auf. Die Diode D3 beeinflusst die Gleichrichterschaltung wenig und sie ist mit einer Durchbruchspannung versehen, die geringer ist als jene der Diode D1, vorzugsweise nahe der Betriebsspannung der integrierten Schaltung, aber höher als diese letztere.
Der Transponder 10 weist jedoch Nachteile auf. Erstens ist der ESD-Schutz relativ gering, da es schwierig ist, die Durchbruchspannung der Diode D3 genau zu definieren, wobei diese Spannung insbesondere von der Herstellungstechnologie der integrierten Schaltung abhängt. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ergibt sich von der Tatsache, dass die Diode D3 die Eingangskapazität der integrierten Schaltung signifikant erhöht, was die durch diese Schaltung verbrauchte Energie erhöht und die Spannung an den Anschlüssen der Versorgungskapazität C1 vermindert. Dies hat die negative Folge einer Verringerung des Kommunikationsabstandes zu einem gegebenen Leser.
US5015355A beschreibt einen Transponder mit einer Antenne, einer Gleichrichterschaltung, einer Logikschaltung, einem Modulationstransistor und einem Transistor zum Schutz gegen Überspannungen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Transponder der vorstehend beschriebenen Art vorzuschlagen, der mit einem Schutz gegen die elektrostatischen Entladungen (ESD-Schutz) versehen ist und nicht die vorstehend erwähnten Nachteile aufweist.
Dazu betrifft die vorliegende Erfindung einen Transponder der vorstehend erwähnten Art, in dem die ESD-Schutzmittel aus dem Modulationstransistor und den zusätzlichen Steuermitteln dieses Transistors gebildet sind, die dazu beschaffen sind, ihn in seinen leitenden Zustand zu versetzen, wenn ein Strom einer elektrostatischen Entladung die Gleichrichterschaltung in Richtung der Logikschaltung verlässt.
Somit hat der Modulationstransistor zwei unterschiedliche Funktionen, nämlich seine erste Funktion zur Modulation von Antwortsignalen für einen Leser und eine zweite Funktion zum ESD-Schutz des Transponders. Um diesen ESD- Schutz wirksam sicherzustellen, ist es erforderlich, einen Transistor mit relativ großen charakteristischen Abmessungen zu haben. Der Modulationstransistor weist nun, um seine erste Modulationsfunktion sicherzustellen, im Allgemeinen derartige Abmessungen auf. Aus der Erfindung ergibt sich ein guter ESD-Schutz des Transponders, ohne ein zusätzliches Element mit relativ großer Abmessung anordnen zu müssen. Außerdem ermöglicht es diese Lösung, einen guten ESD-Schutz zu erhalten, ohne die Eingangskapazität der integrierten Schaltung des Transponders zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1, die bereits beschrieben wurde, schematisch einen UHF-Transponder mit seiner Gleichrichterschaltung zeigt, wie aus dem Stand der Technik bekannt;
2, die bereits beschrieben wurde, einen Transponder der Art von 1 zeigt, der mit einer zusätzlichen ESD-Schutzdiode versehen ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt;
3 schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Erfindung wird folglich nachstehend in detaillierter und nicht begrenzender Weise mit Hilfe von 3 beschrieben.
Der Transponder 12 von 3 umfasst eine offene Antenne 4 und eine Gleichrichterschaltung, die aus zwei Dioden D1 und D2 und einer Versorgungskapazität C1 gebildet ist. Es ist zu beachten, dass der Gleichrichter eine andere Anordnung aufweisen kann und insbesondere außerdem eine Spannungserhöhungsvorrichtung umfassen kann. Dieser Transponder umfasst einen Modulationstransistor T1, der durch die Logikschaltung 14 gesteuert wird. In klassischer Weise steuert die Schaltung 14 parallel zur Steuerung des Transistors T1 auch einen Schalter 16, der in Reihe mit der Kapazität C1 zwischen der Diode D2 und dem Eingangsanschluss B angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung umfasst der Transponder 12 zusätzliche Steuermittel 20 des Modulationstransistors T1, der auch für den ESD-Schutz im Fall einer positiven elektrostatischen Entladung vorgesehen ist. Diese Steuermittel 20 sind zwischen der Gleichrichterschaltung und dem Transistor T1 angeordnet. In keineswegs begrenzender Weise sind die Steuermittel 20 durch einen Widerstand R, der in Reihe mit einer Kapazität C2 angeordnet ist, die auf der Seite des An schlusses B liegt, und einen Inverter 22, dessen Eingang zwischen dem Widerstand R und der Kapazität C2 verbunden ist, gebildet. Der Ausgang dieses Inverters ist mit dem Steueranschluss 24 des Transistors T1 über ein "ODER"-Logikgatter 26 verbunden. Der zweite Eingang dieses Logikgatters ist mit den Modulationssteuermitteln verbunden, die in der Logikschaltung 14 angeordnet sind und die ein Signal MOD zum Betätigen des Transistors T1 über das Logikgatter 26 senden.
Es ist zu bemerken, dass die Anwesenheit des Inverters 22 insbesondere mit der NMOS-Implementierungstechnologie des Transistors T1 verbunden ist. Wenn der Steueranschluss 24 ein niedriges Spannungssignal empfängt, ist der Transistor T1 nichtleitend, während er leitend wird, wenn dieses Spannungssignal hoch ist.
Im normalen Betrieb werden die Kapazitäten C1 und C2 aufgeladen und nur ein geringer Strom fließt durch den Widerstand R, so dass der Verbindungspunkt dieses Widerstandes mit der Kapazität C2 eine hohe Spannung aufweist. Der Inverter 22 sendet folglich ein niedriges Spannungssignal zum Transistor T1, der folglich bei Abwesenheit eines hohen Spannungssignals, das von der Logikschaltung 14 stammt, nichtleitend ist. Im Fall einer positiven elektrostatischen Entladung fließt dagegen ein starker elektrischer Strom durch den Widerstand R. Dies hat einen Potentialabfall an den Anschlüssen dieses Widerstandes zur Folge und der Inverter 22 sendet folglich ein hohes Spannungssignal. Der Transistor T1 wird leitend gemacht und der Entladungsstrom kann dann durch diesen Transistor fließen, ohne die integrierte Schaltung zu beschädigen.
Der Fachmann wird die geeigneten Werte für R und C2 bestimmen können, um die vorstehend erwähnte Steuerung des Transistors T1 wirksam sicherzustellen.
Schließlich ist zu beachten, dass der Transistor T1 in Anbetracht seiner relativ großen charakteristischen Abmessungen und seiner parallelen Anordnung zwischen der Gleichrichterschaltung und der zu schützenden Logikschaltung 14 besonders gut an den ESD-Schutz angepasst ist.

Claims

Transponder (12), der eine Antenne (4), eine Gleichrichterschaltung (D1, D2, C1), eine durch diese Gleichrichterschaltung gespeiste Logikschaltung (40) und einen Modulationstransistor (T1), der zwischen die Gleichrichterschaltung und die Logikschaltung geschaltet ist, umfasst, wobei der Modulationstransistor durch die Logikschaltung gesteuert wird, um Antwortsignale des Transponders zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel zum Schutz vor elektrostatischen Entladungen, ESD, enthält, die gebildet sind durch den Modulationstransistor (T1) und durch zusätzliche Steuermittel (20) dieses Modulationstransistors, die so beschaffen sind, dass sie diesen durchschalten, wenn die Gleichrichterschaltung ein durch eine elektrostatische Entladung bedingter Strom in Richtung der Logikschaltung verlässt.
Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Steuermittel (20) zwischen die Gleichrichterschaltung und den Modulationstransistor (T1) geschaltet sind, wobei zwischen diese zusätzliche Steuermittel und den Steueranschluss (24) des Modulationstransistors ein ODER-Logikgatter (26) geschaltet ist, wobei die zusätzlichen Steuermittel ein erstes Steuersignal zu einem ersten Eingang des ODER-Logikgatters schicken und die Logikschaltung (14) mit dem zweiten Eingang dieses Logikgatters verbunden ist, an den sie ein zweites Steuersignal (MUD) liefert, um die Antwortsignale zu modulieren.