JP3210438B2 - データキャリアの集積回路 - Google Patents

データキャリアの集積回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固定施設との間で電波又
は交流磁界によってデータの交換を行うデータキャリア
に関するものであり、より詳しくはデータキャリアに使
用される集積回路とその使い方に関するものである。こ
こで言うデータキャリアとは工業用のデータタグ、非接
触型ICカード、家畜の固体識別用標識、電子切符、電
子荷札、電子キー等を指している。
【0002】
【従来の技術】データキャリア用ICに限ったことでは
ないが、従来、C−MOS−ICでは電源線から切り離
されたダイオードを同一チップ上に他の回路素子と同時
に作ることは極めて困難なこととされていた。図4は従
来のC−MOS−ICで普通に使われているダイオード
の構造を示しており、N型半導体のシリコンウェーハに
作られたICチップの断面を示している。図面上、
(a)で示すものはそのカソードがICの構成基板その
ものでありプラス側電源線から切り離すことができな
い。一方、(b)で示すものはP−層とN+層の間にP
N接合があるが、ICの構成基板まで含めて考えるとN
PNトランジスタ構造をもっている。このため、前記P
N接合に電流Ibを流すとN−層からN+層へ電流Ic
の注入が発生するので前記PN接合をダイオードとして
使うことはできない。普通、このPN接合はP−層をI
Cのマイナス側電源線に接続し、ICの入力端子の保護
装置として使用されるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の理由により、従
来のデータキャリアにおいては固定施設から送られて来
る電波や交流磁界によってコイルに誘導される電力を整
流して電源としたり、整流検波をして信号を受信したり
するために必要なダイオードを、データキャリアの主回
路を成すICとは別に用意しなければならなかった。こ
のため装置の小型化薄型化に支障があったと同時にコス
ト上の問題があった。
【0004】本発明の目的は、データキャリアの主要回
路を含むC−MOS構造の集積回路の中に電源の整流用
ダイオードや信号検波用のダイオードを搭載することに
よって、データキャリアの構成部品を減らし、これによ
ってデータキャリアの小型化と薄型化とコストダウンを
達成することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明においては、N型半導体の表面上に形成された
C−MOS構造の集積回路において、前記N型半導体の
表面上に独立して設けられたPウェルと、該Pウェル上
に形成されたエンハンスメント型のNチャンネルMOS
トランジスタを有し、前記Pウェルをフローティング状
態にしたまま、前記NチャンネルMOSトランジスタの
ドレインとゲートとを接続して等価的アノードとなし、
前記NチャンネルMOSトランジスタのソースを等価的
カソードとなした等価ダイオードを具備した。
【0006】また、P型半導体の表面上に形成されたC
−MOS構造の集積回路においては、前記P型半導体の
表面上に独立して設けられたNウェルと、該Nウェル上
に形成されたエンハンスメント型のPチャンネルMOS
トランジスタを有し、前記Nウェルをフローティング状
態にしたまま、前記PチャンネルMOSトランジスタの
ドレインとゲートとを接続して等価的カソードとなし、
前記PチャンネルMOSトランジスタのソースを等価的
アノードとなした等価ダイオードを具備した。
【0007】
【作用】本発明の作用は図1の(a)と(b)に示した
本発明の最も基本的な実施例である集積回路の断面構造
によって説明することができる。以下に図1に従って上
記の手段の作用を説明する。
【0008】図1の(a)では、ICの回路基板となっ
ているN型の半導体であるシリコンウェーハ1の表面
に、P型半導体からなるPウェル2がイオン打ち込み法
によって形成され、該Pウェル2の表面には二つのN型
半導体領域3及び4がやはりイオン打ち込み法によって
形成されている。該二つのN型半導体領域3及び4の間
のPウェル2の表面には薄い酸化シリコンのゲート酸化
膜5を挟んでゲート部材6が積層されている。このよう
な構成はNチャンネルMOSトランジスタと全く同じも
のである。第一のN型半導体領域3には電極が設けられ
等価的カソード7とされており、第二のN型半導体領域
4に設けられた電極はゲート部材6に接続されて等価的
アノード8とされている。一方、普通のC−MOS−I
Cではマイナス側電源線に接続されているPウェル2は
独立して設けられ、いかなるオーミックな接続部材も有
さない。
【0009】このような構成においてはPウェル2の電
位Vpは固定しておらず、N型半導体領域3及び4のう
ち、より電位の低い方の電位にほぼ等しくなる。今、シ
リコンウェーハ1の電位を基準電位V0、等価的アノー
ド8の電位をVa、等価的カソード7の電位をVkと
し、V0>Va>Vkとすれば、Pウェル2の電荷は第
一のN型半導体領域3に移動し概略Vp=Vkとなる。
この時、第一のN型半導体領域3はNチャンネルトラン
ジスタのソースと見なすことができ、第二のN型半導体
領域4はNチャンネルトランジスタのドレインと見なす
ことができる。又、ゲート部材6にはドレイン電圧と見
なせる電位Vaが与えられているので該Nチャンネルト
ランジスタはオンになり、等価的アノード8から等価的
カソード7に向かって電流が流れる。一方、Va<Vk
とすれば概略Vp=Vaとなり、この時は第一のN型半
導体領域3がNチャンネルトランジスタのドレインと見
なされ、第二のN型半導体領域4がソースと見なされ
る。又、ゲート部材6にはソース電圧と見なせる電位V
aが与えられているので該Nチャンネルトランジスタは
オフになって電流を阻止する。このように、二つのN型
半導体領域の電位の関係で電流を流したり阻止したりす
ることができるので、等価ダイオード9と見なすことが
できるのである。
【0010】図1の(b)では、ICの回路基板となっ
ているP型の半導体であるシリコンウェーハ10の表面
に、N型半導体からなるNウェル11がイオン打ち込み
法によって形成され、該Nウェル11の表面には二つの
P型半導体領域12及び13がやはりイオン打ち込み法
によって形成されている。該二つのP型半導体領域12
及び13の間のNウェル11の表面には薄い酸化シリコ
ンのゲート酸化膜14を挟んでゲート部材15が積層さ
れている。このような構成はPチャンネルMOSトラン
ジスタと全く同じものである。第一のP型半導体領域1
2には電極が設けられ等価的アノード16とされてお
り、第二のP型半導体領域13に設けられた電極はゲー
ト部材15に接続されて等価的カソード17とされてい
る。一方、普通のC−MOS−ICではプラス側電源線
に接続されているNウェル11は独立して設けられ、い
かなるオーミックな接続部材も有さない。
【0011】このような構成においてはNウェル11の
電位Vnは固定しておらず、P型半導体領域12及び1
3のうち、より電位の高い方の電位にほぼ等しくなる。
今、シリコンウェーハ10の電位を基準電位V0、等価
的カソード17の電位をVk、等価的アノード16の電
位をVaとし、V0<Va<Vkとすれば、第二のP型
半導体領域13の電荷はNウェル11へ移動し概略Vn
=Vkとなる。この時、第一のP型半導体領域12はP
チャンネルトランジスタのドレインと見なすことがで
き、第二のP型半導体領域13はPチャンネルトランジ
スタのソースと見なすことができる。又、ゲート部材1
5にはソース電圧と見なせる電位Vkが与えられている
ので該Pチャンネルトランジスタはオフになり電流を阻
止する。一方、Va>Vkとすれば概略Vn=Vaとな
り、この時は第一のP型半導体領域12がPチャンネル
トランジスタのソースと見なされ、第二のP型半導体領
域13がドレインと見なされる。又、ゲート部材15に
はドレイン電圧と見なせる電位Vaが与えられているの
で該Pチャンネルトランジスタはオンになって等価的ア
ノード16から等価的カソード17に向かって電流が流
れる。このように、二つのP型半導体領域の電位の関係
で電流を流したり阻止したりすることができるので、等
価ダイオード18と見なすことができるのである。
【0012】
【実施例】図1は本発明の最も基本的な実施例を表して
いるが、その構成及び作用は上述した通りである。
【0013】図2は本発明によりなる電磁結合方式のデ
ータキャリアの回路例を示しており、本発明の実施例の
一つである。図面上、一点鎖線で囲まれた部分はN型半
導体上に構成されたICに含まれており、ボンディング
パットP1、P2、P3、及びP4によって外部回路と
接続されている。該ICはC−MOS構成のデータキャ
リア主回路のほか、電源整流用等価ダイオードとしての
NチャンネルトランジスタT1、信号検波用等価ダイオ
ードとしてのNチャンネルトランジスタT2、信号検波
用のコンデンサCDと抵抗RD、及び出力変調用のPチ
ャンネルトランジスタT3よりなっている。
【0014】前記データキャリア主回路のプラス側電源
端子はボンディングパットP1に接続され、基準電位線
VDDとなっている。一方、データキャリア主回路のマ
イナス側電源端子はボンディングパットP4に接続され
電源線VSSとなると共に、独立したPウェル上に形成
されたNチャンネルトランジスタT1のゲートとドレイ
ンに接続されている。該トランジスタT1のソースはボ
ンディングパットP3に接続されているが、Pウェルサ
ブストレートはオーミックな電気的接続がなくフローテ
ィング状態にされている。前記ボンディングパットP3
には、独立したPウェル上に形成されたNチャンネルト
ランジスタT2のソースが接続されている。該トランジ
スタT2のPウェルサブストレートもまたフローティン
グ状態であるが、ゲートとドレインはコンデンサCDと
抵抗RDとからなる時定数回路に接続されて信号検波回
路を構成し、その出力信号は前記データキャリア主回路
の入力となっている。PチャンネルトランジスタT3の
ソースとサブストレートは基準電位線VDDに接続さ
れ、ドレインはボンディングパットP2に接続されてい
る。又、ゲートはデータキャリア主回路の出力端子に接
続されており、データキャリアの出力データによってト
ランジスタT3がオンオフされるようになっている。
【0015】ICの外部回路はコイルLと共振コンデン
サC1、変調コンデンサC2、及び整流コンデンサC3
とから成り立っている。コイルLと共振コンデンサC1
は並列接続されて共振回路をなし、その一端はボンディ
ングパットP1を介してICに接続されている。共振回
路の他の一端は交流電圧線VACとしてボンディングパ
ットP3を介してICに接続されると共に、変調コンデ
ンサC2の一端に接続されている。該変調コンデンサC
2の他端はボンディングパットP2に接続されている。
ICの電源端子であるボンディングパットP1及びP4
の間には整流コンデンサC3が接続されて電源の安定化
に使われている。このような回路構成において、データ
キャリアシステムの固定施設から発せられる電波若しく
は交流磁界をデータキャリアが受け取ると、前記共振回
路には交流電力が誘導され、交流電圧線VACには交流
電圧が発生する。該交流電圧は整流用等価ダイオードと
して機能するNチャンネルトランジスタT1によって整
流され、データキャリア主回路の電源電圧になってい
る。又、前記電波若しくは交流磁界を振幅変調すること
によって送られて来るデータは、前記交流電圧を信号検
波用等価ダイオードとして機能するNチャンネルトラン
ジスタT2によって検波することによって復調され、受
信データとしてデータキャリア主回路へ伝送される。デ
ータキャリアからの出力データは、Pチャンネルトラン
ジスタT3をオンオフし、前記共振回路に変調コンデン
サC2を並列につないだり切り離したりして共振条件を
変えることによってコイルLの電流を振幅変調して送出
されるのである。
【0016】図3も又本発明によって実現された電磁結
合方式のデータキャリアの構成を示している回路図であ
り、本発明の実施例である。本実施例は図2の実施例を
更に実用的に改善したものであり、交流電圧線VACに
レベルシフト用のコンデンサC4を挿入すると共に、ボ
ンディングパットP1とP3の間にレベルシフトダイオ
ードDを設けてある。このレベルシフト回路によって、
IC内の交流電圧線VACには、コイルLに誘導される
交流電圧の振幅に等しい大きさのマイナスの直流電圧が
前記交流電圧に重畳された電圧波形が発生する。この電
圧を等価ダイオードであるNチャンネルトランジスタT
1で整流することによって得られる直流電圧は図2の実
施例の場合の2倍にすることができる。又、同様にNチ
ャンネルトランジスタT2で信号検波をすると検波出力
の大きさが2倍得られる。
【0017】以上に図2及び図3のデータキャリアの実
施例について説明したが、これらの回路ではN型半導体
の回路基板上に構成されたICを使用している。従って
使用されている等価ダイオードは図1(a)に示された
ようなNチャンネルMOSトランジスタで表されてい
る。もしICの構成基板がP型半導体であれば使用され
る等価ダイオードは図1(b)に示されたようなPチャ
ンネルMOSトランジスタで置き換えられる。勿論この
時はPチャンネルトランジスタT3はNチャンネルトラ
ンジスタに変えられなければならない。
【0018】
【発明の効果】本発明によればICの製造工程に特別の
工程を必要とせず、通常のC−MOS−ICを製造する
方法で整流ダイオードや検波ダイオードをオンチップ化
することができる。このためICに外付けするダイオー
ドが不要になり、部品点数を削減することが可能になっ
た。更にこの結果、データキャリアの構造が簡潔になる
のでデータキャリアを小型化したり薄型化したりするこ
とができ、カード型データキャリアや超小型データキャ
リアが実現しやすく成った。又、製造工程が簡単にな
り、製品の信頼性の向上と同時にコストダウンも実現さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の集積回路の実施例を示すICチップの
断面図である。
【図2】本発明のデータキャリアの実施例を示す回路図
である。
【図3】本発明のデータキャリアの実施例を示す回路図
である。
【図4】従来例の集積回路の断面図である。
【符号の説明】
1 シリコンウェーハ 2 Pウェル 3 第一のN型半導体領域 4 第二のN型半導体領域 5 ゲート酸化膜 6 ゲート部材 7 等価的カソード 8 等価的アノード 10 シリコンウェーハ 11 Nウェル 12 第一のP型半導体領域 13 第二のP型半導体領域 14 ゲート酸化膜 15 ゲート部材 16 等価的アノード 17 等価的カソード
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8234 - 21/8238 H01L 27/08 - 27/092 H02M 7/21 G06K 19/07

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 N型半導体の表面上に形成されたC−M
    OS構造の集積回路において、前記N型半導体の表面上
    に独立して設けられたPウェルと、該Pウェル上に形成
    されたエンハンスメント型のNチャンネルMOSトラン
    ジスタを有し、前記Pウェルをフローティング状態にし
    たまま、前記NチャンネルMOSトランジスタのドレイ
    ンとゲートとを接続して等価的アノードとなし、前記N
    チャンネルMOSトランジスタのソースを等価的カソー
    ドとなした等価ダイオードを具備したことを特徴とする
    データキャリアの集積回路。
  2. 【請求項2】 前記等価ダイオードが信号検波用ダイオ
    ードとして使用されていることを特徴とする請求項1記
    載のデータキャリアの集積回路。
  3. 【請求項3】 等価ダイオードの等価的アノードが前記
    集積回路のマイナス側の電源端子に接続され、等価的カ
    ソードがボンディング端子を介して前記集積回路の外部
    と接続可能なように構成され、前記集積回路のプラス側
    電源端子と前記ボンディング端子との間に、直接または
    間接にコイルを接続し、該コイルに誘導される交流電力
    を前記等価ダイオードによって整流する電源回路を構成
    したことを特徴とする請求項1記載のデータキャリアの
    集積回路。
  4. 【請求項4】 P型半導体の表面上に形成されたC−M
    OS構造の集積回路において、前記P型半導体の表面上
    に独立して設けられたNウェルと、該Nウェル上に形成
    されたエンハンスメント型のPチャンネルMOSトラン
    ジスタを有し、前記Nウェルをフローティング状態にし
    たまま、前記PチャンネルMOSトランジスタのドレイ
    ンとゲートとを接続して等価的カソードとなし、前記P
    チャンネルMOSトランジスタのソースを等価的アノー
    ドとなした等価ダイオードを具備したことを特徴とする
    データキャリアの集積回路。
  5. 【請求項5】 前記等価ダイオードが信号検波用ダイオ
    ードとして使用されていることを特徴とする請求項4記
    載のデータキャリアの集積回路。
  6. 【請求項6】 等価ダイオードの等価的カソードが前記
    集積回路のプラス側の電源端子に接続され、等価的アノ
    ードがボンディング端子を介して前記集積回路の外部と
    接続可能なように構成され、前記集積回路のマイナス側
    電源端子と前記ボンディング端子との間に、直接または
    間接にコイルを接続し、該コイルに誘導される交流電力
    を前記等価ダイオードによって整流する電源回路を構成
    したことを特徴とする請求項4記載のデータキャリアの
    集積回路。
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JP5222545B2 (ja) * 2006-12-26 2013-06-26 株式会社半導体エネルギー研究所 送受信回路及び当該送受信回路を具備する半導体装置
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