KR100696776B1 - 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 ｒｆｉｄ에서의 전압멀티플라이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어에 관한 것으로서, 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)를 2중 타입으로 구현하여 입력신호의 매칭(Matching) 특성을 향상시키고 입력 데이터의 손실을 방지할 수 있도록 하는 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은 안테나를 통해 인가되는 무선 주파수 신호를 정류하여 출력하는 복수개의 정류수단, 및 복수개의 정류수단에서 정류된 전압을 각각 승압하여 저장하고 RFID의 동작 전압으로 사용되는 전원전압을 생성하는 복수개의 커패시터를 구비하고, 복수개의 정류수단은 서로 다른 타입의 다이오드가 직렬 연결된 다이오드 쌍을 포함한다.

Description

불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 ＲＦＩＤ에서의 전압 멀티플라이어{Voltage multiplier in RFID with non-volatile ferroelectric memory}

도 1은 종래의 전압 멀티플라이어에 관한 회로도.

도 2는 도 1의 전압 멀티플라이어에 관한 상세 구성도.

도 3은 종래의 전압 멀티플라이어에 관한 문제점을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID 장치의 전체 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어에 관한 회로도.

도 6은 도 5의 전압 멀티플라이어의 기생 커패시턴스를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어의 다른 실시예.

도 8은 도 7의 전압 멀티플라이어에 관한 상세 구성도.

본 발명은 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라 이어에 관한 것으로서, 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)를 2중 타입으로 구현하여 입력신호의 매칭(Matching) 특성을 향상시키고 입력 데이터의 손실을 방지할 수 있도록 하는 기술이다.

일반적으로 불휘발성 강유전체 메모리 즉, FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)은 디램(DRAM;Dynamic Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이타가 보존되는 특성 때문에 차세대 기억 소자로 주목받고 있다.

이러한 FeRAM은 디램과 거의 유사한 구조를 갖는 기억소자로써 커패시터의 재료로 강유전체를 사용하여 강유전체의 특성인 높은 잔류 분극을 이용한 것이다. 이와 같은 잔류 분극 특성으로 인하여 전계를 제거하더라도 데이터가 지워지지 않는다.

상술된 FeRAM에 관한 기술내용은 본 발명과 동일 발명자에 의해 출원된 대한민국 특허 출원 제 2001-57275호에 개시된 바 있다. 따라서, FeRAM에 관한 기본적인 구성 및 그 동작에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 일반적인 RFID(Radio Frequency Identification) 장치는 크게 아날로그 블럭, 디지탈 블럭 및 메모리 블럭을 구비한다. 여기서, 아날로그 블럭의 내부에는 전원전압 VDD를 생성하기 위한 전압 멀티플라이어(Voltage multiplier) 및 무선 주파수 신호를 변/복조하기 위한 모듈레이터(Modulator)와 디모듈레이터(Demodulator)가 구비된다.

그런데, 상술된 전압 멀티플라이어, 모듈레이터 및 디모듈레이터에서 사용되 는 커패시터는 주로 PIP(Poly-Insulator-Poly) 구조를 사용한다. 이때, 절연체(Insulator)는 상유전체인 SiO2,Al2O3를 주로 사용하게 된다.

도 1은 이러한 종래의 전압 멀티플라이어에 관한 상세 회로도이다.

종래의 전압 멀티플라이어는 복수개의 쇼트키(Schottky) 다이오드 D1~D6, 복수개의 커패시터 C1~C6를 구비한다.

이러한 구성을 갖는 전압 멀티플라이어는 안테나(10)로부터 무선 고주파 신호 RF가 인가될 경우, 복수개의 쇼트키(Schottky) 다이오드 D1~D6의 정류작용과 복수개의 커패시터 C1~C6의 승압 동작에 의해 RFID 칩의 동작 전압인 전원전압 VDD을 DC 전원 출력단으로 출력한다.

즉, 다이오드 D1,D2의 정류작용에 의해 커패시터 C2에 차지를 저장하고, 다이오드 D3,D4의 정류작용에 의해 커패시터 C2에 저장된 차지를 승압하여 커패시터 C4에 저장한다. 그리고, 이러한 정류동작과 승압 동작을 순차적으로 수행하여 최종단의 다이오드 D5,D6을 통해 전원전압 VDD를 생성하게 된다.

도 2는 도 1의 전압 멀티플라이어에 관한 상세 구성도이다.

전압 멀티플라이어의 커패시터 C1는 안테나(10)로부터의 무선 주파수 신호 RF 입력단과 쇼트키 다이오드 D1의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D2의 P형 영역 사이에 접속된다. 그리고, 커패시터 C2는 접지전압 VSS 인가단과 쇼트키 다이오드 D2의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D3의 P형 영역 사이에 접속된다.

또한, 커패시터 C3는 안테나(10)로부터의 무선 주파수 신호 RF 입력단과 쇼트키 다이오드 D3의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D4의 P형 영역 사이에 접속된다. 그리고, 커패시터 C4는 접지전압 VSS 인가단과 쇼트키 다이오드 D4의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D5(미도시)의 P형 영역 사이에 접속된다.

이러한 구성을 갖는 종래의 전압 멀티플라이어는 쇼트키 다이오드 D가 동일한 단일 타입으로 레이아웃된다. 이에 따라, 직렬 구조의 PN 다이오드 어레이를 구성하게 되면 도 3에서와 같이 웨이퍼 기판과 다이오드 D 간의 기생 커패시턴스 성분(A)이 안테나(10)의 양쪽 입력 신호에 각각 영향을 주게 된다.

즉, 접지전압 VSS 인가단과 또 다른 안테나(10)의 입력 신호선에 각각 기생 커패시턴스가 영향을 미치게 된다. 따라서, 안테나(10)의 입력 신호선을 통해 입력되는 무선 주파수 신호 RF의 일부가 기생 커패시턴스에 의해 손실된다. 이에 따라, 무선 주파수 신호 RF의 매칭 동작 특성이 감소되어 입력 신호의 손실이 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)를 2중 타입으로 구현하고 2종류의 쇼트키 다이오드를 페어(Pair)로 배치하여 기생 커패시턴스가 있는 단과 없는 단을 분리함으로써 입력신호의 매칭(Matching) 특성을 향상시키고 입력 데이터의 손실을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어는, 안테나를 통해 인가되는 무선 주파수 신호를 정류하여 출력하는 복수개의 정류수단; 및 복수개의 정류수단에서 정류된 전압을 각각 승압하여 저장하고 RFID의 동작 전압으로 사용되는 전원전압을 생성하는 복수개의 커패시터를 구비하고, 복수개의 정류수단은 서로 다른 타입의 다이오드가 직렬 연결된 다이오드 쌍을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명에 따른 RFID(Radio Frequency Identification) 장치의 전체 구성도이다.

본 발명의 RFID 장치는 크게 아날로그 블럭(100)과, 디지탈 블럭(200) 및 불휘발성 강유전체 메모리(FeRAM;non-volatile ferroelectric random access memory;300)를 구비한다.

여기서, 아날로그 블럭(100)은 전압 멀티플라이어(Voltage Multiplier;110), 전압 리미터(Voltage Limiter;120), 모듈레이터(Modulator;130), 디모듈레이터(Demodulator;140), 전압 더블러(Voltage Doubler;150), 파워온 리셋부(Power On Reset;160) 및 클럭 발생부(170)를 구비한다.

그리고, 아날로그 블럭(100)의 안테나(10)는 외부의 리더기 또는 라이터기와 RFID 간에 데이터를 송수신하기 위한 구성이다. 전압 멀티플라이어(110)는 안테나(10)로부터 인가되는 무선 주파수 신호 RF에 의해 RFID의 구동전압인 전원전압 VDD을 생성한다. 전압 리미터(120)는 안테나(10)로부터 인가된 무선 주파수 신호 RF의 전송 전압의 크기를 제한하여 디모듈레이터(140)에 출력한다.

또한, 모듈레이터(130)는 디지탈 블럭(200)으로부터 인가되는 응답 신호 RP를 모듈레이팅하여 안테나(10)에 전송한다. 디모듈레이터(140)는 전압 멀티플라이어(110)와 전압 리미터(120)의 출력전압에 따라 안테나(10)로부터 인가되는 무선 주파수 신호 RF에서 동작 명령 신호를 검출하여 명령신호 CMD를 디지탈 블럭(200)에 출력한다.

전압 더블러(150)는 전압 멀티플라이어(110)로부터 인가되는 전원전압 VDD을 승압하여 2배의 승압전압 VDD2를 FeRAM(300)에 공급한다. 파워온 리셋부(160)는 전압 멀티플라이어(110)의 출력 전압 VDD을 감지하여 리셋 동작을 제어하기 위한 파워 온 리셋신호 POR를 디지탈 블럭(200)에 출력한다. 클럭 발생부(170)는 전압 멀티플라이어(110)의 출력 전압 VDD에 따라 디지탈 블럭(200)의 동작을 제어하기 위한 클럭 CLK를 디지탈 블럭(200)에 공급한다.

또한, 상술된 디지탈 블럭(200)은 아날로그 블럭(100)으로부터 전원전압 VDD, 파워 온 리셋신호 POR, 클럭 CLK 및 명령신호 CMD를 인가받아 명령신호 CMD를 해석하고 제어신호 및 처리 신호들을 생성하여 아날로그 블럭(20)에 해당하는 응답신호 RP를 출력한다. 그리고, 디지탈 블럭(200)은 어드레스 ADD, 입/출력 데이터 I/O, 제어신호 CTR 및 클럭 CLK을 FeRAM(300)에 출력한다. FeRAM(300)은 불휘발성 강유전체 커패시터 소자를 이용하여 데이타를 리드/라이트 하는 메모리 블럭이다.

도 5는 도 4의 전압 멀티플라이어(110)에 관한 상세 구성도이다.

본 발명의 전압 멀티플라이어(110)는 복수개의 쇼트키(Schottky) 다이오드 D7~D10, 복수개의 커패시터 C7~C10를 구비한다.

여기서, 전압 멀티플라이어(110)의 커패시터 C7는 안테나(10)로부터의 무선 주파수 신호 RF 입력단과 쇼트키 다이오드 D7의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D8의 P형 영역 사이에 접속된다. 그리고, 커패시터 C8는 접지전압 VSS 인가단과 쇼트키 다이오드 D8의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D9의 P형 영역 사이에 접속된다.

또한, 커패시터 C9는 안테나(10)로부터의 무선 주파수 신호 RF 입력단과 쇼트키 다이오드 D9의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D10의 P형 영역 사이에 접속된다. 그리고, 커패시터 C10는 접지전압 VSS 인가단과 쇼트키 다이오드 D10의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D11(미도시)의 P형 영역 사이에 접속된다.

이러한 구성을 갖는 전압 멀티플라이어(110)는 안테나(10)로부터 무선 고주파 신호 RF가 인가될 경우, 복수개의 쇼트키(Schottky) 다이오드 D7~D10의 정류작용과 복수개의 커패시터 C7~C10의 승압 동작에 의해 RFID 칩의 동작 전압인 전원전압 VDD을 DC 전원 출력단으로 출력한다.

도 6은 도 5의 전압 멀티플라이어(110)의 기생 커패시턴스를 나타낸 도면이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명은 복수개의 쇼트키 다이오드 D7~D10가 다른 2중 타입으로 레이아웃 되어 직렬 구조의 PN 다이오드 어레이를 구성한다. 즉, 본 발명은 NP 형의 쇼트키 다이오드 D7와 PN 형의 쇼트키 다이오드 D8를 서로 근접하게 배치하고 이것을 쌍으로 하여 다이오드 어레이를 구성한다.

예를 들면, NP 형의 쇼트키 다이오드 D7와 PN 형의 쇼트키 다이오드 D8를 서로 근접하게 배치하고 이것을 쌍으로 하여 안테나(10)의 신호 입력단과 접속된 커 패시터 C7와 연결한다. 그리고, NP 형의 쇼트키 다이오드 D9와 PN 형의 쇼트키 다이오드 D10를 서로 근접하게 배치하고 이것을 쌍으로 하여 안테나(10)의 신호 입력단과 접속된 커패시터 C9와 연결한다.

또한, PN 형의 쇼트키 다이오드 D8와 NP 형의 쇼트키 다이오드 D9를 서로 근접하게 배치하고 이것을 쌍으로 하여 접지전압 VSS 인가단과 접속된 커패시터 C8와 연결한다.

이러한 경우 웨이퍼 기판과 쇼트키 다이오드 D7~D10 간의 기생 커패시턴스(Capacitance) 성분 (B)이 안테나(10)의 한쪽 입력 신호인 접지전압 VSS 인가단에만 영향을 주게 된다.

이에 따라, 기판과 기생 커패시턴스가 있는 단과 기생 커패시턴스가 없는 단이 분리되어, 기생 커패시턴스가 없는 단은 안테나(10)의 입력 신호단과 연결되고 기생 커패시턴스가 있는 단은 접지전압 VSS 인가단에 연결되어 입력 신호의 매칭 특성을 향상시키고 입력 데이터의 손실을 방지할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어(110)의 다른 실시예이다.

본 발명의 전압 멀티플라이어(110)는 복수개의 쇼트키(Schottky) 다이오드 D11~D16, 복수개의 불휘발성 강유전체 커패시터 FC1~FC6를 구비한다.

이러한 구성을 갖는 전압 멀티플라이어(110)는 안테나(10)로부터 무선 고주파 신호 RF가 인가될 경우, 복수개의 쇼트키(Schottky) 다이오드 D11~D16의 정류작용과 복수개의 불휘발성 강유전체 커패시터 FC1~FC6의 승압 동작에 의해 RFID 칩의 동작 전압인 전원전압 VDD을 DC 전원 출력단으로 출력한다.

즉, 다이오드 D11,D12의 정류작용에 의해 불휘발성 강유전체 커패시터 FC2에 차지를 저장하고, 다이오드 D13,D14의 정류작용에 의해 불휘발성 강유전체 커패시터 FC2에 저장된 차지를 승압하여 불휘발성 강유전체 커패시터 FC4에 저장한다. 그리고, 이러한 정류동작과 승압 동작을 순차적으로 수행하여 최종단의 다이오드 D15,D16을 통해 전원전압 VDD를 생성하게 된다.

도 8은 도 7의 전압 멀티플라이어(110)에 관한 상세 구성도이다.

본 발명의 전압 멀티플라이어(110)는 복수개의 쇼트키(Schottky) 다이오드 D11~D13, 복수개의 불휘발성 강유전체 커패시터 FC1~FC4를 구비한다.

여기서, 전압 멀티플라이어(110)의 불휘발성 강유전체 커패시터 FC1는 안테나(10)로부터의 무선 주파수 신호 RF 입력단과 쇼트키 다이오드 D11의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D12의 P형 영역 사이에 접속된다. 그리고, 불휘발성 강유전체 커패시터 FC2는 접지전압 VSS 인가단과 쇼트키 다이오드 D12의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D13의 P형 영역 사이에 접속된다.

또한, 불휘발성 강유전체 커패시터 FC3는 안테나(10)로부터의 무선 주파수 신호 RF 입력단과 쇼트키 다이오드 D13의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D14의 P형 영역 사이에 접속된다. 그리고, 불휘발성 강유전체 커패시터 FC4는 접지전압 VSS 인가단과 쇼트키 다이오드 D14의 N형 영역 및 쇼트키 다이오드 D15(미도시)의 P형 영역 사이에 접속된다.

이러한 구성을 갖는 전압 멀티플라이어(110)는 안테나(10)로부터 무선 고주 파 신호 RF가 인가될 경우, 복수개의 쇼트키(Schottky) 다이오드 D11~D14의 정류작용과 복수개의 불휘발성 강유전체 커패시터 FC1~FC4의 승압 동작에 의해 RFID 칩의 동작 전압인 전원전압 VDD을 DC 전원 출력단으로 출력한다.

따라서, 본 발명은 복수개의 쇼트키 다이오드 D11~D14가 서로 다른 2중 타입으로 레이아웃 되어 직렬 구조의 PN 다이오드 어레이를 구성한다. 즉, 본 발명은 NP 형의 쇼트키 다이오드 D11와 PN 형의 쇼트키 다이오드 D12를 서로 근접하게 배치하고 이것을 쌍으로 하여 다이오드 어레이를 구성한다.

이에 따라, 기판과 기생 커패시턴스가 있는 단과 기생 커패시턴스가 없는 단이 분리되어, 기생 커패시턴스가 없는 단은 안테나(10)의 입력 신호단과 연결되고 기생 커패시턴스가 있는 단은 접지전압 VSS 인가단에 연결되어 입력 신호에 기생 커패시턴스가 발생하지 않게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기판과 기생 커패시턴스가 있는 단과 기생 커패시턴스가 없는 단이 분리되어 기생 커패시턴스가 없는 단은 안테나의 입력 신호단과 연결하고 기생 커패시턴스가 있는 단은 접지전압 인가단에 연결함으로써 입력 신호의 매칭 특성을 향상시키고 입력 데이터의 손실을 방지할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으 로 보아야 할 것이다.

Claims (9)

1. 안테나를 통해 인가되는 무선 주파수 신호를 정류하여 출력하는 복수개의 정류수단; 및

   상기 복수개의 정류수단에서 정류된 전압을 각각 승압하여 저장하고 RFID의 동작 전압으로 사용되는 전원전압을 생성하는 복수개의 커패시터를 구비하되,

   상기 복수개의 정류수단은 서로 다른 타입의 다이오드가 직렬 연결된 다이오드 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어.
2. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 정류수단은 쇼트키 다이오드로 이루어짐을 특징으로 하는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복수개의 정류수단은 NP형 다이오드와 PN형 다이오드가 쌍으로 직렬 연결됨을 특징으로 하는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어.
4. 제 3항에 있어서, 상기 복수개의 커패시터는

   상기 안테나로부터 인가되는 상기 무선 주파수 신호의 입력단과 복수개의 쌍 으로 이루어진 상기 NP형 다이오드와 상기 PN형 다이오드 사이에 연결된 복수개의 제 1커패시터; 및

   상기 안테나의 접지전압단과 복수개의 쌍으로 이루어진 상기 PN형 다이오드와 상기 NP형 다이오드 사이에 연결된 복수개의 제 2커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어.
5. 제 4항에 있어서, 상기 복수개의 제 1커패시터 각각은 상기 NP형 다이오드의 N형 영역과 상기 PN형 다이오드의 P형 영역과 연결됨을 특징으로 하는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어.
6. 제 4항에 있어서, 상기 복수개의 제 2커패시터 각각은 상기 PN형 다이오드의 N형 영역과 상기 NP형 다이오드의 P형 영역과 연결됨을 특징으로 하는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어.
7. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 커패시터는 상유전체 커패시터로 이루어짐을 특징으로 하는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어.
8. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 커패시터는 불휘발성 강유전체 커패시터로 이루어짐을 특징으로 하는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어.
9. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 정류수단은, 상기 서로 다른 타입의 다이오드를 인접하게 배치하고, 상기 다이오드 쌍은 직렬 연결되어 복수개 구비됨을 특징으로 하는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 RFID에서의 전압 멀티플라이어.

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