TWI248034B - Current source control in RFID memory - Google Patents

Description

1248034 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於射頻辨識（RFID)標記之設計與使 用’舉例而言，其係為一種有助於程式化並且抹除包括於 該RFID標記内之一非揮發性記憶體的处仍晶片設計。 【先前技術】 傳統的RFID仏§己包括有非揮發性記憶體，例如電性可 抹除之可程式化唯讀記憶體（EEPrqM)。阳7仍記憶體之 私式化涉及適當地設定該電壓，由於程式化EEpR〇M記憶 胞常常需要高電壓，使得適當地設定該電壓可能會很複 雜。此外，在程式化過程中，EEPR0M記憶胞所捕獲的電 荷會隨著電壓而呈現指數性的改變。為了要確保記憶胞的 程式化，必須提供足_響，但是過高的賴會造成電 路之損壞。 程式化EEPROM記憶胞之一典型的方式為嘗試錯誤 法。在程式化程序巾，首先施加—低賴，以確保電路不 會受損以及記髓縣承受過高的，因其會造成可靠 度的問題。如果在讀魄_讀轉料發^程式化已 成功完成，就衫要進-步的財化。_，在很 的時間 ^，這樣$程式化會被證實未完成，因此需要—次施加稍 南電壓的第-道程序，而且可能必須重複許多次直到記憶 體被適當地程式化。這項技術可能需要數道程序以及^ 1248034 【發明内容】 本發明所揭包括有關於射頻辨識（处仍）標記之系統 與技術’包括RFID記憶體之電麵控制。根據本發明:二 方面，種射頻辨識標記包括：一天線；與該天線耗合之 -射頻介面H非揮發性記鐘，其包括有複數個記 憶胞，該複數個記憶胞之至少一者包括一浮動閉極、一控 制閘極、以及-設置於上述兩者之間的介電質。該非揮發 性記憶體包括-受控電流源，其可修正該至少一記憶胞。 此外，該非揮發性記憶體係可包括一電壓供應線調整器， 其根據一感應之操作電流以限制電壓供應，該操作電流係 產生於該非揮發性記憶體内之受控電流源。 根據本發明之另一方面，一種系統包括：一射頻辨識 標記傳送器；一基板，其上具有複數個RFID標記，每一 RFID 標記包括一非揮發性記憶體，其包括一受控電流源，其可 修正該非揮發性記憶體内之記憶胞；以及一程式處理器。 该基板可以為一捲筒形式的基板，而且該RFID標記傳送器 ιυ包括至少兩個捲筒。此外，該程式處理器可以被設置以讀 取該RFID標記、抹除該rfID標記、以及程式化該即仍標 記。 ' i 使用上述之系統與技術，一RFID標記的非揮發性記憶 體内之一記憶胞可以藉由在該非揮發性記憶體之一位元線 内施加一電流持續一段預設時間而被修正（程式化或抹 除）°所述之系統與技術可以造成較快的程式化時間並且 有助於精準控制晶片上之電壓，以避免對電路造成損壞。 1248034 或夕個實施方式之詳細說明將在以下搭配圖式而被 呈現。其他特色與優點將可顯而易見於說明、圖式盥利 申請範圍中。 >、 【實施方式】 圖1繪示一種包括处仍記憶體内之電流源控制的RFID 標記100。RFID標記100包括一天線11〇、一射頻（RF)介 面120、以及一非揮發性記憶體14〇。該標記1〇〇也可包括控 制邏輯130。 RFID標記1〇〇可以是一個低頻或高頻標記，而且一般 而吕’所述之系統與技術可以被應用至RFID的全部範圍（諸 如’目 4所包括之 125KHz、13.56MHz、900Mhz以及2.45GHz 之標記）。舉例而言，天線110可以為一近場耦合元件，其 係設置以操作於高頻帶。RFID標記1〇〇可以是一被動或主動 RFID元件。該標記1〇〇可以從一種標記至環繞一讀取線圈之 能量的電感性耦合（inductivecoupling)獲得其電源。可替 代地，該標記100也可以使用放射性麵合（radiative coupling) 〇 射頻介面120、控制邏輯130與非揮發性記憶體14〇可以 被整合於一單一的積體電路（1C)中，諸如低功率互補式 金氧半（CMOS) 1C晶片。射頻介面120可以為ic之類比部 分’而且控制邏輯130與非揮發性記憶體14〇可以為ic之數 位部分。 該1C也可以包括調整電容之天線以及專為天線u〇而 1248034 設計的射頻對直流（RF_to-DC)整流器，其可為標記1〇〇之 耦合元件。天線110可以使得RFID標記1〇〇獲得電源以活化 標記所在的晶片上。天線110可以擁有許多不同的形狀與尺 寸，取決於所使用之RFID耦合系統型式的不同。控制邏輯 130可以同時包括數位控制與資料調變電路。非揮發性記憶 體140包括一使用於修正（程式化或抹除）裡面的記憶胞: 受控電流源，而且非揮發性記憶體〗4〇可以為一電性可抹除 之可程式化唯讀記憶體（EEPR〇M) 0 于 圖2繪示一種非揮發性記憶胞2〇〇，其係被耦合至一字 元線210以及一位元線220，諸如可以被使用於圖1之即仍 標記中。非揮發性記憶胞2〇〇包括一浮動閘極2〇2、一控制 閘極204、以及一設置於上述兩者之間的介電質2〇6。介電 質206可以為任何數目之介電材料，取決於其應用，例如一 種氧化層或一種氧化/氮化層。 富爾諾罕（F〇wlerNordheim，FN)穿隧電流係使用於 記憶胞200的程式化中。由於電流對電場之變動係呈指數方 式，這種FN穿隧電流可能非常難以控制。跨越介電質之電 場強度係同時為所施電壓與介電質厚度之函數。電場強度 會隨著所施電壓而直線增加，但隨著介電質厚度而減少。 使用典型0晶圓業者所提供之啦數據，用來描述關係式 的指數項大約為3〇 : (1) / = Cj x(F/r)30 其中拎電流、電壓、户氧化層厚度、而且Ci=常數。 使用此一關係式，電流的變動可以被看得非常清楚。 1248034 在程式化雜可抹除之可域化侧記贿（eepr〇m) 胞時所使用的電係與累積在浮動閘極上的電荷成正比。 所需之程式化時間則與電流成反比： ⑵ t = c2/i 其中Γ私式化時間、常數。因此，程式化時間對於電壓 與氧化層厚度具有相同之指數關係·· (3) r = c3x("j/)30 其中c3=c2/c,。 饭e又氧化層厚度可能每個晶圓、每批晶圓都有至少 +A2°t的不同，程式化時間之比值將有3.32之倍數的改變。 如果橫跨閘極到源極之總程式化電壓被控制在175至18.5 伏特之間的限制内，將會影響5·29之倍數的程式化時間。因 此，根據上述兩個獨立參數，程式化時間將會有17·6之倍數 ，改變。正確地說，如果晶片設計係為了最高電壓與最薄 乳^層之目的’職以最低電壓與最厚Α化層進行程式化 將铯費17·6倍的時間（最難程式化）。如果電壓窗口僅被控 制在2伏特，該數值將變成93·4。即使電壓可能只有0.5伏特 的控制範圍，程式化時間將改變7.6倍。 解決之道在於控制程式化電流。如此消除了介電質厚 f與電壓控制之變動性。典型的電流源可以被控制在1.5之 4口數的+/_2〇%。此一結果遠優於上述有電壓調整的條件下 之7·6倍的最佳情形。此外，f路與電流需求也可以減少。 一控制流通記憶胞的電流以進行程式化，可以消除嘗試 錯*的需要。藉由確保適當的財化電流，記憶胞的過高 1248034 壓力與不足之程式化可被消除。

圖3繪示RFID記憶體電路300之範例，其包括一受控電 流源。這類型的電路可以被用於控制流經RFID標記之非揮 發性記憶體之記憶胞的電流。當字元線2 (WL2)被設定於 一低電壓（例如，0伏特）時，字元線1 (WU)可以被設 定於一尚電壓（例如，12伏特），因而禁止連接到字元線2 (WL2)之記憶胞的寫入動作。在電晶體N2導通時，電晶 體N1可以被截止。如此確保在位元線1 (BL1)未被程式化 時，位元線2 (BL2)被程式化。位元線之源極端可以為-v， 而其波極端保持浮接。電晶體ntm被用來作為電流鏡，以 在每一位元線内建立固定電流（例如，在N2導通而N1截止 時，該電流流經NT2而非NT1)。每一位元線尋找其電壓位 準以確保電流之適當位準，藉以保持程式化之一致性。

雖然每一個別之位元與字元線電壓可以被控制，以避 免到達過量電壓，解碼電路與電壓供應線可到達更高的位 準，除非經過調整。圖3的電路可以被加強以控制内部的電 壓供應線或施加至RFID晶片的電壓。 圖4繪示RFID記憶體電路4〇〇之範例，其包括一電壓供 應線調整器以及一受控電流源。藉著增加一個啞記憶胞 (BLD ’其可以為包括電晶體nd之完整位元線上的複數個 啞記憶胞之一者），該啞記憶胞在每一程式化週期内被程 式化，其電流可以被感應且被使用來限制晶片的電壓。電 流源NTD的源極電壓在獲得所欲之電流時會上升。一旦電 壓上升超過其臨界值時，電晶體NTC會導通。電晶體]^11： 12 1248034 之大小必須足以負載電壓供應線41〇並且使得電壓被控制。 因此，該電路係作為一個回授迴路，使得一旦電虔線 欲上升而超過足以程式化記憶包之電壓時，會感應1^11)之 源極並且會造成供應線之額外負載（電流係從該供應線被 拉出）。雖然此範例保留每一位元線上之電流控制，其也 可以適用於沒有個別之電流源的情形。由於電壓可以藉由 啞記憶胞而被良好控制，而且晶片之記憶體内的記憶胞之 變動通常很小，監控啞記憶胞之單一電壓調整器可以勝任 控制程式化。此外，儘管圖4與圖5討論了記憶體之程式化， 所敘述之系統與技術也可被使用於抹除記憶體。 圖5與圖8〜25繪示RFHD記憶體電路500之另一範例，其 包括一電壓供應線調整器以及一受控電流源。RFID記憶體 電路500包括記憶體陣列電路540以及位元線控制電路 520。§己憶體陣列電路540係為一種33x33的記憶體陣列，而 電路540的詳細内容則如區域542〜560之圖8〜17中所繪示。 位元線控制電路520的詳細内容則如區域522〜536之圖 18〜25中所繪示。在位元線控制電路520中，電流係由使用 參考電壓（VREFN)之電流鏡所建立，其可在其他區域被 產生，藉著選擇六個N通道（193〜198)與六個P通道 (1100〜1104，1114)電晶體之不同組合，透過位元線所選 擇之電流可以改變36倍。如此達成程式化時間之設定。該 程式化時間可以藉由增加位元線電流而減少。 進入每個位元線的電流因此可以透過P通道電晶體II5 以及126〜157而單獨地被控制。交換電晶體125以及159〜190 1248034 控制即將她式化的位元。在正常抹除模態中，所有 換電晶體均餅通，使得所有的位元同時被抹除。此外，= 通道^流源只需要在程式化與抹除模態巾被啟動，在 PR為咼態而電晶體1106被導通。四組位元線（每組八條位 元線）接著饋入記憶體陣列。 ' 額外的P通道電晶體電流源(192)與交換電晶體〇91) 被增加於位元控制電路。BLB4線被使用來建立晶片電壓供 應之電壓調整。 〃 所敘述之系統與技術可以被使用於程式化與抹除配置 於RFID標記内之rfID記憶體（亦卽標記已經被附加於標地 物上）或作為RFID製程之一部分。圖6緣示一種^pm標記 程式化系統。該系統包括一種RFID標記傳送器，其包括兩 個捲筒610與620，其可移動一捲筒形式的基板6〇〇，該筒形 式的基板600藉由一個程式處理器63〇而具有複數個处仍標 §己。程式處理器630可以包括允許rfid標記之讀取、抹除與 程式化的功能。舉例來說，這些標記可以在使用之前卽已 製作完成、以編錄資料預先程式化、並且儲存於捲筒61〇。 接著，當標記即將被販售以使用於特定用途時，基板600可 被附加於第二捲筒620、由程式處理器630所傳送並且爲了 特定用途而加以準備：使得該編錄資料被讀取與抹除，並 且以新的特殊應用資訊加以程式化。 使用上述之系統與技術，標記内的RFH3記憶體可以視 需求而很快速地稭由在位元線内施加一電流持續一段預設 時間而被修正。在給定RFID標記之設定以及修正記憶體所 1248034 需之相對的定義時間之條件下，施加至記憶胞之總電荷係 為已知，而且該等標記可以在沒有測試操作的情況下適當 地被程式化。 此外，RFID標記在本質上係可以被模組化，提供標記 之製程上的額外彈性。圖7繪示一種捲筒形式的基板700， 其上具有模組化之RFID標記。模組化標記710包括一天線 720與一模組730，其包括一導電圖案以及一晶片740。關於 模組化標記設計以及可能製程之更詳細的内容，請參閱美 國專利申請案「ATTACHMENT of RFID MODULES TO ANTENNAS」，申請號Νο·10/692,497,申請曰期為2003年 10月24曰；以及美國專利申請案「CHIPATTACHMENT〇f RFID MODULES TO ANTENNAS」，申請號 Νο·10/396,932,申請曰期為2003年3月25曰。 因此，本發明案在目的及功效上均深富實施之進步 性’極具產業之利用價值，且為目前市面上前所未見之運 用’依專利法之精神所述，本發明案完全符合發明專利之 要件。 唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以之限定本發明所實施之範圍，即大凡依本發明申請專 利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵 蓋之範圍内’謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。 一為進一步對本發明有更深入的說明，乃藉由以下圖 不、圖號說明及發明詳細說明，冀能對貴審查委員於審 查工作有所助益，其_ ··

Claims (1)

1248034 (案號第㈣丨12844 拾、申請專利範圍·· 】·一種射頻辨識標記，包括·· 一天線； 一射頻介面，其與該天線耦合；以及 -非揮發性記憶體，其包括有複數個記憶胞，該複數個記 2胞之至少一者包括一浮動閘極、-控制閘極、以及- 口又置於上述兩者之間的介電質，而且該非揮發性記憶體 更U括父控電流源，其可修正該至少一記情胞。 2·如申請專利範圍第！項所述之射頻辨識標記，其找受控 ，流源包括-電流鏡，其可調整該非揮發性記憶體之複 數條位元線内之電流。 3·如申請專利範圍第丨項所述之射頻觸標記，_該受控 電流源包括：概姆晶體，其_鱗發性記憶體之 位元_合；以及-額外電晶體，其係設置以 受 迫電流並且為飽和狀態’該額外電晶體具有—閘極，其 與5亥複數個電晶體之閘極輕合。 4. 如申請專繼_項所述之射_識標記，財該非揮 發性記憶體更包括有-電壓供應線調_，其根據一感 ，之操作電流嫌綱壓供應，购作f 非揮發性記憶體内之受控電流源。 5. 如申請專利範圍第4項所述之射頻辨識標記，其中該電壓 =線调整益包括.— 亞記憶胞；H 揮發性記憶體之-電壓供應_合；以及；1 透過一第二線與触記憶軸合’該電晶體具Γ與該 20 1248034 (案號第〇931丨2844號專利案之說明書修正） 第二線耦合之閘極。 ，申請專利範圍第5項所述之射頻辨卿己，盆中 線包括-位元線，其連接至該_.= 7 啞記憶胞之複數個啞記憶胞。 圯^體之匕括该 ^請專觀圍第6項所述之购 發性記憶體包括複數個電晶體 ，、口非揮 之資料位元線以及該電流鏡1其_非㈣性記憶體 8·如申請專利細第6項所述之__科， 非揮發性記㈣之複紐位辑 二=U 個等級。 ㈣料流可以被控制於36 9.如申請專纖圍心項所叙射_識柄， IS至少一記憶胞進行程式化時流‘ 1〇.L申第Γ述之射頻辨識標記，其㈣天線 而且 電路之一數 其中該介電 η.如申請專·圍^撕叙射 介面包括-簡式錢半中該射頻 該非揮發性記憶體包括該互補式金氧勿 位部分。 乳卞積粒 12.=ΐ專利細第1項所述之射_識標記， 質包括一氧化層。 R_種供讀取、_紐式化賴觸標 1248034 (案號第093丨12844號專利案之說明書修正) 一射頻辨識標記傳送器； 基板’其上具有複數個RFID標記，每一RFID標纪包括 一非揮發性記憶體，其包括一受控電流源，其可修正 該非揮發性記憶體内之記憶胞；以及 一程式處理器。 15. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該非揮發性記 憶體更包括有-電壓供應線酸H，其根據—感之操 作電流以限制電壓供應，該操作電流在該程式處理器纟 正儲存於该記憶胞内的數值時產生於該非揮發性記憶體 内之受控電流源。 ^ 16. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中該電壓供應線 調整器包括：-舰憶胞；—電晶體，其與該非揮發性 ，體之-電壓供應線搞合；以及—電流鏡，其透 第二線與該啞記憶胞耦合，該電晶體具有一與該第二線 摩禺合之間極。 17. 如申請專利範圍第14項所述之系统，其中該基板包括一 捲，形式的基板，而且該RFID標記傳送器包括至少兩個 鲁 捲筒。 18·如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該即①標記包 括模組化之RFID標記。 A如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該程式處理器 係设置以讀取該RFID標記、抹除該处仍標記、以及程 化該RFID標記。 A 20·-種變更射頻辨識標記内所設記憶胞龍之方法，包括·· 22 1248034 (案號第〇93 U 2从4號專利案之說明書修正) 變更一射頻辨識標記之非揮發性記憶體内之一記憶胞的 資料，其係藉由在該非揮發性記憶體之一位元線上， 施加一持續一段預設時間之電流，藉以改變該記憶胞 的資料之方法。 21 _如申請專利範圍第2〇項所述之方法，其中變更該記憶胞 的資料係包括程式化該記憶胞。 22·—種供修正非揮發性記憶體内所設記憶胞機構之裝置， 包括： 一天線； 一射頻介面，其與該天線耦合；以及 一非揮發性記憶體，其包括用來在該非揮發性記憶體之 一位兀線内施加一電流持續一段預設時間以修正該非 揮發性記憶體内之一記憶胞的機構。 23·如申請專利範圍第22項所述之裝置，其中該位元線包括 一啞位元線，而且該非揮發性記憶體更包括用來感應該 喷位το線内之電流並且根據該感應電流以限制被供應至 該記憶胞之電壓的機構。 ^