專(zhuān)利名稱(chēng)：包括一個(gè)電荷泵的無(wú)觸點(diǎn)集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能無(wú)觸點(diǎn)地工作的集成電路，它至少借助一個(gè)與一調(diào)諧電容形成調(diào)諧諧振電路的線(xiàn)圈，并包括具有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端的一個(gè)電荷泵。
用于實(shí)現(xiàn)芯片卡、電子標(biāo)簽及通常設(shè)置在便攜載體上的集成電路大多數(shù)包括一個(gè)用于寄存及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的EEPROM存儲(chǔ)器(可編程及可電擦除存儲(chǔ)器)，及一個(gè)升壓器、用于提供編程或擦除該存儲(chǔ)器的高電壓。實(shí)際上，用于編程或擦除一個(gè)EEPROM存儲(chǔ)器的電壓通常為15至20V量級(jí)，而集成電路的供電電壓Vcc僅為3至5V量級(jí)。
在微電子學(xué)領(lǐng)域中，升壓器電路的優(yōu)選實(shí)施方式是電荷泵，它很適合在硅片上集成。
但是，電荷泵存在的問(wèn)題是應(yīng)由時(shí)鐘信號(hào)來(lái)控制。這種信號(hào)需由一個(gè)振蕩器提供，后者通常具有一定的電流損耗。在由電磁感應(yīng)供電并使用的能源的無(wú)觸點(diǎn)集成電路的情況下，這種電流損耗是不希望有的。
在更詳細(xì)地著手討論這個(gè)技術(shù)問(wèn)題以前，我們首先來(lái)回憶一下電荷泵的傳統(tǒng)構(gòu)造及這種電荷泵在無(wú)觸點(diǎn)集成電路中的傳統(tǒng)布局。
表示在

圖1上的電荷泵包括多個(gè)級(jí)聯(lián)地連接的電容，例如N個(gè)電容C1至CN。每個(gè)電容C1、C2、…的陽(yáng)極通過(guò)MOS晶體管T1至TN連接到下個(gè)電容C2、C3、…的陽(yáng)極，這些MOS晶體管的柵極連接到它們的漏極并可被看作是二極管。在該電路的終端。與電容CN陽(yáng)極相連接的晶體管TN與一個(gè)儲(chǔ)能電容器Chv的陽(yáng)極相連接，而該儲(chǔ)能電容器的陰極接地。奇數(shù)序號(hào)的電容器C1、C3、…的陰極由施加到電荷泵輸入端E1的時(shí)鐘信號(hào)H1激勵(lì)，及偶數(shù)序號(hào)的電容器C3、C4…的陰極由施加到輸入端E2的信號(hào)H2激勵(lì)，信號(hào)H2的相位與信號(hào)H1的相位相反。并且交替地，每個(gè)奇數(shù)序號(hào)的電容器C1、C3、…向下一偶數(shù)序號(hào)的電容器C2、C4、…放電，及每個(gè)偶數(shù)序號(hào)電容器C2、C4、…向下個(gè)數(shù)序號(hào)電容器C3、C5、…放電。在電路終端，電容器CN向電容器Chv放電并在其端子上將產(chǎn)生一高壓Vhv。
圖2表示在一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)集成電路20中電荷泵10的傳統(tǒng)布局。集成電路20包括一個(gè)線(xiàn)圈L，它與一個(gè)調(diào)諧電容Ca形成一個(gè)調(diào)諧諧振電路Lca，并允許該集成電路通過(guò)電磁感應(yīng)接收交變電壓Va。電荷泵10通過(guò)它的時(shí)鐘輸入端E1及E2與一個(gè)振蕩器15相連接，該振蕩器由信號(hào)PGR控制并輸出時(shí)鐘信號(hào)H1及H2。振蕩器15從一個(gè)二極管或三極晶體管的整流橋Pd接收供電電壓Vcc，該整流橋的輸入端接收交流感應(yīng)電壓Va并在其輸出端包括一個(gè)濾波電容器Cf。振蕩器15的一個(gè)典型實(shí)施例表示在圖3上。三個(gè)級(jí)聯(lián)連接的反相門(mén)I1、I2、I3通過(guò)一個(gè)標(biāo)號(hào)為A1的與門(mén)布置成閉環(huán)，該與門(mén)受到信號(hào)PGR的控制。信號(hào)H1例如從最后反相門(mén)I3的輸出端提取，反相信號(hào)H2從第四反相門(mén)I4輸出。
諧振電容器Ca通常是一個(gè)可調(diào)電容器，它被調(diào)節(jié)得使電路LCa的諧振頻率盡可能地接近電磁場(chǎng)的振蕩頻率，在該電磁場(chǎng)中，集成電路20被指定進(jìn)行工作。如圖中所示，諧振電容Ca例如包括多個(gè)并聯(lián)的電容Ca1至Can，金屬條跡將保證在調(diào)節(jié)時(shí)為斷路狀態(tài)的某些電容的連接。
并且，當(dāng)一個(gè)EEPROM存儲(chǔ)器(未示出)要進(jìn)行寫(xiě)或擦除操作時(shí)，信號(hào)PGR被置為1，與門(mén)A1將變?yōu)閷?dǎo)通，振蕩器15被觸發(fā)工作及電荷泵10被起動(dòng)。
如以上提及的，振蕩器15的工作將引起不可忽略的電流損耗，這是因?yàn)楦鱾€(gè)反相門(mén)快速的換流產(chǎn)生的。
在編程或擦除操作開(kāi)始時(shí)，這時(shí)信號(hào)PGR被置為1，這種損耗附加在應(yīng)確保儲(chǔ)能電容器Chv充電的電荷泵10上。此外，在無(wú)觸點(diǎn)的芯片卡或電子標(biāo)簽中，這種編程或擦除操作可能在感應(yīng)電壓Va接收狀態(tài)變差的時(shí)刻被斷電。這樣，如果被線(xiàn)圈L接收的能量很弱時(shí)，供電電壓Vcc將下降并引起集成電路工作停止。
因此，希望在無(wú)觸點(diǎn)集成電路中，在高電壓Vhv發(fā)生周期期間盡可能地限制電流損耗。
在現(xiàn)有技術(shù)中，亦已知道一種方法，該方法在于，借助在線(xiàn)圈中應(yīng)感的交變電壓的正及負(fù)半波直接激勵(lì)電荷泵。
如圖4所示，該方法為將線(xiàn)圈L的兩個(gè)端子通過(guò)兩個(gè)由編程信號(hào)PGR控制的開(kāi)關(guān)16、17連接到電荷泵的兩個(gè)輸入端E1及E2。當(dāng)信號(hào)PGR為1時(shí)，開(kāi)關(guān)16,17閉合，及半波電壓Va1和Va2被直接送入電荷泵10，作為起動(dòng)信號(hào)H1及H2。
不過(guò)，申請(qǐng)人指出，該方法盡管能取消振蕩器15，但出現(xiàn)了諧振電路Lca失調(diào)的缺點(diǎn)。
實(shí)際上，如果我們參照?qǐng)D1的電路，一個(gè)電荷泵從其輸入端E1及E2來(lái)看等效于一個(gè)其值如下的電容CE(2)CE=NC/2N為電荷泵的級(jí)數(shù)，及C為每級(jí)電容器C1、C2…CN的電容量。
因而，在圖4上，當(dāng)信號(hào)PGR轉(zhuǎn)變到1及電荷泵10連接在線(xiàn)圈L上時(shí)，電容器CE明顯地使諧振電路LCa失調(diào)，并使能量的接收變?yōu)樘幱诓涣紶顟B(tài)。
本發(fā)明旨在緩和這個(gè)缺點(diǎn)。
美國(guó)專(zhuān)利US 5,285,370描述了一種裝置，其中一個(gè)線(xiàn)圈兩端子上的感應(yīng)電壓用于激勵(lì)一電荷泵的時(shí)鐘輸入端。但是，該裝置裝有一個(gè)“寬帶”感應(yīng)線(xiàn)圈，它不帶有諧振電容且不形成諧振電路。此外，該文獻(xiàn)提出在線(xiàn)圈及電荷泵時(shí)鐘輸入端之間插入一個(gè)開(kāi)關(guān)，以便當(dāng)不必要時(shí)使線(xiàn)圈不連接到電荷泵時(shí)鐘輸入端。
因此，本發(fā)明的目的是允許借助一個(gè)諧振電路的線(xiàn)圈直接激勵(lì)電荷泵，但不會(huì)使諧振電路失調(diào)。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明將依靠一個(gè)簡(jiǎn)單的但并非無(wú)創(chuàng)造性的構(gòu)思，即將電荷泵持久地連接在線(xiàn)圈上，以使得電荷泵的輸入電容CE成為諧振電路調(diào)諧電容Ca整體的組成部分。
本發(fā)明的實(shí)施意味著諧振電路的調(diào)諧考慮到電荷泵的輸入電容。
更具體地，本發(fā)明確定了一種能無(wú)觸點(diǎn)地工作的集成電路，它至少借助一個(gè)與一調(diào)諧電容形成調(diào)諧電路的線(xiàn)圈，并包括具有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端的一個(gè)電荷泵，其中，至少當(dāng)集成電路無(wú)觸點(diǎn)地工作期間，電荷泵的時(shí)鐘輸入端持久地連接在線(xiàn)圈端子上，電荷泵從某時(shí)鐘輸入端來(lái)看其電容構(gòu)成調(diào)諧諧振電路的調(diào)諧電容的固定組成部分。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，電荷泵的時(shí)鐘輸入端直接地連接到線(xiàn)圈端子上。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，電荷泵的時(shí)鐘輸入端借助至少在集成電路無(wú)觸點(diǎn)地工作期間控制其閉合的第一開(kāi)關(guān)與線(xiàn)圈兩端子相連接。
例如，當(dāng)該集成電路具有兩種工作方式，即有觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)工作方式時(shí)，第一開(kāi)關(guān)將由代表集成電路工作方式的信號(hào)來(lái)控制。
在此情況下，根據(jù)一種實(shí)施方式，電荷泵的時(shí)鐘輸入端此外還經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)連接到振蕩器的輸出端。
本發(fā)明同樣還涉及包括根據(jù)本發(fā)明的集成電路的便攜式載體，尤其是芯片卡。
從以下結(jié)合附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)地工作的集成電路及一個(gè)有觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)混合地工作的集成電路的詳細(xì)描述將會(huì)使本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)更加闡明，附圖為-圖1是一個(gè)電荷泵的電路圖，已在前面作出描述；-圖2表示一個(gè)電荷泵在一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)地工作的集成電路中的傳統(tǒng)布局，已在前面作出描述；-圖3是一個(gè)振蕩器的電路圖，已在前面作出描述；-圖4表示一個(gè)電荷泵在一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)地工作的集成電路中的另一傳統(tǒng)布局，已在前面作出描述；-圖5表示根據(jù)本發(fā)明的、一個(gè)電荷泵在一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)地工作的集成電路中的布局；-圖6表示在圖5的集成電路中具有的調(diào)諧諧振電路的等效電路；-圖7表示根據(jù)本發(fā)明的、一個(gè)電荷泵在一個(gè)有觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)混合地工作的集成電路中的布局。
圖5表示在開(kāi)始部分中已述的電荷泵10根據(jù)本發(fā)明在無(wú)觸點(diǎn)地工作的一個(gè)集成電路30中的布局。在該電路30中可再看到已述過(guò)的線(xiàn)圈L，可調(diào)電容器Ca及橋式整流器Pd。根據(jù)本發(fā)明，電荷泵10的激勵(lì)輸入端E1及E2直接地與線(xiàn)圈L的兩端子相連接并當(dāng)交流電壓Va存在時(shí)，一直接收交流電壓Va的各半波Va1、Va2。這時(shí)電荷泵10被一直激勵(lì)，及高電壓Vhv的儲(chǔ)能電容Chv總在被充電。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)顯示在圖6上，該圖表示集成電路30的調(diào)諧諧振電路36的等效電路圖。諧振電路36包括線(xiàn)圈L，可調(diào)電容Ca及從電荷泵輸入端E1及E2來(lái)看電荷泵10的等效電容CE。電容CE同樣成為諧振電路調(diào)諧電容CA整體的組成部分，電容CA不再如現(xiàn)有技術(shù)中那樣等于可調(diào)電容Ca，而等于
(3)CA=Ca+CE本發(fā)明同樣允許去除現(xiàn)有技術(shù)中的振蕩器，而沒(méi)有與電荷泵瞬時(shí)換流相關(guān)的缺點(diǎn)。
當(dāng)然，當(dāng)調(diào)節(jié)或構(gòu)思根據(jù)本發(fā)明的集成電路時(shí)，我們考慮到電荷泵的電容值CE。
并且，該電荷泵是一直地被激勵(lì)，而不是當(dāng)其需要時(shí)、例如當(dāng)存儲(chǔ)器編程或擦除期間才被激勵(lì)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將看到，本發(fā)明的方法歸根到底只是帶來(lái)優(yōu)點(diǎn)。尤其是，在任何時(shí)刻高電壓Vhv可供自由支配而無(wú)傳統(tǒng)中電荷泵起動(dòng)時(shí)的過(guò)耗電，在此意義上，高電壓電容Vhv一直被預(yù)充電是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)集成電路在其遠(yuǎn)離電磁場(chǎng)源(例如無(wú)觸點(diǎn)芯片卡閱讀器的發(fā)射線(xiàn)圈)的時(shí)刻觸發(fā)編程或擦除操作及由線(xiàn)圈L接收的能量很弱時(shí)，該優(yōu)點(diǎn)尤其顯著。最后，本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，可調(diào)電容Ca由CE值減少，由此在集成電路硅片表面占有更小體積。
當(dāng)然，電容Chv一直被預(yù)充電并不意味著一直進(jìn)行存儲(chǔ)器的編程或擦除操作。為了確定這個(gè)概念，在圖5上概要地表示了一個(gè)傳統(tǒng)的電路元件部分，它能用電壓Vhv使存儲(chǔ)器35編程。高電壓Vhv首先被施加在一個(gè)調(diào)節(jié)電路31上，該調(diào)節(jié)電路將提供根據(jù)存儲(chǔ)器35的特性選擇的規(guī)定高電壓Vpp。接著，將電壓Vpp傳送到一個(gè)整形電路32，通常它為一個(gè)斜坡電壓發(fā)生電路，它允許漸增地將電壓Vpp施加給存儲(chǔ)器35。最后，斜坡電壓Vpp通過(guò)高電壓開(kāi)關(guān)33及地址解碼電路34施加給存儲(chǔ)器35，地址解碼電路能夠選擇必須編程或擦除區(qū)域。為了存儲(chǔ)器35被編程或被擦除，同樣應(yīng)該使這些全部元件被激勵(lì)。
圖7表示本發(fā)明在具有兩種工作方式即有觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)工作方式的集成電路40上的有利應(yīng)用。除已述的元件外，集成電路40包括各個(gè)觸點(diǎn)P1、P2、…Pi，尤其是一個(gè)用于接收供電電壓Vcc2的供電觸點(diǎn)P1及一個(gè)接地觸點(diǎn)P2。電荷泵10的輸入端E1、E2現(xiàn)在通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)41、42連接到線(xiàn)圈L的兩端子上，并通過(guò)另外兩個(gè)開(kāi)關(guān)44,45連接到一個(gè)振蕩器43的輸出端H1、H2上。根據(jù)本發(fā)明，開(kāi)關(guān)41,42受到代表集成電路的有觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)工作方式的信號(hào)CTL的控制。開(kāi)關(guān)44,45例如受反相信號(hào)/CTL的控制。當(dāng)集成電路40工作在無(wú)觸點(diǎn)方式時(shí)，信號(hào)CTL為1，而信號(hào)/CTL為0。開(kāi)關(guān)41,42閉合，開(kāi)關(guān)44,45斷開(kāi)，及電荷泵10一直處于與線(xiàn)圈L的端子相連接。相反地，當(dāng)信號(hào)CTL為0及信號(hào)/CTL為1時(shí)，開(kāi)關(guān)41,42斷開(kāi)，而開(kāi)關(guān)44,45閉合。集成電路40作為一個(gè)傳統(tǒng)的有觸點(diǎn)集成電路工作尤其是，振蕩器43借助于信號(hào)PGR被暫時(shí)地激勵(lì)。
可以區(qū)別集成電路40的工作方式的信號(hào)CTL能用各種方式產(chǎn)生，例如，借助觸點(diǎn)P1上供電電壓Vcc2存在的檢測(cè)，線(xiàn)圈L上電壓Va存在的檢測(cè)或在整流橋Pd輸出端上電壓Vcc存在的檢測(cè)來(lái)產(chǎn)生。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然清楚，本發(fā)明可以有各種各樣的變型、實(shí)施方式及改進(jìn)。
并且，根據(jù)一個(gè)變型，有觸點(diǎn)方式時(shí)開(kāi)關(guān)44,45的閉合不是由信號(hào)/CTL觸發(fā)的，而是由一個(gè)以編程或擦除工作為特征的短暫信號(hào)、如信號(hào)PGR來(lái)觸發(fā)。
根據(jù)另一變型，如果集成電路40會(huì)突然地從有觸點(diǎn)方式轉(zhuǎn)換到元觸點(diǎn)方式，振蕩器43在有觸點(diǎn)方式時(shí)一直被激勵(lì)，以便使電容Chv被預(yù)充電。
此外，為了增大電荷泵10的功率，電荷泵可通過(guò)一個(gè)晶體三極管作的二極管To用電壓V來(lái)供電，如圖1中虛線(xiàn)所示。電壓V譬如可以是由整流橋Pd供給的電壓Vcc或是由觸點(diǎn)P1供給的電壓Vcc2。
此外，很顯然，在本申請(qǐng)及在權(quán)利要求書(shū)中，“電荷泵”一詞不單是指在圖1上所示的電路，而是普遍地指所有這樣的升壓電路，即從它們的激勵(lì)輸入端來(lái)看，能夠類(lèi)似于一個(gè)電容。
同樣，盡管本發(fā)明要解決的問(wèn)題表現(xiàn)為涉及包括一個(gè)EEPROM存儲(chǔ)器的集成電路，但很顯然，本發(fā)明能應(yīng)用于包含電荷泵的所有集成電路，而不管在該集成電路中電荷泵的功能如何。
最好，盡管前面已指出諧振電路的調(diào)諧可通過(guò)電容Ca的調(diào)節(jié)來(lái)獲得，但顯然，諧振電路也可在制造集成電路的階段來(lái)調(diào)諧，如果制造容差允許的話(huà)。
權(quán)利要求
1．能無(wú)觸點(diǎn)地工作的集成電路(30,40)，它至少借助一個(gè)與一調(diào)諧電容(CA)形成調(diào)諧諧振電路(36)的線(xiàn)圈(L)，并包括具有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端(E1,E2)的一個(gè)電荷泵(10)，其特征在于至少當(dāng)集成電路無(wú)觸點(diǎn)地工作期間，電荷泵(10)的時(shí)鐘輸入端(E1,E2)持久地連接在線(xiàn)圈(L)的端子上；及電荷泵從其時(shí)鐘輸入端(E1,E2)來(lái)看其電容(CE)構(gòu)成調(diào)諧諧振電路(36)的調(diào)諧電容(CA)的固定組成部分。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路(30)，其中電荷泵(10)的時(shí)鐘輸入端(E1,E2)直接地與線(xiàn)圈(L)的端子相連接。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路(30,40)，其中電荷泵(10)的時(shí)鐘輸入端(E1,E2)通過(guò)第一開(kāi)關(guān)(41,42)與線(xiàn)圈(L)的端子相連接，這些開(kāi)關(guān)至少在集成電路無(wú)觸點(diǎn)地工作期間被控制(CTL)成閉合。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的集成電路(40)，它具有兩種工作方式，即有觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)工作方式，其中所述第一開(kāi)關(guān)(41,42)受代表集成電路工作方式的信號(hào)(CLT)的控制。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的集成電路，其中電荷泵(10)的時(shí)鐘輸入端(E1,E2)還通過(guò)第二開(kāi)關(guān)(44,45)與一個(gè)振蕩器(43)的輸出端(H1,H2)相連接。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的集成電路，其中所述第二開(kāi)關(guān)(44,45)在集成電路有觸點(diǎn)地工作期間被控制成閉合。
7．根據(jù)權(quán)利要求5及6中一項(xiàng)的集成電路，其中所述第二開(kāi)關(guān)(44,45)通過(guò)代表集成電路工作方式的信號(hào)(/CTL)來(lái)控制。
8．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的集成電路，其中電荷泵(10)包括多個(gè)級(jí)聯(lián)地連接的電容器(C1-CN)，它們被二極管(T1-TN)隔開(kāi)并連接到電荷泵時(shí)鐘輸入端(E1,E2)的一個(gè)或另一個(gè)上。
9．包括根據(jù)上述權(quán)利要求之一的集成電路的便攜載體。
10．包括根據(jù)權(quán)利要求1至8中一項(xiàng)的集成電路的芯片卡。
全文摘要
能無(wú)觸點(diǎn)地工作的集成電路(30)至少借助一個(gè)與一調(diào)諧電容(C
文檔編號(hào)H02M3/07GK1231751SQ9719829
公開(kāi)日1999年10月13日 申請(qǐng)日期1997年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月6日
發(fā)明者J·科瓦爾斯基, M·馬丁 申請(qǐng)人:內(nèi)部技術(shù)公司