[发明专利]包含不抑制初级电荷泵的天线阻抗调制开关的无源非接触集成电路

说明书

本发明涉及非接触集成电路，尤其涉及由天线电路提供的信号供电的无源型非接触集成电路。

非接触集成电路或者无线射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)集成电路有多方面的应用，象电子标签和非接触芯片卡的制造，比如电子钱夹、访问控制卡、交通卡等。

本发明更具体地涉及超高频(Ultra High Frequency，UHF)非接触集成电路，在振荡频率为几百赫兹、通常范围从800MHz到100GHz的超高频电场存在下运作。

图1示意性地表示超高频型非接触集成电路IC1。电路IC1包含天线电路ACT、初级电荷泵PMP、调制电路MCT和解调电路DCT，它们共同组成了非接触通讯接口。集成电路还包含控制单元CTU和非易失性存储器MEM。存储器可以例如是电可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)，其能使集成电路记忆事务数据和/或标识数据。控制器CTU通过执行在存储器中读写的命令控制对存储器的访问。

天线电路ACT包含两个形成偶极的导体W1、W2。当存在如图中所示的由阅读器RD1发射的电场E时，在导体W1、W2上出现天线信号S1、S2。这些天线信号S1、S2是低振幅、只有几十伏特并且反相的交流信号。

初级电荷泵PMP被作为泵信号的信号S1、S2所驱动，并提供持续电压Vcc。电压Vcc典型约为1伏特到几伏特，如1.8V，如果集成电路是完全无源的(即没有自主供电，如电池)，它确保集成电路的供电。

电路MCT从控制单元CTU接收将经由天线电路发送的数据DTx，并且根据这些数据调制天线电路ACT的阻抗。最后，电路MCT向电荷泵PMP施加一个包含编码形式的数据DTx的调制信号Sm(DTx)。信号Sm(DTx)默认情况下有一个无效值，比如0，而在调制期间，有一个有效值，比如1，其具有短路电荷泵的作用。

当信号Sm(DTx)无效时，天线电路ACT吸收所有的由阅读器RD1发射的和由天线电路ACT摄取的入射功率Pi，天线电路的阻抗适合这个目的。当信号Sm(DTx)为1时，电荷泵的短路导致天线电路阻抗的调制，并且因而引起其反射系数的调制。然后天线电路失谐并发送功率Pr的反射波。反射波被阅读器RD1接收，并且在它自己的天线电路中被调制信号的出现所补偿为，其中该调制信号为信号Sm(DTx)的映像。阅读器通过自适应滤波器从其天线电路中提取调制信号，并且在解调和解码后推断出数据DTx。这种数据无源传输的技术通常称为“后向散射(backscattering)”。

图2表示电荷泵PMP的标准结构，并且表示出了由信号Sm(DTx)控制并用于使电荷泵短路的调制开关SW1。

电荷泵PMP包含三个串联的泵级。每个泵级包含两个二极管和两个电容器，后者连接至天线电路的导体W1、W2以接收信号S1、S2。调制开关SW1安排成与电荷泵的最后级输出端并联。当Sm(DTx)＝1时，开关闭合(导电)，Sm(DTx)＝0时，开关断开(不导电)。

当开关闭合时，电荷泵的输出端短路并且不再产生电压Vcc。为了避免全部断开供应电压Vcc，在电荷泵的输出端增加一个保持电容Ch。电容器Ch通过反向安装的隔离二极管Di连接到电荷泵的输出端。因而，当开关SW1使电荷泵的输出短路时，二极管Di自身阻隔并且电容器Ch独自使电压Vcc保持在临界阈值以上，电压Vcc在该临界阈值以下时，集成电路停止运行。

同时，由反向器IG1提供的信号/Sm(DTx)驱动的辅助开关SW2被安排成与二极管Di并联连接。当开关SW1断开时，开关SW2闭合并且二极管Di短路。因此，电容器Ch以电压Vcc充电而不使二极管Di终端上的电压流失。

这种调制天线电路ACT阻抗的方法，尽管对于通过后向散射发送数据来说很重要，但是存在完全中和了由电荷泵产生持续电压Vcc的缺陷。因而，尽管提供了保持电容器Ch，但是当集成电路发送数据时，电压Vcc也会迅速下降。当关注能量接收时，数据发射周期就是临界周期，它限定了与阅读器RD1的最大通讯距离。

因此，本发明目的在于提供一种允许对超高频天线电路阻抗调制而不完全抑制初级电荷泵产生持续电压的方法。

本发明目的是通过以下方法达到，该方法用于调制向至少包含第一泵级和最后泵级的电荷泵提供泵信号的天线电路阻抗，电荷泵的最后泵级提供持续电压，包含将短路应用于电荷泵以导致天线电路阻抗的调制的步骤，其中，为了使最后泵级能继续产生电荷并且提供持续的电压，短路被应用于第一泵级的输出端。