[發明專利]一種應用于無源射頻身份識別系統的電荷泵電路

無效

• 申請號: 200610171658.4
• 申請日: 2006-12-31
• 公開（公告）號: CN101212174A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 賈海瓏;倪衛寧;石寅
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及無源射頻身份識別(RFID)技術領域，尤其涉及一種應用于無源射頻身份識別系統的電荷泵電路。

背景技術

電荷泵是集成電路中常用的電壓轉換電路，較小的直流或者交流電壓通過電荷泵可以轉變為不同電平的直流電壓。現在已經廣泛用于電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、閃速存儲器(Flash?Memory)以及射頻身份識別(RFID)等電路中。

根據輸入電壓類型的不同，電荷泵分為直流電壓-直流電壓(DC-DC)型和交流電壓-直流電壓(AC-DC)型。其中，DC-DC電荷泵的電路結構比較多樣，升壓的原理與轉換效率各有不同。大致有如下幾種常見實用的結構：基于Dickson結構的NCP電荷泵、SP電荷泵和基于電壓倍增(Voltage-doubler)原理的幾種電荷泵。

NCP電荷泵的電路結構如圖1所示，圖1為現有技術中NCP電荷泵的電路結構原理圖。該電路在級數較少、輸出電壓要求較低的情況下，有不錯的升壓效率；但如果要求輸出電壓達到8V以上，由于這種電路結構受體效應的影響非常大，并且各個節點的寄生電容很大，導致升壓效率很低。

SP電荷泵的電路結構如圖2所示，圖2為現有技術中SP電荷泵的電路結構原理圖。該電路利用一個額外的柵偏置電路來控制升壓電路，有較高的升壓效率；但反相電荷共享問題和制造工藝的復雜性問題制約了這種結構電荷泵的應用。

電壓倍增電荷泵的電壓倍增單元如圖3所示，圖3為現有技術中電壓倍增電荷泵的電路結構原理圖。很多電荷泵都基于這種結構，具有很高的升壓效率。但這種電路結構過于復雜，過多的晶體管導致寄生電容很大，最重要的是它要求驅動時鐘電路可以提供很強的驅動能力和很大的輸入功率，這在無源射頻身份識別芯片(RFID)系統中是很難實現的。

在無源射頻身份識別芯片(RFID)系統中，由于沒有獨立的有較強驅動能力的高頻時鐘源(100M左右)，所以需要設計獨立的時鐘產生電路，并盡量增大時鐘的驅動能力。而且輸入功率、輸入電壓非常低，同時要求輸出的電壓比較高且能負載幾十uA的編程電流，建立時間要非常短等原因，上述的這些DC-DC電荷泵并不能很好的達到系統的要求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種應用于無源射頻身份識別系統的電荷泵電路，為無源射頻身份識別系統提供一種低壓升高壓的高效率、低功耗的DC-DC電荷泵電路，獲得高壓以實現對無源射頻身份識別系統中EEPROM的內容進行編程。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種應用于無源射頻身份識別系統的電荷泵電路，該電荷泵電路包括：

時鐘產生電路，用于產生高頻振蕩時鐘信號，并輸出給互補式金屬氧化層半導體反相器(buffer)驅動電路；

buffer驅動電路，用于對接收自時鐘產生電路的高頻振蕩時鐘信號的時鐘波形進行方波整形處理，產生互為反相的時鐘信號CLK和CLK，輸出給升壓電路；

升壓電路，用于在接收的反相時鐘信號CLK和CLK的作用下，將接收的低電壓轉換為高電壓輸出，并在維持此高電壓輸出的同時對電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)編程提供編程電流。

所述時鐘產生電路為由奇數級的互補式金屬氧化層半導體(CMOS)反相器串連而成的環形振蕩器電路。

所述時鐘產生電路采用9級的CMOS反相器串連而成的環形振蕩器電路，各個反相器的柵寬、柵長都采用所用工藝的最小尺寸。

所述時鐘產生電路所需的輸入電源電壓為1.5V，輸出頻率為100M以上、未經整形的、驅動能力弱的單相高頻振蕩時鐘信號。

所述buffer驅動電路由一系列CMOS反相器陣列組成，所述的buffer驅動電路輸入端連接時鐘產生電路輸出的高頻振蕩時鐘信號，經過幾級的buffer陣列，產生相同個數的互為反相的時鐘信號CLK和CLK輸出給升壓電路，用于驅動升壓電路中的耦合電容。

所述反相的時鐘信號CLK和CLK為方波整形過的1.5V的方波信號，具有較強的驅動能力；

所述的buffer驅動電路中的各個CMOS反相器的寬長比取值采取以一定的倍數倍增的方式，用于增強buffer的驅動能力。