[發明專利]用于無源UHF RFID芯片的EEPROM的電荷泵電路

有效

• 申請號: 201210245516.3
• 申請日: 2012-07-16
• 公開（公告）號: CN102780394A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 莊奕琪;杜永乾;李小明;任小嬌
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體集成電路的電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM，可用于無源超高頻射頻識別UHF?RFID標簽芯片電路。?

背景技術

隨著無源UHF?RFID標簽芯片研究的不斷深入，原有的很多技術難題已經被攻克，但作為UHF?RFID標簽芯片主流存儲單元和記憶體的EEPROM，由于其工藝特殊性和設計的復雜性，依然制約著無源UHF?RFID前進的步伐，特別是EEPROM的高壓產生電路，一直是限制無源UHF?RFID研究和走向實際應用的瓶頸。?

EEPROM高壓產生電路的基本原理為Dickson電荷泵，目前已經發展了很多成熟、高效率、低功耗高壓產生電路解決方案，其中靜態電荷轉移開關CTS電荷泵是一種有效的解決方案，如圖1所示。傳統的CTS電荷泵的奇數級電荷泵單元同時接第一非交疊時鐘信號clk_bar，偶數級電荷泵單元同時接第二非交疊時鐘信號clk，在CTS電荷泵開始工作后，雙向非交疊時鐘信號clk_bar和clk同時有效，CTS電荷泵的每一級同時開始工作，因此CTS電荷泵在上電期間需要同時對電路中所有電容，包括寄生電容充電，而這些電容之和會超過30pF，要將30pF左右大的電容在短時間內充滿電,會產生很大的功耗。上電期間產生的功耗約為穩態期間所需功耗的10倍以上。因為無源UHF?RFID芯片工作所需要的所有能量，均來自于空中的射頻能量，但這種能量極其微弱，約為幾十微瓦，所以CTS電荷泵上電期間的峰值功耗會使芯片的電源電壓迅速下降，導致芯片重新復位，操作失敗。?

為了解決這個問題，目前使用的方案主要有預充電、變頻時鐘和調幅時鐘，其中：?

預充電方案，在電荷泵開啟之前，通過預充電MOS管將電荷泵每級的電容預充電至VEE，電容總電荷為2nC*VEE，待預充電完成后電荷泵才開始工作。該方案使得充電電流減小了2nC*VEE/Tsup，其中Tsup為電荷泵上電時間，因此有效降低了上電期間電荷泵的峰值電流。但由于預充電的MOS管需要承受15V左右的高壓，所以必須采用高壓器件。因此該方案總共需要2n個高壓器件，n為正實數，2n為電荷泵的級?數，其數值一般大于10，而高壓器件的芯片面積通常比較大，因此此種方案大大增加了芯片面積。?

變頻時鐘方案，是通過降低時鐘頻率的方式降低上電峰值功耗。由于在數字電路的功耗P=CV²f，其中C為電路的電容值，V為電路電源電壓，f為電路時鐘頻率，因此降低f可以線性降低電路功耗。變頻時鐘方案使得上電初始階段的時鐘頻率為f/2^M，M為分頻數，之后每間隔Δt時間，時鐘頻率升高為之前時刻頻率的2倍，直至上電結束。可以看出，采用此種方式后，上電初始時刻峰值功耗降低了2^M倍，之后功耗逐漸增加，與直接加入高頻率時鐘相比，有效降低了上電峰值功耗。但變頻時鐘需要分頻器，由于時鐘頻率一般較高，在2MHz左右，由此導致芯片的功耗較高；?

調幅時鐘方案，是通過采用時鐘振幅控制模塊，對輸入時鐘振幅進行調整，通過降低時鐘振幅的大小降低電荷泵的上電峰值功耗。其中，時鐘振幅控制模塊通過控制接入電阻阻值大小的方式實現振幅控制。接入阻值越大，時鐘振幅越小，電荷泵的功耗越低。但時鐘振幅控制模塊所需的電阻阻值為幾百千歐左右，增大了芯片面積。?

從上面的分析可以看出，上述三種解決方案均會導致芯片面積或者功耗的增加，均不滿足無源超高頻射頻識別UHF?RFID的應用需求。?

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種用于無源UHF?RFID芯片的EEPROM的電荷泵電路，以在不增大芯片面積的情況下，減小高壓產生電路上電期間的功耗，滿足無源UHF?RFID標簽芯片的使用要求。?

為實現上述目的，本發明的電荷泵電路包括：雙相非交疊時鐘產生電路201和主電荷泵204，其特征在于，還包括：數字電路202和控制邏輯電路203；?

所述雙相非交疊時鐘產生電路201，其特征在于：將輸入時鐘信號clk_in轉換為雙相非交疊時鐘信號，該信號由兩個非交疊時鐘信號clk_bar和clk組成，該第一非交疊時鐘信號clk_bar送入給控制邏輯電路203，該第二非交疊時鐘信號clk送入給主電荷泵204；?

所述數字電路202，其特征在于：產生n位控制信號，并將其控制信號送入控制邏輯電路203；?