專利名稱：用于rfid中存儲(chǔ)器模塊的電流積分讀出放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)，具體言之，涉及用于RFID應(yīng)答器中存儲(chǔ)器模塊的讀出放大器。
背景技術(shù)：
公知的射頻識(shí)別(RFID)對(duì)于無(wú)源和有源應(yīng)答器使用從約100KHz至約13.5MHz的寬范圍的基頻。無(wú)源應(yīng)答器從所接收的信號(hào)獲取能量并返回識(shí)別信號(hào)。有源應(yīng)答器含有電源，通常是電池，所以不需要從所接收的信號(hào)獲取能量。因此，無(wú)源應(yīng)答器要求較高的信號(hào)強(qiáng)度，而有源應(yīng)答器要求較低的信號(hào)強(qiáng)度，但是需要電源成本。
圖1是示意性的無(wú)源RFID系統(tǒng)的基本方塊圖。此處，詢問(wèn)站100產(chǎn)生RF信號(hào)108，通常是邏輯電路104產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，其經(jīng)過(guò)天線112被發(fā)射110到應(yīng)答器(標(biāo)簽)102。RF脈沖經(jīng)由天線114被接收。通過(guò)用于獲取并存儲(chǔ)能量以便為標(biāo)簽系統(tǒng)供電的裝置和用于處理所接收信號(hào)的裝置，天線114連接到RF阻抗匹配電路116并連接到輸入/功率電路118。RF信號(hào)110被整流以便為電容器(沒(méi)有顯示)充電，用于為系統(tǒng)供電。
在最簡(jiǎn)單的RFID系統(tǒng)中，RFID應(yīng)答器是無(wú)源標(biāo)簽，其從輻射波獲取能量，由此在RF發(fā)射機(jī)上提供負(fù)載。負(fù)載由詢問(wèn)站監(jiān)視并表示標(biāo)簽存在。在這樣的系統(tǒng)中，不需要發(fā)送任何信號(hào)返回至詢問(wèn)站。
在更復(fù)雜的RFID系統(tǒng)中，應(yīng)答器包括被發(fā)射返回至詢問(wèn)站的信息。可在標(biāo)簽進(jìn)入貨物的碼頭發(fā)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)，當(dāng)被詢問(wèn)時(shí)，系統(tǒng)向詢問(wèn)站返回關(guān)于貨物本身的詳細(xì)信息。例如，含有易碎晶體的箱子可通知詢問(wèn)站其真實(shí)情況。在這樣的系統(tǒng)中，參照?qǐng)D1，當(dāng)獲取到RF詢問(wèn)信號(hào)時(shí)，輸入線路118將信息發(fā)送至邏輯電路120，邏輯電路120通常是微機(jī)。微機(jī)接收來(lái)自存儲(chǔ)器126的信息，存儲(chǔ)器126通常是EEPROM(電可擦除/可編程存儲(chǔ)器)。該信息經(jīng)由發(fā)射機(jī)122被饋送至天線114，并返回124到詢問(wèn)站。由于EEPROM能被反復(fù)編程，因此EEPROM可用于其它類型的相關(guān)信息。
經(jīng)過(guò)讀出放大器128讀取存儲(chǔ)器的內(nèi)容，讀出放大器128檢測(cè)存儲(chǔ)單元中包含的多個(gè)1或0。在這樣的RFID系統(tǒng)中，功率須是守恒的。高的讀取電流和快速的讀取時(shí)間需要高的功耗并產(chǎn)生不期望的噪聲。
在這個(gè)文件中，邏輯1被定義為更正的電平，邏輯0定義為更負(fù)的電平，這經(jīng)常被稱作正邏輯。公知的是邏輯1/0的指定是任意的，更負(fù)的電平可以視為邏輯1，這經(jīng)常被稱作負(fù)邏輯。本發(fā)明適用于正邏輯指定也適用于負(fù)邏輯指定，盡管說(shuō)明僅提到正邏輯。
聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)調(diào)整了發(fā)射，所以現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)在近程提供高功率，但是采用消除技術(shù)(canceling techniques)以滿足遠(yuǎn)程FCC調(diào)整。適當(dāng)?shù)募夹g(shù)是本領(lǐng)域所公知的，在此不再進(jìn)行說(shuō)明。
在美國(guó)專利No.5,999,454中，Smith公開(kāi)了用于閃存的電流模式讀出放大器。該專利以及該專利中引用的其它現(xiàn)有技術(shù)的讀出放大器是針對(duì)高速操作而設(shè)計(jì)的，因此是高功率的。這樣的電路產(chǎn)生噪聲，反過(guò)來(lái)電路容易受到噪聲影響，在RFID系統(tǒng)中不存在這樣的電路。
在讀取RFID應(yīng)答器存儲(chǔ)單元的內(nèi)容時(shí)需要使功耗最小化。由于快速讀取時(shí)間和高讀取電流不必要同時(shí)存在，所以在以低基帶頻率工作的RFID應(yīng)答器中要在讀取時(shí)間和功耗之間進(jìn)行折衷。較長(zhǎng)的讀取時(shí)間允許相對(duì)低的讀取電流，較低的讀取電流降低了功耗和噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于讀取RFID應(yīng)答器中讀出放大器的系統(tǒng)和方法，RFID應(yīng)答器以較低速度工作，由此消耗較少的功率。
優(yōu)選的為MOS類型的第一晶體管接收來(lái)自存儲(chǔ)單元的讀取電流，并聯(lián)的晶體管將該讀取電流的鏡像提供至充電-存儲(chǔ)電容器。在READ循環(huán)的起點(diǎn)，電容器首先被放電。隨后鏡像的讀取電流被引導(dǎo)至該電容器，累積超過(guò)給定的時(shí)間周期，以產(chǎn)生第一電壓。(該電容器可以是反向偏壓結(jié)型二極管。)使用比較器電路比較第一電壓與第二電壓或中間的參考電壓。該參考電壓設(shè)置在位于放電的充電-存儲(chǔ)電容器的電平(定義為電平“0”)與對(duì)應(yīng)于定義為電平“1”的充電電平之間。在實(shí)際的實(shí)施例中，以存儲(chǔ)器晶體管的截止?fàn)顟B(tài)漏電所建立的電壓(0)與表示1的充電電平之間的一半來(lái)設(shè)置第二或中間電壓。
在優(yōu)選實(shí)施例中，使用第二參考存儲(chǔ)單元建立中間電壓。來(lái)自第二存儲(chǔ)單元的讀取電流的鏡像電流在第二電容器上累積形成輸入到比較器的第二電壓。為了建立中間參考電壓，能夠使用幾種方法。一種方法利用一直導(dǎo)通的參考存儲(chǔ)單元，但是該參考存儲(chǔ)單元只是正常存儲(chǔ)單元的“強(qiáng)度”或尺寸比的一小部分(例如，使用一半的溝道寬度或兩倍的溝道長(zhǎng)度)。第二種方法使用實(shí)際尺寸一直導(dǎo)通的參考存儲(chǔ)單元，但是調(diào)整電流鏡像電路中的MOS晶體管的尺寸比，以將參考電壓降低至中間值。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，實(shí)際尺寸或標(biāo)準(zhǔn)的第二和第三存儲(chǔ)單元可與實(shí)際尺寸的電流鏡和積分電容器一起使用。在此情況下，第二存儲(chǔ)單元設(shè)置成一直輸出高電流，而第三存儲(chǔ)單元一直輸出低電流。高電流表示邏輯1，低電流表示邏輯0。通過(guò)平均來(lái)自第二和第三存儲(chǔ)單元的兩個(gè)積分電壓來(lái)形成中間電壓，該中間電壓跟蹤存儲(chǔ)單元中1和0之間的中間點(diǎn)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，用于讀取存儲(chǔ)器內(nèi)容的時(shí)間周期可位于從小于1微秒至10微秒或更長(zhǎng)的范圍內(nèi)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，盡管將參照示意性實(shí)施例、附圖和使用的方法來(lái)進(jìn)行下面的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例以及使用的方法。而且，本發(fā)明是寬范圍的，并且僅由附屬的權(quán)利要求書(shū)所限定。


下面將參照

本發(fā)明，其中圖1是RFID系統(tǒng)的系統(tǒng)方塊圖；圖2是存儲(chǔ)器和本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電流模式讀出放大器的第一部分的電路圖；圖3是圖2的電路加上比較器的方塊圖；圖4A和4B是本發(fā)明其它優(yōu)選實(shí)施例的方塊示意圖；圖5和圖6是在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中發(fā)現(xiàn)的功率和電壓信號(hào)的時(shí)間曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開(kāi)了一種電流模式讀出放大器，用于檢測(cè)射頻識(shí)別(RFID)應(yīng)答器中存儲(chǔ)器件的邏輯狀態(tài)。當(dāng)采用低的基帶頻率(許多RFID系統(tǒng)通常采用)時(shí)，其允許相對(duì)長(zhǎng)的積分時(shí)間，允許使用極低的電流來(lái)讀取存儲(chǔ)單元。這么低的讀取電流提供了低的功耗和低的噪聲影響。
圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電路。當(dāng)存儲(chǔ)單元是通常使用的EEPROM時(shí)，存儲(chǔ)單元200的輸出(Bit)通常是漏極(沒(méi)有顯示)。通過(guò)ROW(選擇)的激活和輸入到該單元的CG(控制柵極)輸入來(lái)讀取單元200，此為公知常識(shí)。根據(jù)具體的存儲(chǔ)器類型，存儲(chǔ)單元可以使用或不使用RESET信號(hào)。通過(guò)不同的控制設(shè)計(jì)，本發(fā)明實(shí)際上可應(yīng)用到所有的這樣的存儲(chǔ)器件。Bit輸出連接到PMOS P1的漏極和柵極，并連接到PMOS P2的柵極。P1的漏極和柵極連接在一起，其源極連接到電源電壓Vdd。這種布線的MOS器件有時(shí)被稱作二極管連接的MOS晶體管。PMOS P2作為P1的電流鏡而連接，其中漏極電流I2與I1鏡像，該鏡像與P1和P2的相對(duì)強(qiáng)度成比例。在一個(gè)實(shí)施例中，P1和P2尺寸相同，所以I2等于I1。P2的漏極連接到積分電容器C1的正極，提供V1。
仍然參照?qǐng)D2，N1是在RESET202為高時(shí)用于放電C1的晶體管。當(dāng)RESET為低時(shí)，N1關(guān)閉，允許I2為C1充電。
圖3給出了當(dāng)存儲(chǔ)單元200連接到組塊204時(shí)的圖2的電路，其中積分電容器C1輸出的電壓(V1)連接到比較器206的正(+)輸入端。通常約等于Vdd/2的參考電壓208輸入到比較器的負(fù)(-)輸入端。在一些應(yīng)用中，該參考電壓可以形成輸入到針對(duì)其它存儲(chǔ)單元的其它比較器的參考207。比較器206比較一個(gè)輸入和另一個(gè)輸入，并提供表示哪個(gè)輸入更高的輸出。例如，如果正輸入高于負(fù)輸入，則比較器的輸出210變高，通常表示邏輯1。這樣的比較器在本領(lǐng)域中是公知的。比較器輸入端上的正(+)和負(fù)(-)標(biāo)簽符可以表示其它的操作，但是對(duì)于本說(shuō)明，當(dāng)(+)輸入超過(guò)(-)輸入時(shí)輸出為正。
在RESET脈沖之后超過(guò)某一時(shí)間周期T1，由存儲(chǔ)單元的邏輯內(nèi)容確定C1上的電荷。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如果從存儲(chǔ)單元200讀取邏輯1，則電流I2能夠?qū)1充電至超過(guò)參考電壓的某一電平，該電平使比較起的輸出從低狀態(tài)切換至高狀態(tài)。如果在采樣選通時(shí)間T1屆滿之前C1上的電壓超過(guò)比較器206的臨界點(diǎn)(超過(guò)參考電壓208)，則比較器輸出210將切換至表示存儲(chǔ)單元中1的高狀態(tài)。如果讀取邏輯0，C1將停留在相對(duì)未充電狀態(tài)，比較器輸出將保持在高狀態(tài)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，時(shí)間T1大約是5至10微秒。當(dāng)T1屆滿時(shí)，RESET將宣布清除C1。
比較器的改進(jìn)實(shí)施例能夠優(yōu)選地含有滯后，其使針對(duì)存儲(chǔ)電容器上相對(duì)緩慢移動(dòng)電壓的響應(yīng)更敏銳，并提高比較器的噪聲抵抗力。如本領(lǐng)域所知，具有大約相等的輸入的比較器會(huì)振蕩，使用滯后將有助于消除這種類型的問(wèn)題，但是其它的電路技術(shù)是本領(lǐng)域公知的。
圖4A采用了圖2的兩個(gè)存儲(chǔ)單元和兩個(gè)鏡像電路204和204’。此處存儲(chǔ)單元200和鏡像電路204表示RFID信息位。存儲(chǔ)單元200’和鏡像電路204’被配置為用于為比較器206產(chǎn)生參考電壓208。設(shè)置輸入到存儲(chǔ)單元200’的輸入230，使得存儲(chǔ)單元200’一直輸出等于邏輯1的高電流。該電流被復(fù)制或鏡像，并聚積在204’組塊內(nèi)的電容器上，該電流將參考電壓208V2提供至比較器206的負(fù)輸入端。如上所述，在此通過(guò)控制相對(duì)尺寸來(lái)控制204和204’中PMOS晶體管的電導(dǎo)，204’中的積分電流(I2)能夠被設(shè)置成204中積分電流I2幅值的一預(yù)期部分。因此能夠控制比較器負(fù)端的參考電壓208，以建立比較器分界點(diǎn)。比較器分界點(diǎn)通常設(shè)置成表示1和0之間的中間點(diǎn)的值。
用于設(shè)置比較器分界點(diǎn)的可選裝置能夠使用與標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)組塊一致的電流鏡組塊204，即，除了存儲(chǔ)單元200’之外的所有組件的尺寸相等。在此情況下，通過(guò)使用比標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)單元200弱的偽存儲(chǔ)單元來(lái)完成電流縮減。偽存儲(chǔ)單元與標(biāo)準(zhǔn)單元200的電導(dǎo)比率將建立預(yù)期的參考電壓。
用于設(shè)置比較器分界點(diǎn)、中間或參考電壓208的另一個(gè)可選裝置是使用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偽存儲(chǔ)單元和一個(gè)鏡像電路。圖4B給出了分別具有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偽存儲(chǔ)單元200’和200”以及標(biāo)準(zhǔn)電流鏡組塊204’和240”的實(shí)施例。此處，200’和204’用于一直輸出等于低電流的I2，200”和204”一直輸出高電流。來(lái)自每個(gè)鏡像電路的積分電容器的輸出有效地連在一起222，形成將由每個(gè)單元單獨(dú)提供的電壓V1’和V1”的平均。該平均電壓連接到比較器208的參考輸入端。
圖5和圖6是針對(duì)圖3所示的具有+3V電壓的本發(fā)明讀出放大器工作實(shí)施的參數(shù)軌跡圖。300nA讀取電流用作存儲(chǔ)單元“1”的電流，5nA用作偽單元參考電流。復(fù)位信號(hào)初始化積分電容器。在圖5中，單元204的積分電容器C1上的電壓V1達(dá)到大約1.8V的閾值，在該值，比較器的輸出變高。在此情況下，存儲(chǔ)單元中表示邏輯1。上部的軌跡圖表示讀出放大器的功耗。圖6給出了相同的電路，但是從存儲(chǔ)單元讀出的是0。在此情況下，V1保持在大約0V，功耗保持恒定。在通常條件下的讀取事件期間，使用3V電源讀取1時(shí)平均功耗大約是3.4微瓦。
應(yīng)當(dāng)理解，在此所呈現(xiàn)的上述實(shí)施例僅是示意性的，它的許多變化和替換也是可能的。因此，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)廣泛的被視為僅由后附的權(quán)利要求書(shū)所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于讀取RFID系統(tǒng)的應(yīng)答器中存儲(chǔ)單元的內(nèi)容的讀出放大器，包括第一晶體管，用于從存儲(chǔ)單元接收讀取電流；第二晶體管，被配置成用于復(fù)制該讀取電流；電容器，被配置成累積所述被復(fù)制的讀取電流并提供第一電壓；用于在一時(shí)間周期之后復(fù)位所述電容器的裝置；第二電壓；用于定義輸出以及第一和第二輸入的比較器，其中所述輸出響應(yīng)于第一和第二輸入上的相關(guān)電壓電平，所述第一輸入連接到第一電壓，所述第二輸入連接到第二電壓，其中所述比較器的輸出確定所述存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。
2.如權(quán)利要求1所述的讀出放大器，其中所述第二電壓是從讀取第二存儲(chǔ)單元的內(nèi)容而產(chǎn)生的電壓信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的讀出放大器，其中所述第二電壓對(duì)應(yīng)一閾值，該閾值定義了從存儲(chǔ)單元讀取的邏輯1與邏輯0之間的邊界。
4.如權(quán)利要求1所述的讀出放大器，在所述比較器的輸入中進(jìn)一步包括滯后。
5.如權(quán)利要求1所述的讀出放大器，還包括第二個(gè)雙晶體管電路，用于接收、縮放和復(fù)制來(lái)自所述第二存儲(chǔ)單元的第二讀取電流；第二電容器，被配置成累積所述被復(fù)制并縮放的第二讀取電流，并提供第二電壓；用于在所述時(shí)間周期之后復(fù)位第二積分電容器的裝置；用于將所述第二電壓連接到所述比較器的第二輸入的裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的讀出放大器，還包括第二個(gè)雙晶體管電路，用于接收和復(fù)制來(lái)自所述第二存儲(chǔ)單元的第二讀取電流；用于縮放來(lái)自所述存儲(chǔ)單元的讀取電流的裝置；第二電容器，被配置成累積所述被復(fù)制并縮放的第二讀取電流并提供第二電壓；用于在所述時(shí)間周期之后復(fù)位所述第二積分電容器的裝置；用于將第二電壓連接到所述比較器之第二輸入的裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的讀出放大器，還包括第二個(gè)雙晶體管電路，用于接收和復(fù)制來(lái)自一個(gè)存儲(chǔ)單元的第二讀取電流，以輸出低的讀取電流；第二電容器，被配置成累積所述被復(fù)制的第二讀取電流并提供第二電壓；第三個(gè)雙晶體管電路，用于接收和復(fù)制來(lái)自一個(gè)存儲(chǔ)單元的第三讀取電流，以輸出高的讀取電流；第三電容器，被配置成累積所述被復(fù)制的第三讀取電流并提供第三電壓；用于在所述時(shí)間周期之后復(fù)位第二和第三積分電容器的裝置；用于平均所述第二和第三電壓并將平均后的電壓連接到所述比較器之第二輸入的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的讀出放大器，其中用于平均所述第二和第三電壓的裝置是用于將它們連接在一起的裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的讀出放大器，其中所述時(shí)間周期大于約1微秒。
10.一種用于讀取RFID系統(tǒng)的應(yīng)答器中存儲(chǔ)單元的內(nèi)容的方法，包括以下步驟從所述存儲(chǔ)單元接收并復(fù)制讀取電流；在電容器上累積所述被復(fù)制的讀取電流，由此提供第一電壓；在一時(shí)間周期之后復(fù)位所述電容器；以及比較第一電壓與第二電壓，并提供由此獲得的輸出，其中所述輸出確定所述存儲(chǔ)單元的邏輯內(nèi)容。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第二電壓是從讀取第二存儲(chǔ)單元的內(nèi)容而獲取的電壓。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第二電壓對(duì)應(yīng)一閾值，該閾值定義了從存儲(chǔ)單元讀取的邏輯1與邏輯0之間的邊界。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述比較步驟中包括針對(duì)比較器的切換提供滯后。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括以下步驟接收、縮放和復(fù)制來(lái)自第二存儲(chǔ)單元的第二讀取電流；在第二電容器上累積所述被復(fù)制的第二讀取電流并提供第二電壓；在所述時(shí)間周期之后復(fù)位所述第二積分電容器；將所述第二電壓連接到所述比較器的第二輸入。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括接收和復(fù)制來(lái)自一個(gè)存儲(chǔ)單元的第二讀取電流，以輸出低的讀取電流；在第二電容器上累積所述被復(fù)制的第二讀取電流并提供第二電壓；接收和復(fù)制來(lái)自一個(gè)存儲(chǔ)單元的第三讀取電流，以輸出高的讀取電流；在第三電容器上累積所述被復(fù)制的第三讀取電流并提供第三電壓；在所述時(shí)間周期之后復(fù)位第二和第三積分電容器；平均所述第二和第三電壓并將平均后的電壓連接到所述比較器的第二輸入。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將時(shí)間周期設(shè)置為大于約1微秒的步驟。
全文摘要
公開(kāi)了一種非常適于低頻RFID系統(tǒng)的低讀取電流、低功耗的讀出放大器。MOS晶體管接收來(lái)自存儲(chǔ)單元的讀取電流，并通過(guò)并聯(lián)的MOS晶體管形成電流鏡，其中存儲(chǔ)單元通常是EEPROM。在電容器上的電荷經(jīng)過(guò)復(fù)位脈沖清除之后，在電容器上累積鏡像電流。定義時(shí)間周期，在該時(shí)間周期內(nèi)電容器上的電壓與第二電壓比較。從參考電壓或偽單元形成第二電壓，在任一種情況下，參考電壓大約是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中1與0之間的邏輯邊界。具有或沒(méi)有輸入滯后的比較器接收電容器上的電壓和第二電壓，在時(shí)間周期內(nèi)，比較器的輸出狀態(tài)表示存儲(chǔ)單元的二進(jìn)制內(nèi)容。
文檔編號(hào)G11C7/02GK1703756SQ200380101202
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月11日
發(fā)明者伊桑·A·克雷恩, 卡爾·拉普, 伊坦·沙察姆 申請(qǐng)人:快捷半導(dǎo)體有限公司