半导体集成电路、非接触电子装置和便携式信息终端.pdf

在用将栅端子连接到一个天线连接端子上并将源端子连接到另一个天线连接端子上的MOS晶体管构成构成整流电路的整流元件的半导体集成电路中存在附加在天线端子间的寄生电容变大的问题。本发明提供下述技术：在第1输入端子与第1输出端子之间连接将栅端子连接到第2输入端子上的第1MOS晶体管，利用连接在第1输入端子与第2输入端子之间的第1体端子控制电路的输出端子来控制上述第1MOS晶体管的体端子，同样，利用连接在第1输入端子与第2输入端子之间的第2体端子控制电路的输出端子来控制在第2输入端子与第1输出端子之间被连接的第2MOS晶体管的体端子。

1.  一种具有将交流电压变换为直流电压的整流电路的半导体集成电路，其特征在于：
具备：
第1和第2电源线以及基准线，接受上述交流电压；
第1MOS晶体管，被设置在上述第1电源线与上述基准线之间，其栅端子连接到上述第2电源线上；
第2MOS晶体管，被设置在上述第2电源线与上述基准线之间，其栅端子连接到上述第1电源线上；
第1单向性元件，其一个端子连接到上述第1电源线上，其另一个端子连接到上述整流电路的输出端子上；以及
第2单向性元件，其一个端子连接到上述第2电源线上，其另一个端子连接到上述整流电路的输出端子上，
具有对被施加上述交流电压而激活的上述第1MOS晶体管或第2MOS晶体管的体端子施加对上述第1电源线或上述第2电源线输入的交流电压中低的一方的电压的控制单元。

2.  如权利要求1中所述的半导体集成电路，其特征在于：
用PN结二极管构成上述单向性元件。

3.  如权利要求1中所述的半导体集成电路，其特征在于：
用连接了栅端子与漏端子的MOS晶体管构成上述单向性元件。

4.  一种具有对从外部输入的交流信号进行整流的功能的半导体集成电路，其特征在于：
具备：
第1和第2输入端子，接受上述交流信号；
第1输出端子，被连接到接地端子上；
第2输出端子，上述交流信号被整流后由此输出；
第1单向性元件，利用上述第1输入端子和第1布线进行连接，具有使电流从上述第1输入端子向上述第2输出端子的一个方向流动的功能；
第2单向性元件，利用上述第2输入端子和第2布线进行连接，具有使电流从上述第2输入端子向上述第2输出端子的一个方向流动的功能；
第1MOS晶体管，栅端子连接到上述第1布线上，源端子连接到上述第2布线上，漏端子连接到上述第1输出端子上；
第2MOS晶体管，栅端子连接到上述第2布线上，源端子连接到上述第1布线上，漏端子连接到上述第1输出端子上；
第1体端子控制电路，其一个端子连接到上述第1布线上，其另一个端子连接到上述第2布线上，其输出端子连接到上述第1MOS晶体管的体端子上；以及
第2体端子控制电路，其一个端子连接到上述第1布线上，其另一个端子连接到上述第2布线上，其输出端子连接到上述第2MOS晶体管的体端子上，
利用上述第1和第2体端子控制电路进行控制，以对被施加上述交流信号而激活的上述第1MOS晶体管或第2MOS晶体管的某一个的体端子施加对上述第1输入端子或上述第2输入端子输入的交流信号中低的一方的电压。

5.  如权利要求2中所述的半导体集成电路，其特征在于：
利用上述第1和第2体端子控制电路进行控制，以对由形成上述第1或第2MOS晶体管的源区的第1导电层和被施加上述体电位的第2导电层形成的结部施加不流过正向电流的电压。

6.  如权利要求2中所述的半导体集成电路，其特征在于：
用PN结二极管构成上述单向性元件。

7.  如权利要求2中所述的半导体集成电路，其特征在于：
用连接了栅端子与漏端子的MOS晶体管构成上述单向性元件。

8.  如权利要求2中所述的半导体集成电路，其特征在于：
上述体端子控制电路具备下述部分而构成：
第7MOS晶体管，被设置在上述第1布线与上述体端子控制电路的输出端子之间，将其栅端子连接到上述第2布线上；以及
第8MOS晶体管，被设置在上述第2布线与上述体端子控制电路的输出端子之间，将其栅端子连接到上述第1布线上。

9.  如权利要求2中所述的半导体集成电路，其特征在于：
上述体端子控制电路由控制上述第1MOS晶体管的体端子的电位的第1体端子控制电路和控制上述第2MOS晶体管的体端子的电位的第2体端子控制电路构成；
上述第1体端子控制电路被设置在上述第1布线与上述第2布线之间，栅端子连接到上述第2布线上的第3MOS晶体管和栅端子连接到上述第1布线上的第4MOS晶体管以漏端子为共同的端子并列连接；
上述第2体端子控制电路被设置在上述第1布线与上述第2布线之间，栅端子连接到上述第2布线上的第5MOS晶体管和栅端子连接到上述第1布线上的第6MOS晶体管以漏端子为共同的端子并列连接。

10.  一种非接触电子装置，安装有构成天线的线圈和权利要求1或2中所述的半导体集成电路，其特征在于：
将构成上述天线的线圈连接到上述半导体集成电路的天线端子上。

11.  如权利要求10中所述的非接触电子装置，其特征在于：
使用在权利要求1至9的任一项中所述的半导体集成电路内形成的布线层形成构成上述天线的线圈。

12.  一种便携式信息终端，其特征在于：
具备：
数据处理电路，处理数据；
显示装置，显示上述数据处理电路输入输出的数据；
输入装置，用来对上述数据处理电路输入数据；以及
在权利要求6和7中所述的非接触电子装置，
对上述显示装置与上述非接触电子装置进行电耦合，
在上述显示装置上显示上述非接触电子装置具有的数据。

13.  如权利要求12中所述的便携式信息终端，其特征在于：
还具备使用声音或数据进行通信用的发送接收电路。

14.  如权利要求13中所述的便携式信息终端，其特征在于：
上述便携式信息终端是便携式电话机。

半导体集成电路、 非接触电子装置和便携式信息终端
技术领域
本发明涉及具有对由天线线圈接收的信号进行整流的功能的半导体集成电路和非接触电子装置，特别是涉及适合于安装在半导体集成电路中的整流电路的技术。
背景技术
在卡内安装了半导体集成电路和天线的所谓的非接触电子装置实现在问答机与半导体集成电路之间进行信息的交换、非接触电子装置保持的数据的发送和从问答机发送的数据的保持等各种各样的功能。
在非接触电子装置中安装的半导体集成电路用在非接触电子装置中安装的天线接收从问答机供给的高频信号，对在天线的两端发生的电压进行整流和平滑化，形成内部电路的工作中必要的内部电压。
在使用将栅端子和源端子连接到天线端子上的MOS晶体管作为整流元件的情况下，由于以栅、源间电容为代表的MOS晶体管的寄生电容附加到天线端子间，故该寄生电容起到与天线线圈并列地连接的共振电容的作用(参照专利文献1和专利文献2)。
再有，在此，在专利文献1中记载了不对寄生双极型晶体管施加正向偏置、可使漏泄电流变得非常小的整流电路。
在专利文献2中记载了通过利用MOS晶体管的阈值电压的衬底效应来降低导通时的漏、源间电压的整流电路。
在专利文献3中记载了通过在由MOS晶体管构成的整流电路中具有串联调整器的功能来降低因整流元件引起的电压损耗的整流电路。
在本申请之前本申请的发明者等研究了将具有在专利文献1至3中记载的用MOS晶体管构成了整流元件的整流电路的半导体集成电路应用于非接触电子装置的情况的课题。
【专利文献1】特开平8-97366号公报
【专利文献2】特表2002-514377号公报
【专利文献3】特开2001-274339号公报
以下说明进行了预备研究的用MOS晶体管构成的整流电路的问题。
在图1中示出用现有的MOS晶体管构成的整流电路的一例。在天线端子上连接了栅端子和源端子的MOS晶体管M1和M2作为低电位侧的整流元件来工作，二极管D1和D2作为高电位侧的整流元件来工作。利用MOS晶体管M1和M2、二极管D1和D2对输入到天线端子间的交流信号进行整流，利用平滑电容C1对在整流电路的输出端子VDD与输出端子VSS之间生成的电压进行平滑化，作为电源间负载Z1的电源电压来供给。在此，将整流电路的低电位侧输出端子VSS定为芯片内的地电位。
在图2中示出图1中示出的整流电路中的天线端子LA、LB和输出端子VDD和VSS的电压波形。在图2中，W1表示天线端子LA的电压波形，W2表示天线端子LB的电压波形，W3表示整流电路的高电位侧输出端子VDD的电压波形，W4表示整流电路的低电位侧输出端子VSS的电压波形，P1表示天线端子LA的电位比天线端子LB的电位高的期间，P2表示天线端子LA的电位比天线端子LB的电位低的期间。
在图3中示出构成图1中示出地整流电路的MOS晶体管M1的纵结构图。由构成MOS晶体管M1的P型阱PW、期间P1中的形成MOS晶体管M1的源端子的N型扩散层和与构成MOS晶体管M1的P阱层邻接的N型阱NW构成寄生NPN晶体管Q1。在上述N型阱NW中形成构成电源间负载的PMOS晶体管等。此外，对上述P型阱PW施加地电位，将整流电路的高电位侧输出端子连接到上述N型阱NW上。
如图2的期间P1中所示，在流过连接在整流电路的输出端子间的电路的电流大的情况下，因上述MOS晶体管的漏、源间电阻的缘故，漏、源间电压VDS1变大。因而，MOS晶体管M1的衬底电位比源端子的电位高，通过在上述寄生NPN晶体管Q1的基极、发射极间流过基极电流而流过集电极电流I1。
在期间P1中，由于该集电极电流I1从整流电路的输出端子VDD流过天线端子LB，在期间P1中成为从天线端子LA经二极管D1流过天线端子LB的漏泄电流，故整流效率下降。
同样，即使在期间P2中的MOS晶体管M2中，也形成寄生NPN晶体管，发生漏泄电流，整流效率下降。
为了防止这样的整流效率的下降，可考虑增加MOS晶体管M1和M2的晶体管尺寸。通过增加MOS晶体管M1和M2的晶体管尺寸，即使流过大的电流，漏、源间电压VDS1也不会增大，减小了寄生NPN晶体管Q1的基极、发射极间的电压。因而，NPN晶体管Q1的基极、发射极间电流可忽略，可减少漏泄电流。
但是，如上所述，通过增加MOS晶体管M1和M2的晶体管尺寸，以栅、源间电容为代表的MOS晶体管的寄生电容变大，与天线线圈并列地连接的共振电容变大。
因而，在使用了将栅端子和源端子连接到天线端子上的MOS晶体管作为整流元件的情况下，由于附加在天线端子间的寄生电容变大，天线线圈的最大共振频率变低，故存在必须减小天线线圈的电感的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供附加在天线端子间的寄生电容小的整流电路。
如果简单地说明在本申请中公开的发明中的代表性的概要，则如下所述。
即，在第1输入端子与第1输出端子之间连接将栅端子连接到第2输入端子上的第1MOS晶体管，利用连接在第1输入端子与第2输入端子之间的第1体端子控制电路的输出端子来控制上述第1MOS晶体管的体端子，在第2输入端子与第1输出端子之间连接将栅端子连接到第1输入端子上的第2MOS晶体管，利用连接在第1输入端子与第2输入端子之间的第2体端子控制电路的输出端子来控制上述第2MOS晶体管的体端子，通过在第1输入端子与第2输出端子之间连接第1单向性元件，并在第2输入端子与第2输出端子之间连接第2单向性元件，具有对输入到第1输入端子与第2输入端子之间的交流信号进行整流的功能。
如果简单地说明利用在本申请中公开的发明中的代表性的内容得到的效果，则如下所述。即，对于与本发明有关的半导体集成电路和使用了该半导体集成电路的非接触电子装置以及便携式信息终端来说，可减少附加在连接天线的端子间的寄生电容，可提高连接到天线端子上的天线的电感。
附图说明
图1是用现有的MOS晶体管构成的整流电路的一例。
图2是图1中示出的整流电路的工作波形的一例。
图3是构成图1中示出的整流电路的MOS晶体管M1的纵结构图。
图4是本发明的半导体集成电路和非接触电子装置的第1实施例的基本结构图。
图5是具有天线和本发明的半导体集成电路的非接触电子装置的布线基板和问答机的立体图。
图6是具有利用芯片上的布线层形成的天线线圈的半导体集成电路的俯视图。
图7是在实施例1的半导体集成电路中安装的整流电路的基本结构图。
图8是图7中示出的整流电路的工作波形的一例。
图9是构成图7中示出的整流电路的MOS晶体管M3的纵结构图。
图10是示出图7中示出的整流电路的另一结构的电路图。
图11是示出构成图7中示出的整流电路的单向性元件的另一结构的电路图。
图12是说明实施例4用的便携式电话机的鸟瞰图。
具体实施方式
以下一边参照附图一边说明与本发明有关的半导体集成电路和非接触电子装置。
【实施例1】
图4是示出本发明的半导体集成电路和非接触电子装置的第1实施例的基本结构的框图。
在图4中，U1是非接触电子装置，U2是在非接触电子装置U1上安装的半导体集成电路，L1是在非接触电子装置U1上安装的天线。天线L1与并列地连接的电容C2构成共振电路。半导体集成电路U2具有电源电路U3、内部电路U4和天线L1用的连接天线端子LA和LB。
在图5中示出非接触电子装置U1的结构。非接触电子装置U1利用树脂模塑的印刷基板U11形成卡的形态。利用由印刷基板U11的布线形成的涡旋状的线圈U12构成接收来自外部的问答机U14的电磁波的天线L1。在印刷基板U11上安装用1个IC芯片U13构成的半导体集成电路U2，将成为天线的线圈U12连接到IC芯片U13上。
接收来自问答机U14的电磁波的天线L1对天线端子LA和LB输出高频的交流信号。利用信息信号(数据)对部分交流信号进行了调制。
在典型的情况下，将本发明应用于在卡的表面上不具有与外部进行输入输出的端子的非接触电子装置、所谓的非接触型IC卡。当然，也可使用于具有非接触接口和输入输出用的端子的双重型IC卡。
此外，虽然不作特别限定，但可利用已知的半导体集成电路的制造技术在单晶硅等那样的1个半导体衬底上形成半导体集成电路U2。
在图6中示出在图1中示出的半导体集成电路上形成了天线线圈的结构。利用由半导体集成电路U15之上的布线层形成的涡旋状的线圈U16构成接收来自外部的问答机U14的电磁波的天线L1，将其连接到半导体集成电路U15上的天线端子LA和LB上。这样，所谓非接触电子装置，不限定于形成卡的形态的非接触型IC卡。
在图4中，电源电路U3基本上由整流电路U5和平滑电容构成。当然，也可设置调整器U6，该调整器U6进行控制，使电源电路U3输出的电压VDD不超过既定的电压电平。将电源电路U3输出的电压VDD作为内部电路U4的电源电压VDD来供给。内部电路U4由接收电路U7、发送电路U8、控制部U9和存储器U10构成。接收电路U7对重叠在由非接触电子装置中具备的天线L1接收的交流信号上的信息信号进行解调，作为数字的信息信号供给控制部U9。发送电路U8接受从控制部U9输出的数字信号的信息信号，利用该信息信号调制天线L1接收的交流信号。问答机U14接受来自天线L1的电磁波的反射随上述调制而变化的反射，接收来自控制部U9的信息信号。
存储器U10被利用于在与控制部U9之间被解调的信息数据或发送数据的记录等。
图7是在本实施例的半导体集成电路中安装的整流电路的基本结构图。
本实施例的整流电路的结构是这样的：在天线端子LB与整流电路的低电位侧输出端子VSS之间连接了将栅端子连接到天线端子LA上的MOS晶体管M3，上述MOS晶体管M3的体端子连接到在天线端子LA和LB之间被连接的体端子控制电路B1的输出端子上，上述体端子控制电路B1在天线端子LB与上述体端子控制电路B1的输出端子之间连接了将栅端子连接到天线端子LA上的MOS晶体管M5，在天线端子LA与上述体端子控制电路B1的输出端子之间连接了将栅端子连接到天线端子LB上的MOS晶体管M6，在天线端子LA与整流电路的低电位侧输出端子VSS之间连接了将栅端子连接到天线端子LB上的MOS晶体管M4，上述MOS晶体管M4的体端子连接到连接在天线端子LA和LB之间的体端子控制电路B2的输出端子上，上述体端子控制电路B2是与由MOS晶体管M7和M8构成的上述体端子控制电路B1同样的电路结构，在天线端子LA与整流电路的高电位侧输出端子VDD之间连接了由PN结二极管D3构成的单向性元件B3，在天线端子LB与整流电路的高电位侧输出端子VDD之间连接了由PN结二极管D4构成的单向性元件B4。
图8示出图7中示出的整流电路中的各端子的电压波形。在图8中，W5表示天线端子LA的电压波形，W6表示天线端子LB的电压波形，W7表示整流电路的高电位侧输出端子VDD的电压波形，W8表示整流电路的低电位侧输出端子VSS的电压波形，W9表示上述体端子控制电路的输出端子的电压波形，P1表示天线端子LA的电位比天线端子LB的电位高的期间，P2表示天线端子LA的电位比天线端子LB的电位低的期间。
图9是构成图7中示出的整流电路的MOS晶体管M3的纵结构图。由构成MOS晶体管M3的P型阱PW、期间P1中的形成MOS晶体管M3的源端子的N型扩散层和与构成MOS晶体管M3的P阱层邻接的N型阱NW构成寄生NPN晶体管Q2。在此，上述体端子控制电路B1的输出端子N1连接到上述P型阱PW上，整流电路的高电位侧输出端子VDD连接到上述N型阱NW上。
如图8的期间P1中所示，在流过连接在整流电路的输出端子间的电路的电流大的情况下，上述MOS晶体管M3的漏、源间电压VDS2变大。
另一方面，上述MOS晶体管M3的体端子的电位因上述体端子控制电路B1的缘故与天线端子LA和LB的低电位侧的电位相同。在此，上述MOS晶体管M3的体端子的电位与连接在整流电路的输出端子间的电路没有关系，被独立地控制。
此时，图9中示出的寄生NPN晶体管Q2的基极、发射极之间施加的电压与上述MOS晶体管M5的漏、源间电压VDS3相等。在此，因为在上述MOS晶体管M5的漏、源间不流过固定的电流，故漏、源间电压V3极小。因而，显示出在上述NPN晶体管Q2中不流过基极电流，不流过集电极电流I2。
即使在期间P2中的MOS晶体管M4中，也进行同样的工作。
根据以上所述，消除了图1中已说明的那样的整流电路的高电位侧输出端子与天线端子之间发生的漏泄电流，可缩小MOS晶体管M3和M4的晶体管尺寸。
由此，即使作为整流元件而使用在天线端子上连接了栅端子和源端子的MOS晶体管，也可减小晶体管尺寸，其结果，由于可减少附加在天线端子间的寄生电容，故可提高连接在天线端子间的天线端子L1的电感的设计自由度。
此外，由于构成上述体端子控制电路B1和B2的MOS晶体管不流过固定的电流，故可减小MOS晶体管的尺寸，对在天线端子间负载的寄生电容的影响减小了。
【实施例2】
图10是示出图7中示出的整流电路的另一结构的电路图。
本实施例的整流电路的结构是这样的：图7中示出的MOS晶体管M3和M4的体端子连接到体端子控制电路B5的输出端子上，上述体端子控制电路B5由MOS晶体管M9和MOS晶体管M10构成，其中，上述MOS晶体管M9中将栅端子连接到天线端子LA上，将源端子连接到天线端子LB上，上述MOS晶体管M10中将栅端子连接到天线端子LB上，将源端子连接到天线端子LA上。
即，本实施例的整流电路是在图7中示出的整流电路中将构成低电位侧整流元件的MOS晶体管M3和M4的体端子控制电路B1和B2合为1个电路、集约为体端子控制电路B3。
通过这样做，可得到与图7同样的效果，同时可将体端子控制电路的数目减少一半，可实现芯片面积的缩小。
【实施例3】
图11是示出构成图7中示出的整流电路的单向性元件的另一结构的电路图。
本实施例的整流电路中利用连接了栅端子与源端子的MOS晶体管M11和M12构成了图7中示出的单向性元件B3、B4。
这样，通过使用MOS晶体管，应用安装逻辑电路的半导体集成电路的标准的CMOS工艺变得容易，同时也可附加专利文献3中所述的串联调整器的功能。
【实施例4】
在图12中示出内置了实施例1～实施例3的非接触电子装置的某一个的本发明的便携式信息终端的第4实施例。
在图12中配置了下述部分：U17是作为便携式信息终端的便携式电话机，U18是便携式电话机U17的折叠型的框体，U19是在框体U18的主体的内侧表面上设置的输入数据的输入装置，U20是在框体U18的内部在输入装置U19的背面一侧配置的非接触电子装置。虽然在图12中未示出，但在框体U18的盖的内侧表面上配置了显示装置。此外。在框体U18的盖的内部配置了利用声音或数据进行通信用的接收发送电路和数据处理电路。在上述显示装置上显示对数据处理电路进行输入输出的数据等。
非接触电子装置U20具有输出数据的端子和输入电源电压的端子，经这些端子连接到数据处理电路上。也可利用输入装置U19的操作使上述显示装置显示非接触电子装置U20的内部电路的数据。
此外，在问答机U14的附近放置了非接触电子装置U20时，与便携式电话机U17的电源接通无关地与问答机U14之间进行数据的接收发送。此外，也可以能与便携式电话机U17进行装卸的形态来内置非接触电子装置U20。
根据本实施例，即使不经问答机也可知道非接触电子装置U20具有的数据，可提高非接触电子装置U20的便利性。
此外，在本实施例中，在便携式电话机U17中内置了非接触电子装置U20，但也可内置于小笔记本类型的个人计算机或笔记本型个人计算机等其它所有便携式信息终端中。
以上，根据实施例具体地说明了由本发明者进行的发明，但本发明当然不限定于上述的实施例，在不脱离其要旨的范围内可作各种变更。例如，在图7中，使用NMOS晶体管构成了整流元件和体端子控制电路，但也可使用PMOS晶体管来构成。
在图1的非接触电子装置中，也可用多个半导体集成电路构成电源电路、接收部、发送部、控制部、存储器。本发明可广泛地利用于具有测定温度的功能的半导体集成电路和非接触电子装置。