用于识别的IC芯片及其数据读写方法.pdf

本发明公开了一种用于识别的IC芯片，包括电源部分，用于通过使用外部来的载波产生内部电压；时钟产生部分，根据载波上所承载的时钟脉冲产生内部时钟；存储部分；以及输出部分，根据内部时钟串行地读取存储器部分中的数据，以及负载调制该载波。根据本发明，取消了对载波信号的频率限制。

1.  一种用于识别的IC芯片，包括：
电源部分，用于通过使用外部来的载波产生内部电压；
时钟产生部分，根据载波上所承载的时钟脉冲产生内部时钟；
存储部分；以及
输出部分，根据内部时钟串行地读取存储器部分中的数据，以及负载调制该载波。

2.  根据权利要求1所述的用于识别的IC芯片，还包括一个写部分，根据内部时钟串行地读取从外部来的由光信号承载的数据，并将其存储在存储部分。

3.  根据权利要求2所述的用于识别的IC芯片，其中写部分探测数据溢出并相应地阻塞数据写入存储部分。

4.  根据权利要求3所述的用于识别的IC芯片，其中时钟产生部分识别出由载波承载的时钟脉冲。

5.  根据权利要求1-4中任一项所述的用于识别的IC芯片，还包括凸点，用于连接外部天线，该凸点与片上天线一起连接到输出部分。

6.  一种用于在用于识别的IC芯片中读取数据的方法，包括如下步骤：
根据从外部来的由载波承载的时钟脉冲产生内部时钟；以及
根据内部时钟串行地读取存储部分中的数据，并负载调制该载波。

7.  一种用于在用于识别的IC芯片中写入数据的方法，包括如下步骤：
根据从外部来的由载波承载的时钟脉冲产生内部时钟；
串行地存储从外部来的光信号承载的数据；以及
将存储的的数据写入到存储部分，并且阻塞数据写入存储部分。

用于识别的IC芯片及其数据读写方法
技术领域
本发明涉及一种用于无线识别的IC芯片，该IC芯片用来识别各种各样的物体、人等，本发明还涉及对该IC芯片进行数据读写的方法。
本申请基于日本专利申请2003-319280，这里通过引用将其内容并入本发明。
背景技术
目前已经开发出了许多种IC卡和IC标签，它们被广泛地用来识别各种各样的物体、人等。IC卡和IC标签可以是接触式或者非接触式的，但是由于方便使用，含有无线识别IC芯片的非接触式类型的应用更加广泛。除了在IC卡和IC标签中使用无线IC芯片，它还可以直接被嵌入到不同类型的物体当中，包括纸钞以及类似的物体，用来识别它们。
传统的用于识别的无线IC芯片通过外部的载波(例如参见未审查的日本专利文献No.10-145443)提供电源能量。这意味着，当片上天线接收到外部读写器的载波时，IC芯片整流这些载波，产生内部电源，从而可以读出加载在载波上的数据，可以通过无线发送需要的数据。
根据现有技术，从外部来的载波不仅用于为IC芯片产生内部电源，而且还作为承载数据的载波。这存在一个问题，为了能准确地解调出所加载的数据，载波频率必须保持不变，这会限制应用的范围。即，因为安装在IC芯片上的片上天线的特性会受到组成IC芯片的组件的特性的影响，固定载波频率就必须使片上天线的特性适应于每一个组件。
发明内容
因此，本发明的目的是通过使用只承载时钟脉冲的载波来解决现有技术中的这些问题，提供一种基本上没有载波频率限制的，具有广泛的应用范围的，用于识别的IC芯片，以及对该IC芯片进行数据读写的方法。
为了实现上述目的，本发明的第一个方面包括电源部分，该部分使用从外部来的载波产生内部电压；时钟产生部分，该部分根据载波上承载的时钟脉冲生成内部时钟；存储部分；输出部分，该部分根据内部时钟串行地读取存储部分中的数据，并负载调制该载波。
还可以提供写部分，该部分根据内部时钟串行地读取从外部来的由光信号上承载的数据，并把读取的数据存储到存储部分中；写部分探测数据溢出，并相应地阻塞数据写入存储部分。
时钟产生部分可以识别由载波承载的时钟脉冲，以及用于连接外部天线的凸点可以与连接到输出部分的片上天线相连接。
本发明的第二个方面包括如下步骤：根据外部来的由载波承载的时钟脉冲产生内部时钟；根据内部时钟串行地读取存储部分中的数据；以及负载调制载波。
本发明的第三个方面包括如下步骤：根据外部来的由载波承载的时钟脉冲产生内部时钟；串行地存储从外部来的承载在光信号中的数据，并将存储的数据写入存储部分，而且，阻塞数据写入存储部分。
根据第一方面的结构，电源部分通过使用从外部来载波产生内部电压，时钟产生部分根据载波上承载的时钟脉冲产生内部时钟。输出部分根据时钟产生部分产生的内部时钟串行地读取存储在存储部分中的数据，并且负载调制载波。相应地，发出载波的外部读取器可以通过载波从存储部分读取数据。此时，用于识别的IC芯片和读取器都不依赖于载波频率。换句话讲，载波仅仅是用于承载时钟脉冲、为内部电压提供能量的无线电波，基本上对其频率没有限制。
写部分串行地读取从外部来的光信号上承载的数据，并将其存储在存储部分，因此可以将需要的数据写入和存储在存储部分。此时，光信号数据与载波上承载的时钟脉冲是同步的。这是因为时钟脉冲是内部时钟的基础，它定义了读取光信号数据的参考时间。
写部分探测光信号上承载的数据的溢出，并相应地阻塞数据写入存储部分，从而禁止任何后续另外的数据写入，以防止存储部分中的数据发生任何变化。可以通过使用硬件阻塞和关闭门电路使存储部分是不可写的，该门电路位于移位寄存器地前面，从光信号中读取数据。另外，存储部分可以使用非易失性的熔丝存储器，可以通过硬件阻塞该熔丝存储器，使它是不可写的。可以混合使用上述两种方法。当使用硬件来阻塞门电路时，可以使用例如可重写的闪速存储器来作为存储部分的非易失性存储器。
通过识别在载波上承载的时钟脉冲，时钟产生部分能够提高噪声抵抗能力。这是因为噪声波形不会错误地被认为是载波。例如，可以通过仅将时钟脉冲的频率分量滤出的窄带滤波器识别出时钟脉冲。
当片上天线与用于连接外部天线的凸点有连接时，片上天线的特性可以很容易地通过外部天线得到改善，增加了用于识别的IC芯片的可通讯距离，因此很大程度上拓宽了其应用的范围。
第二个方面实现了时钟产生部分、存储部分以及第一方面的输出部分的操作，第三方面实现了时钟产生部分、存储部分以及第一方面的写部分的操作。
图1是框图，示出了一个整体结构。
图2是一个详细的框图。
图3A和3B是示意图，示出了一个整体结构。
图4是操作框图。
下面参考附图解释本发明的优选实施方式。
用于识别的IC芯片10使用无线系统，它包括电源部分11，时钟产生部分12，写部分13，存储部分14和输出部分15(图1)。
电源部分11和时钟产生部分12的输入端，输出部分15的输出端一起与片上天线A相连接。片上天线A连接到用于与外部天线Ao相连接的凸点B。到达片上天线A和外部天线Ao的载波S1由没有示出的外部读取器发出。
电源部分11的输出提供内部电压V给IC芯片10的内部部分。时钟产生部分12的输出分别给写部分13和输出部分15提供内部时钟Sc，写部分13的输出通过存储部分14连接到输出部分15。到达写部分13的光信号S2由没有示出的外部写入器发出。
用于谐振的电容C与片上天线A并联(图2)，片上天线A的一端接地。顺便说一下，外部天线Ao可以通过凸点B附加到片上天线A上，并且也并联一个用于谐振的电容Co。然而，片上天线A和外部天线Ao的非接地端分别连接到电源部分11、时钟产生部分12和输出部分15。
在电源部分11，片上天线A和外部天线Ao的非接地端通过整流二极管D1连接在一起。平滑电容C1与二极管D1和D1的输出端相连，输出内部电压V。
在时钟产生部分12，片上天线A和外部天线Ao的非接地端通过检测二极管D2和D2连接在一起，并且连接到时钟产生器12a。时钟产生器12a的输入端通过电阻R2接地，时钟产生器12a的输出端输出内部时钟信号Sc到写部分13的移位寄存器、溢出探测器13e和输出部分15的寄存器15a。
写部分13由依次串联的光接收单元13a、放大器13b、门(gate)电路13c、移位寄存器13d和溢出探测器13e组成，该光接收单元13a从外部写入器接收光信号S2。溢出探测器13e的输出分别连接到存储部分14的存储器14a和门电路13c。光接收单元13a包括，例如，光电二极管。
移位寄存器13d的另一个输出连接到存储部分14的存储器14a，以及存储器14a的输出连接到输出部分15的寄存器15a。寄存器15a的输出连接到开关元件T，例如，FET的门输入；开关元件T的阴极接地，阳极通过电阻R5和R5分别与片上天线A和外部天线Ao的一端相连。
例如，IC芯片10可以在0.5平方毫米的硅片上加工形成(图3)。图3B是沿着图3A中的箭头线X-X的截面图。
IC芯片10是通过在硅基21上形成所需要的集成电路22，在硅基21的上表面形成绝缘层23，例如，聚酰胺，以及在绝缘层23上形成片上天线A和凸点B而制成。这里所描述的片上天线A是三圈环形天线，适合于在2.45GHz的频率下工作，该频率是载波S1的典型频率，以及具有在在绝缘层23上形成的金属镀层。此外，为了有效的将光信号S2传递到集成电路22中的光接收单元13a，在绝缘层23的一部分有凸的光学镜片形状的透光部分。
IC芯片10的工作过程如下。
当没有数据写入到存储部分14的存储器14a时，由外部的读取器发送承载有时钟脉冲的载波信号S1给片上天线A和/或外部天线Ao(图4的最上面)，能够使电源部分11通过二极管D1和D2对载波信号S1进行整流，从而产生内部电压V(图4)。载波信号S1的频率可以大约从10MHz到70GHz，例如，时钟频率为fc＝1/Tc＝100KHz(这里Tc是时钟脉冲的周期)的时钟脉冲可以通过100％ASK调制被加载到载波。除了ASK调制，时钟脉冲还可以通过FSK调制、PSK调制或者类似的调制被加载到载波。时钟产生部分12的时钟产生器12a通过二极管D2和D2可以探测到载波信号S1，并根据载波信号S1承载的时钟脉冲产生内部时钟信号Sc。
接着，承载有数据D的光信号S2由外部的写入器发送到光接收单元13a。光信号S2最好是红外线光束，并承载有频率约为500KHz或者更高的信号，承载在光信号S2上的数据D与载波信号S1中的时钟脉冲是同步的。数据D被存储在移位寄存器13d中，是通过门电路13c，按照内部时钟信号Sc，串行地被读进移位寄存器13d的。这是因为移位寄存器13d是根据内部时钟信号Sc来操作的。
存储预定数量的数据D时，移位寄存器13d产生溢出信号Sf。相应地，溢出探测器13e发送写信号Sw给存储部分14的存储器14a，将移位寄存器13d中的数据D写和存储到存储器14a中，以及，另外，发送门信号Sg给门电路13c，关闭门电路13c，使得在关闭门电路13c后阻塞数据D的通道。也就是说，存储部分14的存储器14a被阻塞，以防止通过门电路13c向其写入数据。顺便提一下，存储器14a是非易失性存储器，即使从外部来的载波信号S1消失，从而导致丢失内部电压的情况下，它仍可以保存其内部的数据D。
当从外部来的载波信号S1再次到达片上天线A和外部天线Ao时，输出部分15的寄存器15a根据内部时钟信号Sc串行地读取存储在存储器14a中的数据D，并根据数据D打开或关闭开关元件T。开关元件T通过电阻R5和R5使片上天线A和外部天线Ao的负载阻抗发生变化，从而按照数据D负载调制载波信号S1(图4中的最下部分)。这样，发送载波信号S1的读取器就可以读取在存储器14a中数据D。
在前述解释中，只在需要的情况下使用外部的天线Ao。当仅使用片上天线A时，载波信号S1的频率应当限制在片上天线A的谐振频率附近；这时，读取器应当配置成扫描载波信号的频率，在最优的频率上读写数据D。
时钟产生部分12的时钟产生器12a可以包括时钟脉冲识别功能。当加载在载波信号S1中的时钟脉冲在一个特定的频率fc时才产生内部时钟信号Sc，这样可以增强噪声抵抗能力。当采用ASK调制把时钟脉冲加载到载波信号S1上时，可以在10％到100％范围内任意设置载波信号S1的调制度，但在能得到所需要的噪声抵抗能力的基础上，尽量在此范围内减小调制度。这是为了减小电源部分11的平滑电容C1的电容值。
门电路13c应当，例如，包含熔丝，它可以被门信号Sg所熔断，在熔丝被熔断后，门电路13c由硬件关闭，以使不能够再被打开。因为这时存储器14a通过门电路13a被安全地阻塞，就可以包括可重写的闪速存储器。然而，存储器14a最好应当使用非重写式闪速存储器、熔丝存储器或者类似的存储器，以保证已存储的数据D不被修改。