KR101218280B1 - RFID device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 RFID 장치에 관한 것으로서, 무선 신호를 이용하여 RFID 리더와 통신을 수행하는 RFID 태그 칩(Radio Frequency IDentification Tag Chip)에 관한 기술이다. 이러한 본 발명의 실시예는, 데이터의 리드 또는 라이트가 이루어지는 메모리부, RFID에 인가되는 전원전압의 레벨을 검출하고, 클록에 대응하여 전원전압을 펌핑하여 전원전압보다 높은 제 1펌핑전압을 출력하는 펌핑전압 발생부, 및 메모리부의 동작시 제 1펌핑전압을 펌핑하여 메모리부에 제 1펌핑전압 보다 높은 제 2펌핑전압을 공급하는 스텝-펄스 펌핑부를 포함한다. An embodiment of the present invention relates to an RFID device, and a technology related to an RFID tag chip (Radio Frequency IDentification Tag Chip) that communicates with an RFID reader using a radio signal. This embodiment of the present invention, the memory unit to read or write data, the level of the power supply voltage applied to the RFID is detected, and pumping the power supply voltage corresponding to the clock to output a first pumping voltage higher than the power supply voltage The pumping voltage generating unit and a step-pulse pumping unit for supplying a second pumping voltage higher than the first pumping voltage to the memory unit by pumping the first pumping voltage during operation of the memory unit.
Description
본 발명의 실시예는 RFID 장치에 관한 것으로서, 무선 신호를 이용하여 RFID 리더와 통신을 수행하는 RFID 태그 칩(Radio Frequency IDentification Tag Chip)에 관한 기술이다. An embodiment of the present invention relates to an RFID device, and a technology related to an RFID tag chip (Radio Frequency IDentification Tag Chip) that communicates with an RFID reader using a radio signal.
RFID(Radio Frequency IDentification Tag Chip)란 무선 신호를 이용하여 사물을 자동으로 식별하기 위해 식별 대상이 되는 사물에는 RFID 태그를 부착하고 무선 신호를 이용한 송수신을 통해 RFID 리더와 통신을 수행하는 비접촉식 자동 식별 방식을 제공하는 기술이다. 이러한 RFID가 사용되면서 종래의 자동 식별 기술인 바코드 및 광학 문자 인식 기술의 단점을 보완할 수 있게 되었다. RFID (Radio Frequency IDentification Tag Chip) is a contactless automatic identification method that communicates with an RFID reader by attaching an RFID tag to an object to be identified and automatically transmitting and receiving it by using a wireless signal. To provide technology. As RFID is used, it is possible to compensate for the disadvantages of the conventional automatic identification technology, barcode and optical character recognition technology.
최근에 들어, RFID 태그는 물류 관리 시스템, 사용자 인증 시스템, 전자 화폐 시스템, 교통 시스템 등의 여러 가지 경우에 이용되고 있다.Recently, RFID tags have been used in various cases, such as logistics management systems, user authentication systems, electronic money systems, transportation systems.
예를 들어, 물류 관리 시스템에서는 배달 전표 또는 태그(Tag) 대신에 데이터가 기록된 IC(Integrated Circuit) 태그를 이용하여 화물의 분류 또는 재고 관리 등이 행해지고 있다. 또한, 사용자 인증 시스템에서는 개인 정보 등을 기록한 IC 카드를 이용하여 입실 관리 등을 행하고 있다.For example, in the logistics management system, cargo classification or inventory management is performed using an integrated circuit (IC) tag in which data is recorded instead of a delivery slip or a tag. In the user authentication system, admission management and the like are performed using an IC card that records personal information and the like.
한편, RFID 태그에 사용되는 메모리로 불휘발성 강유전체 메모리가 사용될 수 있다.Meanwhile, a nonvolatile ferroelectric memory may be used as a memory used for an RFID tag.
일반적으로 불휘발성 강유전체 메모리 즉, FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)은 디램(DRAM;Dynamic Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이터가 보존되는 특성 때문에 차세대 기억 소자로 주목받고 있다. In general, nonvolatile ferroelectric memory, or ferroelectric random access memory (FeRAM), has a data processing speed of about dynamic random access memory (DRAM) and is attracting attention as a next-generation memory device because of its characteristic that data is preserved even when the power is turned off. have.
이러한 FeRAM은 디램과 거의 유사한 구조를 갖는 소자로서, 기억 소자로 강유전체 커패시터를 사용한다. 강유전체는 높은 잔류 분극 특성을 가지는데, 그 결과 전계를 제거하더라도 데이터가 지워지지 않는다. The FeRAM is a device having a structure almost similar to that of a DRAM, and uses a ferroelectric capacitor as a memory device. Ferroelectrics have a high residual polarization characteristic, and as a result, the data is not erased even when the electric field is removed.
도 1은 일반적인 RFID 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a general RFID device.
종래 기술에 따른 RFID 장치는 크게 안테나부(1), 아날로그부(10), 디지털부(20) 및 메모리부(30)를 포함한다.The RFID device according to the related art includes an
여기서, 안테나부(1)는 외부의 RFID 리더로부터 송신된 무선 신호를 수신하는 역할을 한다. 안테나부(1)를 통해 수신된 무선 신호는 안테나 패드(11,12)를 통해 아날로그부(10)로 입력된다. Here, the
아날로그부(10)는 입력된 무선 신호를 증폭하여, RFID 태그의 구동전압인 전원전압 VDD을 생성한다. 그리고, 입력된 무선 신호에서 동작 명령 신호를 검출하여 명령 신호 CMD를 디지털부(20)에 출력한다. 그 외에, 아날로그부(10)는 출력 전압 VDD을 감지하여 리셋 동작을 제어하기 위한 파워 온 리셋신호 POR와 클록 CLK을 디지털부(20)로 출력한다.The
디지털부(20)는 아날로그부(10)로부터 전원전압 VDD, 파워 온 리셋신호 POR, 클록 CLK 및 명령 신호 CMD를 입력받아, 아날로그부(10)에 응답신호 RP를 출력한다. 또한, 디지털부(20)는 어드레스 ADD, 입/출력 데이터 I/O, 제어 신호 CTR 및 클록 CLK을 메모리부(30)에 출력한다.The
또한, 메모리부(30)는 메모리 소자를 이용하여 데이터를 리드/라이트하고, 데이터를 저장한다.In addition, the
여기서, RFID 장치는 여러 대역의 주파수를 사용하는데, 주파수 대역에 따라 그 특성이 달라진다. 일반적으로 RFID 장치는 주파수 대역이 낮을수록 인식 속도가 느리고 짧은 거리에서 동작하며, 환경의 영향을 적게 받는다. 반대로, 주파수 대역이 높을수록 인식 속도가 빠르고 긴 거리에서 동작하며, 환경의 영향을 많이 받는다.Here, the RFID device uses a frequency of several bands, the characteristics of which vary depending on the frequency band. In general, the lower the frequency band, the slower the recognition speed, the RFID device operates in a short distance, and is less affected by the environment. On the contrary, the higher the frequency band, the faster the recognition speed and the longer the distance is affected by the environment.
이러한 RFID 칩 수동 소자는 안테나에 전달된 전원을 이용하여 동작하게 된다. 그런데, 장거리 동작을 위한 RFID 칩의 경우 안테나에 전달되는 전원이 아주 미약하게 된다. 따라서, RFID 칩의 각 블록 회로들은 전력이 최소한으로 소모되도록 설계되어야 하고, 낮은 전원을 상승시켜 사용해야 한다. Such an RFID chip passive element operates by using a power delivered to an antenna. However, in the case of the RFID chip for long-distance operation, the power delivered to the antenna is very weak. Therefore, each block circuit of the RFID chip should be designed to consume the least power, and the low power supply should be used up.
그런데, 종래의 RFID 장치는 메모리 블록에서 메모리 셀이 리드/라이트 동작을 수행하지 않는 경우에도 계속해서 메모리 블록에 일정전압을 공급하게 된다. 즉, 메모리 셀은 셀에 데이터를 리드/라이트 동작하는 경우에만 펌핑 전압의 공급이 필요하게 된다. However, the conventional RFID device continues to supply a constant voltage to the memory block even when the memory cell does not perform a read / write operation in the memory block. That is, the memory cell needs to supply the pumping voltage only when reading / writing data to the cell.
하지만, 종래의 RFID 장치는 아날로그부(10)의 내부에 구비된 전압 멀티플라이어(110)로부터 전원전압이 생성되어 메모리 셀의 활성화 여부와 무관하게 메모리 블록에 계속적인 펌핑 전압을 공급한다. 즉, 메모리부(30)가 안정된 전원전압 레벨로 승압 될 때까지 연속적인 승압 동작이 이루어진다. 이 때문에 전압 멀티플라이어의 오실레이션 동작에 따라 불필요한 전류 소모가 증가하게 된다. However, in the conventional RFID device, a power supply voltage is generated from the
본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 갖는다. Embodiments of the present invention have the following features.
첫째, RFID 장치의 메모리 블록에서 메모리 셀의 리드/라이트 동작 시 또는 메모리 셀의 구동에 필요한 회로에만 펌핑 전압(VPP2)을 공급하여 불필요한 펌핑 전압의 공급에 따른 전류 소모를 줄일 수 있도록 하는데 그 특징이 있다. First, in the memory block of the RFID device, the pumping voltage VPP2 may be supplied only to a circuit required for the read / write operation of the memory cell or to drive the memory cell, thereby reducing current consumption due to the unnecessary pumping voltage. have.
둘째, 아날로그 처리부와 디지털 처리부에 낮은 전원전압을 공급하고, 클록을 이용하여 단계적으로 높은 펌핑전압을 공급하여 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는데 그 특징이 있다. Second, the low power supply voltage is supplied to the analog processing unit and the digital processing unit, and the high pumping voltage is gradually supplied by using a clock to minimize power consumption.
본 발명의 실시예에 따른 RFID 장치는, 데이터의 리드 또는 라이트가 이루어지는 메모리부; RFID에 인가되는 전원전압의 레벨을 검출하고, 클록에 대응하여 전원전압을 펌핑하여 전원전압보다 높은 제 1펌핑전압을 출력하는 펌핑전압 발생부; 및 메모리부의 동작시 제 1펌핑전압을 펌핑하여 메모리부에 제 1펌핑전압 보다 높은 제 2펌핑전압을 공급하는 스텝-펄스 펌핑부를 포함하고, 스텝-펄스 펌핑부는 메모리부의 내부에 포함되는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, an RFID device includes a memory unit configured to read or write data; A pumping voltage generation unit configured to detect a level of a power supply voltage applied to the RFID and output a first pumping voltage higher than the power supply voltage by pumping the power supply voltage in response to a clock; And a step-pulse pumping unit configured to supply a second pumping voltage higher than the first pumping voltage to the memory unit by pumping the first pumping voltage during operation of the memory unit, wherein the step-pulse pumping unit is included in the memory unit. do.
본 발명의 실시예는 다음과 같은 효과를 갖는다. An embodiment of the present invention has the following effects.
첫째, RFID 장치의 메모리 블록에서 메모리 셀의 리드/라이트 동작 시 또는 메모리 셀의 구동에 필요한 회로에만 펌핑 전압(VPP2)을 공급하여 불필요한 펌핑 전압의 공급에 따른 전류 소모를 줄일 수 있도록 한다. First, the pumping voltage VPP2 is supplied only to a circuit required for the read / write operation of the memory cell or to drive the memory cell in the memory block of the RFID device, thereby reducing current consumption due to the unnecessary pumping voltage supply.
둘째, 아날로그 처리부와 디지털 처리부에 낮은 전원전압을 공급하고, 클록을 이용하여 단계적으로 높은 펌핑전압을 공급하여 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는 효과를 제공한다. Second, it provides a low power supply voltage to the analog processing unit and the digital processing unit, and supplies a high pumping voltage step by step using a clock to minimize the power consumption.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions, and substitutions are possible, and that various modifications, additions and substitutions are possible, within the spirit and scope of the appended claims. As shown in Fig.
도 1은 종래의 RFID 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전압 레벨을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 2의 펌핑전압 발생부에 관한 회로도.
도 5는 도 4의 펌핑전압 감지부에 관한 상세 회로도.
도 6은 도 5의 펌핑전압 감지부에 관한 동작 파형도.
도 7은 도 4의 펌핑전압 발생부에 관한 동작 타이밍도.
도 8은 도 2의 스텝-펄스 펌핑부에 관한 상세 회로도.
도 9는 도 8의 스텝-펄스 펌핑부에 관한 동작 타이밍도. 1 is a block diagram of a conventional RFID device.
2 is a block diagram of an RFID device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a voltage level according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of a pumping voltage generator of FIG. 2.
5 is a detailed circuit diagram illustrating a pumping voltage detector of FIG. 4.
6 is an operation waveform diagram illustrating a pumping voltage detector of FIG. 5.
7 is an operation timing diagram relating to the pumping voltage generator of FIG. 4.
FIG. 8 is a detailed circuit diagram of the step-pulse pumping part of FIG. 2. FIG.
9 is an operation timing diagram relating to the step-pulse pumping unit of FIG. 8;
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID(Radio Frequency Identification) 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a radio frequency identification (RFID) device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예는 아날로그 처리부(100)와, 디지털 처리부(200) 및 메모리부(300)를 포함한다. An embodiment of the present invention includes an
여기서, 아날로그 처리부(100)는 전압 멀티플라이어(Voltage Multiplier;110), 변조부(Modulator;120), 복조부(Demodulator;130), 파워 온 리셋부(Power On Reset;140), 클록 발생부(150) 및 펌핑전압 발생부(160)를 포함한다. The
그리고, 아날로그 처리부(100)와 연결된 안테나 ANT는 외부의 리더(Reader) 또는 라이터기와 RFID 간에 데이터를 송수신하기 위한 구성이다. 전압 멀티플라이어(110)는 안테나 ANT로부터 인가되는 무선 신호 RF에 의해 RFID의 구동전압인 전원전압 VDD을 생성한다. The antenna ANT connected to the
또한, 변조부(120)는 디지털 처리부(200)으로부터 인가되는 응답 신호 RP를 변조하여 안테나 ANT에 전송한다. 복조부(130)는 전압 멀티플라이어(110)의 출력전압에 따라 안테나 ANT로부터 인가되는 무선 신호 RF에서 동작 명령 신호를 검출하여 명령신호 CMD를 디지털 처리부(200)에 출력한다. In addition, the
파워 온 리셋부(140)는 전압 멀티플라이어(110)의 출력 전압 VDD을 감지하여 리셋 동작을 제어하기 위한 파워 온 리셋신호 POR를 디지털 처리부(200)에 출력한다. The power on
클록 발생부(150)는 전압 멀티플라이어(110)의 출력 전압 VDD에 따라 디지털 처리부(200)의 동작을 제어하기 위한 클록 CLK를 디지털 처리부(200)에 공급한다. 그리고, 클록 발생부(150)는 생성된 클록 CLK을 펌핑전압 발생부(160)에 출력한다. The
펌핑전압 발생부(160)는 클록 발생부(150)로부터 인가되는 클록 CLK에 따라 제어되어, 전압 멀티플라이터(110)로부터 인가되는 전원전압 VDD의 레벨을 검출하고 이를 펌핑하여 펌핑전압 VPP1을 스텝-펄스 펌핑부(310)에 출력한다. The pumping
또한, 디지털 처리부(200)는 아날로그 처리부(100)로부터 전원전압 VDD, 파워 온 리셋신호 POR, 클록 CLK 및 명령신호 CMD를 인가받아 명령신호 CMD를 해석하고, 제어신호 및 처리 신호들을 생성하여 아날로그 처리부(100)에 해당하는 응답신호 RP를 출력한다. 그리고, 디지털 처리부(200)는 어드레스 ADD, 입/출력 데이터 I/O, 및 제어신호 CTR를 메모리부(400)에 출력한다. In addition, the
메모리부(300)는 복수 개의 메모리 셀을 포함하고, 각각의 메모리 셀은 데이터를 저장 소자에 라이트하고, 저장 소자에 저장된 데이터를 리드 하는 역할을 한다.The
여기서, 메모리부(300)는 비휘발성 강유전체 메모리(FeRAM)가 사용될 수 있다. FeRAM은 디램 정도의 데이터 처리 속도를 갖는다. 또한, FeRAM은 디램과 거의 유사한 구조를 가지고, 커패시터의 재료로 강유전체를 사용하여 강유전체의 특성인 높은 잔류 분극을 가진다. 이와 같은 잔류 분극 특성으로 인하여 전계를 제거하더라도 데이터가 지워지지 않는다.The
메모리부(300)에 구비된 스텝-펄스 펌핑부(310)는 펌핑 인에이블 신호 VPP2_EN에 따라 펌핑전압 발생부(160)로부터 인가되는 펌핑전압 VPP1을 2차 펌핑하여 펌핑전압 VPP2를 출력한다. 여기서, 스텝-펄스 펌핑부(310)는 메모리 셀의 리드 또는 라이트 동작시 워드라인이 활성화될 경우에만 메모리 셀의 전압 레벨을 부스팅한다. The step-
여기서, 펌핑 인에이블 신호 VPP2_EN는 디지털 처리부(200)로부터 인가되는 제어신호 CTR, 즉, 칩 인에이블 신호(CE)와, 출력 인에이블 신호(OE) 및 라이트 인에이블 신호(WE)에 따라 메모리부(300) 내부에 구비된 주변회로부(미도시)에 의해 생성된 신호이다. The pumping enable signal VPP2_EN is a memory unit according to the control signal CTR applied from the
이러한 펌핑 인에이블 신호 VPP2_EN에 따라 스텝-펄스 펌핑부(310)를 구동하여 리드/라이트 동작을 수행하는 한 사이클에 한번 메모리 셀에 펌핑전압 VPP2을 공급할 수 있도록 한다. 즉, 메모리 셀의 리드/라이트 동작시 펌핑 인에이블 신호 VPP2_EN가 활성화되어 펌핑전압 VPP1에 따라 메모리 셀을 구동하기 위한 워드라인 드라이버 및 플레이트 라인 드라이버를 활성화시키도록 한다. According to the pumping enable signal VPP2_EN, the step-
도 3은 도 2에서의 전압 레벨을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a diagram for describing the voltage level in FIG. 2.
도 3을 참조하면, 전원전압 VDD는 접지전압 VSS 보다 높은 레벨을 갖는다. 그리고, 펌핑전압 발생부(160)에서 생성된 펌핑전압 VPP1은 전원전압 VDD 보다 높은 레벨을 갖는다. 여기서, 펌핑전압 VPP1은 전원전압 VDD를 이용하여 생성된 1차 승압 전압이다. 또한, 스텝-펄스 펌핑부(310)에서 생성된 펌핑전압 VPP2는 펌핑전압 VPP1 보다 높은 레벨을 갖는다. 여기서, 펌핑전압 VPP2는 펌핑전압 VPP1을 이용하여 생성된 2차 승압 전압이다. Referring to FIG. 3, the power supply voltage VDD has a level higher than the ground voltage VSS. The pumping voltage VPP1 generated by the pumping
도 4는 도 2의 펌핑전압 발생부(160)에 관한 상세 회로도이다. 4 is a detailed circuit diagram illustrating the
펌핑전압 발생부(160)는 구동부(161), 강유전체 용량부(162), 충전부(163), 정류부(164), 펌핑전압 검출부(165) 및 펌핑전압 출력부(166)를 포함한다. The pumping
여기서, 구동부(161)는 입력 구동부인 앤드게이트 AND1, 인버터 IV1,IV2와, 구동소자인 PMOS트랜지스터 P1 및 NMOS트랜지스터 N1를 포함한다. Here, the
앤드게이트 AND1는 클록 CLK과 검출전압 VPP1REG을 앤드연산한다. 인버터 IV1,IV2는 앤드게이트 AND1의 출력을 비반전 지연하여 강유전체 용량부(162)에 출력한다. PMOS트랜지스터 P1와 NMOS트랜지스터 N1는 전원전압단과 접지전압단 사이에 직렬 연결되어 게이트 단자를 통해 인버터 IV1의 출력이 인가된다. 또한, PMOS트랜지스터 P1의 벌크에 노드 (A)의 출력이 인가된다. The AND gate AND1 performs an AND operation on the clock CLK and the detection voltage VPP1REG. The inverters IV1 and IV2 non-invert the delay of the output of the AND gate AND1 to the
그리고, 강유전체 용량부(162)는 노드 (A)와 인버터 IV2의 출력단 사이에 병렬 연결된 복수의 강유전체 커패시터 FC1~FC3를 구비한다. The
충전부(163)는 PMOS트랜지스터 P2를 구비한다. 여기서, PMOS트랜지스터 P2는 전원전압단과 노드 (A) 사이에 연결되어 게이트 단자가 노드 (B)에 연결되고 벌크에 노드 (A)의 출력이 인가된다. The charging
정류부(164)는 노드 (A)와 펌핑전압 VPP1의 출력단 사이에 순 방향으로 연결된 PN 타입의 다이오드 D를 포함한다. 정류부(164)는 노드 (A)의 전압을 정류하여 펌핑전압 VPP1을 출력한다.The
펌핑전압 검출부(165)는 펌핑전압 VPP1의 전압 레벨을 검출하여 검출전압 VPP1REG을 앤드게이트 AND1에 출력한다. The
펌핑전압 출력부(166)는 펌핑전압 VPP1의 출력단과 접지전압단 사이에 병렬 연결된 복수의 강유전체 커패시터 FC4,FC5를 포함한다. The pumping
도 5는 도 4의 펌핑전압 검출부(165)에 관한 상세 회로도이다. FIG. 5 is a detailed circuit diagram illustrating the
펌핑전압 검출부(165)는 전압 감지부(170)와, 펌핑전압 제어부(180)를 포함한다. 여기서, 전압 감지부(170)는 기준전압 생성부(171), 전압 센싱부(172) 및 증폭부(173)를 포함한다. 그리고, 펌핑전압 제어부(180)는 버퍼부(181) 및 구동부(182)를 포함한다. The
기준전압 생성부(171)는 풀업 저항 R1과 NMOS트랜지스터 N2를 포함하여 기준전압 ref을 출력한다. 저항 R1은 펌핑전압 VPP1 인가단과 기준전압 ref의 출력단 사이에 연결된다. NMOS트랜지스터 N2는 기준전압 ref의 출력단과 접지전압단 사이에 연결되고, 게이트 단자와 드레인 단자가 공통 연결되어 문턱전압(Vt) 특성을 갖는 다이오드 역할을 수행한다. The
여기서, NMOS트랜지스터 N2는 문턱전압(Vt) 이하의 펌핑전압 VPP1에서는 오프 상태가 되므로, 기준전압 ref은 펌핑전압 VPP1 레벨과 같아지게 된다. 반면에, NMOS트랜지스터 N2는 문턱전압(Vt) 이상의 펌핑전압 VPP1에서는 NMOS트랜지스터 N2를 통해 전류가 흘러 저항 R1에서의 전압 강하가 커지게 된다. 그러면, 기준전압 ref은 문턱전압(Vt) 값으로 포화(Saturation) 상태가 되도록 저항 R1의 값을 크게 설정하게 된다. Here, since the NMOS transistor N2 is turned off at the pumping voltage VPP1 below the threshold voltage Vt, the reference voltage ref becomes equal to the pumping voltage VPP1 level. On the other hand, in the NMOS transistor N2, the current flows through the NMOS transistor N2 at the pumping voltage VPP1 above the threshold voltage Vt, thereby increasing the voltage drop at the resistor R1. Then, the reference voltage ref sets the value of the resistor R1 large so that the reference voltage ref becomes a saturation state with the threshold voltage Vt.
그리고, 증폭부(173)는 전류 제한 저항 소자 R4,R5, PMOS트랜지스터 P3,P4 및 NMOS트랜지스터 N3,N4를 포함하여 차동 증폭기 형태를 갖는다. 여기서, 전류 제한 저항 소자 R4,R5는 회로의 구동 전류를 제한하여 전류 소모를 줄이기 위한 전류제한 소자이다.The
전류 제한 저항 소자 R4는 펌핑전압 VPP1 인가단과 PMOS트랜지스터 P3,P4의 공통 소스 단자 사이에 연결된다. 그리고, 전류 제한 저항 소자 R5는 NMOS트랜지스터 N3,N4의 공통 소스 단자와 접지전압단 사이에 연결된다.The current limiting resistor element R4 is connected between the pumping voltage VPP1 applying stage and the common source terminal of the PMOS transistors P3 and P4. The current limiting resistor R5 is connected between the common source terminal of the NMOS transistors N3 and N4 and the ground voltage terminal.
그리고, PMOS트랜지스터 P3,P4는 전류 제한 저항 소자 R4와 NMOS트랜지스터 N3,N4 사이에 연결되어 공통 게이트 단자가 PMOS트랜지스터 P3의 드레인 단자와 연결된다. NMOS트랜지스터 N3,N4는 PMOS트랜지스터 P3,P4와 전류 제한 저항 소자 R5 사이에 연결되어 각각의 게이트 단자를 통해 차동 입력인 기준전압 ref과 센싱전압 sense이 인가된다.The PMOS transistors P3 and P4 are connected between the current limiting resistor element R4 and the NMOS transistors N3 and N4 so that the common gate terminal is connected to the drain terminal of the PMOS transistor P3. The NMOS transistors N3 and N4 are connected between the PMOS transistors P3 and P4 and the current limiting resistor R5 to apply the differential input reference voltage ref and sensed voltage sense through their respective gate terminals.
또한, 전압 센싱부(172)는 저항 R2,R3를 포함하여 센싱전압 sense을 출력한다. 저항 R2은 펌핑전압 VPP1 인가단과 센싱전압 sense의 출력단 사이에 연결된다. 저항 R3은 센싱전압 sense의 출력단과 접지전압단 사이에 연결된다. 저항 R2,R3의 저항비에 의해 센싱전압 sense의 레벨이 결정된다. In addition, the
여기서, 저항 R1~R3 중 저항 R3의 값을 X 라고 가정할 때, 저항 R2는 저항 R3 보다 m배 큰 mX의 저항값을 갖는다. 그리고, 저항 R1은 저항 R3 보다 n배 큰 nX의 저항값을 갖는다. Here, assuming that the value of the resistor R3 among the resistors R1 to R3 is X, the resistor R2 has a resistance value of mX which is m times larger than the resistor R3. The resistor R1 has a resistance value of nX that is n times larger than the resistor R3.
또한, 버퍼부(181)는 저항 R6,R7, PMOS트랜지스터 P5 및 NMOS트랜지스터 N5를 포함한다. 이러한 버퍼부(181)는 증폭부(173)의 출력을 버퍼링하여 CMOS 레벨을 갖는 전압을 출력한다. 저항 R6, PMOS트랜지스터 P5, NMOS트랜지스터 N5 및 저항 R7은 펌핑전압 VPP1 인가단과 접지전압단 사이에 직렬 연결된다. 그리고, PMOS트랜지스터 P5 및 NMOS트랜지스터 N5는 공통 게이트 단자가 증폭부(173)의 출력단과 연결된다. In addition, the
여기서, 전류 제한 저항 소자 R6,R7는 버퍼부(181)의 구동 전류를 제한하여 전류 소모를 줄이기 위한 전류제한 소자이다.Here, the current limiting resistors R6 and R7 are current limiting elements for reducing the current consumption by limiting the driving current of the
그리고, 구동부(182)는 인버터 IV3를 포함한다. 인버터 IV3는 버퍼부(181)의 출력을 반전 구동하여 검출전압 VPP1REG을 출력한다. In addition, the driving
도 6은 도 5의 펌핑전압 검출부(165)에 관한 동작 파형도이다. FIG. 6 is an operation waveform diagram illustrating the
먼저, 펌핑전압 VPP1는 노드(Node) 전압이 일정 레벨 이상이 되기 이전까지는 서서히 상승하다가, 펌핑전압 VPP1 레벨이 목표 레벨이 도달할 경우 일정한 레벨을 갖게 된다. First, the pumping voltage VPP1 gradually increases until the node voltage reaches a predetermined level or more, and the pumping voltage VPP1 level has a constant level when the target level is reached.
여기서, 펌핑전압 VPP1의 레벨이 서서히 상승하는 구간 동안, 즉, 펌핑전압 VPP1이 목표 레벨에 도달하기 이전에는, 기준전압 ref이 센싱전압 sense 보다 높은 레벨을 갖게 된다. 이러한 경우 증폭부(173)의 출력이 하이 레벨이 되어 검출전압 VPP1REG이 하이 레벨이 된다. Here, the reference voltage ref has a level higher than the sensing voltage sense during the period in which the level of the pumping voltage VPP1 gradually rises, that is, before the pumping voltage VPP1 reaches the target level. In this case, the output of the
반면에, 펌핑전압 VPP1의 레벨이 상승하여 일정 레벨을 유지하게 될 경우, 즉, 펌핑전압 VPP1이 목표 레벨에 도달하게 되면, 기준전압 ref 보다 센싱전압 sense이 높은 레벨을 갖게 된다. 이러한 경우 증폭부(173)가 로우 레벨이 되어 검출전압 VPP1REG이 로우 레벨이 된다. On the other hand, when the level of the pumping voltage VPP1 increases to maintain a constant level, that is, when the pumping voltage VPP1 reaches the target level, the sensing voltage sense is higher than the reference voltage ref. In this case, the
즉, 센싱전압 sense은 저항 R3과 저항 R2의 저항비(X:mX)에 의해 비례적으로 변하는 신호이다. 따라서, 펌핑전압 VPP1이 목표 펌핑전압 VPP1 보다 낮아지게 되면 검출전압 VPP1REG는 로우 레벨이 된다. That is, the sensing voltage sense is a signal that is proportionally changed by the resistance ratio (X: mX) of the resistor R3 and the resistor R2. Therefore, when the pumping voltage VPP1 becomes lower than the target pumping voltage VPP1, the detection voltage VPP1REG is at a low level.
그리고, 펌핑전압 VPP1이 낮은 영역에서는 기준전압 ref이 센싱전압 sense 보다 크지만, 목표 전압 이상의 펌핑전압 VPP1에서는 센싱전압 sense이 기준전압 ref 보다 커지게 되어 검출전압 VPP1REG이 로우 레벨로 천이하게 된다. In the region where the pumping voltage VPP1 is low, the reference voltage ref is larger than the sensing voltage sense. However, in the pumping voltage VPP1 above the target voltage, the sensing voltage sense becomes larger than the reference voltage ref, and the detection voltage VPP1REG transitions to the low level.
도 7은 도 4의 펌핑전압 발생부(160)에 관한 동작 타이밍도이다. FIG. 7 is an operation timing diagram of the
먼저, t1 구간은 전원전압 VDD이 상승하는 구간이다. t1 구간에서 전원전압 VDD가 CMOS의 동작 전압 레벨 이상이 되면, 클록 발생기(150)로부터 클록 CLK이 생성되기 시작한다. First, the t1 section is a section in which the power supply voltage VDD rises. When the power supply voltage VDD is equal to or higher than the operating voltage level of the CMOS in the t1 period, the clock CLK starts to be generated from the
그리고, 클록 CLK에 대응하여 펌핑전압 발생부(160)가 동작하게 된다. 펌핑전압 검출부(165)는 전원전압 VDD의 레벨에 대응하여 서서히 상승하게 되는 검출전압 VPP1REG을 생성하게 된다. 그리고, 펌핑전압 VPP1은 검출전압 VPP1REG에 따라 서서히 상승하게 된다. In addition, the pumping
이후에, t2 구간에서는 전원전압 VDD이 일정 레벨을 유지하게 되고, 전원전압 VDD의 레벨에 대응하여 검출전압 VPP1REG도 일정 레벨을 유지하게 된다. 그리고, 펌핑전압 VPP1은 클록 CLK과 펌핑전압 출력부(166)에 따라 t2 구간에서도 서서히 상승하게 된다. Thereafter, in the t2 period, the power supply voltage VDD maintains a constant level, and the detection voltage VPP1REG also maintains a constant level corresponding to the level of the power supply voltage VDD. In addition, the pumping voltage VPP1 gradually rises even in the period t2 according to the clock CLK and the pumping
이어서, t3 구간에서는 펌핑전압 VPP1이 목표 전압 레벨에 도달하게 되어, 일정 레벨을 유지하게 된다. 그러면, 검출전압 VPP1REG은 로우 레벨로 천이하게 된다. 이에 따라, 펌핑전압 VPP1의 펌핑 동작이 멈추고 펌핑전압 VPP1 레벨을 그대로 유지하게 된다. Subsequently, in the period t3, the pumping voltage VPP1 reaches the target voltage level, thereby maintaining a constant level. Then, the detection voltage VPP1REG transitions to the low level. As a result, the pumping operation of the pumping voltage VPP1 is stopped and the pumping voltage VPP1 level is maintained as it is.
도 8은 도 2의 스텝-펄스 펌핑부(310)에 관한 상세 회로도이다. FIG. 8 is a detailed circuit diagram of the step-
스텝-펄스 펌핑부(310)는 구동부(311), 강유전체 용량부(312), 및 충전부(313)를 포함한다. The step-
여기서, 구동부(311)는 입력 구동부인 인버터 IV4,IV5와, 구동소자인 PMOS트랜지스터 P6 및 NMOS트랜지스터 N6를 포함한다. 인버터 IV4,IV5는 펌핑 인에이블 신호 VPP2_EN를 비반전 지연하여 강유전체 용량부(312)에 출력한다. PMOS트랜지스터 P6와 NMOS트랜지스터 N6는 펌핑전압 VPP1 인가단과 접지전압단 사이에 직렬 연결되어 게이트 단자를 통해 인버터 IV4의 출력이 인가된다. 또한, PMOS트랜지스터 P6의 벌크에 노드 (C)의 출력이 인가된다. The
그리고, 강유전체 용량부(312)는 노드 (C)와 인버터 IV5의 출력단 사이에 병렬 연결된 복수의 강유전체 커패시터 FC6~FC8를 구비한다.The
충전부(313)는 PMOS트랜지스터 P7를 구비한다. 여기서, PMOS트랜지스터 P7는 펌핑전압 VPP1 인가단과 노드 (C) 사이에 연결되어 게이트 단자가 노드 (D)에 연결되고 벌크에 노드 (C)의 출력이 인가된다. The charging
도 9는 도 5의 스텝-펄스 펌핑부(310)에 관한 동작 타이밍도이다. 9 is an operation timing diagram of the step-
먼저, t1 구간에서는 펌핑 인에이블 신호 VPP2_EN가 로우 레벨을 유지한다. 펌핑 인에이블 신호 VPP2_EN가 로우 레벨일 경우 인버터 IV4의 출력이 하이가 된다. 이에 따라, 구동부(311)의 NMOS트랜지스터 N6가 턴 온 되어 노드 (D)가 로우 레벨 상태를 유지한다. First, in the period t1, the pumping enable signal VPP2_EN maintains a low level. The output of inverter IV4 goes high when the pumping enable signal VPP2_EN is at the low level. Accordingly, the NMOS transistor N6 of the
이때, 노드 (D)가 로우 레벨일 경우 PMOS트랜지스터 P7가 턴 온 되어 노말 동작시 노드 (C)가 펌핑전압 VPP1 레벨을 유지한다. 이에 따라, 노드 (C)가 펌핑전압 VPP1 레벨이 되어 펌핑전압 VPP2의 출력단이 펌핑전압 VPP1 레벨로 출력된다. At this time, when the node D is at the low level, the PMOS transistor P7 is turned on so that the node C maintains the pumping voltage VPP1 level during normal operation. Accordingly, the node C is at the pumping voltage VPP1 level, and the output terminal of the pumping voltage VPP2 is output at the pumping voltage VPP1 level.
여기서, 메모리 셀이 리드 또는 라이트 동작을 수행하지 않을 경우 워드라인 WL, 플레이트 라인 PL 및 비트라인 BL은 접지전압 VSS 레벨을 유지하게 된다. Here, when the memory cell does not perform a read or write operation, the word line WL, the plate line PL, and the bit line BL maintain the ground voltage VSS level.
이후에, 메모리 셀이 센싱 동작을 수행하여 메모리 셀의 워드라인 WL, 비트라인 BL 및 플레이트 라인 PL이 활성화되는 t2 구간의 진입시 펌핑 인에이블 신호 VPP2_EN가 펌핑전압 VPP1 레벨로 천이한다. 이에 따라, 인버터 IV4의 출력이 로우가 되면 PMOS트랜지스터 P6가 턴 온 되어 노드 (C)가 펌핑전압 VPP1 레벨이 된다. Thereafter, the memory cell performs a sensing operation so that the pumping enable signal VPP2_EN transitions to the pumping voltage VPP1 level when the t2 section in which the word line WL, the bit line BL, and the plate line PL of the memory cell are activated is entered. Accordingly, when the output of the inverter IV4 becomes low, the PMOS transistor P6 is turned on so that the node C becomes the pumping voltage VPP1 level.
그리고, 인버터 IV5의 출력이 하이가 되면 펌핑전압 VPP1 레벨이 복수개의 강유전체 커패시터 FC6~FC8의 충전 전압에 따라 상승하여 노드 (C)의 전압 레벨이 펌핑전압 VPP2 레벨이 된다. 여기서, 펌핑전압 VPP2의 레벨은 펌핑전압 VPP1 + 문턱전압(PMOS트랜지스터 P7의 문턱전압 Vt)의 레벨을 나타낸다. When the output of the inverter IV5 becomes high, the pumping voltage VPP1 level rises according to the charging voltages of the plurality of ferroelectric capacitors FC6 to FC8 so that the voltage level of the node C becomes the pumping voltage VPP2 level. Here, the level of the pumping voltage VPP2 represents the level of the pumping voltage VPP1 + threshold voltage (threshold voltage Vt of the PMOS transistor P7).
이에 따라, 워드라인 WL, 플레이트 라인 PL이 목표전압 이상의 펌핑전압 VPP1+Vt 레벨로 상승하고, 비트라인 BL의 전압 레벨이 상승하여, 메모리 셀의 문턱전압을 보강하기 위해 펌핑전압 VPP1+Vt 레벨을 갖는 펌핑전압 VPP2이 메모리 셀에 공급된다. As a result, the word line WL and the plate line PL rise to the pumping voltage VPP1 + Vt level higher than the target voltage, and the voltage level of the bit line BL rises to increase the pumping voltage VPP1 + Vt level to reinforce the threshold voltage of the memory cell. The pumping voltage VPP2 having is supplied to the memory cell.
이후에, 데이터 '0'을 재저장하기 위한 t3 구간의 진입시 펌핑전압 VPP2의 출력단의 전압 레벨은 펌핑전압 VPP1+Vt 레벨을 그대로 유지하게 된다. 이때, 메모리 셀의 워드라인 WL, 비트라인 BL 및 플레이트 라인 PL은 출력단의 전압 레벨과 동일한 레벨을 유지한다. Thereafter, the voltage level of the output terminal of the pumping voltage VPP2 is maintained at the pumping voltage VPP1 + Vt level when entering the t3 section for restoring the data '0'. At this time, the word line WL, the bit line BL and the plate line PL of the memory cell maintain the same level as the voltage level of the output terminal.
이어서, 데이터 '1'을 재저장하기 위한 t4 구간의 진입시 플레이트 라인 PL의 전압 레벨이 로우 레벨로 천이한다. 이후에, t5 구간의 진입시 워드라인 WL의 전압 레벨이 로우로 천이할 경우 비트라인 BL의 전압 레벨이 접지전압 VSS 레벨을 유지하게 된다. Subsequently, the voltage level of the plate line PL transitions to the low level when entering the t4 section for restoring the data '1'. Subsequently, when the voltage level of the word line WL transitions low when the t5 period enters, the voltage level of the bit line BL maintains the ground voltage VSS level.
이러한 본 발명은 아날로그 처리부(100)와, 디지털 처리부(200)는 가장 작은 전원전압 VDD을 이용하여 동작시킴으로써 전력 소모를 최소화시키고, 메모리부(300)의 동작을 위한 펌핑 전압은 2 단의 펌핑전압 발생부(160), 스텝-펄스 펌핑부(310)을 이용하여 공급하게 된다. The present invention minimizes power consumption by operating the
여기서, 펌핑전압 발생부(160)에서 생성된 펌핑전압 VPP1은 클록 CLK을 이용하여 생성되며, 메모리부(300)의 주변 회로 등에 공급된다. 그리고, 스텝-펄스 펌핑부(310)에서 생성된 펌핑전압 VPP2은 메모리 셀의 구동에 필요한 회로와 메모리 셀에 공급된다. 이에 따라, 본 발명의 실시예는 메모리 셀의 동작에 필요한 펌핑전압을 구동이 필요한 경우에만 발생 되도록 함으로써 메모리부(300)에서의 전력 소모를 최소화시킬 수 있도록 한다. Here, the pumping voltage VPP1 generated by the pumping
Claims (20)
RFID에 인가되는 전원전압의 레벨을 검출하고, 클록에 대응하여 상기 전원전압을 펌핑하여 상기 전원전압보다 높은 제 1펌핑전압을 출력하는 펌핑전압 발생부; 및
상기 메모리부의 동작시 상기 제 1펌핑전압을 펌핑하여 상기 메모리부에 상기 제 1펌핑전압 보다 높은 제 2펌핑전압을 공급하는 스텝-펄스 펌핑부를 포함하고,
상기 스텝-펄스 펌핑부는 상기 메모리부의 내부에 포함되는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. A memory unit for reading or writing data;
A pumping voltage generator for detecting a level of a power supply voltage applied to the RFID and outputting a first pumping voltage higher than the power supply voltage by pumping the power supply voltage in response to a clock; And
And a step-pulse pumping unit configured to supply the second pumping voltage higher than the first pumping voltage to the memory unit by pumping the first pumping voltage during the operation of the memory unit.
And the step-pulse pumping unit is included in the memory unit.
상기 클록에 따라 검출전압을 구동하여 출력하는 구동부;
상기 구동부의 출력에 따라 제 1노드를 상기 전원전압보다 높은 레벨로 상승시키는 강유전체 용량부;
상기 구동부의 출력에 따라 상기 제 1노드를 상기 전원전압 레벨로 선택적으로 충전하는 충전부;
상기 제 1노드로부터 인가되는 전압을 정류하는 정류부;
상기 제 1노드의 전압 레벨을 감지하여 상기 검출전압을 제어하는 펌핑전압 검출부; 및
상기 정류부의 출력 전압을 충전하여 상기 제 1펌핑전압을 출력하는 펌핑전압 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 1, wherein the pumping voltage generating unit
A driving unit driving and outputting a detection voltage according to the clock;
A ferroelectric capacitor configured to raise the first node to a level higher than the power supply voltage according to the output of the driver;
A charging unit configured to selectively charge the first node to the power supply voltage level according to the output of the driving unit;
A rectifier for rectifying the voltage applied from the first node;
A pumping voltage detector configured to control the detection voltage by sensing the voltage level of the first node; And
And a pumping voltage output unit configured to charge the output voltage of the rectifying unit to output the first pumping voltage.
상기 클록에 따라 상기 검출전압을 구동하는 입력 구동부; 및
상기 입력 구동부의 출력에 따라 상기 충전부에 상기 전원전압 또는 접지전압을 공급하는 구동소자 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 3, wherein the driving unit
An input driver driving the detection voltage according to the clock; And
And a driving device for supplying the power supply voltage or the ground voltage to the charging unit according to the output of the input driver.
상기 제 1노드와 상기 구동부 사이에 병렬 연결된 복수의 강유전체 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 3, wherein the ferroelectric capacitor portion
And a plurality of ferroelectric capacitors connected in parallel between the first node and the driver.
전원전압단과 상기 제 1노드 사이에 연결되어 게이트 단자가 상기 구동부의 출력단과 연결된 PMOS트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 3, wherein the charging unit
And a PMOS transistor connected between a power supply voltage terminal and the first node and having a gate terminal connected to an output terminal of the driving unit.
상기 제 1펌핑전압이 기 설정된 목표 레벨 이하인 경우 상기 검출전압을 하이 레벨로 출력하고, 상기 제 1펌핑전압이 상기 목표 레벨 이상인 경우 상기 검출전압을 로우 레벨로 출력하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 3, wherein the pumping voltage detection unit
And outputting the detection voltage at a high level when the first pumping voltage is less than or equal to a predetermined target level, and outputting the detection voltage at a low level when the first pumping voltage is greater than or equal to the target level.
상기 메모리부의 동작시 활성화되는 펌핑 인에이블 신호를 구동하는 구동부;
상기 구동부의 출력에 따라 제 2노드를 상기 제 1펌핑전압보다 높은 레벨로 상승시키는 강유전체 용량부; 및
상기 펌핑 인에이블 신호의 비활성화시 상기 제 2노드를 상기 제 2펌핑전압 레벨로 충전하는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 1, wherein the step-pulse pumping unit
A driving unit driving a pumping enable signal activated during operation of the memory unit;
A ferroelectric capacitor configured to raise the second node to a level higher than the first pumping voltage according to the output of the driver; And
And a charging unit configured to charge the second node to the second pumping voltage level when the pumping enable signal is inactivated.
상기 펌핑 인에이블 신호를 구동하는 입력 구동부; 및
상기 입력 구동부의 출력에 따라 상기 충전부에 상기 제 1펌핑전압 또는 접지전압을 공급하는 구동소자 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 13, wherein the driving unit
An input driver to drive the pumping enable signal; And
And a driving device for supplying the first pumping voltage or the ground voltage to the charging unit according to the output of the input driver.
상기 제 2노드와 상기 구동부 사이에 병렬 연결된 복수의 강유전체 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 13, wherein the ferroelectric capacitor portion
And a plurality of ferroelectric capacitors connected in parallel between the second node and the driver.
상기 제 1펌핑전압의 인가단과 상기 제 2노드 사이에 연결되어 게이트 단자가 상기 구동부의 출력단과 연결된 PMOS트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 13, wherein the charging unit
And a PMOS transistor connected between an application end of the first pumping voltage and the second node and a gate terminal connected to an output end of the driving unit.
무선 신호를 입력받아 동작 명령신호를 출력하는 아날로그 처리부; 및
상기 아날로그 처리부로부터 인가되는 상기 동작 명령신호에 따라 어드레스 및 동작 제어신호를 생성하여 출력하고, 해당하는 응답신호를 상기 아날로그 처리부에 출력하는 디지털 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치. The method of claim 1,
An analog processor for receiving a wireless signal and outputting an operation command signal; And
And a digital processing unit generating and outputting an address and an operation control signal according to the operation command signal applied from the analog processing unit, and outputting a corresponding response signal to the analog processing unit.
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Legal Events
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20151120 Year of fee payment: 4 |
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FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161125 Year of fee payment: 5 |
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FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171124 Year of fee payment: 6 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |