一种用于物联网安全芯片中非挥发性存储器的低功耗编程电压产生电路及工作方法技术

一种用于物联网安全芯片中非挥发性存储器的低功耗编程电压产生电路，包括：振荡器、升压电荷泵、稳压二极管和稳压电容，还包括在所述振荡器和升压电荷泵之间设置的可编程非交叠时钟产生电路；还包括在所述升压电荷泵的输出端并联设置电压检测电路。本发明专利技术使得升压电荷泵在每个时钟周期内的工作时间从tper

【技术实现步骤摘要】
一种用于物联网安全芯片中非挥发性存储器的低功耗编程电压产生电路及工作方法


[0001]本专利技术涉及一种用于物联网安全芯片中非挥发性存储器的低功耗编程电压产生电路及工作方法，属于物联网安全芯片设计的


技术介绍

[0002]随着我国物联网应用的发展，物联网安全收到越来越多的重视。物联网安全芯片作为在物联网应用中保护信息采集、存储和传输安全的重要组成部分，也得到了快速的发展和应用。物联网安全芯片一种重要的应用领域就是射频识别(下称RFID)系统，该系统通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(射频标签或射频卡等)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。低功耗设计和存储数据用的非挥发性存储器设计是物联网安全芯片的重要设计环节。
[0003]完整的RFID系统如图1所示，是由RFID读卡器与RFID芯片及后台软件系统三个部分所组成。其工作原理是后台软件系统控制RFID读卡器发射一定频率的无线电信号给RFID芯片，用以将电子标签内存储的数据读出。RFID芯片在收到RFID读卡器发来的信号后，读出自身储存数据，然后通过发生相同频率的无线电信号将数据返回给RFID读卡器。RFID读卡器在得到返回的数据后将数据放入后台软件系统处理，来识别标签的正确性。
[0004]射频识别标签结构如图2所示：
[0005]1.耦合线圈(01)的功能为接收RFID读卡器发来的无线电信号或者向RFID读卡器发送无线电信号。
[0006]2.RF电路(02)的功能为将耦合线圈接收的无线电信号转化为中央处理器可以识别的数字信号或者将中央处理器发出的数字信号变为无线电信号并发给耦合线圈进行发送。
[0007]3.整流电路(03)的功能为将接收的无线电信号通过整流转换为RFID芯片使用的电源并给整个标签供电。
[0008]4.加密模块(04)的功能为提供数据的加密和解密，保证所处理信息的安全，供中央处理器CPU(08)调用。
[0009]5.随机存储器RAM(05)为系统内存，供中央处理器CPU(08)使用。
[0010]6.只读存储器ROM(06)中放置的是标签在出厂前根据客户要求写入的固定的数据，只能被中央处理器CPU(08)读取，数据内容不可更改。
[0011]7.非挥发性存储器(07)中存放的数据是根据用户需求自行写入或者修改的数据，其中的数据可以根据指令擦除或者写入，中央处理器CPU(08)可以读取或者修改其中存储的数据。
[0012]8.中央处理器CPU(08)负责调度RFID芯片中各个模块的使用和运算，是整个RFID芯片的大脑。
[0013]在RFID芯片中使用的非挥发性存储器是一种可以用电信号修改的可编程存储器，
主要包括：电可编程型可编程只读存储器EEPROM和快闪型存储器Flash，它可以在掉电后保持数据不丢失，具有编程速度快，可靠性强，寿命长等特点。
[0014]在RFID芯片中使用的非挥发性存储器，通过将电子存储在MOS管的浮栅里，在芯片掉电以后，MOS管里浮栅上的电子会保持，来实现数据的存储和保存。而将电子吸引到MOS管的浮栅里或者将MOS管的浮栅里的电子排除掉，需要一个高电压来实现(EEPROM需要15.5V电压，而Flash需要10V电压)。但是RFID的标签为了实现低功耗，一般只有1.8V电压甚至是1.2V或者1V，因此这个编程所需高电压需要用一个具有升压功能的编程电压产生电路来实现。
[0015]电荷泵升压单元的基本原理如图3所示：包括充放电电容C，开关S1，S2，S3和S4。当Φ1为高电平Φ2为低电平时，充放电电容两端电压为VDD，即V+＝VDD，V
‑
＝0V；当Φ2为高电平Φ1为低电平时，V
‑
被连接到VDD端，V+连接到输出端Vout，此时电压V
‑
＝VDD，由于电容两端的电荷不能突变，V+与V
‑
的电压之差仍未VDD，因此此时V+的电压为2倍的VDD，由此即实现了电压的升压。使用多个如图3所示的电荷泵升压单元级联，便可以实现电压的继续升高。
[0016]在物联网安全芯片中使用的非挥发性存储器产生编程电压的编程电压产生电路如图4所示：包括振荡器10(OSC)，非交叠时钟产生电路20(Non Overlap)，升压电荷泵30(Charge Pump)，稳压二极管40(Zener Diode)和稳压电容50，其基本原理为：振荡器10输出一定频率的时钟信号clk，非交叠时钟产生电路20将输入的clk信号变换为两路非交叠时钟信号clka和clkb，升压电荷泵30在非交叠时钟信号clka和clkb的控制下，将电源电压VDD升高至高于非挥发性存储器的编程高电压VPP，通过稳压二极管40将编程高电压VPP限制在对非挥发性存储器进行编程所需要的电压范围内(15.5V或者10V)，稳压电容50用于保持编程过程中编程电压的稳定。其中稳压二极管的特性是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，当加在稳压二极管两端电压高于其导通电压后，稳压二极管导通，多余的电荷会通过稳压二极管放掉，从而使得稳压二极管两端电压保持在某个电压下。
[0017]产生升压电荷泵30所需非交叠时钟的电路称为非交叠时钟产生电路20，改电路输入为振荡器10产生的时钟信号clk，输出为两路非交叠时钟clka和clkb，其中包含延时单元100(DLY)、反相器200和与非门300。非交叠时钟产生器20将输入的由振荡器10产生的时钟信号clk变换为两路非交叠时钟信号clka和clkb，非交叠时钟即为两路时钟信号clka和clkb不会同时为高电平。非交叠时钟产生电路20的输入输出信号如图6所示，输入clk为占空比为50％的时钟信号，即高电平时间th和低电平时钟tl各占一个时钟周期的一半，时钟clk的一个周期tper为th和tl时间之和，通常情况下th和tl各占tper的50％；输出clka和clkb信号的上升沿和下降沿之间会有一个延时td，即clka和clkb不会同时为高电平，由于clka和clkb的时钟周期tper没变，而高电平占一个时钟周期tper的比例小于50％，记clka的占空比为Duty_clka，clkb的占空比为Duty_clkb，延时td主要是由图5中非交叠时钟产生电路的延时单元100的延时实现。
[0018]图4所示的物联网安全芯片中使用的非挥发性存储器编程电压产生产生编程电压的工作波形图如图5所示，编程电压产生开始工作之后，升压电荷泵30在非交叠时钟clka和clkb的控制下，将VPP端电压逐渐抬高，在编程电压产生过程中，为了升压电荷泵30实现快速升压，虽然clka和clkb的占空比低于50％，但占空比较高，即Duty_clka和Duty_clkb小于
但接近50％，保证升压电荷泵30将VPP端电压尽快提升到编程所需电压。
[0019]经过升压时间T1之后，升压电荷泵30在VPP端电压达到非挥发性存储器进行编程所需要的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于物联网安全芯片中非挥发性存储器的低功耗编程电压产生电路，包括：振荡器、升压电荷泵、稳压二极管和稳压电容，其特征在于，还包括在所述振荡器和升压电荷泵之间设置的可编程非交叠时钟产生电路；还包括在所述升压电荷泵的输出端并联设置电压检测电路；所述电压检测电路用于：电压检测电路用于检测编程电压产生电路产生编程电压即VPP端电压达到非挥发性存储器进行编程所需要的电压：当VPP端电压低于非挥发性存储器进行编程所需要的电压时，则输出端Vdet为逻辑0；当VPP端电压高于等于非挥发性存储器进行编程所需要的电压时，则输出端Vdet为逻辑1。2.根据权利要求1所述的一种用于物联网安全芯片中非挥发性存储器的低功耗编程电压产生电路，其特征在于，所述可编程非交叠时钟产生电路，包括：输入端为振荡器、输出信号clk、电压检测电路输出控制信号Vdet；其输出端为非交叠时钟信号clka和clkb；还包括多级延时单元、反相器、与非门和多路选择器；所述多路选择器输入端为输入信号vi1和vi2，输入控制端vt，输出信号端vo；输入信号vi2连接至第一级延时单元的输出，输入信号vi1连接至第N级延时单元的输出，其中N为与非门的输出端与输入信号vi1之间延时单元的个数；当输入控制端vt为逻辑0时，输入信号vi2连通至输出信号端vo；当输入控制端vt为逻辑1时，输入信号vi1连通至输出信号端vo。3.如上述低功耗编程电压产生电路的工作方法，其特征在于，包括：在编程电压产生电路产生编程电压时，VPP端电压逐渐升高，未达到非挥发性存储器进行编程所需要的电压时，电压检测电路的输出Vdet为逻辑0，可编程非交叠时钟产生器产生两路非交叠时钟信号clka和clkb的延时为td，使得VPP端电压快速升高；当VPP端电压达到非挥发性存储器进行编程所需要的电压之后，电压检测电路输出Vdet变为逻辑...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彬，王丹，李向宏，徐灿，李自强，朱兰，尚方健，
申请(专利权)人：山东华翼微电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：