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1、2007年第24卷第5期微电子学与计算机93RFID的多功能ESD保护电路设计戴逸飞,邹雪城,刘冬生(华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉430074)摘要:设计了一个适用于RFID的多功能ESD保护电路,并对其工作原理和测试结果进行了论述。这个保护电路不仅能够进行传统的ESD保护,还可以避免内部电路因受到过大场强而产生的高电压造成的损坏,实现RFID限压功能,将狭义的ESD保护电路推广为广义的限压保护电路。仿真结果表明,此电路性能完全符合ISO/IEC10373国际标准的要求。这种新的设计方法大大缩小了芯片版图面积,进而降低了芯片成本。关键词:ESD;RFID;射频限压
2、电路;人体模型中图分类号:TN4文献标识码:A文章编号:1000-7180(2007)05-0093-03MultifunctionESDProtectionCircuitforRFIDDAIYi-fei,ZOUXue-cheng,LIUDong-sheng(DepartmentofElectronicsSci.andTech.,HuazhongUniversityofSci.andTech.,Wuhan430074,China)Abstract:ThispaperpresentsanovelmultifunctionESDprotectioncircuitandanaly
3、sesitsoperatingprinciplewhichnotonlycanworkasESDprotectioncircuitintraditionalways,butalsopreventinternalcircuitfromhighvoltagedamagecausedbyexceedingmagneticintensity.ThesimulationresultsoftheESDcircuitarewellcoincidentwithISO/IEC10373internationalstandard,ofwhichthediesizemaybeeffectivel
4、yreducedbythedesign.Keywords:ESD;RFID;RFlimiter;HBM1引言射频识别(radiofrequencyidentification,RFID)技术在近年来越来越受到重视。与条码、磁卡、IC卡等同期或早期的识别技术相比,射频卡具有非接触、读取距离长、可识别运动目标等优点。要求RFID的ESD保护电路在提高保护能力的同时,尽RFID的ESD保护电路和传统ESD保护电路有如可能减小保护电路版图面积[1]。下区别:(1)对于无源RFID芯片,只有两个与天线传统的两级保护结构的ESD保护电路如图1直接相连的引脚。这两个引脚既是输出引脚又是输
5、所示。引脚上出现静电脉冲时,大电流通过短沟道入引脚,所以其ESD保护电路既要能对其进行输入MOS管Mn管和二极管D1回路泻放。电阻R主要保护也要进行输出保护,而这个在传统ESD电路中起限流作用,其值与Mn管的开启电压和D1管反是分开处理的。(2)无源RFID的能量全部来源于向击穿电压有关。但是在电路实际工作中,由于Mn外界磁场,这就意味着其能量的大小与处在空间中管引入的寄生电容使信号延时,Mn管和D1管就不具体的位置有关。当芯片距离磁场源很近时,在其能起到平分电流的作用,靠近引脚的Mn管常常在内部会产生一个高电压,为了保护电路不受到破坏[2,3]D1管开始泻放电流之前就已烧
6、毁。此外,电路中就需要设计限压保护电路,这个原理与ESD保护电的Mn管只能起到被动泻放电流作用,而不能受控路有很多相似之处。如果能将ESD保护电路和限压工作,这使占用芯片面积大的晶体管Mn使用效率保护电路合二为一,就能大大地减小芯片面积降低低,消耗功率大。功耗。对于无源RFID电路,低功耗和低成本是设计文中设计了一款针对于工作频率为13.56MHz的两大重要原则,所以必须对传统的ESD保护电路的RFID的多功能ESD保护电路,这个电路不仅具结构进行改进才能符合RFID的特殊性能要求。有静电保护功能,还可以作为受控限压保护电路使收稿日期:2006-05-21用,将狭义的ESD
7、保护电路推广为广义的限压保护94微电子学与计算机2007年第24卷第5期电路,最终降低了电路功耗,减小芯片面积。等效为一个电阻,这样从引脚看进去,芯片的等效电阻就大大地减小了,则芯片天线在外界磁场中感2ESD保护电路设计受的能量强度和电压幅度就得到有效降低,通过此图2就是具有对射频信号限压保护功能的方法达到限压的目的[4]。所以,在传统的ESD保护ESD保护电路的模块图。为了实现ESD保护电路的电路中加入一个有电压比较功能的控制电路后,就多功能化,本电路用受控ESD保护电路代替了传统能使原有简单的保护电路完成多种功
