JP2006042214A - 半導体装置およびｉｃタグ - Google Patents

Abstract

【課題】
ＩＣタグ内で搬送波を分周して、副搬送波に相当する信号を生成することが困難となっていた。
【解決手段】
本発明に係る半導体装置では、受信した無線信号から受信データを生成する受信回路と、受信した無線信号から電源電圧を生成する電源電圧生成回路と、受信データに基づいて、論理処理を行う制御回路と、送信データを含む無線信号を生成し、該無線信号をアンテナを介して送信する送信回路と、電源電圧生成回路が生成した電源電圧によって動作し、所定の周波数のクロックを生成する発振回路とを有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置に関わり、特にリーダ・ライタなどと無線による通信を行いデータの送受信が行われる半導体装置およびＩＣタグに関する。

近年、例えば工場での物流管理や、小売店での物品管理などにおいて、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に関する技術が注目されている。この技術は、商品の固有情報を書き込んだＩＣを有するタグを商品などに貼り付けて、その情報を無線アンテナで読み取る技術である。

このような技術では、リーダ・ライタとＲＦＩＤ用のタグ（以下、ＩＣタグと称す）が用いられる。リーダ・ライタはデータおよび搬送波を含む変調された無線信号をＩＣタグに送信し、ＩＣタグから送信された無線信号を受信するものである。ＩＣタグは受信した無線信号を復調し、受信したデータに基づいた処理を行う。また、ＩＣタグは受信したデータに対する返答などをリーダ・ライタに送信する。ここで、ＩＣタグは、例えばＩＣチップとアンテナとが一体化されたものである。

ＩＣタグの中でもパッシブ型と呼ばれるＩＣタグでは、リーダ・ライタから無線信号を受け取り、この無線信号により動作する電源電圧を生成している。（非特許文献１参照）。すなわち、パッシブ型のＩＣタグでは、リーダ・ライタとの間で通信に利用される無線信号が電力供給とデータ送受信に利用されている。

この一連の動作において、ＩＣタグからリーダ・ライタに送信されるデータは、例えば固有情報を２値化したデータである。このデータをリーダ・ライタに送信する際に、リーダ・ライタ側でのデータの復調を確実にするために副搬送波と呼ばれる信号を利用する場合がある。つまり、ＩＣタグからリーダ・ライタに送信される無線信号は、搬送波とデータだけでなく、副搬送波と呼ばれる搬送波に比べて周波数の低い信号も重畳されている場合がある。

従来、上述の副搬送波に対応するような信号は、ＩＣタグ内に分周器を設けて生成していた。つまり、リーダ・ライタから受信した搬送波を分周し、搬送波より低い周波数の信号を生成していた。

ウド・カートハウス（Ｕｄｏ Ｋａｒｔｈａｕｓ）他著、「フリー・インテグレーテッド・パッシブ・ユーエイチエフ・アールエフアイディー・トランスポンダー・アイシー・ウィズ・１６．７マイクロワット・ミニマム・アールエフ・インプット・パワー（Ｆｕｌｌｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐａｓｓｉｖｅ ＵＨＦ ＲＦＩＤ Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ ＩＣ Ｗｉｔｈ １６．７−μＷ Ｍｉｎｉｍｕｍ ＲＦ Ｉｎｐｕｔ Ｐｏｗｅｒ）」、アイイーイーイー・ジャーナル・オブ・ソリッド−ステート・サーキッツ（ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＣＩＲＣＵＩＴＳ）、ＶＯＬ．３８、ＮＯ．１０、２００３年１０月、ｐ．１６０２−１６０８

しかしながら、搬送波の周波数が高周波化するにつれ、必要な周波数を生成する分周器も大型化し、ＩＣタグ内で搬送波を分周して、副搬送波に相当する信号を生成することが困難となっていた。また、分周器が大型化することにより、分周器による消費電力も増加し、ＩＣタグで消費する電力が大きくなってしまうという問題があった。

上述した目的を達成するために、本発明に係る半導体装置では、受信した無線信号から受信データを生成する受信回路と、前記受信した無線信号から電源電圧を生成する電源電圧生成回路と、前記受信データに基づいて、論理処理を行う制御回路と、送信データを含む無線信号を生成し、該無線信号をアンテナを介して送信する送信回路と、前記電源電圧生成回路が生成した電源電圧によって動作し、所定の周波数のクロックを生成する発振回路とを有している。

ここで、前記所定の周波数は前記送信データを含む無線信号の搬送波の周波数よりも低い周波数であることが好ましい。

また、本発明の半導体装置は、前記送信データによって前記所定の周波数のクロックを変調した変調用パルスを出力する出力回路を有することも可能である。

また、本発明の半導体装置は、前記変調用パルスによって搬送波を変調し、前記送信データを含む無線信号とする変調回路を有することも可能である。

さらに、本発明の半導体装置では、前記発振回路は、奇数段のインバータを接続したリングオシレータを有するとすることが出来る。

ここで、前記発振回路は、前記リングオシレータを構成するインバータの少なくとも一つの出力ノードと固定電位との間に直列に接続された容量およびスイッチ素子を有することが好ましい。

あるいは、前記発振回路は、前記リングオシレータを構成する第１のインバータの出力ノードと固定電位との間に直列に接続された第１の容量および第１のスイッチ素子と、

前記リングオシレータを構成する第２のインバータの出力ノードと前記固定電位との間に直列に接続された第２の容量および第２のスイッチ素子とを有することが好ましい。

また、前記発振回路はＣＲ発振回路であるとすることも可能である。

また前記受信回路は受信した無線電波から、前記制御回路に供給する基準クロックを生成するものが好ましい。

本発明のＩＣタグは、リーダ・ライタと通信を行い前記リーダ・ライタから送信された無線信号に基づいて動作するＩＣタグであって、リーダ・ライタから受信した無線信号から受信データを生成する受信回路と、前記受信した無線信号から電源電圧を生成する電源電圧生成回路と、情報を記憶する記憶回路と、前記受信データに基づいて、前記記憶回路への書き込み・読み出しを制御する制御回路と、前記記憶回路から読み出された情報を送信データとして前記リーダ・ライタへ送信する送信回路と、所定の周波数のクロックを生成する発振回路とを有している。

ここで、前記所定の周波数は、前記送信データを含む無線信号の搬送波の周波数よりも低い周波数であることが好ましい。

また、ＩＣタグは、前記送信データによって前記所定の周波数のクロックを変調した変調用パルスを出力する出力回路を有することも可能である。

さらに、ＩＣタグは、前記変調用パルスによって搬送波を変調し、前記送信データを含む無線信号とする変調回路を有することも可能である。

ここで、前記発振回路は、奇数段のインバータを接続したリングオシレータで構成が可能である。

また、前記発振回路は、前記リングオシレータを構成するインバータの少なくとも一つの出力ノードと固定電位との間に直列に接続された容量およびスイッチ素子を有することが好ましい。

あるいは、前記発振回路は、前記リングオシレータを構成する第１のインバータの出力ノードと固定電位との間に直列に接続された第１の容量および第１のスイッチ素子と、

前記リングオシレータを構成する第２のインバータの出力ノードと前記固定電位との間に直列に接続された第２の容量および第２のスイッチ素子とを有することが好ましい。

本発明によればＩＣタグ内に発振回路を有することにより、搬送波よりも低い周波数の信号を、ＩＣタグ内で生成することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は実施の形態にかかわるＲＦＩＤに関するシステムを示す概略図である。このシステムはＲＦＩＤ用のタグ1とリーダ・ライタ２を有している。なお、この実施の形態では、ＩＣタグ１はリーダ・ライタ２と２．４５ＧＨｚ帯などの高い周波数で通信を行うシステムであるとする。

リーダ・ライタ２は、データおよび搬送波（２．４５ＧＨｚ）を含む変調された無線信号をＩＣタグ１に送信し、また、ＩＣタグ１から送信された無線信号を受信する装置である。

ＩＣタグ１は受信した無線信号を復調し、そこに含まれる受信データに基づいた処理を行う。また、ＩＣタグ１は受信したデータに対する返答などをリーダ・ライタ２に送信する。この実施の形態のＩＣタグ１は、内部に電源を有していないパッシブ型のＩＣタグ１であり、ＩＣチップ１０とアンテナとが一体化されたものである。

上述したように、このＩＣタグ１は、受信したデータに対する返答などをデータとして含む無線信号をリーダ・ライタ２に送信する。この実施の形態で、ＩＣタグ１からリーダ・ライタ２にデータを送信する無線信号には、さらに副搬送波と呼ばれる信号が重畳している。そこで、まず、この実施の形態での副搬送波について以下に説明する。

この実施の形態では、ＩＣタグ１からリーダ・ライタ２にデータを送信する際は、搬送波をＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調させた信号が送信されている。このＡＳＫ変調はＡＭ変調の１種であるといえる。搬送波の周波数をｆｃ、データの周波数をｆｄとした場合、ＡＭ変調された信号の周波数スペクトルは、ｆｃ（搬送波）、ｆｃ−ｆｄ（下側波帯）、ｆｃ＋ｆｄ（上側波帯）に中心を有する分布となる。このような周波数スペクトルを有する変調信号からデータを取り出す場合、データに基づいたｆｃ−ｆｄ（あるいはｆｃ＋ｆｄ）を中心とした周波数帯からデータを取り出す。そのため、通常ではＬＰＦ（あるいはＨＰＦ）などのフィルタを用いて、ｆｃ−ｆｄ（あるいはｆｃ＋ｆｄ）を中心とした分布に対応する周波数成分のみを通過させ、データを復調する。

ここで、データの周波数ｆｄが極めて低い場合について考える。この場合のＡＭ変調された信号の周波数スペクトルでは、ｆｄが小さい値であるためｆｃ−ｆｄとｆｃ＋ｆｄの間隔が近くなる。つまり下側波帯と上側波帯の間隔が近づいている。この下側波帯と上側波帯の間隔が小さくなってくると、上述のｆｃ−ｆｄ（あるいはｆｃ＋ｆｄ）を中心とした周波数成分の信号を通すためのＬＰＦ（あるいはＨＰＦ）は、フィルタとして急峻な特性を有したものでなければならなくなる。この間隔が小さくなるほど、下側波帯と上側波帯を適切に分離した上でデータを復調することが困難となってくる。

そこで、搬送波の周波数ｆｃに対してデータの周波数ｆｄが極めて低い場合は、副搬送波という信号が用いられる。これは、搬送波の周波数に対して下側波帯と上側波帯が分離可能な程度の周波数ｆｓを有する信号である。

副搬送波を用いた場合、まずデータにより、副搬送波を変調した第1の変調信号が生成される。その後、この第1の変調信号で搬送波を変調して送信するための第２の変調信号が生成される。こうすることにより、データを復調する際に確実に下側波帯と上側波帯を分離でき、正確にデータの復調が行えるようになる。

この実施の形態でＩＣタグ１からリーダ・ライタ２に送信される無線信号は搬送波をＡＳＫ変調させたデータであるが、上記に説明したような副搬送波の成分を有した無線信号である。そこで、この実施の形態で用いられるＩＣタグ１について以下に説明する。このＩＣタグ１は、上述に説明したとおり、リーダ・ライタ２に送信するデータで、副搬送波を変調し、この変調された副搬送波で搬送波を変調するものである。

図２は、この実施の形態のＩＣタグ１を示すブロック図である。図２に示すように、ＩＣタグ１は、アンテナ２０と、ＩＣチップ１０とを有している。アンテナ２０はリーダ・ライタ２との通信を行うものである。ＩＣチップ１０は、通信したデータの記憶や読み出し、送信する無線信号の作成などを行う半導体素子である。

このＩＣチップ１０は、受信回路１１、電源電圧発生回路１２、送信回路１３、制御回路１４、記憶回路１５、発振回路１６および出力回路１７を有している。

受信回路１１はアンテナ２０が受信した無線信号を復調して受信データを生成する回路である。受信回路１１では無線信号から制御回路１４が動作を行う際の基準クロックＣＬＫも生成され、制御回路１４に供給される。電源電圧発生回路１２はアンテナが受信した無線信号から、電源電圧を生成する回路である。送信回路１３は送信データをリーダ・ライタ２に送る無線信号として変調する回路である。制御回路１４はリーダ・ライタ２から受け取ったコマンドに応じて記憶回路１５の書き込みや読み出し、その他の論理処理を行う回路である。図示しないが、この制御回路１４には発振回路１６で生成されたクロックを受け取り、記憶回路１５にデータを書き込む際の電圧を生成するチャージポンプ回路も含まれている。記憶回路１５は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリにより構成され、個別情報やリーダ・ライタ２から送られたデータを保持する回路である。発振回路１６はリングオシレータなどで構成され、上述の基準クロックＣＬＫとは異なる所定の周波数のクロック（以後、サンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭと称す）を生成する回路である。このサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭは上述の副搬送波として利用されると共に、記憶回路１５にデータを書き込む際の高電圧を生成するチャージポンプ回路にも供給される。このサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭの周波数ｆｓは搬送波の周波数ｆｃとデータの周波数に基づいて決定される。この実施の形態では、搬送波は２．４５ＧＨｚ、データの周波数は２０ＫＨｚ程度であるため、このサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭは周波数ｆｓは４００ＫＨｚとしている。出力回路１７はＩＣタグ１からリーダ・ライタ２へ送信する送信データとサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭから変調用パルスを生成し、送信回路１３へと出力する回路である。

次に、このように構成されたＩＣタグ１の動作について説明する。このＩＣタグ１は、アンテナ２０でリーダ・ライタ２からの無線信号を受信する。受信した無線信号はＩＣチップ１０へと入力される。受信回路１１では、この無線信号に含まれる搬送波とデータから、受信データおよび基準クロックＣＬＫが取り出され、制御回路１４へ出力される。制御回路１４は、受信データに基づいて記憶回路１５への書き込みや読み出しを行い、リーダ・ライタ２に送信するデータがある場合は、その送信データを出力回路１７へと出力する。

出力回路１７ではサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭを送信データにより変調用パルスとし、送信回路１３へと出力する。送信回路１３では、後述する変調回路により、この変調用パルスに基づいて搬送波を変調し、搬送波、副搬送波、データが重畳したＡＳＫ変調信号とする。これが無線信号として、アンテナ２０を介してリーダ・ライタ２へと送信される。

上述のようなＩＣタグ１の一連の動作は、電源電圧発生回路１２により生成された電源電圧によって行われている。また、上述のサンプリングクロックは、発振回路１６内に形成された自励発振器により生成されたクロックである。

ここでＩＣタグ１からリーダ・ライタ２に、送信されるデータ形式および送信される無線信号の詳細について説明する。図３は、この実施の形態で使用されるデータの波形を説明する図である。

ＩＣタグ１では、リーダ・ライタ２からのコマンドに基づいて、例えば個別情報に関するデータをリーダ・ライタ２へと送信しなければならない場合がある。この場合、必要な送信データＤｓは記憶回路１５から制御回路１４によって読み出される。

ここで読み出された送信データＤｓは、制御回路１４でマンチェスタ符号化という方法で符号化され、マンチェスタ符号化送信データＤｓｍとされる。図３（ａ）は通常の２値化された送信データＤｓを示しており、図３（ｂ）は、その送信データＤｓをマンチェスタ符号化した送信データＤｓｍを示している。図３（ａ）および（ｂ）から分かるように、マンチェスタ符号化とはビットの中央で信号が立ち下がった場合（”Ｈ”から”Ｌ”）、そのビットを”１”とし、ビットの中央で信号が立ち上がった場合（”Ｌ”から”Ｈ”）、そのビットを”０”とする符号化方法である。つまり、マンチェスタ符号化された送信データＤｓｍは、元のデータを２倍のビット（あるいは周波数）を用いて表したデータであると言える。

このようにマンチェスタ符号化された送信データＤｓｍは、シリアルデータとされ、出力回路１７に入力される。図４は、この出力回路１７の回路の構成の一部を示す図である。図４に示すように、この出力回路１７はＡＮＤゲートＡＮＤ１を有している。このＡＮＤゲートＡＮＤ１の一方の入力端子には上述のマンチェスタ符号化された送信データＤｓｍが入力され、他方の入力端子にはサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭ（図３（ｃ）参照）が入力されている。

出力回路１７は、このマンチェスタ符号化された送信データＤｓｍと、サンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭのＡＮＤを取った変調用パルスＰ_Ｍを出力する。（図３（ｄ）参照）つまり、出力回路１７により副搬送波の成分がデータに重畳される。この変調用パルスＰ_Ｍは送信回路１３内に形成されている変調回路へと入力される。

図５は送信回路１３に含まれる変調回路を示した回路図である。この変調回路はＭＯＳトランジスタＭ１とインピーダンスＺを有している。インピーダンスＺの一方の端子はアンテナに接続され、他方の端子はＭＯＳトランジスタＭ１のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１のゲートは出力回路１７に接続され、ソースは接地電位に接続されている。ここでＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電極には、出力回路１７の生成する変調用パルスＰ_Ｍが与えられている。この変調回路は、出力回路１７より供給された変調用パルスＰ_Ｍの電圧に応じて、ＭＯＳトランジスタＭ１をスイッチング動作させている。ＭＯＳトランジスタＭ１がオフ状態のときはこのインピーダンスＺは負荷として加わらないが、ＭＯＳトランジスタがオン状態のときはインピーダンスＺが負荷としてアンテナ２０に加わる。これによりアンテナに発生する電圧が変動し、実質的に搬送波の振幅を変調用パルスＰ_Ｍにより、ＡＳＫ変調をかけたことになる。

図６は、この変調回路の動作によって変調されたＡＳＫ変調波と変調回路に入力される変調用パルスＰ_Ｍの関係を示した図である。図６（ａ）に示すような変調用パルスＰ_ＭがＭＯＳトランジスタＭ１のゲートに入力された場合、アンテナ２０から送信されるＡＳＫ変調波（無線信号）は図６（ｂ）に示したような変調波となる。つまり。入力された変調用パルスＰ_Ｍによって、搬送波が変調された信号となって送信される。

ここで、搬送波の振幅をＡ、搬送波が変調用パルスによって変調された部分の振幅をＢとする。（図６（ｂ）参照）振幅Ｂの値は、図５の負荷Ｚを変化させることによって変更することができる。ＡＳＫ変調は、搬送波の振幅を変化させることにより、データの有無を表現する変調方式である。そのため、データを受け取る側としては、変調度が大きくなればなるほど、安易にデータの有無を検出してデータを取得することができる。したがって、一般的にはＢの値を大きくし、変調度を大きくするとデータの復調が容易になる。しかし、本実施の形態では、無線信号の搬送波から電源電圧を生成するパッシブ型ＩＣタグが用いられている。このようなパッシブ型で、変調度を大きくするためには、振幅Ｂの値を大きくすると、その制御に大きな電力を消費してしまう。限られた電力しか使うことのできないパッシブ型のＩＣタグでは、変調に使う電力を最小限にするため、変調度Ｂ／Ａが小さくなるのが好ましい。そこで本実施の形態ではＡ＞＞Ｂとなるような値を選択し、例えば変調度を１０％以下としている。

以上の説明から分かるように、この実施の形態のＩＣチップ１０では、送信データＤｓをマンチェスタ符号化（Ｄｓｍ）し、そのデータＤｓｍでサンプリングクロックを変調した変調用パルスＰ_Ｍとしている。この変調用パルスＰ_Ｍでさらに搬送波を変調し、ＩＣタグ１から送信されるＡＳＫ変調波（無線信号）として送信している。したがってＩＣタグ１からリーダ・ライタ２に送信される無線信号は送信データ、搬送波、副搬送波が重畳された電波となっている。

図７は、以上説明したようにして生成されたＡＳＫ変調波の周波数スペクトルを示している。上述したように、ここではサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭを副搬送波として使用している。そのため、搬送波の周波数をｆｃ（２．４５ＧＨｚ）、サンプリングクロックの周波数をｆｓ（４００ＫＨｚ）とすると、データを含んだ周波数スペクトルは、ｆｃ±ｆｓを中心として分布している。この副搬送波は送信データＤｓに基づいて変調されているため、この２つの側波帯にはＩＣタグ１からリーダ・ライタ２に送信するデータが重畳されている。また副搬送波として発振回路１６で生成された４００ＫＨｚのサンプリングクロックを使用しているため、上側波帯と下側波帯の間隔が近づきすぎてしまうこともない。

このようにＩＣタグ１から送信された無線信号からリーダ・ライタ２で送信データＤｓを復調する場合、ＩＣタグ１から送信されたデータは図７に示したような周波数スペクトルを有している。この場合、データに対応する信号はｆｃ±ｆｓを中心としたスペクトルの、どちらの側波帯にも含まれている。そのため、リーダ・ライタ２側では、ＬＰＦでｆｃ−ｆｓ側（あるいはＨＰＦでｆｃ＋ｆｓ側）のみを通過させ、副搬送波の周波数ｆｓに同期検波することにより送信されたデータの内容が復調される。

以上説明したように、この実施の形態ではＩＣチップ１０内部に設けた自励発振する発振回路１６により副搬送波に対応するサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭを発生させている。このサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭは出力回路１７で重畳され変調用パルスＰ_Ｍをとしている。さらに変調回路により搬送波、副搬送波、送信データが重畳した無線信号をＩＣタグ１から送信することにより、リーダ・ライタ２側で適切な復調を行うことが可能となる。

そこで、この実施の形態で、副搬送波に相当するサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭを生成する回路について説明する。図８はサンプリングクロックＣＬＫ_ＳＡＭを生成する発振回路１６の一例を示す回路図である。この発振回路１６は３つのインバータＩ１、Ｉ２、Ｉ３から構成されたリングオシレータである。このようなリングオシレータは、製造時のばらつきなどにより、設計時に設定された周波数（副搬送波に相当する周波数）で正確に発振しないこともありえる。そこで、このリングオシレータは以下のような構成を有している。インバータＩ１とＩ２の間のノードと接地電位の間にはトランジスタＴ１および容量Ｃ１が直列に接続されている。このトランジスタＴ１および容量Ｃ１とは並列にトランジスタＴ２および容量Ｃ２が、同じようにインバータＩ１とＩ２の間のノードと接地電位の間に接続されている。インバータＩ２とＩ３の間のノードと接地電位の間にはトランジスタＴ３および容量Ｃ３が直列に接続されている。このトランジスタＴ３および容量Ｃ３とは並列にトランジスタＴ４および容量Ｃ４が、同じようにインバータＩ２とＩ３の間のノードと接地電位の間に接続されている。トランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４のゲート電極は、それぞれトリミング端子Ｓ１〜Ｓ４に接続されている。

ここで、トリミング端子Ｓ１に”１”を示す信号が入力された場合、トランジスタＴ１は、オン状態となる。したがって容量Ｃ１は、インバータＩ１の出力ノードに接続される。一方、リミング端子Ｓ１に”０”を示す信号が入力された場合、トランジスタＴ１は、オフ状態となる。したがって容量Ｃ１は、インバータＩ１の出力ノードには接続されない。トリミング端子Ｓ２〜Ｓ４についても同様に、それぞれのトリミング端子Ｓ２〜Ｓ４に入力される信号によって容量Ｃ２〜Ｃ４の接続・非接続が決定される。

図８に示したリングオシレータは、トランジスタＴ１〜Ｔ４のオン・オフにより、それぞれのノードに接続される容量を変化させることが可能である。つまり、トランジスタＴ１〜Ｔ４のオン・オフで、その発振周波数を調整することが可能である。各トランジスタのオン・オフを決定するトリミング端子Ｓ１〜Ｓ４には、副搬送波に相当する周波数で発振するように信号を与えることが可能である。

以下にその方法について説明する。まず、理解しやすくするために、Ｓ１＝１、Ｓ２＝０、Ｓ３＝０、Ｓ４＝０の場合を「１０００」と表すとすると、図８に示した回路の場合、その信号Ｓ１〜Ｓ４の組み合わせは「００００」〜「１１１１」までの１６通りである。各組み合わせのデータは記憶回路１５のＥＥＰＲＯＭに保持されているとする。

このＩＣチップ１０は、記憶回路１５内にメモリアドレスレジスタを有しており、初期状態ではトリミング端子Ｓ１〜Ｓ４に例えば「１０００」の組み合わせを与えるＥＥＰＲＯＭのアドレスが記憶される。ＩＣチップ１０が形成された際のテスト時に、発振回路１６の発振周波数を測定し、このメモリアドレスレジスタに示されたアドレスを書き換えてやることによりトリミング端子Ｓ１〜Ｓ４に、任意の組み合わせを与えて発振周波数を調整することが可能である。

図９はこのメモリアドレスレジスタに書き込まれているアドレスを決定する方法を示すフローチャートである。

トリミングが開始された段階ではメモリアドレスレジスタはデフォルトアドレス（例えば「１０００」を示すアドレス）が書き込まれている。（ステップＳ１）トリミングが開始されると発振回路が発振を開始し、その発振周波数がテスタにより測定される。（ステップＳ１）テスタでは測定された発振周波数が副搬送波として適用が可能な許容範囲内であるかどうかの判定が行われる。（ステップＳ２）

測定された周波数が許容範囲内である場合、ＩＣチップ１０内の自励発振器は正確な周波数を発振しているものとして、テストを終了する。（ステップＳ３）

測定された周波数が許容範囲外である場合、テスタは測定された周波数が許容範囲内の期待された発振周波数よりも高いのか低いのかを判定する。（ステップＳ４）

測定された周波数が期待された発振周波数よりも高い場合、テスタはメモリアドレスレジスタに書き込まれたアドレスを例えば１つデクリメントする。（ステップＳ５）デクリメントされたアドレスに書き込まれたＳ１〜Ｓ４の組み合わせは、発振回路１６の発振周波数を現在の発振周波数よりも１段階小さくする組み合わせである。

測定された周波数が期待された発振周波数よりも低い場合、テスタはメモリアドレスレジスタに書き込まれたアドレスを１つインクリメントする。（ステップＳ６）インクリメントされたアドレスに書き込まれたＳ１〜Ｓ４の組み合わせは、発振回路１６の発振周波数を現在の発振周波数よりも１段階大きくする組み合わせである。

メモリアドレスレジスタに書き込まれたアドレスが変更されることにより、発振回路は記憶回路１５の、新たなアドレスに書き込まれたデータに基づいた信号を読み出す。トリミング端子Ｓ１〜Ｓ４にはこのデータに基づいた信号が与えられる。（ステップＳ７）

トリミング端子Ｓ１〜Ｓ４に与えられた信号が変化した後、ステップＳ２に戻りテスタは再び発振回路の発振する周波数を測定する。

その後、この工程は順次繰り返され、測定した周波数が許容範囲内となったところでメモリアドレスレジスタの内容を書き換えることを終えてトリミングを終了する。

このように、発振回路の発振周波数が副搬送波として適用可能な範囲となった時点でレジスタの書き換えを終了するため、ＩＣチップ１０内に形成された発振回路１６は安定した発振周波数を有する回路として動作する。

図１０は、この実施の形態の発振回路１６の他の例を示す回路図である。図１０に示すようにこの例は、増幅回路１６１と３段の移相回路１６２Ａ〜１６２Ｃを用いたＣＲ発振回路である。このようなＣＲ発振回路の発振動作については周知であるので割愛する。図１０に示すような発振回路の場合その発振周波数ｆは以下の式で与えられる。
ｆ＝1/（２π６^１／２ＣＲ）

つまり、容量値Ｃ、抵抗値Ｒによって、その発振周波数ｆは設定される。そこで、この実施の形態のＣＲ発振回路では、各段の移相回路を図１１に示すような移相回路とする。図１１を説明する上では、図１０に示す移相回路１６２−Ａにおいて、増幅回路１６２に接続される容量Ｃの端子をＶ１、容量Ｃと抵抗Ｒの間のノードをＶ２、抵抗Ｒの接地電位に接続される端子をＶ３として説明する。

図１１に示すように、１段の移相回路は図１０におけるノードＶ１とＶ２の間に直列に接続された容量Ｃ１１とＭＯＳトランジスタＴ１１、容量Ｃ１２とＭＯＳトランジスタＴ１２、容量Ｃ１３とトランジスタＴ１３を有している。ここで、それぞれの容量Ｃ１１〜Ｃ１３は並列に接続されている。つまり、図１０に示す移相回路の容量Ｃを分割し、それぞれの容量Ｃ１１〜Ｃ１３にスイッチとなるＭＯＳトランジスタＴ１１〜Ｔ１３が接続された構成となっている。容量Ｃと同様に、抵抗Ｒについても分割して形成されている。つまり、ノードＶ２とＶ３の間に直列に接続された抵抗２１とＭＯＳトランジスタＴ２１、抵抗Ｒ２２とＭＯＳトランジスタＴ２２、抵抗Ｒ２３とＭＯＳトランジスタＴ２３を有している。ここで、それぞれの抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３は並列に接続されている。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ１１〜Ｔ１３のゲート電極はトリミング端子Ｓ１〜Ｓ３、ＭＯＳトランジスタＴ２１〜Ｔ２３のゲート電極はトリミング端子Ｓ４〜Ｓ６に接続されている。

つまり、トリミング端子Ｓ１〜Ｓ６に与える電位によって、それぞれの容量Ｃ１１〜Ｃ１３および抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３の接続・非接続が決定される。

図８に示したリングオシレータの場合と同様にトリミング端子Ｓ１〜Ｓ６に与える信号を変化させることで図１０に示した移相回路１６２−Ａ〜１６２−Ｃの容量値Ｃ、抵抗値Ｒが変化する。その結果、上述の式に示した発振周波数も変化するため、このＣＲ発振回路の発振周波数を調整することが可能となる。図１１には１段の移相回路（１６２−Ａ）についての構成を示したが、他の移相回路１６２−Ｂ、１６２−Ｃについても同様である。ここで、図１０に示したＣＲ発振回路では各段の移相回路の容量Ｃおよび抵抗Ｒは等しいものとするため、各移相回路は同一の構成とし、トリミング端子に与えられる信号も同一であるとする。

ここで、トリミング端子Ｓ１〜Ｓ６に与える信号を決定する方法については、図９に示したリングオシレータにおける方法と極めて類似している。つまり、テスタなどによってトリミング端子Ｓ１〜Ｓ６にデフォルトの組み合わせの信号を与える。その結果の発振周波数を測定し、測定結果に基づいてトリミング端子Ｓ１〜Ｓ６に与える信号の組み合わせを変化させる。順次書き換えていった結果、最終的にサンプリングクロックとして許容範囲となった組み合わせを記憶してトリミングを終了する。

以上、詳細に説明したようにこの実施の形態では、ＩＣタグ１のＩＣチップ１０の内に発振回路１６を設け、この発振回路１６の出力するクロックを副搬送波として用いているためＩＣチップ１０内部に分周器を設けることなくリーダ・ライタで安定して復調することが可能な送信電波を生成することが出来る。

以上の実施の形態では発振回路で生成されるクロックを副搬送波として利用する点に着目して説明してきたが、発振回路で生成されるクロックは記憶回路の書き込みに用いられるチャージポンプ回路用のクロックとしても利用可能である。

また、制御回路１４は、受信データに基づいて発振回路を記憶回路へのデータの書き込み、リーダ・ライタへのデータ送信時以外は動作させず、このＩＣタグ１が消費する電力を低減させることが可能である。

本発明の実施の形態にかかるＩＣタグとリーダ・ライタとからなるＲＦＩＤシステムを示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかるＩＣタグの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に関わる送信データ、サンプリングクロック、変調用パルスの波形を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる出力回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる変調回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる変調用パルス、ＡＳＫ変調波の波形を示す図である。 本発明のＡＳＫ変調波のスペクトル分布を示す図である。 本発明の発振回路の一例を示す回路図である。 本発明の発振回路の周波数を調整するフローを示した図である。 本発明の発振回路の他の例を示す回路図である。 図１０に示す発振回路の詳細を示す回路図である。

符号の説明

１１ 受信回路 １２ 電源電圧発生回路 １３ 送信回路
１４ 制御回路 １５ 記憶回路 １６ 発振回路
１７ 出力回路 ２０ アンテナ
Ｔ１〜Ｔ４、Ｔ１１〜Ｔ１３、Ｔ２１〜Ｔ２３ ＭＯＳトランジスタ
Ｃ１〜Ｃ４、Ｃ１１〜Ｃ１３ 容量 Ｉ１〜Ｉ３ インバータ

Claims (22)

1. 受信した無線信号から受信データを生成する受信回路と、
   前記受信した無線信号に基づいて電源電圧を生成する電源電圧生成回路と、
   前記受信データに基づいて、論理処理を行う制御回路と、
   送信データを含む無線信号を生成し、該無線信号をアンテナを介して送信する送信回路と、
   前記電源電圧生成回路が生成した電源電圧によって動作し、所定の周波数のクロックを生成する発振回路とを有する半導体装置。
2. 前記所定の周波数は前記送信データを含む無線信号の搬送波の周波数よりも低い周波数であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記送信データによって前記所定の周波数のクロックを変調した変調用パルスを出力する出力回路を有することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の半導体装置。
4. 前記変調用パルスによって前記搬送波を変調し、前記送信データを含む無線信号とする変調回路を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記変調回路は、前記変調用パルスによって前記搬送波をＡＳＫ変調することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記ＡＳＫ変調の変調度は、前記アンテナに接続された負荷を変化させることによって制御されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記発振回路は、奇数段のインバータを接続したリングオシレータを有することを特徴とする請求項１乃至６に記載の半導体装置。
8. 前記発振回路は、前記リングオシレータを構成するインバータの少なくとも一つの出力ノードと固定電位との間に直列に接続された容量およびスイッチ素子を有することを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
9. 前記発振回路は、前記リングオシレータを構成する第１のインバータの出力ノードと固定電位との間に直列に接続された第１の容量および第１のスイッチ素子と、
   前記リングオシレータを構成する第２のインバータの出力ノードと前記固定電位との間に直列に接続された第２の容量および第２のスイッチ素子とを有することを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
10. 前記発振回路はＣＲ発振回路であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の半導体装置。
11. 前記受信回路はさらに受信した無線信号から基準クロックを生成し前記制御回路に供給することを特徴とする請求項１乃至９に記載の半導体装置。
12. リーダ・ライタと通信を行い前記リーダ・ライタから送信された無線信号に基づいて動作するＩＣタグであって、
    リーダ・ライタから受信した無線信号から受信データを生成する受信回路と、
    前記受信した無線信号に基づいて電源電圧を生成する電源電圧生成回路と、
    情報を記憶する記憶回路と、
    前記受信データに基づいて、前記記憶回路への書き込み・読み出しを制御する制御回路と、
    前記記憶回路から読み出された情報を送信データとして前記リーダ・ライタへ送信する送信回路と、
    所定の周波数のクロックを生成する発振回路とを有するＩＣタグ。
13. 前記所定の周波数は、前記送信データを含む無線信号の搬送波の周波数よりも低い周波数であることを特徴とする請求項１２に記載のＩＣタグ。
14. 前記送信データによって前記所定の周波数のクロックを変調した変調用パルスを出力する出力回路を有することを特徴とする請求項１２あるいは１３に記載のＩＣタグ。
15. 前記変調用パルスによって搬送波を変調し、前記送信データを含む無線信号とする変調回路を有することを特徴とする請求項１４に記載のＩＣタグ。
16. 前記変調回路は、前記変調用パルスによって前記搬送波をＡＳＫ変調することを特徴とする請求項１５に記載のＩＣタグ。
17. 前記ＡＳＫ変調の変調度は、前記アンテナに接続された負荷を変化させることによって制御されることを特徴とする請求項１６に記載のＩＣタグ。
18. 前記発振回路は、奇数段のインバータを接続したリングオシレータを有することを特徴とする請求項１２乃至１７に記載のＩＣタグ。
19. 前記発振回路は、前記リングオシレータを構成するインバータの少なくとも一つの出力ノードと固定電位との間に直列に接続された容量およびスイッチ素子を有することを特徴とする請求項１８記載のＩＣタグ。
20. 前記発振回路は、前記リングオシレータを構成する第１のインバータの出力ノードと固定電位との間に直列に接続された第１の容量および第１のスイッチ素子と、
    前記リングオシレータを構成する第２のインバータの出力ノードと前記固定電位との間に直列に接続された第２の容量および第２のスイッチ素子とを有することを特徴とする請求項１８記載のＩＣタグ。
21. 前記発振回路はＣＲ発振回路を有することを特徴とする請求項１２乃至１７に記載のＩＣタグ。
22. 前記受信回路はさらに受信した無線信号から基準クロックを生成し前記制御回路に供給することを特徴とする請求項１２乃至２０に記載のＩＣタグ。

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