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Dokumentenidentifikation DE102005050324A1 26.04.2007
Titel Gleichrichter
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Braun, Christoph, 80336 München, DE;
Knoll, Bernhard, Dr., 85579 Neubiberg, DE;
Verbeek, Martin, Dr., 81825 München, DE;
Weber, Werner, Dr., 80637 München, DE
Vertreter Viering, Jentschura & Partner, 80538 München
DE-Anmeldedatum 20.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005050324
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse H01L 27/06(2006.01)A, F, I, 20051020, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 49/02(2006.01)A, L, I, 20051020, B, H, DE   H04B 1/59(2006.01)A, L, I, 20051020, B, H, DE   
Zusammenfassung Es ist ein Gleichrichter offenbart, mit zwei Substratbereichen, die unterschiedliche Leitfähigkeitstypen aufweisen, zwei Dioden in Reihenschaltung, wobei die Anode der ersten Diode mit der Kathode der zweiten Diode gekoppelt ist und eine Wechselspannungsquelle an die Anode der ersten Diode und einen ersten Substratbereich angeschlossen ist, ein zweiter Substratbereich mit der Anode der zweiten Diode gekoppelt ist und eine Gleichspannung an der Kathode der ersten Diode und der Anode der zweiten Diode abgreifbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Gleichrichter.

Integrierte Hochfrequenzgleichrichter bestehen normalerweise aus einer aktiven Transistorschaltung oder Schottky-Dioden, die eine entsprechend hohe Schaltfrequenz besitzen, wobei ein Kondensator zur Glättung der Gleichspannung eingesetzt werden kann.

Nachteil von Transistor-Gleichrichtern ist der relativ hohe Stromrückfluss, der die Spannung an einem Glättungskondensator bis zur Schwellenspannung der Transistoren begrenzen kann. Aktive Komparatorschaltungen, die Gateanschlüsse der Transistoren entsprechend steuern, um den Rückfluss zu verhindern, bedingen aber einen erhöhten Schaltungsaufwand.

Im Gegensatz dazu sind Schottky-Dioden, die für Gleichrichter verwendet werden, im Vergleich zu pn-Dioden zwar ausreichend schnell, aber in modernen CMOS-Prozessen nicht vorgesehen, bzw. sie benötigen Spezial-Prozesse.

Passive RFID-Transponder (Radio Frequency Identification Devices, Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtungen) sind Einzelchip-Transponder, die ihre Versorgungsspannung aus einem hochfrequenten Trägersignal beziehen, das mittels einer Antenne, z.B. einer Spulen-Antenne empfangen wird. Zum Erzeugen der Betriebsspannung wird ein integrierter HF (Hoch-Frequenz)-Gleichrichter benötigt, der mit einem nachgeschalteten Glättungskondensator und einem Spannungsbegrenzer eine konstante Gleichspannung erzeugt.

1 zeigt einen passiven RFID-Transponder, der einen Gleichrichter zum Erzeugen von Gleichspannung aufweist.

Gemäß dieser herkömmlichen Anordnung sind auf dem Substrat des RFID-Transponders 1 eine Antenne 2, ein Gleichrichter 3, ein Taktgenerator 4, eine Steuereinheit 5 mit Datenspeicher und ein HF-Modulator 6 angeordnet.

Der Gleichrichter 3 empfängt Wechselspannungssignale der Antenne 2 und wandelt diese Wechselspannung in eine Gleichspannung um. Mit dieser Gleichspannung werden der Taktgenerator 4, die Steuereinheit 5 und der HF-Modulator 6 versorgt.

Der Taktgenerator 4 erzeugt ein hochfrequentes Taktsignal und versorgt die Steuereinheit 5 und den HF-Modulator 6 mit diesem Taktsignal. In der Steuereinheit 5 wird unter Verwendung des Taktsignals und der in dem Datenspeicher gespeicherten Daten ein Ausgabesignal vorbereitet. Der HF-Modulator 6 moduliert das hochfrequente Taktsignal mit dem Ausgabesignal zum Erzeugen eines Ausgabesignals, das mittels der Antenne 2 ausgestrahlt wird. Somit ist die Funktionsfähigkeit des RFID-Transponders 1 sichergestellt, indem die Versorgungsspannung aus dem Wechselspannungssignal der Antenne 2 gewonnen wird, ohne dass der RFID-Transponder 1 eine zusätzliche Stromquelle aufzuweisen braucht. Der Anschluss der Antenne 2 an den Gleichrichter 3 erfolgt mittels einer MOS-Kapazität des Gleichrichters 3, wobei ein zweiter Kontakt zum Anschließen der Wechselspannung mit einem der beiden Kontakte zum Anschließen der Gleichspannung gekoppelt ist, was unten genauer beschrieben ist.

Ein auf pn-Dioden basierender Gleichrichter gemäß dem Stand der Technik, bei dem eine Gleichrichter-Kaskadenschaltung verwendet wird, ist in 2 gezeigt.

2 zeigt eine Gleichrichter-Kaskadenschaltung gemäß dem Stand der Technik.

In 2 ist die Antenne aus 1 durch eine Wechselspannungsquelle 20 dargestellt, die mit jeweils einem Kontakt einer Koppelkapazität 21 und einer Glättungskapazität 22 des Gleichrichters gekoppelt ist. Ferner weist der Gleichrichter eine erste pn-Diode 23 und eine zweite pn-Diode 24 auf, die als Kaskade, d.h. in Reihe, gekoppelt sind. Der zweite Kontakt der Koppelkapazität 21 ist mit der Kathode der ersten pn-Diode 23 sowie mit der Anode der zweiten pn-Diode 24 gekoppelt. Die Glättungskapazität 22 ist parallel an die Reihenschaltung aus erster Diode 23 und zweiter Diode 24 gekoppelt, d.h. an die Anode der ersten pn-Diode 23 und die Kathode der zweiten pn-Diode 24. Die Reihenschaltung aus erster Diode 23 und zweiter Diode 24 ist außerdem an Kontakte VDD 26b und VSS 26a zum Abgreifen der Gleichspannung gekoppelt. Somit ist ein Kontakt der Wechselspannungsquelle 20 direkt mit einem Kontakt zum Abgreifen der Gleichspannung gekoppelt, wobei ein erster Energieversorgungskontakt 26a, an welchen ein erstes Energieversorgungspotenzial VDD angelegt wird, mit der Anode der ersten pn-Diode 23 gekoppelt ist und ein zweiter Energieversorgungskontakt 26b, an welchen ein zweites Energieversorgungspotenzial VSS angelegt wird, mit der Kathode der zweiten pn-Diode 24 gekoppelt ist.

Die 3a und 3b zeigen ein Ersatzschaltbild für jeweils eine positive bzw. eine negative Halbwelle der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle.

Nimmt man die beiden in 2 dargestellten pn-Dioden 23, 24 als ideal an, kann die Ausgangsgleichspannung am Glättungskondensator C2 22 sehr einfach ermittelt werden. Die Wechselspannungsquelle 30 entspricht der Antennenspannung bei einem RFID-Transponder. Aufgrund der beiden Dioden 23, 24 kann man für die positive bzw. die negative Halbwelle der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle 30 zwei getrennte Ersatzschaltbilder angeben (3a, 3b). Bei einer positiven Halbwelle (3a) wird die erste Kapazität 31, die der Koppelkapazität 21 aus 2 entspricht, auf die maximale Spannung U0 aufgeladen. Bei einer negativen Halbwelle (3b) ergibt sich eine Reihenschaltung aus der ersten Kapazität 31 und der zweiten Kapazität 33, so dass sich die Spannung an der zweiten Kapazität 33, die der Glättungskondensator aus 2 entspricht, auf die doppelte Spannung UC2 = 2U0 auflädt.

Die Leerlaufspannung an den Gleichspannungsanschlüssen 26a, 26b stellt sich daher im Idealfall auf die doppelte Eingangsspannung U0 ein. Reale Dioden besitzen aber eine Durchbruchspannung Ud in Durchlassrichtung, die die Ausgangsspannung des Gleichrichters auf Ua = 2(U0 – Ud) reduziert.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der herkömmlichen Gleichrichter-Kaskadenschaltung aus 2, das in einem CMOS-Prozess mit einem p-Substrat gebildet ist.

Gemäß dem in 4 dargestellten herkömmlichen Ausführungsbeispiel sind in einem Halbleiter-Substrat 40, das z.B. p-dotiert ist, eine erste Diode 43, eine zweite Diode 44, sowie eine erste Kapazität und eine zweite Kapazität in CMOS-Technologie hergestellt. Die erste Kapazität und die zweite Kapazität sind jeweils aus einem n-dotierten Substrat, d.h. einer n-dotierten Wanne 41, 42 in dem p-dotierten Substrat 40, und einer Metallschicht 45, 46, die mittels einer Isolationsschicht, z.B. Siliziumdioxid, von der jeweiligen Wanne 41 bzw. 42 getrennt sind, gebildet. Die erste Diode 43 und die zweite Diode 44 weisen jeweils eine p-dotierte Anode und eine n-dotierte Kathode auf. Zur Beschaltung der ersten Diode 43 und der zweiten Diode 44, sowie der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität, wird auf die oben in 2 genannte Beschreibung verwiesen.

In anderen Worten, die erste Kapazität und die zweite Kapazität sind als flächeneffiziente MOS-Kapazitäten mit jeweils einer n-Wanne 41, 42 und einer Metallschicht 45, 46 realisiert, während die erste Diode 43 und die zweite Diode 44 als einfache pn-Dioden ausgebildet sind. Der Wechselspannungskontakt AC_In1 48a und der Wechselspannungskontakt AC_In2 47a sind direkt mit den MOS-Kapazitäten gekoppelt, so dass aufgrund einer parasitären Kopplung 49 zwischen der ersten n-Wanne 41 und der zweiten n-Wanne 42 im Substrat 40 ein Kurzschlussstrom zwischen den Wechselspannungskontakten 48 fließt, der die Effizienz des Gleichrichters mindert.

Ein integrierter Gleichrichter mit pn-Dioden in Brückenschaltung weist jedoch nur eine geringe Betriebsfrequenz auf, da der Gleichspannungskontakt für Masse VSS und der Wechselspannungskontakt AC_In2 miteinander verbunden sind, und sich so die Eingangs-Wechselspannung und die Ausgangs-Gleichspannung aufgrund der parasitären Kapazität, die zwischen der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität besteht, überlagern können. Zudem kann ein wechselspannungsseitiger Anschluss nicht über das Substrat erfolgen, der für den Anschluss von Antennen, z.B. an RFID-Transponders, erhebliche Vorteile bietet, da in diesem Fall eine aufwändige Ausrichtung des Bonding-Pads zum Anschließen der Antenne unnötig ist.

Die Dioden in der N-Wanne können auch mit CMOS-Transistoren in Diodenschaltung realisiert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Gleichrichter zu schaffen, der eine hohe Effizienz und eine hohe Grenzfrequenz aufweist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Gleichrichters mit einem geringen Flächenverbrauch.

Das Problem wird durch einen Gleichrichter mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.

Ein Gleichrichter weist einen ersten Substratbereich mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und einen zweiten Substratbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist. Ferner weist der Gleichrichter eine erste Diode und eine zweite Diode auf, die in Reihenschaltung gekoppelt sind, wobei die Anode der ersten Diode mit der Kathode der zweiten Diode gekoppelt ist. Dabei ist der zweite Substratbereich mit der Anode der zweiten Diode gekoppelt, und die Anode der ersten Diode und der erste Substratbereich weisen Kontakte zum Anschließen einer Wechselspannungsquelle auf. Zum Abgreifen einer Gleichspannung weisen die Kathode der ersten Diode und die Anode der zweiten Diode. entsprechende Kontakte auf.

Anschaulich kann ein Aspekt der Erfindung in einer Gleichrichter-Kaskadenschaltung gesehen werden, die die parasitäre Sperrschicht-Kapazität einer MOS-Kapazität als Kapazität für die Kaskadenschaltung nutzt, und daher einen wechselspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters über das Substrat ermöglicht. Da nur zwei pn-Dioden zum Gleichrichten des Wechselspannungs-Eingangssignals verwendet werden, verringert sich der parasitäre Kurzschluss-Strom zwischen den Dioden, so dass sich die Grenzfrequenz des Gleichrichters erhöht. Ferner reduziert sich die Chipfläche, da nur eine einzige MOS-Kapazität für die Kaskadenschaltung implementiert ist.

Ein Aspekt der Erfindung basiert daher auf der Idee, parasitäre Kapazitäten, die sich aufgrund der Integration zwangsläufig ergeben, für die wechselspannungsseitige Einkopplung zu nutzen und somit die Chipfläche zu reduzieren und einen Substratanschluss für die wechselspannungsseitige Einkopplung auf einfache Weise zu ermöglichen. Da nur zwei pn-Dioden verwendet werden, kann kein parasitärer Kurzschlussstrom zwischen den pn-Dioden fließen. Dadurch werden die Verluste bei hohen Signalfrequenzen vermieden und die Betriebsfrequenz des Kaskaden-Gleichrichters wird deutlich gesteigert. Für RFID-Chips ergibt sich daraus ein Vorteil bei der Kontaktierung einer externen Antenne, da nur ein Kontakt für einen Bonding-Draht benötigt wird, und der weitere Anschluss der Antenne über das Substrat erfolgen kann.

Damit wird ein Gleichrichter für hochfrequente Wechselspannungen (f > 10 MHz) geschaffen, der beispielsweise für den Einsatz im UHF-Bereich sehr geeignet ist, da er einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Beispielsweise sind auf dem zweiten Substratbereich eine Oxidschicht und eine Metallschicht übereinander angeordnet, und die Metallschicht ist mit der Kathode der ersten Diode gekoppelt.

Der zweite Substratbereich und die Metallschicht, die mittels der Oxidschicht getrennt sind, bilden somit eine Glättungskapazität. Damit wird erreicht, dass die Gleichspannung, die ansonsten stark pulsiert, geglättet ist.

In einem anderen Ausführungsbeispiel sind bei dem Gleichrichter der erste Substratbereich und der zweite Substratbereich aus einem elementaren Halbleiter, wie z.B. Silizium, oder einem Verbindungshalbleiter gebildet. Beispiele für Verbindungshalbleiter sind III-V-Halbleiter, wie z.B. Galliumarsenid oder Indiumphosphid, II-VI-Halbleiter, wie z.B. Cadmiumselenid, und IV-IV-Halbleiter, wie z.B. Siliziumcarbid.

Obwohl die Substratbereiche aus einem der vielen bekannten Halbleitermaterialien gebildet sein können, werden die Substratbereiche besonders bevorzugt aus Silizium, Galliumarsenid oder Indiumphosphid gebildet, da die Verarbeitung dieser Materialien gut bekannt ist und mit herkömmlichen Prozess-Anlagen leicht durchgeführt werden kann.

In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die erste Diode und die zweite Diode aus jeweils einem Transistor in Diodenschaltung gebildet.

Vorteil dieser Anordnung ist, dass diese Anordnung eine kleinere Fläche auf dem ersten Substratbereich benötigt.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist bei einem Gleichrichter, der auf einem RFID-Chip angeordnet ist, eine Antenne des RFID-Chips als Wechselspannungsquelle angeschlossen.

Dieses Ausführungsbeispiel hat z.B. den Vorteil, dass zur Versorgung von elektronischen Bauelementen auf einem RFID-Chip keine Batterie notwendig ist, da die dazu notwendige Versorgungsspannung aus der Antenne des RFID-Chips gewonnen werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.

1 zeigt einen passiven RFID-Transponder, der einen Gleichrichter zum Erzeugen von Gleichspannung aufweist.

2 zeigt eine Gleichrichter-Kaskadenschaltung gemäß dem Stand der Technik.

3a zeigt ein Ersatzschaltbild für eine positive Halbwelle der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle.

3b zeigt ein Ersatzschaltbild für eine negative Halbwelle der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der herkömmlichen Gleichrichter-Kaskadenschaltung aus 2 in CMOS-Technik.

5 zeigt ein Blockschaltbild einer Gleichrichterschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Gleichrichter-Kaskadenschaltung aus 5 in CMOS-Technik.

7 zeigt den Anschluss einer externen Antenne über ein Bonding-Pad und das Substrat an einen RFID-Transponder.

Die beschriebenen Figuren dienen nur zur Erklärung der Erfindung und stellen insbesondere keine maßstabsgetreuen Abbildungen des Gegenstands der Erfindung dar.

Das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung ist in 5 dargestellt.

Wie in 5 zu sehen ist, ist eine Wechselspannungsquelle 50 mittels eines Wechselspannungskontakts AC_In1 57a mit der Kathode einer ersten Diode 53 und der Anode einer zweiten Diode 54 gekoppelt und mittels eines Wechselspannungskontakts AC_In2 57b mit einer ersten Kapazität 51. Anders ausgedrückt, die erste Diode 53 und die zweite Diode 54 sind in Reihe gekoppelt, d.h. in Kaskade gekoppelt. Die erste Kapazität 51 entspricht der parasitären Substratkapazität und dient als Koppel-Kapazität. Ferner ist die Kathode der zweiten Diode 54 mit einem zweiten Anschluss der ersten Kapazität 51 und mit einem ersten Anschluss der zweiten Kapazität 52 gekoppelt, wobei die zweite Kapazität einer Glättungskapazität 52 entspricht. Ferner ist die Anode der ersten Diode 53 mit dem zweiten Anschluss der zweiten Kapazität 52 gekoppelt. Die Kapazität 52 ist parallel zu dem Gleichspannungskontakt VDD 56b und dem Gleichspannungskontakt VSS 56a zum Abgreifen einer Gleichspannung Ua 59 gekoppelt. Da die zweite Kapazität 52 parallel an die Gleichspannungskontakte 56a, 56b gekoppelt ist, wirkt die Kapazität 52 als Glättungskapazität zum Vermindern der Welligkeit der erzeugten Gleichspannung Ua 59. Beispielsweise kann die Kapazität 52 einen Kapazitätswert von 50 pF aufweisen.

Zur Spannungsstabilisierung kann der Gleichrichter eine dritte Diode (nicht gezeigt) oder ein anderes geeignetes elektronisches Element aufweisen, das parallel an die Gleichspannungskontakte 56 gekoppelt ist.

Damit wird ein Gleichrichter für hochfrequente Wechselspannungen geschaffen, der z.B. für den Einsatz im UHF-Bereich sehr geeignet ist, da er einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Gleichrichter-Kaskadenschaltung aus 5 in CMOS-Technik.

Gemäß 6 weist der Gleichrichter einen ersten Substratbereich 60 mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und einen zweiten Substratbereich 61 mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, auf. Beispielsweise kann der erste Substratbereich 60 ein p-dotiertes Substrat sein und der zweite Substratbereich 61 eine n-dotierte Wanne 61 sein, die in dem p-Substrat 60 gebildet ist. Der erste Substratbereich 60 und der zweite Substratbereich 61 sind z.B. aus entsprechend dotiertem Silizium gebildet. Ferner können in dem ersten Substratbereich 60 eine erste Diode 63 und eine zweite Diode 64 ausgebildet sein, und in Reihenschaltung miteinander gekoppelt sein, wobei die Anode der ersten Diode 63 mit der Kathode der zweiten Diode 64 gekoppelt ist. Ferner ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der zweite Substratbereich 61 mit der Anode der zweiten Diode 64 gekoppelt. Die Anode der ersten Diode 63 ist mit einem Wechselspannungskontakt AC_In1 67a gekoppelt und der erste Substratbereich 60 ist mit einem Wechselspannungskontakt AC_In2 67b zum Anschließen einer Wechselspannungsquelle gekoppelt. Auf dem zweiten Substratbereich 61 sind eine Oxidschicht und eine Metallschicht 65 übereinander angeordnet, und die Metallschicht 65 ist mit der Kathode der ersten Diode 63 gekoppelt.

Daher geschieht die Einspeisung der Wechselspannung mittels der Wechselspannungskontakte AC_In1 67a und AC_In2 67b, und die erzeugte Gleichspannung wird an einem Gleichspannungskontakt 66a, der mit Anode der zweiten Diode 64 und dem zweiten Substrat 61 gekoppelt ist, und einem Gleichspannungskontakt 66b, der mit der Metallschicht 65 und der Kathode der ersten Diode 63 gekoppelt ist, abgegriffen.

Der Gleichspannungskontakt 66a stellt ein erstes Gleichspannungspotenzial VSS bereit und der zweite Gleichspannungskontakt 66b stellt ein zweites Gleichspannungspotenzial VDD bereit.

Der erste Substratbereich 60 und der zweite Substratbereich 61 können aus einem elementaren Halbleiter, wie z.B. Silizium, oder einem Verbindungshalbleiter gebildet sein. Beispiele für Verbindungshalbleiter sind III-V-Halbleiter, wie z.B. Galliumarsenid oder Indiumphosphid, II-VI-Halbleiter, wie z.B. Cadmiumselenid, und IV-IV-Halbleiter, wie z.B. Siliziumcarbid. Je nach vorhandener Prozesstechnologie und beabsichtigten technischen Daten des Gleichrichters kann ein anderes geeignetes Halbleitermaterial verwendet werden.

Ein Unterschied zur herkömmlichen Gleichrichterschaltung, die in 2 beschrieben ist, ist, dass der Wechselspannungskontakt 67b nur über die erste Kapazität (51 in 5), d.h. über das Substrat 60 mit der Gleichrichterschaltung gekoppelt ist, und die Kathode der ersten Diode 63 und die Anode der zweiten Diode 64 mit dem Glättungskondensator (52 in 5) gekoppelt sind. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters ist auch hier durch Ua = 2(U0 – Ud) gegeben.

Vorteile der beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung gegenüber der bekannten Schaltung (2 und 4) ergeben sich z.B. durch die Implementierung in CMOS-Technik (6). Die Glättungskapazität ist auch hier, wie schon in 4, als MOS-Kapazität aus der n-Wanne 61 und der Metallschicht 65 realisiert. Ein Unterschied ist, dass bei der Implementierung der Schaltung aus 5 parasitäre Kapazitäten, die normalerweise die Funktion der Gleichrichterschaltung stören, die Koppel-Kapazität bilden.

Die parasitäre Sperrschicht-Kapazität 68 in 6 ist aus dem p-Substrat 60, der n-Wanne 61 der MOS-Kapazität und dem pn-Übergang zwischen dem p-Substrat 60 und der n-Wanne 61 gebildet. Liegt am Wechselspannungskontakt AC_In2 67b ein positives Potential gegenüber dem Wechselspannungskontakt AC_In1 67a an, dann wird die Sperrschicht-Kapazität 68 in Durchlassrichtung des pn-Übergangs aus p-Substrat 60 und n-Wanne 61 bis zur Durchbruchspannung aufgeladen. Das E-Feld der Sperrschicht entspricht dem eines Plattenkondensators. Dies entspricht dem Ersatzschaltbild in 3a. Bei umgekehrter Polarität verhält sich die Schaltung dann wie in 3b und der Glättungskondensator wird auf die doppelte Spannung aufgeladen. Da die Dicke der Sperrschicht in Durchlassrichtung sehr klein ist, ergibt sich eine relativ große Sperrschicht-Kapazität 68. Die Sperrschicht stellt damit auch einen inhärenten Schutz gegen elektrostatische Entladungen (ESD) dar.

Die Kopplung des Gleichrichters über das Substrat 60 mit dem Wechselspannungskontakt 67b, und folglich die Ausnutzung der parasitären Sperrschicht-Kapazität 68, führt zu einer geringeren Chipfläche, da die Sperrschicht-Kapazität 68 inhärent vorhanden ist und keine zusätzliche Chipfläche benötigt wird. Zudem treten keine parasitären Kurzschlussströme zwischen den Wechselspannungskontakten 67 auf, so dass sich der Wirkungsgrad des Gleichrichters bei hohen Eingangssignalfrequenzen deutlich verbessert. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Kontakt für die Wechselspannungseinkopplung an dem p-Substrat 60 gebildet ist. Das ermöglicht eine einfache Kontaktierung, bei der insbesondere die Positionierung des p-Substrats 60 bei der Kontaktierung des RFID-Transponders vereinfacht ist.

7 zeigt den Anschluss einer externen Antenne über ein Bonding-Pad und das Substrat an einen RFID-Transponder.

7 zeigt einen RFID-Chip 73 in der Seitenansicht, woraus erkennbar ist, dass der RFID-Chip 73 auf einem Substrat 70 angeordnet ist. An dem Substrat 70 ist ein Substrat-Kontakt 71 für eine Wechselspannungsquelle, wie z.B. eine Antenne, befestigt. Ferner ist auf dem RFID-Chip 73 ein Bonding-Pad 72 angeordnet, der mit einem zweiten Kontakt zum Anschließen der Wechselspannungsquelle gekoppelt ist.

Herkömmliche RFID-Transponder sind mittels zweier Bonding-Pads, die sich auf einer Seite befinden, mit einer externen Antenne gekoppelt. Demgegenüber ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Anschluss einer externen Antenne über ein Bonding-Pad 72 und das Substrat 70 (7) möglich. Die Lage der Anschlüsse befinden sich auf der oberen und unteren Chip-Seite, so dass sich wesentlich einfachere Kontaktierungsverfahren ergeben.

Als Kontaktierungsverfahren sind Verfahren mit leitfähiger Tinte vorstellbar. Der Chip kann dann mittels Drucktechnik an eine externe Antenne gekoppelt werden. Die Antenne und die Verbindungen können mit leitfähigen Drucktechniken kostensparend realisiert werden, da der Chip nicht mit einer hohen Genauigkeit platziert werden muss, wie dies bei der bisherigen Verbindungs-Methode mit zwei Bonding-Pads der Fall ist.

Es wird somit ein effizienter Gleichrichter bereitgestellt, der zudem den Kontaktierungsaufwand für externe Antennen deutlich reduziert.

1
RFID-Transponder
2
Antenne
3
Gleichrichter
4
Taktgenerator
5
Steuereinheit
6
HF-Modulator
20
Wechselspannungsquelle
21
Koppel-Kapazität
22
Glättungskapazität
23
erste Diode
24
zweite Diode
26a
Gleichspannungskontakt VSS
26b
Gleichspannungskontakt VDD
30
Wechselspannungsquelle
31
erste Kapazität
32
zweite Kapazität
40
p-Substrat
41
erste n-Wanne
42
zweite n-Wanne
43
erste Diode
44
zweite Diode
45
erste Metallschicht
46
zweite Metallschicht
47a
Gleich-/Wechselspannungskontakt AC_In2/VSS
47b
Gleichspannungskontakt VDD
48a
Wechselspannungskontakt AC_In1
49
parasitäre Kopplung
50
Wechselspannungsquelle
51
Koppel-Kapazität
52
Glättungskapazität
53
erste Diode
54
zweite Diode
56a
Gleichspannungskontakt VSS
56b
Gleichspannungskontakt VDD
57a
Wechselspannungskontakt AC_In1
57b
Wechselspannungskontakt AC_In2
59
Gleichspannung Ua
60
p-Substrat
61
n-Wanne
63
erste Diode
64
zweite Diode
65
Metallschicht
66a
Gleichspannungskontakt VSS
66b
Gleichspannungskontakt VDD
67a
Wechselspannungskontakt AC_In1
67b
Wechselspannungskontakt AC_In2
68
Sperrschicht-Kapazität
70
Substrat
71
Substrat-Kontakt
72
Bonding-Pad
73
RFID-Chip


Anspruch[de]
Gleichrichter, mit

– einem ersten Substratbereich (60), das einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist,

– einem zweiten Substratbereich (61), das einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist,

– einer ersten Diode (63) und einer zweiten Diode (64), die in Reihenschaltung gekoppelt sind, wobei die Anode der ersten Diode (63) mit der Kathode der zweiten Diode (64) gekoppelt ist,

wobei der zweite Substratbereich (61) mit der Anode der zweiten Diode (64) gekoppelt ist, die Anode der ersten Diode (63) und der erste Substratbereich (60) Kontakte (67) zum Anschließen einer Wechselspannungsquelle aufweisen, und die Kathode der ersten Diode (63) und die Anode der zweiten Diode (64) Kontakte (66) zum Abgreifen einer Gleichspannung aufweisen.
Gleichrichter gemäß Anspruch 1, wobei auf dem zweiten Substratbereich (61) übereinander eine Oxidschicht und eine Metallschicht (65) angeordnet sind, und die Metallschicht (65) mit der Kathode der ersten Diode (63) gekoppelt ist. Gleichrichter gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste Substratbereich (60) und der zweite Substratbereich (61) aus einem elementaren Halbleiter, einem III-V-Halbleiter, einem II-VI-Halbleiter oder einem IV-IV-Halbleiter gebildet sind. Gleichrichter gemäß Anspruch 3, wobei der erste Substratbereich (60) und der zweite Substratbereich (61) aus Silizium, Galliumarsenid oder Indiumphosphid gebildet sind. Gleichrichter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Diode (63) und die zweite Diode (64) aus jeweils einem Transistor in Diodenschaltung gebildet sind. Gleichrichter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, der auf einem RFID-Chip angeordnet ist, wobei als Wechselspannungsquelle eine Antenne des RFID-Chips angeschlossen ist.






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