CN101073092B - 包括调制器的电子器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子器件，特别是FRID应答器，还涉及一种包括所述电子器件的保密文件。该电子器件包括用于调制载波信号的调制器，所述调制器由至少两个有机场效应晶体管(72，73)构成。

Description

包括调制器的电子器件
技术领域
本发明涉及包括调制器的电子器件，所述调制器用于调制载波信号。
背景技术
FRID应答器(FRID transponder，FRID＝射频识别)的使用日益增长，用于向商品、日用品和保密文件(security document)提供能用电子方式读出的信息。因此，它们例如用作生活消费品的电子条形码，作为行李标签用于识别行李，或者作为保密单元，所述保密单元与护照封皮结合并存储认证信息。
在这种情况下，FRID应答器通常按照例如US 5,528,22中描述的方式进行构造。
FRID应答器基本上包括两个元件，天线和硅片安装在一般的载体基片上，并且借助于接触连线彼此电连接。根据预先编程的信息协议，由基站发射的FR载波被反馈给基站，并且在这种情况下，附加的信息项被调制到反馈的信号上。
此外，WO 99/30432描述了具有基本上由有机材料构造的集成电路的FRID应答器，所述集成电路提供了ID码产生器的功能。该FRID应答器由基于传统硅技术的电子器件、有机硅导体以及IC码产生器构成，所述电子器件例如整流二极管(IC＝集成电路)。
另外，DE 101 41 440 C1描述了一种除了天线以外基本上由有机元件构成的FRID应答器。
在这些FRID应答器中，由基站发射的载波信号耦合到FRID应答器的天线谐振电路，接着对感应电压进行整流。整流后的电压提供了FRID应 答器的逻辑IC，逻辑IC驱动了调制晶体管。调制晶体管由逻辑IC用包含比特序列的二进制信号驱动，这样谐振电路的衰减根据二进制信号被调制。作为这结果而变化的天线的辐射性能由基站检测并且作为FRID应答器的响应信号而获得。
这样的FRID应答器的优点是基于有机电子(塑料电子)的电子器件能以显著较低的成本进行制造，这样FRID应答器能用于极便宜的应用。例如作为电子射频标签的FRID应答器能取代条形码。
然而，有机电路明显地慢于传统的基于硅的电路。有机电路的基本构造块是有机场效应晶体管，即所谓的OFET。这些晶体管基于载流子累积原理而不是载流子侵入原理，这导致了与硅晶体管相比较低的开关速度以及不同的开关性能(例如对于AC电压的不适合性)。
这些属性阻碍了这类晶体管在传统多步骤调制方法中的使用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种特别地用于有机FRID应答器的改进设备，对载波信号进行有效和可靠调制。
根据本发明，该目的是通过一种电子器件实现的，特别是FRID应答器，该电子器件具有用于调制载波信号的调制器，该调制器由至少两个有机场效应晶体管(72，73)构成。
在这种情况下，本发明基于这样的观点：借助于两个或更多有机场效应晶体管，能产生用于调制载波信号的新调制器，该调制器利用了有机场效应晶体管的特定属性和特定开关性能用于调制载波信号。本发明使得用极低的元件费用实现有利的多步骤调制方法称为可能，并因此增加了能被发送的信息的数量。
这里被称为OFET的有机场效应晶体管至少具有三个电极、有机半导体层以及绝缘层。OFET安装在载体基片上，所述载体基片可以形成为聚合物膜。由有机半导体组成的基片形成导电通道，源极和漏极形成所述导电通道的末端部分。导电通道覆盖有绝缘层，其上安装有栅极。导电通道的 导电性能够通过在栅极和源极之间施加栅-源电压UGS而变化。在有机半导体的情况下，该效果本质上基于所谓的空穴传导，如果在漏极和源极之间施加漏-源电压UDS，则用作载流子的晶体点阵中的“空穴”就会稠密。结果，漏极和源极之间的导电性增强，在这种情况下，由于OFET的不同功能原理，获得的OFET的反向和正向阻抗也与用传统硅技术制造的晶体管的反向和正向阻抗不同。
有机半导体层包括例如共轭聚合物，例如聚噻吩、聚噻吩乙烯(polythienylenevinylenes)或聚芴衍生物等，它们通过旋涂、刮涂或印刷的应用解决方案得到应用。所谓的“小分子”，即诸如六聚噻吩或并五苯的低聚体，所述低聚体由真空技术进行气相沉积，也适于作为有机半导体层。
假设至少两个OFET构成可变负载用于调制载波信号。这样，两个或更多比特能被同时发送，因为如果OFET并联连接，甚至相同类型的两个OFET可以呈现三个状态。两个OFET都不被驱动产生第一种状态，结果是形成的整个阻抗等于一个OFET的反向阻抗的一半。两个中的一个OFET被驱动产生第二种状态。这样所述一个OFET的阻抗减小到正向阻抗。两个OFET的整个阻抗是两个阻抗的乘积除以两个阻抗的和，由于所述一个OFET的减小了的阻抗，整个阻抗低于上述第一种状态的整个阻抗。两个OFET都被驱动产生第三种状态。两个OFET的整个阻抗等于一个OFET的正向阻抗的一半。
出于同步的目的或出于错误检测/纠正的目的(这取决于使用的编码系统)，借助于本发明实现的可发送信息的增加能在这种情况下应用。
依靠多个比特的同时可能发送，并且由于所述可能性也实现了在连接到调制器的有机逻辑IC中进行并行处理，因此，本发明的电路装置补偿了OFET的低开关频率的缺点。
当在FRID应答器中使用OFET消除了缺点时，OFET的优点特别地明显。OFET能以具有成本效益并且以较少工作步骤的方式制造，这一事实意味着不仅生产成本非常低，而且开发成本和开发时间都得以减少。另外，OFET 可以独立地适应于它们的使用目的也是有利的。
特别有利的是，用至少两个构造不同的OFET来构成调制器。因此，例如，两个或更多OFET连起来，其具有不同的内部阻抗分布和/或不同的开关性能。编码区域内的比特因此可以分配给每个所述OFET的特定信号响应，以自己从低电平到高电平(反之亦然)改变栅电平。通过将不同的OFET并联和/或串联连接，获得这些信号响应的叠加，结果是，当使用n个不同的OFET时，可以获得2n不同特性的特性集合。在这种情况下，如果OFET的区别属性以及OFET互连的选择使得累计叠加的信号响应相互表现为正交函数，则这是特别有利的。
尽管对于编码成载波信号借助于这样的调制器进行解码需要复杂的评估电路(这在借助于有机电路实现的情况下才具有难度)，在FRID应答器的情况下，FRID应答器的返回响应由基站评估，因此其中采用传统硅技术的评估电路是优选使用的。
为了形成具有至少两个构造不同OFET的调制器，可以作出规定：构成具有不同几何形状的OFET，例如用不同的通道长度和/或不同的通道宽度来构成OFET。
由于以上描述的易于制造性，根据试错法(trial and error method)，在很少的步骤内，这些参数能容易地被修改和优化。
可以作出规定：构成具有不同半导体层的OFET，特别是改变通道厚度或使用具有不同导电性或掺杂的半导体材料。在这种情况下，同样，立刻改变是可能的，因为如浆糊和油墨(pastes or inks)的启动物质(startingsubstances)是容易得到的。
以上描述的OFET的结构变化使得构成具有不同开关性能和内部阻抗分布的OFET成为可能。
如果至少两个不同的OFET具有在导通(正向阻抗)和/或关闭状态(反向阻抗)的不同内部阻抗并且所述OFET以并联和/或串联连接的方式相互连接，则特别地有利。
在这种情况下，可以假设并联的OFET构成可变负载。具有不同正向 阻抗的两个OFET的并联已经形成四种状态，准确地说，如上透彻描述的，经历两个并联OFET的整个阻抗的改变。因为两个OFET用不同的正向阻抗构成，因此，能通过可选地驱动两个OFET形成各个不同状态。
还可以进一步假设，两个或更多OFET用不同的栅电压进行不同调制，因为OFET的正向阻抗取决于施加的栅电压。
还可以通过改变几何形状和/或半导体材料用不同的开关性能来形成OFET。因此，使用这样的OFET是可能的，该OFET在输入信号变化时，呈现不同的边缘形状，并且其边缘形状特别地关于它们的边缘陡度而不同。对于快OFET，几乎矩形的开关轮廓表现了其特性，也就是说，当OFET被驱动时，它从低电平到高电平的转换没有明显时延。相反的，慢OFET的开关具有时延。这与倾斜的开关边缘是同等的。因此，慢OFET比快OFET具有更倾斜的开关边缘。借助于两个或更多OFET，用这样的方法形成具有变化的倾斜度的开关边缘，以及在某些情况下在区域内变化的开关边缘是可能的。因此，信息例如被编码成边缘的边缘陡度(边缘陡度调制)。
另外，将上述调制方案进行组合也是可能的。
上文已经提到，除了OFET的并联外，还可以假设OFET以串联方式排列。在适当设计的前提下，OFET在关闭状态也可以具有有限的导电性，这样以上针对并联的描述在OFET的串联情况下也可以采用。
根据本发明的一个优选的示例性实施例，所述电子器件进一步具有有机二进制逻辑电路，OFET的栅极连接到有机逻辑电路的各个指定输出并且OFET由二进制逻辑电路驱动用于借助于多阶段调制方法进行两个或更多比特的同时发送。如果所述OFET由n个不同OFET构成，则OFET由二进制逻辑电路驱动进行2n个比特的同时发送。这样，例如，借助于3个OFET，8个比特能同时发送。
在本发明的优选实施例中，有机场效应晶体管的几何形状通过印刷的半导电聚合体和/或导电的印刷油墨和/或金属层形成。
调制器可以构成载体基片上的印刷薄膜单元，特别是载体膜。可以规定优选载体膜，因为以这种方式能够生产在使用中能折叠或弯曲的耐用FRID应答器。这样的生产过程可以形成连续的叠层过程(continuous roll-to-roll Drocess)。
然而，提供硬基片也是可能的，例如玻璃基片。
在进一步的实施例中，可以规定：以光学上透明和/或光学上不可见方式构成调制器。这样的实施例在与显示单元或光学安全单元结合时是特别有利的。
可以规定，设置用于载波信号的负载调制的OFET被独立驱动和/或共同地用相同的栅电压驱动，所述栅电压对应于逻辑部件的高电平。这样，用于驱动调制器的逻辑部件可以用特别简单的方式构成。
还可以规定，用于调制载波信号的OFET用不同的栅电压驱动。例如，由此在FRID应答器上安装针对不同频带设计的多个天线是可能的，所述天线在所有情况下连接到整流器和电容器用于提供不同的电源电势。提供的不同的电源电压电势用于操作逻辑部件。由于不同的电源电压电势在这种类型的电子器件的情况下是可用的，因此，以简单的方式，采用不同的栅电压来驱动用于调制载波信号的OFET是可能的。
根据本发明的电子器件可以例如是保密文件、票或商品标签的一部分。另外，对于根据本发明的电子器件来说，不提供FRID应答器的功能而是提供所需的任何其他功能也是可能的。因此，所述电子器件例如包括振荡器也是可能的，所述振荡器产生调制器调制的载波信号。
附图说明
下面借助于附图，根据多个示例性实施例，来详细描述本发明。在附图中：
图1示出应答器电路的框图；
图2示出应答器电路的基本电路框图；
图3示出根据现有技术的调制图的基本说明；
图4示出用于本发明的第一示例性实施例的调制器的基本电路图；
图5示出第一调制图，特别是根据图4的调制器的调制图；
图6示出第二调制图，特别是根据图4的调制器的调制图；
图7示出用于本发明的第二示例性实施例的调制器的基本电路图。
具体实施方式
图1示出应答器10，它包括应答器电路12和天线14。应答器电路12基本上由逻辑元件121和调制元件12m组成。应答器10优选地构成为具有诸如OFET的有机电子器件的应答器。
OFET是具有至少具有三个电极以及绝缘层的有机场效应晶体管。OFET安装在载体基片上，所述载体基片可以形成为膜。由有机半导体组成的基片在源极和漏极之间形成导电通道。导电通道覆盖有绝缘层，其上安装有栅极。导电通道的导电性能够通过栅极和源极之间施加栅-源电压UGS而变化。因此，在施加栅-源电压UGS之后，漏极和源极之间的阻抗下降并且如果施加了漏-源电压UDS，则在源极和漏极之间产生电流。因此，OFET本质上是可控的电阻器。
二进制信息项存储在图1所示的应答器的逻辑元件121中，一旦激活应答器10，所述信息被发送至调制元件12m，这样做的结果是连接到调制元件12m的天线14发射用所述二进制信息调制的信号。所述信号能在接收器中被评估并且提供关于连接到应答器10的物体的信息。所述物体例如可以是商品物件或者保密文件。
图2显示了应答器10的示例性实施例的电路图。相同的单元用相同附图标记来标示。天线14与电容器16一起构成电子谐振电路18，该电路调谐到载波频率。谐振电路18连接到整流器20的输入端，这样的结果是，如果在谐振电路18中由电磁场引入电子电压，则在整流器20的输出提供DC电压，其中所述电磁场是由外部发射机产生的。在电源电压侧，逻辑元件121和调制元件12m连接到整流器20的输出。
在这种情况下，将谐振电路耦合到桥式整流器而不是简单的整流器二极管并因此对逻辑元件和调制器的电源都使用半周期也是可能的。此外，在调制器和逻辑元件之间安装存储电容器也是可能的，借助于二极管防止所述存储电容器就调制器进行放电，所述存储电容器实现了逻辑元件的可靠和持续的电源供应。
此外，如图2所示，将调制器12m安置在整流器20的下游或者整流器的上游(用虚线表示)也是可能的。
逻辑元件的输出连接到调制器12m的输入。这样，存储在逻辑元件121中的信息被发送到调制器12m。
图2中所示的示例性实施例包括载波信号的负载调制，也就是说高频载波信号的幅度被调制。
图3显示了根据现有技术的调制图。信号电平S可以假设值L代表低电平，值H代表高电平，分别相当于二进制信号0和1。图3显示了二进制特性序列10101100，其中二进制1由30h表示，二进制0由301表示，两个连续二进制1由32h表示，两个连续二进制0由321表示。这样，对应于二进制字符或比特数的时间被要求用于二进制字符序列的发送。
图4示出调制器12m的第一示例性实施例，所述调制器以两个具有不同特性曲线的OFET42和44的并联方式而构成。
OFET42、44的两个栅极连接到逻辑元件121的两个输出。OFET42、44的两个源极连接到接地GND，OFET42、44的两个漏极连接到工作电压UB。
图5示出借助于根据图4的电路装置形成的第一调制图。可以规定，两个并联的OFET42和44用不同的阻抗分布形成。出于该目的，例如可以规定，第一OFET用具有例如第一通道横截面的第一几何形状构成，第二OFET用具有例如第二通道横截面的第二几何形状构成。这样，对于相同的栅-源电压，形成不同的正向阻抗。
因此，如果如图5所示，首先只有第一OFET 42被驱动，形成具有信号电平H1的信号50h。在只有第二OFET44被驱动的情况下，形成具有信号电平H2的信号52h。如果OFET42、44都被驱动，则形成具有信号电平H3的信号54h。在所示的示例性实施例中，在信号电平H1至H3之间，下列关系保持为真：
L＜H1＜H2＜H3
如果两个OFET都未被驱动，则形成具有低信号电平L的信号。
这样，能在时间周期内发送的信息量增加了，因为能被发送的数空间 现在从0、1扩展到0、1、2、3。这样，数系统的变换因此是可能的。在这种情况下，可以提供多于两个OFET的使用。例如，可以提供三个并联的OFET以便于对八进制信号进行编码。如果提供n个并联的OFET，则能发送2n个不同的信号电平。
在这种情况下，选择不同OFET的正向阻抗以使得2n个不同的信号电平等分布地连续发送是有利的。既然这样，对于n个不同OFET的不同开关状态在所有情况下所得到的信号电平是从各个OFET的导电性的总和计算而来的。
然而，还可以规定，第一和第二OFET是用相同的几何形状形成的并且给它们施加不同的栅-源电压，则结果是在两个OFET的漏极和源极之间形成不同的阻抗。
还可以规定操作多个具有不同几何形状和不同栅-源电压的OFET。
图6示出用边缘陡度调制的调制图。然而在根据图5的示例性实施例中，信息被编码成幅度值并且没有任何特征符合边缘的陡度，在根据图6的示例性实施例中，在从低电平到高电平的过渡过程中产生的不同OFET的不同上升时间被故意用作信息编码。
为了形成如图6所示的边缘陡度调制，规定：根据图4的两个OFET42和44具有不同的开关性能。例如，这可以借助于组成不同的半导体材料或借助于不同通道长度或不同通道宽度来实现。如果用短上升时间形成的第一OFET42被驱动，则形成具有陡峭边缘的高信号60h。如果用长上升时间形成的第二OFET44被驱动，则形成具有缓慢边缘的高信号62h。在两个OFET42和44被同时驱动的情况下，高信号64h产生，该信号具有第一陡峭部分边缘64s和第二缓慢部分边缘64f以及作为两个OFET42、44的两个信号幅度之和而形成的信号幅度。在图6中可以看出，信号64h用两倍幅度形成，因为它来自高信号60h和62h的叠加。借助于两个构造不同的OFET，能重新形成载波信号的四个状态。由于不同幅度和不同信号边缘的同时形成，已调制载波信号是冗余的。
信号的解调因此可以基于平均边缘陡度，基于边缘的前导区域的边缘 陡度和/或基于最大或平均幅度值。
根据基于图5的示例性实施例，在这种情况下，规定具有不同开关性能的两个以上并联OFET也是可能的。如果规定n个并联OFET，则可以发送2n个不同信号电平。
除此之外，将根据图5和图6的示例性实施例互相组合并且以并联方式将n个不同OFET相互连起来也是可能的，所述OFET在所有的情况下在它们的正向阻抗或它们的响应特征方面相互不同。
图7示出调制器电路的第二实施例。两个OFET42、44现在串联连接。OFET42通过漏极连接到工作电压UB并且通过源极连接到OFET44的漏极。OFET44的源极连接到接地GND。逻辑元件121的两个输出连接到OFET42、44的两个栅极。
如果OFET42和44的反向阻抗选择得相对低，则该电路装置同样可以用于产生图5和图6中所示的信号波形。然而，如果只提供低工作电压UB 则图4所示的电路装置是优选的。
提供将并联连接和串联连接相互组合的电路装置也是可能的。

Claims (17)

1.一种电子器件，包括天线、电容器并且包括用于调制载波信号的调制器，所述电子器件还具有整流器，所述调制器连接到所述整流器的输出，所述电子器件特征在于，所述调制器由至少两个不同的有机场效应晶体管(72，73)构成，所述至少两个不同的有机场效应晶体管(72，73)用不同的半导体层和/或用不同的几何形状构成，以致于所述至少两个不同的有机场效应晶体管(72，73)具有在导通状态和/或关闭状态中的不同内部阻抗和/或具有不同的开关特性，并且所述至少两个不同的有机场效应晶体管(72，73)在所述电子器件中以构成可变负载的方式连接起来，用于所述载波信号的负载调制。
2.根据权利要求1的电子器件，其特征在于，所述有机场效应晶体管(72，73)以并联和/或串联的方式连接起来。
3.根据权利要求1的电子器件，其特征在于，所述至少两个不同的有机场效应晶体管(72，73)在输入信号变化时呈现不同的边缘形状。
4.根据前述权利要求之一的电子器件，其特征在于，所述至少两个不同的有机场效应晶体管(72，73)用不同几何形状构成。
5.根据前述权利要求1至3之一的电子器件，其特征在于，所述至少两个不同的有机场效应晶体管(72，73)具有半导体层，所述半导体层在它们的厚度、掺杂或导电性方面不同。
6.根据前述权利要求1至3之一的电子器件，其特征在于，所述有机场效应晶体管(72，73)的栅极连接到二进制逻辑电路(74)的输出。
7.根据前述权利要求6的电子器件，其特征在于，所述二进制逻辑电路是有机二进制逻辑电路(74)。
8.根据权利要求6的电子器件，其特征在于，所述有机场效应晶体管(72，73)由所述二进制逻辑电路(74)驱动，用于借助多阶段调制方法同时发送两个或更多比特。
9.根据权利要求8的电子器件，其特征在于，所述有机场效应晶体管(72，73)由n个不同的有机场效应晶体管构成，所述n个不同的有机场效应晶体管由所述二进制逻辑电路(74)驱动用于同时发送2n个比特。
10.根据权利要求9的电子器件，其特征在于，所述n个不同的有机场效应晶体管在导通状态具有不同的内部阻抗，并且所述n个不同的有机场效应晶体管以并联方式连接。
11.根据权利要求9的电子器件，其特征在于，所述n个不同的有机场效应晶体管在状态过渡期间具有不同的边缘形状，并且所述n个不同的有机场效应晶体管以并联方式连接。
12.根据前述权利要求1至3之一的电子器件，其特征在于，所述有机场效应晶体管(72，73)的几何形状通过印刷的半导电聚合体和/或导电的印刷油墨和/或金属层形成。
13.根据前述权利要求1至3之一的电子器件，其特征在于，所述电子器件由多层可弯曲膜体构成。
14.根据权利要求3的电子器件，其特征在于，所述边缘形状在它们的边缘陡度方面不同。
15.根据权利要求4的电子器件，其特征在于，所述至少两个不同的有机场效应晶体管(72，73)用不同的通道长度和/或不同的通道宽度构成。
16.一种包括如权利要求1的电子器件的保密文件。
17.根据权利要求16的保密文件，其特征在于，所述保密文件是有价值的文件、身份证、商品标签或票。
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