专利名称：用于存储和读取信息的介质,以及用于在所述介质上存储信息和从所述介质中读取信息 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子电路，包括用于将输入电压转换为输出电压的转换装置，至少包括第一储能装置和第二储能装置以及开关装置，所述开关装置用于在时钟信号的控制下周期性地将所述储能装置相互耦合，以便在该储能装置中存储能量并且在所述装置之间传递至少一部分所存储的能量。
这样的电子电路在现有技术中通常是已知的。储能装置可以借助于线圈来构造，在这种情况下储能是通过线圈中的磁通量进行的；而且储能装置可以借助于电容器，在这种情况下储能是通过电容器的充电进行的。输出电压的值可以高于以及低于输入电压的值。在升压的情况下，一种好的方法是使用所谓的电荷泵。这样的电荷泵尤其从美国专利US-6,052,295中可知。此专利公开了一种从级联的电荷泵中建立的电压转换器。每个电荷泵包括用于存储能量的电容器、开关和缓冲器。在每个电荷泵中的开关和缓冲器都由源自时钟发生器的时钟信号来控制。所述时钟信号是在时间上连续的周期二进制信号，所述时钟信号的相位彼此之间相对适当地被设定大小。设定大小的方法对于设计电荷泵领域的熟练技术人员通常是已知的，并且还在所引用的专利的图3中示出。该开关通常用晶体管或用二极管来构造。
所述公知的电子电路的缺点是如果输入电压只在比较短的时间周期期间(周期性地)存在，那么所述已知电子电路很差地运行或根本不运行。
因此本发明的目的是提供一种具有用于将输入电压转换成输出电压的转换装置的电子电路，其中上面提及的缺点被消除或减少。
根据本发明，为此目的在开始段落中提及的所述电子电路的特征在于，时钟信号在操作期间的保持时间期间被保持在保持状态中，该保持状态等于紧接在该保持状态之前的时钟信号的状态。
本发明基于以下的认识只有当比较恒定的输入电压存在、即输入电压变化不太大的时候，例如从级联的电荷泵中建立的电压转换器才能正确运行。如果输入电压只是每次在比较短的周期期间存在，则所述输入电压事实上在所述时间的大部分期间是不存在的。所述电荷泵在那时不仅停止在电容器上积累能量，而且电容器中所存储的能量甚至也会减少。这一方面是由在转换器输出端上(即在最后一个电荷泵的输出端上)的功率下降引起的，而另一方面是由以下事实引起的电容器中所积累的能量的一部分在所述比较长的时间周期期间流回输入电压源，在所述比较长的时间周期中此电压源不供给输入电压。此外，所存储的能量由于能量损耗也会减少，尤其在连续地和周期性地接通和断开的开关中。在根据本发明的电子电路中，上述能量损耗很大程度上得到了防止，因为开关的状态被冻结(打开或关闭)，以及因为缓冲器输入端的电压电平在对应于上面提及的保持周期的时间期间被冻结，其中输入电压不存在。
根据本发明的电子电路尤其可以高度有利地用于一种在用于信息存储和重放的介质中实施的集成电路中。
因此本发明也涉及一种用于信息存储和读取的介质。
本发明进一步涉及一种用于在所述介质上存储信息以及从所述介质中读取信息的记录和重放设备。
用于信息存储和读取的介质的第一实施例的特征在于，所述介质包括一个结合了根据本发明的电子电路的集成电路。
这样的介质可例如用于一种用于记录和读取用户信息的记录和重放设备，所述用户信息、诸如例如音乐，在所述记录和重放设备中用户信息被编码(“加扰”)，以便抵制例如音频CD的非法播放或非法复制。因此，例如附加的信息可以从重放设备被耦合到所述集成电路。然后所述集成电路可以将信息返回到该设备，通过该设备(结合存储在集成电路中的密匙)所编码的信息可以被解码(“解扰”)。所述集成电路在下文中将被表示为IC。信息从所述设备到所述IC的发送和信息从所述IC到所述设备的返回传输都可以通过射频信号来进行，或者通过光信号来进行，所述射烦信号在下文中将被表示为RF信号。由于用于信息传输的光信号需要比较多的功率，所以信息优选地借助RF信号从所述IC发送到所述设备。
介质的第二实施例的特征在于，所述集成电路包括一个光敏传感器，用于当所述传感器接收到足够数量的光时提供输入电压。因此信息可以光学方式被传送到所述IC。这是有利的，因为光敏传感器能够以一种简单的方式被集成到所述IC中。此外，所述光敏传感器原则上可用于向所述IC中的电子电路提供电源电压，例如其中所述光敏传感器利用一个或几个光电二极管来构造。激光点总是存在于CD播放机中，并且一般只是为了读取和/或写入用户信息而设计，该激光点原则上也可被用作用于传送附加信息到所述IC的光源。但是，也可以采用独立的光源，例如一个用发光二极管或LED构造的光源。将光源暂时定位以便所述光可以以固定的方式被精确地聚焦到光敏传感器(即介质)上原则上是可能的，所述光敏传感器在CD播放机的情况下是盘，该盘在这段时间期间不旋转。在这段时间期间产生了或多或少恒定的输入电压，其电压可以对在所述转换装置的电荷泵中的电容器保持足够长以能够存储足够的能量，以便提供所需增加的输出电压给所述电子电路。但是，可以发现保持所述盘旋转并且不暂时使它停止在技术上更简单。旋转事实上是CD播放机的标准操作，其对于用户信息的写入和读取是必要的。在这种情况下，所述光敏传感器只是在比较短的时间周期期间被周期性地照亮，并且因此所述输入电压也是在比较短的时间周期期间存在，因此如果在所述转换装置的电荷泵中的电容器要存储足够数量的能量用于提供所需增加的输出电压给所述电子电路，则该电容器需要盘的多次旋转。
介质的第三实施例的特征在于，所述IC此外包括配有通过利用输出电压的电源电压的存储装置。可以使用各种类型的非易失性存储器、例如EEPROM(“电可擦除可编程只读存储器”)。从EEPROM读取附加信息以及向EEPROM写入附加信息发生在所述转换装置已能建立足够的用于执行至少一次写入或读取动作的电源电压的时间周期期间。如果在用于相互紧接地执行全部所需写入或读取动作的转换装置中没有足够可用数量的所存储的能量、即如果用于EEPROM的电源电压趋向于下降到最小所需值以下，则所述写入或读取动作会被暂时停止。然后首先给所述转换装置一些时间以在CD的多次旋转期间建立足够的输出电压。所述写入或读取动作随后重新开始。
介质的第四实施例的特征在于，另外所述IC包括微处理器和用于提供附加信息给所述微处理器的另一个光敏传感器，所述微处理器处理所述附加信息，并且所述微处理器被耦合到用于存储所述处理过的附加信息的存储装置。所述附加信息可以是例如授权用户对相关CD至多做三次拷贝的访问信息。所述微处理器在该情况下可以例如增加在所述存储装置中的存储量。当信息例如通过RF振荡器从所述存储装置发送回所述记录/重放设备时，此设备能够根据此信息决定是否可以进行拷贝。
原则上，也可以接收附加信息而不用添加另外的光敏传感器。于是由第一次提及的光敏传感器提供的输入电压具有以下两个功能提供电压给电压转换器的输入，以及提供数据给微处理器。对于前者功能的最佳实现，所期望的是从几个串联的光电二极管中建立所述光敏传感器。这是因为以那种方式能够获得更高的输入电压。这样的副作用是因此增加了所述光敏传感器的寄生电容。这对于供应电压给所述电压转换器的输入几乎没有任何重要性。但是，供应数据(附加信息)到所述微处理器是重要的，因为由此(潜在地)降低了能够处理数据的最大速度。正是因为这个源因，使用另外的光敏传感器是有利的。随后可选地例如只用一个光电二极管构造所述另一个光敏传感器，以便保持低的寄生电容。
介质的第五实施例是对第四实施例的一个替代，并且其特征在于，所述IC进一步包括微处理器和用于提供附加信息给存储装置的另一个光敏传感器，所述存储装置用于存储附加信息；其特征还在于，所述微处理器与所述存储装置耦合，用于在从所述存储装置读取附加信息之后处理该附加信息。信息的总量以这种方式被立即存储在所述存储装置中。仅在一个后面的阶段、即当所述存储装置被写出时，所述微处理器确定哪些信息是冗余的，以及可能由所述微处理器处理的哪些信息要被发送回所述记录和重放设备。
第四实施例优于第五实施例之处是在EEPROM中要存储更少的数据。
与第四实施例相比，第五实施例的潜在的优势在于传送数据到所述存储装置能够进行得更快。实际上是否取得此优势取决于附加信息的内容。当然，在数据被传送到所述存储装置之前不使用微处理器的事实意味着可能要存储更多的数据。因此降低了数据传送到所述存储装置的速度。
介质的第六实施例的特征在于，所述保持时间的长度近似对应于其间所述光敏传感器没有接收到足够数量的光的时间周期的保持时间的长度。这具有以下效果，即所述转换装置被引入一种状态，其中所存储的能量在光敏传感器没有接收到或接收到很少光的周期期间主要保留在所述储能装置中，并且因此没有提供或几乎没有提供任何输入电压给所述转换装置的输入。
介质的第七实施例的特征在于所述微处理器在所述保持时间期间是空闲的，其特征还在于所述微处理器在所述保持时间期间配有来自备用电路的电源电压。所述微处理器能够在比EEPROM更低的电源电压下工作。结果，所述微处理器可以从由所述光敏传感器运送的输入电压来供给。这节省了能量。事实上，如果所述微处理器从由所述转换装置运送的输出电压来供给，则在所述转换装置中将有额外的能量损耗。但是，将所述微处理器不直接地耦合到所述光敏传感器而是通过所述备用电路耦合到所述光敏传感器甚至更好。最简单形式的所述备用电路由开关和缓冲电容器组成。当输入电压存在时，所述开关是闭合的(导通状态)，并且所述缓冲电容器被充电或者变成充电状态。所述微处理器的时钟在所述保持时间期间被停止，并因此变为无效。倘若到所述微处理器的电源电压被切断，在不存在备用电路时将是这种情况，则某些还没有完成的操作将不得不稍后再被执行一次。由于所述微处理器在所述保持时间期间从所述缓冲电容器中被供给，所以上述情况得到了防止。所述缓冲电容器的值不需要很高。因为所述微处理器在所述保持时间期间是无效的，所以所述微处理器的电流消耗将非常低。
介质的第八实施例的特征在于所述介质是光盘，该光盘具有用于存储和读取用户信息的一面，而所述IC被固定在未因存储和读取用户信息而保留的区域中的该光盘所述面上。所述区域与所述盘的中心相邻。在所述IC中的所述光敏传感器原则上由也用于写入和读取用户信息的相同的激光点来照亮。在所述设备中的托架并不总是能够将所述激光点如此接近地相邻所述盘的中心定位，这取决于托架的类型，利用所述托架激光点能够被移动到想要的位置。可以替代地使用独立的光源来代替这个用于照亮所述光敏传感器的激光点。这个独立的光源可以是例如第二激光点，或者可以替代地作为LED来实施。
介质的第九实施例的特征在于所述介质是光盘，该光盘具有用于存储和读取用户信息的第一面，而所述IC被固定在该光盘的第二面上。这具有的优点是所述IC的位置不局限于所述盘中心的紧邻的周围。
下面将参考附图对本发明进行更详细的说明，其中
图1是从级联的电荷泵中建立的公知的电压转换器的电路图；图2示出了用于阐明公知的电压转换器的操作的第一组信号图；图3示出了用于阐明根据本发明的电压转换器的操作的第二细信号图；图4示出了根据本发明的记录/重放设备和用于存储和再现信息的盘的第一在这些图中，相同的部件或元件被给予了相同的参考标记。
图1是公知的电压转换器CNV的电路图。所述电压转换器CNV利用级联的(在本例中为四个)电荷泵CHGPMP1-CHGPMP4来建立。第一电荷泵CHGPMP1包括用第一开关时钟信号s1控制的第一开关SW1、第一电荷泵电容器C1、以及具有用第一缓冲时钟信号d1控制的输入的第一缓冲器BF1。第一缓冲器BF1的输出端被连接到第一电荷泵电容器C1的第一端。第一电荷泵电容器C1的第二端通过第一开关SW1被耦合到电压转换器CNV的输入端IP。在输入端IP和接地参考端GND之间提供输入电压Ui，并且是由电压源VS运送。第一电荷泵电容器C1和第一开关SW1的公共连接点n1形成了第一电荷泵CHGPMP1的输出端。第二、第三和第四电荷泵CHGPMP2-CHGPMP4以与第一电荷泵CHGPMP1相同的方式来建立。第四电荷泵CHGPMP4的输出在电压转换器CNV的输出端OP和接地端GND之间提供了输出电压Uo。
此电压转换器CNV以一种公知的方式由如图2所示的时钟信号s1-s4和d1-d4进行控制。时钟信号的高压值写作“H”，而低压值写作“L”。还是参见图2，只有当输入电压UI连续地(基本上)存在时，电压转换器CNV才能正确工作。在上述情况下，电压转换器CNV能够提供输出电压Uo，所述输出电压Uo在本例中至多是输入电压Ui的8倍。这是因为每个电荷泵充当一个倍压器。电荷泵的操作通常是已知的，并且可以简要总结如下在第一时钟阶段，d1是逻辑低(“L”)而s1是逻辑高(“H”)，以致所述开关SW1是闭合的(导通)。结果，所述电容器C1被充电至所述输入电压Ui的值。在第二时钟阶段，s1变为逻辑低，这就打开了所述开关SW1。紧接着之后(几乎同时)，d1变为逻辑高，以致在所述电容器C1的第一连接端上的电势变为等于所述输入电压Ui的值。(这里假定所述缓冲器BF1的电源电压等于所述Ui的值。)由于所述电容器C1暂时以值Ui保持其电压，所以那时在连接点n1处的电势变为等于所述输入电压Ui的值的两倍。
如上所述，只有当输入电压UI连续地(基本上)存在、而不只是在比较短的周期期间周期性地存在时，如图3所示具有的输入电压Ui正是这种情况，电压转换器CNV的所述操作才是有效的。在图3中，输入电压Ui只存在于时刻t1和t2之间的比较短的周期期间。在时刻t2和t3之间的保持时间RT期间，输入电压Ui是不存在的。然后输入电压Ui在时刻t3和t4之间再次出现，并且然后在保持时间RT期间再次不存在，等等。通过使用公知的电压转换器现在得到了根据本发明的电压转换器，但是所述根据本发明的电压转换器是由根据本发明的修改的时钟信号控制的。所发明的电压转换器的操作如下。输入电压Ui存在于时刻t1和t2之间，并且所述时钟信号(s1至s4和d1至d4)对应于如图2所示的时钟信号。但是，从时刻t2开始输入电压Ui是不存在的。所述时钟信号的状态(“H”)或(“L”)现在被冻结在所述时钟信号紧接在时刻t2之前具有的状态中(参见图3)。所冻结的状态保持原样直至输入电压Ui再次在时刻t3出现。从时刻t3起，所述时钟信号以对应于如图2所示的方式继续。所述时钟信号的状态从t4时刻开始再次被冻结在所述时钟信号紧接在时刻t4之前具有的状态中，等等。这样的效果是与已知的电压转换器相比，存储在电容器C1至C4中的能量在所述保持时间RT期间主要保持原样。
图4示出了根据本发明的记录/重放设备A的第一实施例的一部分，该记录/重放设备具有用于存储和再现信息的盘DSK。所述设备A例如是CD播放机。盘DSK在这里通过马达M驱动。用户信息(例如音乐)以一种已知的方式通过使用激光从所述盘DSK读取或写入到所述盘DSK，所述激光将光点、即激光点LS1投射到所述盘DSK的信息层上。所述用户信息并不在该盘DSK的整个半径上扩展，而是局限于径向区域rA。所述盘DSK也配有一个IC。所述IC只能位于所述径向区域rA外部的区域。所述IC尤其配有由第二光点LS2照亮的光电二极管。原则上，所述激光点LS1可被用作第二光点LS2。对第二光点LS2使用独立的光源可能更实际(例如如果所述激光点LS1不能以一种简单的方式被定位到距离所述盘DSK的中心足够远)。如果所述IC被放置在标准位置，则可以给予所述独立光源固定位置，以致成本被限制。所述独立光源可以例如用LED来构造，所述LED比激光器更廉价。所述IC尤其包括除了其它项之外还可以存储“密匙”的存储装置MM(参见图6)。诸如访问信息的附加信息通过所述LED被发送到所述IC。根据所述附加信息和密匙可以在所述IC中确定例如用户是否被允许播放或拷贝所述CD。为此RF信号从所述IC被发送回所述CD播放机。
图5示出了根据本发明的记录/重放设备A和用于存储和再现信息的盘DSK的第二实施例的一部分。与图4的第一实施例的差别在于所述IC现在被容纳在所述光盘DSK的另一面。显然，所述LED于是将在此另一面照亮所述IC。因此也可以选择所述LED的位置以位于所述径向区域rA内。
图6示出了在IC中根据本发明的电子电路的实施例，所述IC在根据本发明的介质(例如盘)中实施。所述IC包括微处理器uP、存储装置MM、电压转换器CNV、RF振荡器(发射机)RFOSC、检测装置DT、备用电路SB、光敏传感器SNS、以及另一个光敏传感器SNSF。
图6的电子电路的操作现在将结合图3至5进行阐明。源自例如第二光点LS2的光入射到光敏传感器SNS和SNSF上。这个在所述盘DSK的每一次旋转中发生一次。光敏传感器SNS包括串联布置的光电二极管并提供输入电压Ui，该输入电压Ui具有如图6和图3所示的电压波形。输入电压Ui被运送到电压转换器CNV的输入端IP。电压转换器CNV可以是图1中示出的类型，但是补充有用于提供如图3所示的必需的时钟信号的时钟装置CLKMNS。所述时钟装置提供必需的时钟信号s1至s4和d1至d4(示意性地用箭头AR1指示)给电压转换器CNV，并提供时钟信号给微处理器uP的时钟输入CLKuP(示意性地用箭头AR2指示)，提供时钟信号给可选添加的保持电路HLD(用箭头AR3指示)。备用电路SB包括开关SBF和缓冲电容器CBF。光一入射到传感器SNS上，开关SBF就闭合(导通)，并且微处理器uP配有电源电压VuP。缓冲电容器CBF被充电或者变成充电状态。由传感器SNSF供给的比较低的电压提供诸如访问信息AI的附加信息给微处理器uP。首先可能必需在信号波形能够被供应给微处理器uP之前首先改造它(尤其是幅度)。如有必要，可以为此而添加检测装置DT。在所述盘DSK旋转多次之后，在电压转换器CNV的输出端处的电压Uo变得足够高，以用作存储装置MM的电源电压VMM，所述存储装置被构造为例如EEPROM。保持装置HLD的功能是在电压Uo不足以提供所需的电源电压VMM的时间期间将端子OP从电压转换器CNV的输出端中去耦，然后保持装置将电压转换器CNV的输出端耦合到输出端OP。只要EEPROM被配有电源电压VMM，微处理器uP就能向EEPROM写入和写出信息IuP。在保持时间RT(参见图3)期间，开关SBF被打开，在时钟输入端CLKuP处的时钟信号被停止，时钟信号s1至s4和d1至d4被冻结(参见图3)，以及电压转换器CNV的输出端OP被再次去耦，以致电源电压VMM消失。微处理器uP可在保持时间RT开始时已经从事了某些活动、诸如信息IuP的读或写。电源电压VuP在保持时间RT期间不消失。事实上，因为微处理器uP的时钟已经停止，所以该微处理器基本上不消耗电流，因此该电流可以从缓冲电容器CBF进行馈送。结果所有状态保持被存储在微处理器uP中，并且微处理器uP可以在保持时间RT结束就重新开始其活动。通过由RF振荡器RFOSC产生的RF信号可以将信息从储装置MM(或从微处理器uP)发送回所述设备A。
权利要求
1.一种电子电路，包括用于将输入电压(Ui)转换为输出电压(Uo)的转换装置(CNV)，包括至少第一储能装置(C1)和第二储能装置(C2)以及开关装置(Sw1，Sw2)，所述开关装置(Sw1，Sw2)用于在时钟信号的控制下周期性地将所述储能装置(C1，C2)相互耦合，以便在该储能装置(C1，C2)中存储能量并且在所述储能装置(C1，C2)之间传递至少一部分所存储的能量，其特征在于，所述时钟信号在操作期间的保持时间(RT)期间被保持在保持状态中，所述保持状态等于在紧接在该保持状态之前的所述时钟信号的状态。
2.如权利要求1所述的电子电路，其特征在于，所述开关装置和所述储能装置利用至少一个电荷泵(CHGPMP1-CHGPMP4)来实施。
3.一种用于存储/读取用户信息的介质，包括集成电路(IC)，所述集成电路(IC)包括如权利要求1或2定义的电子电路。
4.如权利要求3所述的介质，其特征在于，所述集成电路(IC)包括光敏传感器(SNS)，用于当所述传感器(SNS)接收足够数量的光时提供所述输入电压(Ui)。
5.如权利要求4所述的介质，其特征在于，所述集成电路(IC)进一步包括通过利用所述输出电压(Uo)配有电源电压的存储装置(MM)。
6.如权利要求5所述的介质，其特征在于，所述IC另外包括微处理器(uP)和另一个用于提供附加信息给所述微处理器(uP)的光敏传感器(SNSF)，所述微处理器(uP)处理所述附加信息，以及所述微处理器(uP)被耦合到用于存储所述处理过的附加信息的所述存储装置(MM)。
7.如权利要求5所述的介质，其特征在于，所述集成电路(IC)进一步包括微处理器(uP)和另一个用于提供附加信息给所述存储装置(MM)的光敏传感器(SNSF)，所述存储装置(MM)用于存储所述附加信息；其特征还在于，所述微处理器(uP)被耦合到所述存储装置(MM)，用于在从所述存储装置(MM)读取所述附加信息之后处理该附加信息。
8.如权利要求6或7所述的介质，其特征在于，所述保持时间(RT)的长度近似对应于其间所述光敏传感器(SNS)没有接收到足够数量的光的时间周期的保持时间(RT)的长度。
9.如权利要求8所述的介质，其特征在于，所述微处理器(uP)在所述保持时间(RT)期间是空闲的；其特征还在于所述微处理器(uP)在所述保持时间(RT)期间被配有来自备用电路(SB)的电源电压。
10.如权利要求3、4、5、6、7、8或9所述的介质，其特征在于，所述介质是光盘，该光盘具有用于存储和读取用户信息的一面，而所述集成电路(IC)被固定在未因存储和读取用户信息而保留的区域中的该光盘的所述面上。
11.如权利要求3、4、5、6、7、8或9所述的介质，其特征在于，所述介质是光盘，该光盘具有用于存储和读取用户信息的第一面，而所述集成电路(IC)被固定在该光盘的第二面上。
12.一种用于在介质上存储信息/从介质中读取信息的记录/重放设备，所述介质如权利要求3、4、5、6、7、8、9、10或11所定义。
全文摘要
一个集成电路(IC)被附到一个用于写入/读取信息的盘上。所述IC包括光传感器(SNS)、另一个光传感器(SNSf)、检测装置(DT)、微处理器(uP)、诸如EEPROM的非易失性存储装置(MM)、RF振荡器(Rfosc)、电压转换装置(CNV)、以及备用电路(SB)。所述电压转换装置(CNV)包括级联的电荷泵(CHGPM1－CHGPMP4)。如果输入电压(U
文档编号H01L27/04GK1666403SQ03816158
公开日2005年9月7日 申请日期2003年6月27日 优先权日2002年7月8日
发明者J·A·H·M·卡尔曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司