专利名称：利用电磁波的能量产生电路的制作方法
发明
背景技术：
领域本发明涉及通过利用电磁波产生和存储电能的电路。
背景技术：
在图12中所示的非接触IC卡电路是利用电磁波的传统的能量产生电路的例子(例如，参考专利JP3418322B的图11)。
在非接触IC卡100上安装电磁耦合线圈101和IC芯片102。IC卡读/写器103有电磁耦合线圈104，用于电磁耦合IC卡100的电磁耦合线圈101。通过电磁耦合使用从IC卡读/写器103提供的电源，IC卡工作。
利用电磁波的传统的能量产生电路有缺点，在其中需要用于提供电源的装置。而且，在那存在问题，依据安装的作为天线的布线的长度，天线的特性会变化。
发明内容
本发明是为了解决上面提到的传统技术固有的问题。本发明的目的是提供一种能量产生电路，其能够通过接收来自弥散在生存空间的电磁波产生电能。
按照本发明，利用电磁波能量的能量产生电路，包括用于接收电磁波的天线或线圈中的一个；在硅基片上形成的整流电路、用于整流来自天线或线圈的信号；用于存储来自整流电路的输出能量的电路，其中通过利用电磁波的能量进行能量产生；以及该电磁波是商业地可用的电磁波。
而且，本发明提供利用电磁波的能量的能量产生电路，其中在存储电路的输出端和负载之间连接增强MOS晶体管的源极和漏极，且通过利用增强MOS晶体管的阀值电压完成连接存储电路和负载的控制。
更进一步，本发明提供利用电磁波的能量的能量产生电路，其中在硅基片中形成凹部；在天线或线圈中的一个上形成与硅基片中的凹部的形状相符合的凸出的端子；以及在天线与通过将天线或线圈的凸出的端子插入硅基片中的凹部而形成在硅基片上的单元之间建立电连接。
更进一步，本发明提供利用电磁波的能量的能量产生电路，其中电磁波存在于生存空间中。
此外，本发明提供利用电磁波的能量的能量产生电路，包括用于接收电磁波的天线或线圈中的一个；在硅基片上形成的整流电路，用于整流来自天线或线圈中的一个的信号；用于提高整流电路的输出的升压器电路；用于存储来自升压器电路的输出能量的存储电路；用于检测存储电路的电压的检测电路；用于连接存储电路和负载的开关电路，其中通过利用电磁波的能量进行能量产生；以及当检测电路检测到存储电路的电压等于或大于预先确定的电压时，开关电路导通以连接存储电路与负载。
而且，本发明提供利用电磁波的能量的能量产生电路，包括用于接收电磁波的天线或线圈中的一个；在硅基片上形成的整流电路，用于整流来自天线或线圈中的一个的信号；用于提高整流电路的输出的升压器电路；用于存储来自升压器电路的输出能量的存储电路；用于检测存储电路的电压的检测电路；用于连接存储电路和负载的开关电路；以及输入是来自检测电路的信号的单稳态多谐振荡器电路，其中通过利用电磁波的能量进行能量产生；以及当检测电路检测到存储电路的电压等于或大于连接存储电路与负载的限定的电压时，开关电路导通由单稳态多谐振荡器电路确定的限定的时间段。
而且，本发明提供利用电磁波的能量的能量产生电路，包括用于接收第一频率的电磁波的第一天线或第一线圈中的一个；在硅基片上形成的第一整流电路，用于整流来自第一天线或第一线圈中的一个的信号；用于提高第一整流电路的输出的升压器电路；用于存储来自升压器电路的输出能量的存储电路；用于连接存储电路和负载的开关电路；用于接收第二频率的电磁波的第二天线或第二线圈中的一个，第二频率的电磁波不同于第一天线或线圈接收的第一频率的电磁波的；以及在硅基片上形成的第二整流电路，用于整流来自第二天线或第二线圈中的一个的信号，其中通过利用第一频率的电磁波的能量第一天线或线圈中的一个进行能量产生；在存储电路中存储能量；以及由第二天线或第二线圈接收到具有与第一频率的电磁波不同频率的第二频率的电磁波后，当由第二整流电路进行能量产生时，开关电路导通以连接存储电路与负载。
此外，本发明提供利用电磁波的能量的能量产生电路，包括用于接收电磁波的第一天线或第一线圈中的一个；在硅基片上形成的第一整流电路，用于整流来自第一天线或第一线圈中的一个的信号；用于提高第一整流电路输出的升压器电路；用于存储来自升压器电路输出能量的存储电路；用于连接存储电路和负载的开关电路；用于接收有与第一天线接收的电磁波的频率不同的频率的电磁波的第二天线或第二线圈中的一个，该不同频率的电磁波的频率；在硅基片上形成的第二整流电路，用于整流来自第二天线或第二线圈中的一个的信号；以及输入是来自第二整流电路的信号的单稳态多谐振荡器电路，其中利用电磁波的能量第一天线和第一线圈中的一个进行能量产生；在存储电路中存储能量；以及由第二天线或第二线圈中的一个接收到频率不同于第一天线或第一线圈接收的电磁波的频率的电磁波后，当第二整流电路进行能量产生时，开关电路导通由单稳态多谐振荡器电路确定的限定的时间段，以连接存储电路与负载。
由于进行能量产生的特定的能量的产生是不需要的，按照本发明利用电磁波的能量产生电路是有效的。
在附图中图1是按照本发明的第一实施例说明利用电磁波的能量产生电路的平面图；图2是按照本发明的第一实施例利用电磁波的能量产生电路的例子；图3是按照本发明的第二实施例利用电磁波的能量产生电路；图4是按照本发明的第二实施例利用电磁波的能量产生电路；图5是按照本发明的第二实施例利用电磁波的能量产生电路；图6是按照本发明的第二实施例利用电磁波的能量产生电路；图7是按照本发明的第三实施例利用电磁波的能量产生电路；图8是按照本发明的第四实施例利用电磁波的能量产生电路；图9是按照本发明的第五实施例利用电磁波的能量产生电路；图10是按照本发明的第六实施例利用电磁波的能量产生电路；图11是按照本发明的第七实施例利用电磁波的能量产生电路；以及图12是利用电磁波的传统的能量产生电路的例子。
具体实施例方式
为了解决上述的问题，在本发明中通过利用生存空间的电磁波进行能量产生。
下面参考附图对本发明的实施例做说明。
第一实施例图1是按照本发明的第一实施例利用电磁波的能量产生电路。
在基片10上安装天线或线圈2、整流电路1和存储电路3。例如电容器可用于代替存储电路3。
图2示出利用电磁波的能量产生电路的具体例子。其间连接用作天线2的线圈2、用作整流电路1的肖特基势垒二极管(在下文中称为“SBD”)、以及用作存储电路3的电容器3。
线圈2接收来自商业地可用的电磁波提供的能量，商业地可用的电磁波例如蜂窝电话、TV广播或FM无线电广播的电磁波。SBD1整流线圈2中产生的电压以向电容器3注入电荷。
依据位置与时间，商业地可用的电磁波的种类和强度极大地不同。可用的电磁波无论怎么小和弱，图2中所示的电路能给电容器3渐渐地充电。因此，即使在弱电磁波的位置，经过长时段后将给电容器3充电，且在电容器3中集聚电荷。从而，通过将负载连接在电容器3的两个端子间，利用电容器3中的电荷驱动负载是可能的。
第二实施例图3是按照本发明的第二实施例利用电磁波的能量产生电路。
类似于图2的那些连接线圈2、SBD1和电容器3。P沟道MOS晶体管6的源极连接到电容器3的阳极端子，且P沟道MOS晶体管6的漏极连接到负载7。P沟道MOS晶体管6的栅极连接到电容器3的阴极端子。
以这种方式连接，MOS晶体管6导通以将负载7并联到电容器3，且当电容器3中集聚的电压变得高于MOS晶体管6的阀值电压时，电容器3的能量能驱动负载7。
当电容器3中存储的电荷的电压小于MOS晶体管6的阀值电压时MOS晶体管6在截止状态，且不消耗电能。在该电路中，不消耗电能能够完成通过电磁波集聚的电压的检测，且当电容器3的电压达到特定电压时能控制负载的连接。MOS晶体管的阀值电压的调节使得用于连接电容器3与负载7的电压的调节成为可能。
另外，如图4所示，调节用于连接电容器3与负载7的电压也是可能的；漏极与栅极连接的MOS晶体管9连接到MOS晶体管6的栅极，且在MOS晶体管6的栅极与源极之间连接高电阻电阻器10。在该电路中，当给电容器3充电以使电容器3上的电压达到等于MOS晶体管6的阀值电压与MOS晶体管9的阀值电压总和的电压时，建立了电容器3与负载7的连接。
而且，如图5所示，用作开关的MOS晶体管11的漏极和源极，分别连接到栅极与漏极连接的图4的MOS晶体管9的漏极和源极。当电容器3充电到等于MOS晶体管6的阀值电压与MOS晶体管9的阀值电压总和的电压时，在电容器3与负载7连接的时候根据来自包含在负载7中的控制电路的信号，用作开关的MOS晶体管11导通。因此能保持电容器3与负载7之间的连接，直到电容器3的电压下降到低于MOS晶体管6的阀值电压。
而且，如图6所示，能使用N沟道MOS晶体管8代替P沟道MOS晶体管。在这种情况下，MOS晶体管8的源极连接到电容器3的阴极端子，MOS晶体管8的栅极连接到电容器3的阳极端子，且负载7连接到电容器3的阳极端子与MOS晶体管8的漏极。在该结构中，当电容器3的端子间的电压变得高于MOS晶体管8的阀值电压时，MOS晶体管8导通从而连接电容器3与负载7。
作为按照本发明的利用电磁波的能量产生电路的应用，不用电池能进行机械构件或电气构件(例如马达)的故障诊断。例如，在图3中共振频率(有了它能量产生最有效)设定为机械构件或电气构件发生故障时产生的电磁波的频率。在这种情况下，当机械构件或电气构件发生故障时，将产生有一定频率的电磁波。一接收到电磁波，按照本发明的能量产生电路就产生能量，且给发出机械构件或电气构件异常的通知的电路(负载7)提供电能。以这种方式，不用电池能进行机械构件或电气构件的故障诊断。
第三实施例图7是按照本发明的第三实施例利用电磁波的能量产生电路。
通过硅平面工艺在硅基片50上制作整流电路和元件，例如电容器、电阻器或MOS晶体管。另外，通过硅的各向异性干蚀刻法(例如深反应离子蚀刻法(DRIE))或使用如羟化四甲铵(TMAH)这样的材料的各向异性湿蚀刻法，在硅基片50中形成凹部。当通过DRIE形成凹部时，如图7所示，形成的凹部基本垂直于硅基片。当通过湿蚀刻法形成凹部时，形成的凹部关于基片通常有一定角度。
另一方面，在天线2上有凸出的端子。凸出的端子插入硅基片50的凹部。依据插入凹部的天线2的凸出的端子的大小调节硅基片50的凹部的深度与大小。
作为固定硅基片50与天线2的方法的例子，金属互连，在硅基片50的凹部中预先形成使用高浓度扩散或多晶硅互连的互连，互连5连接到在硅基片50的表面形成的元件。在硅基片50的凹部部分装备低熔点金属或导电粘合剂，当天线2插入凹部时，在那使天线2的端子接触。然后，在这种状态下天线2插入硅基片50的凹部，通过导电胶粘剂4天线2的凸出的端子与布线5电连接。结果，天线2电连接到在硅基片50的表面形成的元件。
在现有技术中，依据天线与整流器之间布线的长度天线的接收灵敏度极大地变化。然而，用这种结构，能以最小的布线长度制作天线与半导体元件之间的连接。另外，利用电磁波的能量产生电路能做得更小。
而且，按照本发明，不仅可以使用商业地可用的电磁波(例如蜂窝电话、TV广播和FM无线电广播)产生的那些，而且也可以使用由荧光灯、办公室自动化设备等产生的、充满生存空间的电磁波做能量产生。此外，使用当机械构件或电气构件有故障时产生的特有的电磁波，能量产生也是可能的。
而且，尽管在图2中显示了整流电路和存储电路的例子，但是本发明不限于这些电路。使用只要有整流功能和电荷存储功能的任何装置的任何结构可以使用。
第四实施例图8是按照本发明的第四实施例利用电磁波的能量产生电路。
在天线或线圈2接收电磁波且进行能量产生后，整流电路20完成整流，转换交流电压为直流电压，且升压器电路21提高电压电平。通常，升压器电路21提高电压至负载7能工作的电平，由于当电磁波弱时由天线或线圈2产生的电压低。在存储电路3中集聚提高的电压。电压检测电路23检测存储电路3的电压。当存储电路3的电压增加至由电压检测电路确定的任意电压时，开关电路24从断开转向导通，连接存储电路3和负载7。
按照本发明，即使通过弱的电磁波进行能量产生，通过升压器21提高电压至足够驱动负载的电平，且通过电压检测电路23检测提高了的电压。电压达到足够驱动负载的电压以后，通过开关电路24给负载7提供电压。因此，能确实地防止负载7的误动作。
而且，在开关电路24导通的瞬间给负载7提供电能，有可能存储电路3的电压下降引起开关电路24返回断开状态，然后导通状态与断开状态交替出现。然而，给电压检测电路配置滞后能防止这种动作。
第五实施例图9是按照本发明的第五实施例利用电磁波的能量产生电路。与图8所示的利用电磁波的能量产生电路不同，来自电压检测器电路23的输出端连接到单稳态多谐振荡器电路25，且单稳态多谐振荡器电路25控制开关电路24。换句话说，通过具有由电压检测电路23检测的任意电压的信号，给单稳态多谐振荡器25传授触发信号，且单稳态多谐振荡器25接通开关电路24预先设设置的给定的时段。
用这个结构，通过设置单稳态多谐振荡器保持的时段，以使开关电路24仅导通负载能完成某处理的处理期限，仅在需要的时段给负载7提供电能变成是可能的。能因此止住存储电路3的浪费的能量消耗。
第六实施例图10是按照本发明的第六实施例利用电磁波的能量产生电路。与图8所示的利用电磁波的能量产生电路不同，通过第二整流电路27整流由第二天线或第二线圈26产生的电压而不是电压检测电路23的输出，且整流的电压接通开关电路24。
例如构造第一天线或第一线圈2、第一整流电路20、以及升压器电路21，使得一直接收电磁波以给存储电路3存储电能。相反，构造第二天线或第二线圈26使得仅对有特定频率的电磁波起作用以产生能量。通过应用对第二天线起作用的特定的电磁波且当接收到电磁波时，只有给负载7提供能量时通过开关电路24连接存储电路3与负载7是可能的。
限定第二天线有效地产生能量的频率(共振频率)，使得与机械构件或电气构件有故障时产生的电磁波的频率相对应。结果，当机械构件或电气构件有故障时，本发明的第二天线产生电，并给负载7提供电能；一个电路它通报机械构件或电气构件的异常。因此，不用电池能完成机械构件或电气构件的故障检测。
第七实施例图11是按照本发明的第七实施例利用电磁波的能量产生电路。与图10所示的利用电磁波的能量产生电路不同，给单稳态多谐振荡器25传授由第二天线或第二线圈26产生的且由第二整流电路27整流的触发信号。通过单稳态多谐振荡器25接通开关电路24预先设置的时段。
在图10所示的结构中，保持开关电路24在导通状态，保持产生第二天线起作用的特定的电磁波是必要的；然而，在图11所示的结构中，保持特定电磁波的产生不是必要的。
如上面说明的，按照本发明，使用不要特定电磁波的能量能产生能量的电磁波提供能量产生电路变成是可能的。
按照本发明，利用电磁波的能量产生电路用作建造无电池的电能源的技术是可能的。
权利要求
1.一种利用电磁波的能量的能量产生电路，包括用于接收电磁波的天线或线圈中的一个；在硅基片上形成的整流电路，用于整流来自所述天线或线圈的信号；和用于存储来自所述整流电路输出能量的电路；其中通过利用所述电磁波的能量进行能量产生；且所述电磁波是商业地可用的电磁波。
2.按照权利要求1所述的利用电磁波的能量的能量产生电路，其中增强MOS晶体管的源极和漏极分别连接到所述存储电路的输出端和负载；且通过利用所述增强MOS晶体管的阀值电压完成连接所述存储电路与所述负载的控制。
3.按照权利要求1所述的利用电磁波的能量的能量产生电路，其中在所述硅基片中形成凹部；在所述天线和所述线圈中的一个上形成与所述硅基片中的所述凹部的形状一致的凸出的端子；通过将所述天线的凸出的端子插入所述硅基片中的所述凹部，在所述天线或所述线圈与在所述硅基片上形成的元件之间建立电连接。
4.按照权利要求2所述的利用电磁波的能量的能量产生电路，其中在所述硅基片中形成凹部；在所述天线和所述线圈中的一个上形成与所述硅基片中的所述凹部的形状一致的凸出的端子；通过将所述天线的凸出的端子插入所述硅基片中的所述凹部，在所述天线或所述线圈与在所述硅基片上形成的元件之间建立电连接。
5.按照权利要求1所述的利用电磁波的能量的能量产生电路，其中在生存的空间存在所述电磁波。
6.按照权利要求2所述的利用电磁波的能量的能量产生电路，其中在生存的空间存在所述电磁波。
7.按照权利要求3所述的利用电磁波的能量的能量产生电路，其中在生存的空间存在所述电磁波。
8.按照权利要求4所述的利用电磁波的能量的能量产生电路，其中在生存的空间存在所述电磁波。
9.一种利用电磁波的能量的能量产生电路，包括用于接收电磁波的天线或线圈中的一个；在硅基片上形成的整流电路，用于整流来自所述天线或所述线圈中的一个的信号；用于提高所述整流电路的输出的升压器电路；用于存储来自所述升压器电路的输出能量的存储电路；用于检测所述存储电路的电压的检测电路；和用于连接所述存储电路与负载的开关电路；其中利用所述电磁波的能量进行能量产生；且当所述检测电路检测到所述存储电路的电压等于或大于限定的电压时，所述开关电路接通以连接所述存储电路与所述负载。
10.一种利用电磁波的能量的能量产生电路，包括用于接收电磁波的天线或线圈中的一个；在硅基片上形成的整流电路，用于整流来自所述天线或所述线圈中的一个的信号；用于提高所述整流电路的输出的升压器电路；用于存储来自所述升压器电路的输出能量的存储电路；用于检测所述存储电路的电压的检测电路；用于连接所述存储电路与负载的开关电路；和输入是来自所述检测电路的信号的单稳态多谐振荡器电路，其中利用所述电磁波的能量进行能量产生；且当所述检测电路检测到所述存储电路的电压等于或大于连接所述存储电路与所述负载的限定的电压时，所述开关电路接通由所述单稳态多谐振荡器电路决定的限定的时段。
11.一种利用电磁波的能量的能量产生电路，包括用于接收第一频率的电磁波的第一天线或第一线圈中的一个；在硅基片上形成的第一整流电路，用于整流来自第一天线或第一线圈中的一个的信号；用于提高第一整流电路的输出的升压器电路；用于存储来自所述升压器电路的输出能量的存储电路；用于连接所述存储电路与负载的开关电路；用于接收第二频率的电磁波的第二天线或第二线圈中的一个，第二频率的电磁波不同于第一天线或第一线圈接收的第一频率的电磁波；和在所述硅基片上形成的第二整流电路，用于整流来自第二天线或第二线圈中的一个的信号，其中通过利用第一频率的电磁波的能量第一天线或所述线圈中的一个进行能量产生；在所述存储电路中集聚所述能量；且由第二天线或第二线圈接收到频率不同于第一频率的电磁波的第二频率的电磁波后，由第二整流电路进行能量产生时，所述开关电路接通以连接所述存储电路与所述负载。
12.一种利用电磁波的能量的能量产生电路，包括用于接收电磁波的第一天线或第一线圈中的一个；在硅基片上形成的第一整流电路，用于整流来自第一天线或第一线圈的信号；用于提高第一整流电路的输出的升压器电路；用于存储来自所述升压器电路的输出能量的存储电路；用于连接所述存储电路与负载的开关电路；用于接收与第一天线接收的所述电磁波的频率不同的电磁波的第二天线或第二线圈中的一个；在所述硅基片上形成的第二整流电路，用于整流来自第二信号的信号；和输入是来自第二整流电路的信号的单稳态多谐振荡器电路，其中通过利用所述电磁波的能量第一天线和第一线圈中的一个进行能量产生；在所述存储电路中存储所述能量；且由第二天线或第二线圈中的一个接收到频率与第一天线或第一线圈接收的电磁波的频率不同的电磁波后，由第二整流电路进行能量产生时，所述开关电路接通由所述单稳态多谐振荡器电路决定的限定的时段，以连接所述存储电路与所述负载。
全文摘要
不需要提供任何另外的能量的利用电磁波的能量产生电路。通过利用存在于生存空间的电磁波进行能量产生。
文档编号H02J17/00GK1697285SQ200510071469
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月12日 优先权日2004年5月12日
发明者石田诚, 泽田和明, 高尾英邦, 须藤稔 申请人:精工电子有限公司, 石田诚