无功率时间基准 |
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| 申请号 | CN201410287265.4 | 申请日 | 2014-06-24 | 公开(公告)号 | CN104252127B | 公开(公告)日 | 2017-01-11 |
| 申请人 | 恩智浦有限公司; | 发明人 | 托马斯·苏沃德; | ||||
| 摘要 | 根据 实施例 ，提出了一种时间基准装置(100，200)，包括：可蚀元件(140)，其中可蚀元件(102)，配置为提供 传感器 信号 (161)，所述传感器信号(161)依赖于可蚀元件(140)的物理特性。所述可蚀元件(140)的物理特性随着可蚀元件(140)的 腐蚀 而改变；并且所述可蚀元件(140)的物理特性是电学特性、磁特性和光学特性中的至少一个。可以提供阻隔物(150)来限定可蚀元件(140)对于腐蚀性物质(160)的渗透性。(140)的腐蚀随着时间的推进而推进；传感器 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种时间基准装置(100，200)，包括： |
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| 说明书全文 | 无功率时间基准技术领域[0001] 本发明涉及无功率时间基准装置的领域。 背景技术[0002] US 7 048 195 B2涉及一种在预定时间段流逝之后使装置过期的方法和系统。所述装置使用其自己的时间单元，使得通过外部时间源不会更改流逝的时间。时间单元中的电荷存储元件包括浮置栅极场效应晶体管，其中浮置栅极场效应晶体管配置在时间单元内，使得响应于在预定时间段流逝之后向时间单元施加功率，浮置栅极场效应晶体管导通。 发明内容[0003] 考虑到上述情况，需要一种改进的技术，能够在实质上避免或者至少减小已知时钟单元的问题的同时提供时间基准系统。 [0004] 根据这里公开主题内容的第一方面的实施例，提出了一种时间基准装置，所述时间基准装置包括：可蚀元件，其中可蚀元件的腐蚀随着时间的推进而推进；传感器，配置为提供传感器信号，所述传感器信号依赖于可蚀元件的物理特性；其中所述可蚀元件的物理特性随着可蚀元件的腐蚀而改变；以及其中所述可蚀元件的物理特性是电学特性、磁特性和光学特性中的至少一个。 [0005] 这里公开主题内容的这一方面是基于如下思想：使用腐蚀性工艺作为时间基准装置的基础，这可以提供简单且可靠的装置。 [0006] 根据实施例，腐蚀过程的发生不要求电功率。这允许即使在电功率不可用时或者只是临时可用时，也可以确定流逝的时间。在这一点上应该注意这样的事实：传感器配置为提供传感器信号，不一定意味着传感器连续地提供传感器信号。而是，在时间基准装置包括在智能卡中的示范性实施例中，传感器配置为在请求时提供传感器信号，例如在向智能 卡供电时。根据实施例，传感器信号是传感器提供的、通过这里公开的适当的控制器或转换器采样的信号。另外，腐蚀过程是不可逆的，这可以提高时间基准装置的可靠性。具体地，流逝的时间不能倒退，并且时间基准装置不能复位。根据这里公开主题内容的实施例的时间基准装置可以制造为具有小于200微米的总厚度。这允许例如将时间基准装置集成到智能卡、信用卡等中。 [0007] 根据实施例，时间基准装置还包括阻隔物(barrier)，所述阻隔物对于腐蚀性物质提供限定的渗透性，使腐蚀性物质通过阻隔物至可蚀元件，所述腐蚀性物质产生可蚀元件的腐蚀。例如，阻隔物可以只覆盖时间基准装置的单个表面。这可以适用于智能卡的情况，其中时间基准装置制造到相对较厚的基片上，所述基片本身对于腐蚀性物质是不能渗透的。根据实施例，所述基片由电绝缘材料制成或者至少包括电绝缘材料。根据实施例，所述基片由金属层制成或者包括金属层，例如铝层。作为基片材料的金属具有这样的优势：其对于水蒸气和氧气是不能渗透的。然而，传感器可以要求与金属层的电绝缘。根据实施例，通过电绝缘体将传感器(例如，电容性或电阻性传感器的形式)与金属基片相分离。 [0008] 根据另外的实施例，通过基片的绝缘表面或基片上的绝缘表面、以及覆盖可蚀元件的阻隔物，来包封可蚀元件。所得到的包封可以包括时间基准装置的另外部分，例如传感器。根据其他实施例，可以将可蚀元件以及可选的时间基准装置的另外部分包封在阻隔物中。 [0009] 根据实施例，时间基准装置还包括：基准元件；另外的传感器，配置为提供基准信号，所述基准信号依赖于基准元件的物理特性；其中基准元件的物理特性具有与可蚀元件的物理特性的时间依赖性不同的时间依赖性；并且其中基准元件的物理特性是电学特性、磁特性和光学特性中的至少一个。例如，根据实施例，基准元件的物理特性的时间依赖性可以比可蚀元件的物理特性的时间依赖性缓慢。这可以例如通过由比可蚀元件腐蚀少的材料制造基准元件来实现。换句话说，根据实施例，基准元件配置为(例如，与周围空气相屏蔽)使得基准元件的腐蚀在时间上比可蚀元件的腐蚀缓慢。根据另一个实施例，基准元件的材料可以与可蚀元件的材料相同。在这种情况下，可以通过使用与针对可蚀元件的 阻隔物不同的针对基准元件的阻隔物，来产生可蚀元件和基准元件的物理特性的不同时间依赖性。根据实施例，时间基准装置还包括另外的阻隔物，所述另外的阻隔物对于腐蚀性物质提供限定的渗透性，使腐蚀性物质通过另外的阻隔物至基准元件；其中对于腐蚀性物质，由针对基准元件的另外的阻隔物提供的限定的渗透性小于由针对可蚀元件的阻隔物提供的限定的渗透性。例如，与可蚀元件的阻隔物相比，基准元件的阻隔物可以是不同类型或者例如具有不同厚度。 [0011] 根据实施例，时间基准装置还包括转换器，所述转换器配置为基于传感器信号来提供时间信号，例如机器可读的时间信号，具体的是流逝时间的机器可读表示。根据实施例，转换器需要外部电源，以基于传感器信号来提供时间信号。根据实施例，转换器配置为将腐蚀级别转换为流逝时间的机器可读表示。术语“流逝的时间”通常表示相对时间，例如从时间基准装置的制造开始算起的时间或者从时间基准装置的激活(例如，通过去除进行阻挡的阻隔物)开始算起的时间。无论如何，相对时间可以用于产生绝对时间。这里“机器可读时间信号”可以是电子装置可以读取或接收的任意数字或模拟时间信号，所述电子装置配置用于读取或接收时间信号。另外，“流逝时间的机器可读表示”可以是电子装置可以读取或接收的任意数字或模拟时间信号，所述电子装置配置为读取或接收流逝时间的表示。 [0012] 根据实施例，转换器配置为基于传感器信号和基准信号两者来提供(例如机器可读的)时间信号。换句话说，传感器信号和基准信号两者都用于产生(例如机器可读的)时间信号。这样，例如可以避免或者至少减小压力和/或温度影响。根据实施例，基于传感器信号和基准信号的差来产生时间信号。 [0013] 根据实施例，时间基准装置还包括：同步单元，能够接收由外部时间基准提供的时间同步信号；所述转换器配置为通过考虑时间同步信号来提供时间信号。这样，转换器可以配置为提供更加精确的绝对时间信 号。根据实施例，时间基准装置包括用于存储时间基准信息的存储元件，例如，绝对时间以及在所述绝对时间时的传感器信号和基准信号。 [0014] 根据另外的实施例，传感器包括两个测量电极，每一个测量电极与端子电连接或耦接。根据实施例，可蚀元件配置为(例如，定位为或者配置有合适的材料)增加两个测量电极之间的电容性或电感性耦合。根据实施例，可蚀元件的腐蚀推进减小了两个测量电极之间的电容性或电感性耦合。应该理解的是可以提供三个或更多个测量电极。 [0015] 根据实施例，传感器是电容器(这里也称作感测电容器)，并且可蚀元件的物理特性的变化(以及因此可蚀元件的腐蚀级别)改变了电容器的电容。该实施例具有以下优势：精确测量电容的方法是已知的。例如，在传感器是电容器的实施例中，电容器的电容随着可蚀元件的腐蚀推进而改变，所述电容器本身就配置为提供与电容器的电容相对应的传感器信号。 [0016] 在使用电容作为传感器的情况下，这种电容器也称作感测电容器。在使用电容作为所述另外的传感器的情况下，这种电容器也称作基准电容器。 [0017] 根据实施例，可蚀元件形成了电容器的第一电极；电容器包括反电极(counter electrode)，所述反电极和第一电极形成了如下电容器：其电容通过可蚀元件的物理特性的变化而改变。 [0018] 根据实施例，电容器包括两个测量电极。测量电极可以通过电容器的两个反电极形成。电容器的电容的测量可以包括在两个测量电极之间施加电压。根据另外的实施例，电容器包括交叉指状电极，其中可蚀元件位于交叉指状电极附近。根据实施例，交叉指状电极和可蚀元件形成了串联连接的电容器。另外，交叉指状电极可以是时间基准装置的测量电极。 [0019] 根据另外的实施例，两个测量电极位于单一平面中。因此，测量电极的电容主要由测量电极的边缘场电容(杂散场电容)来确定。根据另外的实施例，可蚀元件面对测量电极。根据实施例，测量电极与可蚀元件隔开，例如通过绝缘体隔开。根据实施例，测量电极和可蚀元件配置为使得可蚀元件的腐蚀推进改变杂散场电容。根据实施例，传感器配置 为提供依赖于可蚀元件的电导率的传感器信号。例如，在可蚀元件形成传感器的电容器极板的实施例中，可蚀元件在其未腐蚀状态下表示电容器极板，并且例如在其完全腐蚀状态下表示电介质层。因此，传感器信号依赖于可蚀元件(从金属改换为绝缘体)的导电率。 [0020] 根据另一个实施例，物理特性可以是可蚀元件的电阻。另外，根据实施例，传感器配置为测量依赖于可蚀元件的腐蚀状态的阻抗，例如测量可蚀元件的电阻。电阻可以是特别适合所制可蚀元件的电学特性。合适的可蚀元件的示例包括诸如碳之类的高欧姆材料和诸如银或铜之类的良导体。具体地在后一种情况下，腐蚀元件可以通过溅射来提供。 [0021] 根据实施例，传感器配置为感测磁特性，例如磁化，其中可蚀元件的物理特性/腐蚀级别的变化改变了传感器感测的磁特性。针对磁化的传感器在现有技术中是已知的，并且可以包括例如磁阻材料，所述磁阻材料依赖于施加的磁场来改变其阻抗。在这种情况下，可蚀元件可以是具有永久磁矩的材料层，所述永久磁矩随着可蚀元件的腐蚀推进而减小。 [0022] 根据另外的实施例，传感器配置为感测光学特性，例如透射率，其中可蚀元件的物理特性/腐蚀级别的变化改变了通过传感器感测的光学特性。光学特性可以是例如针对具体辐射的透射率。在这种情况下，可蚀元件可以是光学透明、并且在可蚀元件的腐蚀推进时变成不透明的材料层。 [0023] 根据实施例，可蚀元件是导电元件，具体地金属元件。例如，根据实施例，可蚀元件由活性金属制成，例如元素周期表的第一族或第二族的金属。根据实施例，可蚀元件由钙制成。 [0024] 根据实施例，传感器包括第一导电层，并且可蚀元件由第二导电层形成，第一导电层与第二导电层平行；以及第一导电层与导电金属层隔开。例如，根据实施例，测量电极由第一导电层形成。根据实施例，测量电极由相同的导电层形成。 [0025] 根据实施例，通过考虑传输到积分电容器的电荷来执行对电容器电容的测量，所述积分电容器可以配置为与要测量的电容器串联电连接。具体地，根据实施例，在充电周期中，首先对要测量的电容器放电、然后与固定电压相连，并且积分电容器与地相连。结果，对要测量的电容 器充电。对要测量的电容器的充电导致了电流，所述电流进而向积分电容器添加电荷。重复地执行充电周期导致了积分电容器上增加的电荷，因此导致了积分电容器两端增加的电压。根据实施例，将为了超过积分电容器两端的预定阈值电压而所需的充电周期的个数定义为电容的度量。在积分电容器两端的电压超过预定阈值电压为止的这种充电周期的序列这里称作积分周期。 [0026] 根据实施例，传感器信号定义为如果向电容器施加一定电压，在要测量的电容器中累积的电荷量。然而应该理解的是一般而言，传感器信号可以依赖于如何对传感器进行采样以及如何处理采样的信号。 [0027] 根据实施例，为形成可蚀元件的传感器的电容器(感测电容器)和形成基准元件的传感器的电容器(基准电容器)中的每一个提供单独的积分电容器。根据另外的实施例，为形成可蚀元件的传感器的电容器(感测电容器)和形成基准元件的传感器的电容器(基准电容器)两者提供公共的积分电容器。如果使用公共积分电容器，根据实施例，依次顺序地测量要测量的电容器的电容和基准电容器的电容。 [0028] 根据实施例，可以通过积分电容器的电容来调节上述电容确定的增益。根据另外的实施例，通过积分电容器上的重积分(multiple integration)来调节上述电容确定的增益。这意味着在超过积分电容器两端的预定电压阈值之后将积分电容器放电，但是执行至少一个另外的积分周期，并且加上得到的计数(超过预定电压阈值所要求的充电周期的个数)。最终的积分分为经由积分电容器的电荷积分、以及可以通过使用例如控制器中的计数器或计算器执行的数值积分。 [0029] 根据实施例，为要测量的电容器和积分电容器提供多个开关，以执行上述动作，具体地是充电周期和积分周期。为此目的，要测量的电容器和积分电容器可以与高电压或地相连，或者彼此相连，例如将要测量电容器和积分电容器串联连接，以对要测量的电容器放电、对要测量的电容器充电，对积分电容器放电等等。根据实施例，提供控制器来用于切换多个开关，以便执行上述动作。控制器可以以硬件、软件或包括硬件部件和软件部件的混合形式来提供。这里。软件或软件部件可以是能够在处理器装置上运行的任何种类的计算机程序。 [0030] 根据这里公开主题内容的第二方面的实施例，提出了一种装置，例如智能卡形式的无线装置，所述装置包括根据本发明第一方面或实施例的时间基准装置。 [0031] 根据第二方面的实施例，所述方法适用于提供上述实施例的一个或多个的功能和/或适用于提供上述实施例的一个或多个要求的功能，具体地第一方面的实施例。 [0032] 根据这里公开的主题内容的第三方面的实施例，提出了一种提供对流逝时间加以表示的传感器信号的方法，所述方法包括：提供可蚀元件；允许可蚀元件随时间腐蚀；以及通过感测可蚀元件的物理特性来提供传感器信号；其中可蚀元件的物理特性随着可蚀元件的腐蚀而改变；并且其中可蚀元件的物理特性是电学特性、磁特性和光学特性中的至少一个。 [0033] 根据第三方面的实施例，所述方法适用于提供上述实施例的一个或多个的功能和/或适用于提供上述实施例的一个或多个要求的功能，具体地第一方面和第二方面的实施例。 [0034] 如这里所使用的，对于计算机程序的引述意欲等价于对于包含控制计算机系统实现和/或协调上述方法的执行的指令在内的程序元件和/或计算机可读介质的引述。 [0035] 可以通过任意适当编程语言将计算机程序实现为计算机可读指令代码，编程语言例如汇编语言、JAVA、C、C++，并且可以将计算机程序存储在计算机可读介质(可拆卸盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式存储器/处理器等)中。指令代码操作用于对计算机或任意其他可编程装置进行编程以执行所需功能。所述计算机程序可以是从网络可获得的，例如从中可以下载计算机程序的万维网。 [0036] 这里公开主题内容的实施例，具体地转换器或控制器的功能可以通过计算机程序或软件实现。然而，这里公开主题内的实施例也可以通过一个或多个专用电子电路或硬件实现。另外，这里公开主题内的实施例也可以按照混合形式实现，即按照软件模块和硬件模块组合的形式。 [0037] 在上述内容中已经描述并且在以下中将参考时间基准装置、智能卡和提供对流逝时间加以表示的传感器信号的方法来描述这里公开主题内容的示范性实施例。必须指出的是与这里公开主题内容的不同方面相关 的特征的任意组合当然也是可能的。具体地，一些实施例已经或将要参考设备类型实施例描述，而其他实施例已经或将要参考方法类型实施例描述。然而，本领域普通技术人员将会从以上和以下描述中得出：除非另有说明，除了属于一个方面的特征的任意组合之外，认为本申请公开了与不同方面或实施例相关的特征的任意组合，例如甚至是设备类型实施例的特征和方法类型实施例的特征的组合。 附图说明[0039] 图1示出了根据这里公开主题内容的实施例的时间基准装置。 [0040] 图2示出了沿II-II线得到的图1的时间基准装置的截面图。 [0041] 图3示出了根据这里公开主题内容的实施例的另一时间基准装置的一部分。 [0042] 图4示出了图3的测量单元的一部分在不同时间的立视图。 [0043] 图5示出了图3的基准单元的立视图。 [0044] 图6示意性地示出了测量单元的电容的时间依赖性。 [0045] 图7示出了智能卡形式的装置，所述智能卡包括根据这里公开主题内容的实施例的时间基准装置。 [0046] 图8示出了根据这里公开主题内容的实施例的时间基准装置的转换器的一部分。 [0047] 图9和图10说明了寄生电容对于图8的电容器的充电和放电的影响。 [0048] 图11示出了根据这里公开主题内容的实施例的电容确定的增益调节的流程图。 具体实施方式[0049] 附图中的说明是示意性的。应该注意的是在不同的图中，向类似或相同的元件提供相同的参考符号。 [0050] 图1示出了根据这里公开主题内容的实施例的时间基准装置。 [0051] 时间基准装置100包括活性电极(reactive electrode)形式的可蚀元件140。活性电极的合适材料是钙。 [0052] 根据实施例，时间基准装置100包括传感器102，配置为提供传感器信号，所述传感器信号依赖于可蚀元件的物理特性。根据实施例，所述物理特性是电学特性。另外根据实施例，可蚀元件140是传感器102的一部分。例如在传感器102是电容器的实施例中，可蚀元件140可以形成电容器的电极，如图1所示。传感器102还包括第一和第二测量电极120、121(也简称为第一和第二电极)，可以将测量电极形成为交叉指状电极，如图1所示。测量电极120、 121可以是铜、铝、金、银、碳或其他导电或半导体材料或其组合。根据实施例，交叉指状电极 120、120通过金属层形成，例如电绝缘体130(下文中也简称为“绝缘体”)上的铝层。绝缘体 130的合适材料是例如氧化铝或聚对二甲苯(由Para Tech提供)。绝缘体130可以具有高介电常数(例如，高-k材料)。根据实施例，交叉指状电极120、121中每一个包括基底122、123，所述基底与多个导电迹线124电连接。根据实施例，第一电极120的导电迹线124定位成与第二电极121的导电迹线124平行。根据实施例，导电迹线124是直线导电迹线。根据另外的实施例，第二电极121的至少一个导电迹线124位于第一电极120的两个导电迹线124之间，如图1所示。 [0053] 根据实施例，由传感器102形成的电容器包括第一电极120、第二电极121、作为可蚀电极的可蚀元件140和位于电极120、121、140之间的绝缘体130。电容器的电容主要由交叉指状结构的边缘场电容(杂散场电容)来确定。根据实施例，可蚀元件140形成了电容器(传感器102)的浮置电极，即可蚀元件140在时间基准装置100中是电绝缘的。测量电极120、121顶上的导电层形式的电绝缘可蚀元件140添加了与两个测量电极120、121的电容并联的两个串联连接的电容器(导电迹线至可蚀元件和可蚀元件至下一个导电迹线)。两个串联连接的电容器确实主要提供直接场电容。如果顶层腐蚀掉，并联电容减小直到留下交叉指状结构(例如第一和第二电极120、121)的纯电容。 [0054] 电绝缘可蚀元件140还具有以下优势：穿过整个可蚀元件的导电路 径的丢失不会逐步地影响时间基准装置的特性。相反，通过传感器102(并且具体地通过测量电极120、121)感测到可蚀元件的体积特性。 [0055] 通常根据实施例，传感器102配置为提供依赖于可蚀元件的体积物理特性或至少一个表面特性的传感器信号。按照这种方式，随着可蚀元件的腐蚀推进，提供了平滑的传感器信号。代替电学特性，通过相应地适配的传感器，可以感测可蚀元件的磁特性或光学特性。 [0056] 时间基准装置100还包括阻隔物150，所述阻隔物150提供针对腐蚀性物质(图1中未示出)的限定的渗透性。参考图进一步2讨论阻隔物150。 [0057] 图2示出了沿II-II线得到的图1的时间基准装置100的截面图。 [0058] 根据实施例，在基片110上制造时间基准装置100，例如在基片的绝缘表面上。根据另外的实施例，基片110可以具有或者可以包括任意合适的绝缘材料，例如聚酰亚胺或聚碳酸酯。 [0059] 根据实施例，将时间基准装置100制造为分离的元件，并且随后附着至基片。根据另一个实施例，通过将时间基准装置100的各个层沉积到基片110上，将时间基准制造到基片110上。时间基准装置100的制造可以包括任意合适的已知沉积工艺和构图工艺。 [0060] 除了参考图1已经讨论的元件之外(这里不再重复其描述)，根据实施例，图2示出了阻隔物150和腐蚀性物质160(可以是例如水蒸气或氧气)。 [0061] 阻隔物150对于腐蚀性物质160提供限定的渗透性，使腐蚀性物质160通过阻隔物150至可蚀元件140。所述腐蚀性物质160产生可蚀元件140的腐蚀。例如，阻隔物150配置为至少是可蚀元件140的包封。如果基片140具有足够低的渗透性(在阻隔物的量级)，阻隔物可以只设置在可蚀元件上，而不设置在可蚀元件和基片之间。因此根据实施例，基片110和阻隔物150一起形成了可蚀元件140的包封，如图2所示。根据实施例，阻隔物150将可蚀元件 140包封并且可选地将传感器120包封。根据实施例，阻隔物150与可蚀元件直接接触，例如在与基片110的表面平行的平面内。根据另外的实施例，可蚀元件140与阻隔物150横向隔开，例如通过电绝缘体，例如通过电绝缘材料130，所述电绝缘 材料130也将测量电极的导电迹线124与可蚀元件140隔离。 [0062] 如图2所示，腐蚀性物质160穿透阻隔物150并且以限定的渗透性移动通过阻隔物150，所述限定的渗透性依赖于阻隔物150的厚度和材料特性。根据实施例，阻隔物150是湿气阻隔物。湿气阻隔物也可以用作具有低氧气透过率(OTR)的氧气阻隔物。 [0063] 图3示出了根据这里公开主题内容的实施例的另一时间基准装置的一部分。 [0064] 时间基准装置200包括绝缘体130上的可蚀元件140、以及测量电极形式的第一和第二反电极，图3中示出了测量电极的导电迹线124。 [0065] 另外，时间基准装置200包括基准元件142以及第一和第二电极，基准元件位于绝缘体132上，图3中示出了第一和第二电极的导电迹线124。 [0066] 可蚀元件140及其关联的传感器102(可以部分地由可蚀元件本身形成)、至少一个测量电极(由图3中的导电迹线124表示)和针对可蚀元件140的阻隔物150形成了时间基准装置200的测量单元170的一部分。 [0067] 根据实施例，时间基准装置200还包括基准单元172，所述基准单元172包括基准元件142和另外的传感器104，所述另外的传感器104配置为提供基准信号，其中所述基准信号依赖于基准元件142的物理特性。例如，根据实施例，另外的传感器104包括基准元件142以及与基准元件142相关联的至少一个测量电极，其中基准元件170的至少一个测量电极由图3中的导电迹线124表示。 [0068] 根据实施例，基准单元172还包括另外的阻隔物152，所述另外的阻隔物152对于腐蚀性物质160提供限定的渗透性，使腐蚀性物质160通过另外的阻隔物152至基准元件142。对于腐蚀性物质160，由另外的阻隔物152提供的限定的渗透性不同于(即，低于)由针对可蚀元件140的阻隔物150提供的限定的渗透性。这具有以下优势：可蚀元件140和基准元件 142可以由相同的材料构成，例如单一材料层。然而在这一点上，应该注意的是根据实施例，可蚀元件140和基准元件42彼此电隔离，例如通过形成可蚀元件140和基准元件142的层中的间隙彼此电隔离。 这种间隙可以通过已知的构图技术来提供。实际上，由于所述另外的阻隔物的较低渗透性，根据实施例，可蚀元件140的腐蚀比基准元件142的腐蚀快。 [0069] 当通过适当的转换器或控制器(例如根据这里公开主题内容的一个或多个实施例的转换器)采样时，传感器102提供传感器信号，示意性地在图3中的161处示出，并且所述另外的传感器104提供基准信号，示意性地在图3中的162处示出。 [0070] 根据实施例，测量单元170设置在第一基片110上，并且基准单元172设置在第二基片112上。第一基片110和第二基片112可以是单独的基片。优选地，第一基片110和第二基片112是单个公共基片的一部分。 [0071] 传感器102可以称作第一传感器，并且所述另外的传感器可以称作第二传感器。应该注意的是具体地参考图3描述的第一传感器102，以及具体的是测量电极(其导电迹线142在图3中示出)，可以用任何其他合适的传感器代替。第一传感器102的类型的选择可以依赖于例如可蚀元件的材料。例如，如果图3中的可蚀元件140用具有永久磁化的可蚀元件代替，则测量电极可以用例如磁阻传感器代替，所述磁阻传感器随着磁场改变其电阻。这将在可蚀元件腐蚀并且因此其磁矩不断减小的情况下导致磁阻传感器的电阻发生变化。类似地，参考图3描述的第二传感器102可以用任何其他合适类型的传感器代替。根据实施例，第一传感器102和第二传感器104是相同类型的。 [0072] 图4示出了图3的测量单元170的一部分在时间t＝t1、t＝t2和t＝t3的立视图。图5示出了图3的基准单元172的立视图。测量单元170和基准单元172的特征由相同的参考符号表示，这里不再重复其描述。 [0073] 随着时间t的推进，可蚀元件缩减，并且具体地，因为腐蚀在可蚀元件114的边缘处更加有效，可蚀元件尺寸减小，如图4所示在时间t1、t2和t3，其中t1 [0074] 图6示意性地示出了测量单元170的电容C(在174处表示)以及基准单元172的电容C(在176处表示)随时间t的时间依赖性。 [0075] 当时间推进时，水蒸气、氧气和/或诸如酸(例如盐酸)之类的其他物质缓慢通过阻隔物层150，并且与可蚀元件140(这里也称作腐蚀电极)反应。结果，因为可蚀电极的材料与水蒸气和/或氧气的反应产物可能具有低得多的导电率或者甚至可能是绝缘体，可蚀元件140的导电率显著改变。传感器102的测量电极120、121附近的可蚀元件140的更低导电率导致了测量电极120、121和可蚀元件140之间减小的电容，因此导致了传感器102的减小的电容(传感器电容器)。这解释了测量单元的电容174随时间t的降低。因为基准单元172的另外的阻隔物152提供针对水蒸气和/或氧气低得多的渗透性，基准单元142的腐蚀进程与可蚀元件140相比要缓慢得多。这解释了基准单元172的电容176随时间t的较低时间依赖性。 [0076] 实际上，另外的阻隔物152可以通过应用于基准传感器电容器(传感器104)的极好的湿气阻隔物来提供，并且阻隔物150可以由应用于测量电容器(传感器102)的略差的阻隔物150来提供。在另一个实施例中，相同的阻隔物材料可以应用于测量单元170和基准单元172，但是具有不同的厚度，例如与基准元件142的阻隔物层152相比较，可蚀元件140的传感器102可以具有减小的厚度。 [0077] 根据实施例，基准单元可以用于抵消由环境参数或系统误差引起的模式影响。这些参数之一可以是压力。可以减小温度影响，但是由于阿雷尼厄斯方程(Arrhenius equation)，可能无法完全抵消温度影响。 [0078] 在下文中，将描述可以如何测量测量单元170以及(如果存在)基准单元172的电容的示例性方式。应该理解的是当然可以采用任何其他合适的测量电容的装置和方法。 [0079] 图7示出了智能卡形式的装置，包括根据这里公开主题内容的实施例的时间基准装置100。 [0080] 根据实施例，时间基准装置100是智能卡101的一部分。根据实施例，时间基准装置100包括测量单元170，所述测量单元可以根据这里公开的实施例配置、并且可以与图1所示的测量单元类似或相同。为此 原因，这里不再重复测量单元170的详情。测量单元170包括具有表示为Cs的电容的电容器178作为传感器102，电容的大小依赖于可蚀元件的腐蚀级别。 [0081] 根据实施例，电容器178的电容的测量是通过考虑转移到具有电容CINT的积分电容器180的电荷来执行的。积分电容器与要测量的电容器178串联电连接。在实际系统中存在图7中称作Cpar的寄生电容182，寄生电容表示配线电容、晶体管几何结构的结电容等等。寄生电容182看起来与积分电容器180并联连接，例如接地184。 [0082] 根据实施例，在充电周期中，首先通过将线路X和Z切换至相同的电势来将要测量的电容器178放电。随后，将要测量的电容器178与固定电压相连，并且将积分电容器180与地相连。结果，对要测量的电容器178充电。对要测量的电容器178充电导致了电流流过电容器178和积分电容器180。这种电流进而添加电荷到积分电容器180。重复地执行充电周期导致了积分电容器108上增加的电荷，因此导致了积分电容器180两端增加的电压。在积分电容器180两端产生预定电压所必需的充电周期的个数与要测量的电容器178的电容Cs相对应。 [0083] 根据实施例，传感器信号定义为如果向电容器施加一定电压则在要测量的电容器178中累积的电荷的变化，所述电荷的变化与电容Cs相对应。应该理解的是，电荷变化的幅度依赖于施加至电容器178的电压，但是与电容Cs有关，并且因此与可蚀元件140的腐蚀级别有关。另外，电荷的变化与通过对电容器178充电而产生的充电电流随时间的积分相对应。 [0084] 根据实施例，多个开关301、310、311提供给要测量的电容器178和积分电容器180，以便执行上述动作，并且具体地执行充电周期。为此目的，要测量的电容器178和积分电容器180可以通过开关301、310、311与高电压(图7中未示出)或者地184相连，例如对要测量的电容器178充电、对积分电容器180放电等等。根据实施例，控制器186设置用于切换多个开关301、310、311以便执行上述动作。根据实施例，控制器是微控制器单元(MCU)，配置为切换开关301、310、311。根据实施例，开关301、3130、311是通用输入/输出接口(GPIO)。 [0085] 根据实施例，积分电容器118、寄生电容182、开关301、310、311和控制器186形成了根据这里公开主题的实施例的转换器188的一部分。根据实施例，转换器188基于传感器信号提供时间信号190。例如根据实施例，控制器186配置为对超过积分电容器180两端的预定电压电平所需要的充电周期进行计数。根据另外的实施例，控制器186还配置为根据充电周期的个数计算流逝时间，例如通过使用已经针对积分电容器180的具体电容值准备好的查找表。这里，流逝时间与腐蚀过程的开始和测量电容Cs的实际时间之间的时间间隔相对应。 [0086] 依赖于实际实施方式，控制器186可以可选地考虑基准单元的电容，例如上述的基准单元172的电容，以提供时间信号190。根据另外的实施例，时间基准装置100包括同步单元191，所述同步单元能够接收提供外部时间基准的时间同步信号192。根据实施例，转换器188以及根据实施例如图7所示的控制器186配置为通过考虑时间同步信号191来提供时间信号190。例如，时间同步信号192可以被控制器186用于将基于可蚀元件140计算的时间与时间同步信号192提供的外部时间基准进行同步。因为腐蚀过程并不是非常精确的，因此有利的是，每当将时间基准装置(例如，时间基准装置所位于的智能卡)与授权的通信通道相连时都对流逝时间进行同步。 [0087] 图7中所示的节点X、Z、S与图8中所示的节点X1及X2、Z和S相对应，并且用于两幅图以更易进行比较。 [0088] 图8示出了根据这里公开主题内容的实施例的时间基准装置的转换器288的一部分。 [0089] 具体地，转换器288包括根据这里公开主题内容的实施例的双通道开关电容器积分器。转换器288设置为利用单个公共积分电容器来测量测量单元179的电容器178的电容以及测量基准单元172的电容器179的电容。测量单元170的电容器178(也称作感测电容器)具有图8中表示为CS1的电容，并且基准单元172的电容器179(也表示为基准电容器)具有图8中表示为CS2的电容。 [0090] 根据实施例，电容器178、179的电容的测量是通过考虑转移到具有电容CINT的积分电容器180的电荷来执行的。将节点Z的寄生电容表示为 Cparz，并且将节点S的寄生电容表示为Cpars，与相应的电容器194、196相对应。 [0091] 根据实施例，将多个开关S11H、S11L、S12H、S12L、S2H、S2L、S3H、S3L提供给感测电容器178、基准电容器179和积分电容器180，以便根据这里公开主题的实施例，通过执行充电周期来确定感测电容器178和基准电容器179的电容。 [0092] 在下文中，描述了感测电容器178的示范性充电周期。充电周期开始于所有开关S11H、S11L、S12H、S12L、S2H、S2L、S3H、S3L断开。在充电周期中，首先将要测量的电容器(即所述示例中的感测电容器178)和积分电容器180放电。这可以通过将感测电容器178的两极连接至相同的电势来执行，例如通过闭合开关S11H和S2H或者通过闭合开关S11L和S2L来执行。随后，再次将所有开关断开。在随后的步骤中，通过闭合开关S3L(将积分电容器180与地184相连)，将感测电容器178经由积分电容器180与地184相连、并且与积分电容器180串联。 通过闭合开关S11H，感测电容器178的浮置端子现在与固定电压Vcc(表示为198)相连，导致了通过串联连接的电容器(感测电容器178和积分电容器180)的充电电流。所述充电电流也向积分电容器180添加电荷。在将感测电容器178完全充电(充电电流为零)之后，断开开关S11H而保持开关S3L闭合，以便将积分电容器180两端的电压提供给比较器340。比较器340确定积分电容器180两端的电压是否超过阈值电压Vref。比较器340可以输出比较信号COMP，所述比较信号指示了是否超过阈值电压Vref。随后，充电周期结束。超过阈值电压所要求的充电周期的个数是感测电容器178的电容的度量。 [0093] 尽管以上已经描述了感测电容器178的充电周期，可以按照类似的方式执行充电周期以及基准电容器179的电容的确定。针对基准电容器179的充电周期开始于所有开关S11H、S11L、S12H、S12L、S2H、S2L、S3H、S3L断开。在充电周期中，首先将要测量的电容器(即现在是基准电容器179)和积分电容器180放电。这可以通过将基准电容器179的两极连接至相同的电势来执行，例如通过闭合开关S12H和S2H或者通过闭合 开关S12L和S2L来执行。随后，再次将所有开关断开。在随后的步骤中，通过闭合开关S3L(将积分电容器180与地184相连)将基准电容器179经由积分电容器180与地184相连、并且与积分电容器180串联。通过闭合开关S12H，基准电容器179的浮置端子现在与固定电压Vcc(表示为198)相连，导致了通过串联连接的电容器(基准电容器179和积分电容器180)的充电电流。所述充电电流也向积分电容器180添加电荷。在将基准电容器179完全充电(充电电流为零)之后，断开开关S12H而保持开关S3L闭合，以便将积分电容器两端的电压提供给比较器340。比较器340确定积分电容器180两端的电压是否超过阈值电压Vref。随后，充电周期结束。超过阈值电压所要求的充电周期的个数是基准电容器179的电容的度量。 [0094] 因此在上述序列之后，可以利用单个公共积分电容器180确定感测电容器178和基准电容器179的电容。可以通过适当手段来实现多个开关S11H、S11L、S12H、S12L、S2H、S2L、S3H、S3L，例如通过参考图7描述的GPIO。 [0095] 图9和图10说明了寄生电容对于图8的电容器的充电和放电的影响。具体地，图9说明了充电步骤，而图10说明了相反(放电)步骤。 [0096] 参考图8，在进一步考虑中，为了简化，节点S的寄生电容Cpars(由寄生电容器196表示)和节点Z的寄生电容Cparz(由寄生电容器194表示)可以组合成总寄生电容Cpar＝Cparz+Cpars。另外，只针对可用的两个电容器之一描述其功能，因此将使用Cs来分别代替Cs1或Cs2(参见图8)。分别更新积分电容器180上的电荷(Cint)和积分电容器180两端的电压，这要求如下文阐述的充电步骤(图9)和放电步骤(图10)。 [0097] 为了简化，图8的开关式电容器积分器变换为图9表示的更好视觉形式。可以看出，感测电容器180(电容Cs)以及节点Z和节点S的组合寄生节点电容Cpar并联连接。它们用作开关式电容器滤波器结构中的飞电容器(fly capacitor)。图8中开关的功能因此转移到两个开关S2和S3。通过即图8中的开关S3L的底板采样因此转移到通过图9中的S3的顶板采样。在S3保持断开的同时、通过闭合的S2由虚电压源21将电容器Cs初始充电至Vcc。当S2断开并且S3闭合时，在充电步骤期间移动到积分电容器Cint 中的电荷良好地近似于ΔQcint～(Vcc–Vcint)*(Cs+Cparz+Cpars)。Vcint表示在电荷输运步骤开始时积分电容器Cint两端的电压，Vcint’(参见图10)表示在电荷输运步骤结束时积分电容器180(Cint)两端的电压。 在图9和图10中184表示地。 [0098] 在准备放电步骤(图10)时，通过虚电压源22将电容器Cs充电至所表示的电压，其中S2闭合并且S3断开。在放电步骤期间从积分电容器去除的电荷(其中S2断开并且S3闭合)根据图10，是良好的近似：ΔQcint～Vcc*Cs。因此，放电与积分电容器两端的电压无关，并且可以看作是与对积分电容器进行放电的电容Cs相关的电流。如从图8可以看出的，Cs两端的电压在这一步骤期间改变极性。Vcint’表示在放电步骤开始时Cint两端的电压，Vcint”表示放电步骤结束时Cint两端的电压。 [0099] 与具有RC表现的普通积分器相反，对于图8(以及图9和10)所示的积分器而言在Cint两端的电压不一定接近Vcc。对于这种积分器，如果积分电容器Cint的增加和去除的电荷ΔQint大小上相等，积分电容器电压将不会进一步增加。这种电压Vcint_max良好的近似为：Vcint_max＝Vcc*(Cparz+Cpars)/(Cs+Cparz+Cpars)。 [0100] 组合的寄生电容Cpar应该尽可能小，以便实现良好的电容测量分辨率。参考数字21和22表示具有所示电压的虚电压源。虚电压源来自如下考虑：可以将充电的电容器看作是与虚电压源串联连接的未充电电容器。 [0101] 对于电路实现而言，如果选择Vcint_max接近Vcc/2是有利的，因为在这种情况下，图8中的比较器340可以用简单的反相器或GPIO输入来代替。 [0102] 有了测量的电容Cs1和Cs2，根据实施例的时间间隔是由相对电容变化来定义的： [0103] (ΔC(tn)–ΔC(tn-1))/ΔC(tn-1)，ΔC＝Cref–C(t) [0104] 在时间间隔的起始，定义目标ΔC为可以与一定的持续时间相对应。在智能卡的下一次激活时，可以测量ΔC，并且可以将ΔC与预先定义的ΔC进行比较。如果可能超过预先定义的ΔC，则将时间间隔的结束标记到智能卡安全控制器，并且可以采取相关动作。应该注意的是其电容或 量表示(例如，上述计数)可以用于确定是否超过一定的时间间隔。代替电容，也可以使用与电容成正比的任意量。 [0105] 积分电容器180的电容的幅度确定了利用转换器188、288实现的增益。充电周期的个数越大，所获得的数的相对误差越低，并且所确定的电容的分辨率越高。因此，希望的是具有合理个数的充电周期。然而，对于要测量的电容器的较大电容，需要相对较大的积分电容器。为了利用具体电容的积分电容器180获得合理的分辨率，可以将如上所述的积分执行多次，并且可以针对要测量的每一个电容器(感测电容器178和基准电容器179)累积为了超过预先定义的阈值电压Vref所要求的充电周期的个数，将在下面的内容中示范性地进行描述。 [0106] 图11示出了根据这里公开主题内容的实施例的电容确定的增益调节的流程图。 [0107] 在图11中的401，将针对感测电容器178的累积计数的值C1CNT设置为零，并且将针对基准电容器179的累积计数的值C2CNT设置为零。 [0108] 在402，将针对积分的实际重复次数的计数器COUNT设置为零，并且将积分的最大重复次数G设置为所需值，在这种情况下是“3”。 [0109] 在403，获取针对感测电容器178的计数器的实际值C1CNTA。 [0110] 在404，将针对感测电容器178的计数器的实际值C1CNTA与针对感测电容器178的累积计数器值C1CNT相加。将结果作为针对感测电容器178的新累积计数器值C1CNT。 [0111] 在405，获取针对基准电容器179的计数器的实际值C2CNTA。 [0112] 在406，将针对感测电容器179的计数器的实际值C2CNTA与针对感测电容器179的累积计数器值C2CNT相加。将结果作为针对感测电容器179的新累积计数器值C1CNT。 [0113] 在407，将针对积分的实际重复次数的计数器增加1。 [0114] 在408，确定积分的实际重复次数COUNT是否等于积分的最大重复次数G。如果答案是“是”，那么方法前进到409。在409，根据针对感测电容器179的累积计数器值C2CNT和针对感测电容器178的累积计数器值C1CNT来计算流逝时间，即，时间基准装置的制造/激活的时间点与测 量时间之间的时间差。如果答案是“否”，所述方法前进到403，再次重复403至408。 [0115] 总之，根据实施例，提出了一种时间基准装置100，所述时间基准装置包括：可蚀元件140，其中可蚀元件140的腐蚀随着时间的推进而推进；以及传感器102，配置为提供传感器信号，所述传感器信号依赖于可蚀元件140的物理特性。可蚀元件140的物理特性随着可蚀元件140的腐蚀而变化；并且可蚀元件140的物理特性是电学特性、磁特性和光学特性中的至少一个。阻隔物150可以用于限定可蚀元件140对于腐蚀性物质160的渗透性。 [0116] 这里公开主题内容的实施例的应用可以包括：设置密钥的期满时间；控制安全参数更新(例如，在预定时间的期满之后请求授权的终端处的安全更新)；激励自动取款机(ATM)以提供市场相关消息；禁用付费卡预定时间间隔；使能付费卡预定时间间隔；将访问时间的有效性限制到预定的时间段。 |
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