[發明專利]用于RF能量獲取的超低壓自供電整流器電路

有效

• 申請號: 201410360864.4
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104143929A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 李婭妮;丁瑞雪;劉簾曦;楊銀堂;朱樟明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H03F3/21
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 郭官厚

技術領域

本發明涉及一種用于RF能量獲取的超低壓自供電整流器電路。

背景技術

隨著便攜式消費類電子產品和深亞微米CMOS集成電路技術的不斷發展，環境污染和能量損耗逐漸成為了限制IC設計的重要原因。為了解決這一問題，能量獲取技術作為一種新型可替代電源，得到了越來越多的關注。

能量獲取技術是指從外部空間獲取多余的能量，并將其轉化為可用的電能。外部空間包括的能量源有：振動能、溫差能、光能、和射頻能(射頻能即RF能，RF:Radio?Frequency)。其中，RF能由于不受時間和空間的限制，工作環境自由，傳輸范圍大等優點，成為了當前能量獲取技術的主流研究方向之一，可作為替代電池為長期免維護系統提供所需的電能。

整流器電路是能量獲取技術中的核心單元，負責將天線采集到的微小交流信號轉換為可用的直流電壓信號，具有交流到直流(AC/DC)的轉換功能。理想的整流器電路必須滿足超低壓的工作條件，且能夠提供足夠大的輸出電壓以最大化轉換所獲取的能量，同時，自身消耗的能量應盡可能的小。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種用于RF能量獲取的超低壓自供電整流器電路，能夠有效地將從外部空間獲取的能量轉換為可直接為電子設備供電的直流電壓，完成AC/DC轉換，同時最大化利用所獲取的外界能量。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種用于RF能量獲取的超低壓自供電整流器電路，其特征在于：包括全波整流器電路和有源開關管電路；全波整流電路包括自偏置橋式整流電路和偏置電路；所述自偏置橋式整流電路包括連接成自偏置形式的兩個NMOS晶體管和兩個PMOS晶體管，兩個NMOS晶體管的漏端短接在一起，同時接地；兩個PMOS晶體管的漏端短接在一起，作為橋式整流電路的輸出端；所述偏置電路包括，一個PMOS晶體管和一個NMOS晶體管構成的超低壓分壓電路，PMOS晶體管和NMOS晶體管串聯，公共端連接到所述橋式整流電路中的PMOS晶體管的襯底端，提供襯底偏置信號。

作為一種優化的技術方案，所述有源開關管電路包括PMOS晶體管，PMOS晶體管的源端連接所述橋式整流電路的輸出端，PMOS的漏端作為所述超低壓自供電整流器電路的輸出端；所述有源開關管電路包括共柵極運算放大器電路，該運算放大器的同相輸入端連接到PMOS開關管的漏端，同時連接到超低壓自供電整流器電路的輸出，該運算放大器的反相輸入端連接到PMOS開關管的源端，同時連接到所述橋式整流電路的輸出；所述有源開關管電路包括襯底調制電路，該襯底調制電路包括三個PMOS晶體管和一個反相器電路。

作為一種優化的技術方案，所述全波整流電路還包括自偏置橋式整流電路，其中，所有晶體管均連接成自偏置結構，即一組NMOS晶體管和PMOS晶體管的源端相連，接輸入交流電壓的正相端，另一組NMOS晶體管和PMOS晶體管的源端相連，接輸入交流電壓的反相端，輸入交流電壓作為晶體管的柵端控制信號，實現自偏置結構，兩個NMOS晶體管的漏端相連并接地，兩個PMOS晶體管的漏端相連，并作為全波整流電路的輸出端。

作為一種優化的技術方案，所述偏置電路包括連接成二極管結構的PMOS和NMOS晶體管，其中，NMOS的柵端連接PMOS的源端，并接所述自供電整流器的輸出端，PMOS的漏端和NMOS的漏端相接，作為偏置電路的輸出端，連接到所述橋式整流電路中的PMOS晶體管的襯底端，提供偏置信號。

作為一種優化的技術方案，所述有源開關管電路還包括PMOS有源開關管，在優選原則下，PMOS晶體管傳輸高電平性能比NMOS好。

作為一種優化的技術方案，所述有源開關管電路還包括共柵極運算放大器電路，該運算放大器電路包括啟動級電路、共柵極輸入級電路、和輸出級電路三部分。

作為一種優化的技術方案，所述共柵極運算放大器電路還包括啟動級電路，包括一對NMOS電流鏡、共源級PMOS有源負載、和源級跟隨器PMOS晶體管，為運算放大器電路提供啟動信號，當運算放大器正常工作后，啟動電路關斷以節省功耗。

作為一種優化的技術方案，所述共柵極運算放大器電路還包括共柵極輸入級電路，包括一對共柵極差分輸入NMOS晶體管和PMOS電流鏡有源負載，輸入信號加在NMOS差分對的源端，以提高增益和帶寬，并減小電源電壓，PMOS電流鏡完成了雙端輸入到單端輸出的轉換。

作為一種優化的技術方案，所述共柵極運算放大器電路還包括輸出級電路，由同相施密特觸發器構成，具有直流滯回電壓，可以濾除輸入信號上的噪聲，得到一個干凈的數字輸出信號。