[發(fā)明專利]一種帶自舉電路的整流電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510829063.2
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105245121A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張峰;潘東方;李金良;劉姍姍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院自動化研究所
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高頻整流領(lǐng)域，尤其是高頻整流電路中的MOS整流電路模塊。

背景技術(shù)

整流電路是將交流電壓變換成直流電壓的電路。整流電路按照電路結(jié)構(gòu)分可以分成半波整流電路和全波整流電路，半波整流電路去掉了交流電的半周，但沒有改變直流電中交流電的頻率，全波整流將交流電正負(fù)半周按原樣合并，因而整流的頻率擴(kuò)展成了交流電的兩倍，對于濾波電路來說也有利于高頻信號的濾波。所以對于要求高能量轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)來說，一般都會使用全波整流電路。

在中低頻應(yīng)用領(lǐng)域，對于高能量轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)，傳統(tǒng)整流元件一般使用橋式二極管整流，但是在高頻的應(yīng)用領(lǐng)域，由于二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長、導(dǎo)通壓降高，普通的元件已經(jīng)不滿足能量轉(zhuǎn)換效率的應(yīng)用，即能量轉(zhuǎn)換效率會很低。

高頻整流電路的應(yīng)用十分廣泛，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，例如在射頻識別領(lǐng)域的無源智能卡中，攜帶信息和能量的交流信號通過高頻整流電路將交流信號轉(zhuǎn)變成直流信號，并利用其對無源智能卡中的其他模塊進(jìn)行供電，這就要求整流電路具有較高的轉(zhuǎn)換效率；此外，在微型隔離電源中，高頻整流電路的應(yīng)用也十分廣泛，在微型隔離電源領(lǐng)域，其整流電路的工作頻率往往可以達(dá)到上百兆赫茲，但傳統(tǒng)整流電路中二極管的反向恢復(fù)時(shí)間和導(dǎo)通壓降的損耗已經(jīng)不能滿足高功率轉(zhuǎn)換的要求，因此，該領(lǐng)域的高頻整流電路一般多采用肖特基二極管的全橋整流方式。目前，采用肖特基二極管的全橋整流電路較MOS管的整流方案而言，具有導(dǎo)通壓降大，反向恢復(fù)時(shí)間長的缺點(diǎn)；此外，肖特基二級管的工藝制造成本也比標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝高。

MOS管整流方案可以很好地規(guī)避肖特基二極管整流方案的缺點(diǎn)，并且目前MOS管整流技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于射頻識別領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)的MOS管整流電路同樣存在一定的缺點(diǎn)【參考文獻(xiàn)姜帆，郭東輝，“無源射頻識別標(biāo)簽整流電路的分析與設(shè)計(jì)，”上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，第41卷2007年4月】。如圖1所示，圖1a是利用NMOS交叉耦合并帶NMOS二極管接法的整流電路，該電路利用漏極和柵極相連的二極管連接NMOS做為開關(guān)，但它存在一個(gè)閾值電壓損耗，會影響能量轉(zhuǎn)換的效率，目前，多采用專門設(shè)計(jì)具有零閾值電壓的MOS管來解決這個(gè)問題，但是需要專門工藝的支持，這就增加了制造成本；圖1b是利用NMOS、PMOS交叉耦合的整流電路，該電路充分利用了MOS管的交叉耦合特性，使得該電路在導(dǎo)通時(shí)抵消了閾值電壓的損耗，但是當(dāng)輸出的電壓高于PMOS管的柵極電壓時(shí)，負(fù)載電流會回流到輸入端，同樣會影響能量轉(zhuǎn)換效率。

隨后，針對傳統(tǒng)MOS整流電路，研究人員對其做了改進(jìn)，提出了自舉型MOS整流電路【參考文獻(xiàn)S.Hashemi，M.Sawan，andY.Savaria，“Fully-IntegratedLow-VoltageHigh-EfficiencyCMOSRectifierforWirelesslyPoweredDevices，”NEWCAS-TAISA2009，Jul.2009.】，如圖1c所示，該方案利用對自舉電容充電將其電壓自舉到PMOS管的柵極，保證輸入和輸出均高于自舉電壓，從而在抵消閾值損耗的同時(shí)也防止了PMOS管的電流回流現(xiàn)象。但是該方案中存在兩個(gè)電容元件和兩個(gè)二極管連接的PMOS管，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且電容元件也會占據(jù)芯片版圖的大量面積，從而提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的主要目的：

1、抵消整流電路中MOS管的閾值電壓損耗，避免負(fù)載電流回流現(xiàn)象，確保MOS器件沒有反向恢復(fù)時(shí)間限制以提升整流電路的能量轉(zhuǎn)換效率；

2、采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實(shí)現(xiàn)整流電路，以降低工藝制造方面的成本；

3、提供一種超低功耗的二極管連接方法，以有效防止MOS管在亞閾值區(qū)的漏電流情況；

4、提供一種結(jié)構(gòu)簡單并且有效的減小完整芯片面積的方案。

(二)技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種帶自舉電路的整流電路，其包括：

NMOS交叉耦合輸入級電路，用于接收一個(gè)正負(fù)跳變的交流信號；

PMOS開關(guān)輸出級電路，用于對接收到的所述交流信號實(shí)現(xiàn)整流并且提供輸出電流；

自舉電路，其包括二極管連接的PMOS管和電容，用于提供PMOS開關(guān)輸出級的開啟電壓以抵消閾值損耗；

其中，所述交叉耦合連接的NMOS輸入級電路包括交叉耦合連接的第一NMOS管和第二NOMS管；

所述PMOS開關(guān)輸出級電路320包括柵極互聯(lián)的第一PMOS管和第二PMOS管；