[發明專利]基于CMOS工藝的閾值電壓自補償的RF-DC轉換器

有效

• 申請號: 201510978265.3
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105610332B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 王偉印;王曦
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M1/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開了一種基于CMOS工藝的閾值電壓自補償的RF?DC轉換器，其電路級數是N，跨M級電路結構。首先，電路采用了標準CMOS工藝下的MOS管，使得電路能夠與其他電路模塊集成，能夠實現電路的小型化和集成化；其次，該RF?DC轉化器使用了閾值電壓自補償技術，有效的降低了轉換器件的閾值電壓，使其能夠接收小功率的RF能量。轉換器件的閾值電壓補償是通過將NMOS的柵極接在后級更高電位的偏置，將PMOS的柵極接在前級更低電位的偏置來實現的。

技術領域

本發明涉及射頻能量收集領域，尤其涉及一種基于CMOS工藝閾值電壓自補償的RF-DC轉換器。

背景技術

能量采集是實現低功耗器件，無線傳感節點和植入式器件長期免維護的一項關鍵技術。能量采集是通過捕獲環境中的多余能量，如溫度，光照，動能和RF能量等，將這些能量轉換為直流電壓供低功耗器件，無線傳感節點，和植入式器件工作。這些環境能量中，RF能量具有獨特的優勢，首先可以RF能量來源廣泛，包絡手機，基站，WIFI，電視廣播臺等，其次，當接收端和RF能量源距離較遠時，RF的能量仍然可以傳輸。在現實生活中，RF能量源的數量非常大，且頻率范圍非常廣泛。

在接收RF能量的過程中，RF-DC轉換器是關鍵部件之一。然而目前存在的RF-DC轉換器存在著以下缺陷：

1.使用肖特基二極管或者低閾值的MOS管作為轉換器件。肖特基二極管和低閾值的MOS管在制造工程中，需要額外的工藝來完成，且其工藝流程不能與標準的CMOS工藝兼容，因此使用肖特基二極管或低閾值的MOS管作轉換器件的轉換器不能與標準的CMOS工藝制造的電路集成在一起，不利于電路的小型化和集成化。

2. 采用標準的CMOS器件作為轉換器件的轉化器，其本身由于受到其閾值電壓的限制，使得轉化器不能接收小功率的RF能量，限制了RF能量接收器的使用范圍。

發明內容

鑒于現有技術存在的不足，本發明旨在提供一種基于CMOS工藝的閾值電壓自補償的RF-DC轉換器，解決現有技術中不利于電路的小型化和集成化以及不能接收小功率RF能量的弊端。首先該RF-DC轉換器的轉化器件是基于CMOS工藝的，其能夠與電路的其他部分集成在一起，能夠實現電路的小型化和集成化；其次，該RF-DC轉化器使用了閾值電壓自補償技術，有效的降低了轉換器件的閾值電壓，使其其能夠接收小功率的RF能量。

本發明提出基于CMOS工藝的閾值電壓自補償的RF-DC轉換器的技術方案實現如下：

一種基于CMOS工藝的閾值電壓自補償的RF-DC轉換器，所述的RF-DC轉化器電路是N級，跨M級電路結構，N、M皆為自然數，且M小于等于N-2；

所述的RF-DC轉換器電路包括2N個晶體管M1，M2，M3，M4, ……，M_2M-1，M_2M，M_2M+1，M_2M+2，……，M_2N-3，M_2N-2，M_2N-1，M_2N和2N個電容C1，C2，C3，C4，……，C_2M-1，C_2M，C_2M+1，C_2M+2，…，C_2N-3，C_2N-2，C_2N-1，C_2N；

其中，連接關系為：

第1級到第M級的晶體管M1，M2，M3，M4，……，M_2M-1，M_2M是NMOS管，其襯底都與地相連；

第M+1級到第N級晶體管M_2M+1，M_2M+2，……，M_2N-1，M_2N是PMOS管，其襯底都與自身的漏端相連；