[發明專利]一種應用于自供能芯片系統的低漏電啟動電路

在審

• 申請號: 202210398186.5
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114567156A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 吳漢
• 申請（專利權）人: 脈砥微電子（杭州）有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種應用于自供能芯片系統的低漏電啟動電路，包括二極管串聯電路、片上電容、反相器以及電平轉換器；本發明啟動電路用于檢測自供能芯片系統儲能電容的電壓信號，在該電壓信號低于啟動電路設定閾值前，自供能芯片系統其他電路模塊均關閉，以此避免在能量收集過程中由于其他電路模塊的非穩定態持續漏電大于能量收集模塊所收集到的能量，導致整個能量收集網絡正常工作。本發明啟動電路可確保儲能電容電壓高于自供能芯片系統最低工作電壓時開啟芯片工作狀態，確保能量收集正常工作為自供能芯片系統供電。

技術領域

本發明屬于集成電路設計技術領域，具體涉及一種應用于自供能芯片系統的低漏電啟動電路。

背景技術

當前的智慧城市建設，物聯網全面滲透到城市的各個領域，不斷擴大建筑、橋梁、道路、管網、燈桿和車位等城市設施的智慧化范圍，自動感知運行狀態；與此同時，農場也開始采納物聯網、低成本云應用、低功耗廣域網、傳感技術和數據分析平臺，這些系統可以應用到農業生產的各個環節以提高農業效率。萬物互聯的根本在于感知物理世界信息的傳感器，當前傳感器件主要通過傳統電池或電源供電，該供電方式由于電池壽命短、更換不變、易污染環境等大大限制了萬物互聯的廣泛度；為此，研究人員提出了具備小型化、壽命長、無污染的自供能芯片系統可將傳感器系統從外在的電源束縛中釋放出來，實現能量的自給自足，從而推動物聯網的跨越式發展。

自供能芯片通常包括能量收集模塊、電源管理模塊、信號采集、處理與發射模塊等，其中能量收集模塊負責對環境振動能、光能、電磁能、熱能等進行收集轉換至電能并存儲于儲能電容中，電源管理模塊包括啟動電路、如帶隙基準、低壓差穩壓器、DC-DC轉換器等，其中啟動電路用于判斷儲能電容中的電壓值，帶隙基準用于為后續電路提供偏置電壓，低壓差穩壓器和DC-DC轉換器用于為信號收集、處理及發射電路提供穩點的電壓。

在自供能芯片的設計中，啟動電路的設計至關重要，它能夠決定芯片上其他各電路模塊開啟的時間，確保儲能電容能夠持續進行能量收集。

很多文獻對自供能芯片系統在啟動過程中存在的漏電現象進行過研究，例如B.H.Stark等人在2011年IET Circuit Dev.Syst.發表的文獻《Start-up circuit withlow minimum operating power for microwatt energy harvesters》總結了自供能芯片在啟動過程會存在較大漏電問題，同時提出了一種工作在亞閾值區域的啟動電路用于解決能量收集過程中的漏電現象，該啟動電路實時監測儲能電容電壓，達到閾值后導通儲能電容與后續電壓管理電路，儲能電容耗電為3.5μW；但是該啟動電路仍然不能滿足能量收集僅為uA級的自供能芯片系統。

隨后D.Alghisi等人在2017年Sensors and Actuators A:Physical上發表的文獻《A new nano-power trigger circuit for battery-less power managementelectronics in energy harvesting systems》進一步討論了該漏電在何種情況下會導致自供能系統無法正常工作，并且設計了一個數十nA的啟動電路，該啟動電路由基于閂鎖效應的控制邏輯構成遲滯比較器，用于判斷儲能電容電壓，并決定是否導通儲能電容與后續電路；然而，該啟動電路仍然無法滿足當前能量收集僅為nA級的自供能芯片系統。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種應用于自供能芯片系統的低漏電啟動電路，具有超低功耗的特點，滿足較低能量收集器的自供能芯片系統的工作需要。

一種應用于自供能芯片系統的低漏電啟動電路，包括：二極管串聯電路、片上電容、反相器以及電平轉換器，其中：

所述二極管串聯電路的一端接系統片外儲能電容電壓VDD，另一端與片上電容的一端以及反相器的輸入端相連，片上電容的另一端接地，該電路用于判斷VDD與片上電容一端的電壓差，以此決定是否對片上電容進行充電；