一种用于能量获取的双周期转换电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于能量获取的双周期转换电路，由两级构成，第一级为负压转换器，第二级为有源二极管；负压转换器，将传感器交流信号的负振幅转换为正振幅，其中PMOS采用衬底偏置设计，用于降低导通电阻；有源二极管，采用共栅级比较器结构，在保证增益、带宽同时，用于降低系统的电源电压。本发明专利技术目的在于减少比较器的个数，降低整体电路的工作电压和功耗，提高电压转换效率和能量转换效率，满足微能量获取系统的低压低功耗的要求。本发明专利技术通过降低比较器的工作电压，降低了整体工作电压，使电路适用于能量获取系统；两级的整流结构可以减少比较器个数，降低了整体功耗，提高了能量转换效率；双周期控制减少了开路时间内的能量损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，尤其涉及一种用于能量获取的双周期转换电路。
技术介绍
近年来无线技术和传感技术快速发展，微电子系统尺寸越来越小，功耗越来越低。随着微电子设备应用环境的日益复杂化和应用领域的多样化，人们对器件各方面的性能提出了更高的要求，尤其是系统的可持续性。传统电池由于寿命短，储存能量有限以及化学毒性污染严重等缺陷，使其在微电子系统的应用中受到限制，在一些人类无法到达，无法接触的环境下，传统化学电池的更换几乎难以实现，供电持续性难以保证。因此，与能量获取相关的微型能源技术受到广泛的关注。相比于传统的电池供电，能量获取技术可以将周围环境的能量转换为用电设备所需的电能，极大地扩展了设备的应用范围。所谓能量获取是指利用传感器，
从周围环境中的光、热、风、振动等能量源获取能量。其中振动能普遍存在，具有相对高的能量密度，且没有污染，因此应用最为广泛。由于能量获取系统所得到的电能电压小、能量密度低、输出为交流信号，所以需要采用后续的接口电路进行升压、整流，才能给设备供电。传统的整流电路是采用二极管整流。普通PN结二极管的导通电压在0.7V左右，不能满足低压系统的要求；并且，在集成电路中，单一PN结有会有以下问题：1)PN结形成的寄生双极器件极易导致闩锁效应；2)低转换速度，不适合在MHz的频率下工作。综上，出现了二极管连接的MOS管代替PN结二极管，可以实现单向导通的功能，同时解决PN结二极管的闩锁效应和低转换速率问题；然而，即便可以采用衬底偏置电路，如自举电容、衬源偏置电路等方式减小MOS管的阈值电压，其压降相比于PN结二极管有所下降，但依然难以满足低压的要求。有源二极管的出现解决了整流过程中的压降问题。有源二极管的目标是实现理想二极管，即在正向偏置时消除压降，反向偏置时完全阻断电流。现有的有源整流器一般需要较多的比较器，且比较器的工作电压较高，功耗大，无法实现自供电，无法满足能量获取系统低
压低功耗的要求。现有的开关控制方式是单周期控制，在开关断开期间传感器的输出能量浪费严重影响了整流器的能量转换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于能量获取的双周期转换电路，旨在解决现有的有源整流器存在的需要较多比较器，比较器工作电压较高，功耗大，无法实现自供电，无法满足能量获取系统低压低功耗的要求，开关控制方式在开关断开期间传感器的输出能量浪费严重影响了整流器能量转换效率的问题。本专利技术是这样实现的，一种用于能量获取的双周期转换电路，所述用于能量获取的双周期转换电路由两级构成，第一级为负压转换器，第二级为有源二极管；负压转换器，PMOS采用衬底偏置设计，用于降低导通电阻，将传感器交流信号的负振幅转换为正振幅；有源二极管，采用共栅级比较器结构，在保证增益、带宽的同时，用于降低系统的电源电压。进一步，所述负压转换器由PMOS管MP1、MP2和NMOS管MN1、
MN2组成；负压转换器的PMOS具有衬底偏置电路，包括MN3、MP3；MN1的源端和衬底接地，MN1的漏端为所述负压转换器的正输入端，MN1的栅端为所述负压转换器的负输入端；MN2的源端和衬底接地，MN2的漏端为所述负压转换器的负输入端，MN2的栅端为所述负压转换器的正输入端；MN3的源端连接到GND，MN3的漏端与MP3的漏端和栅端相连，MN3的栅端连接到MP3的源端，即整体电路的输出端，MN3的衬底连接到GND；MP1的源端连接到负压转换器的正输入端，MP1的漏端与MP2的漏端相连，作为负压转换器的输出端，MP1的栅极连接到负压转换器的负输入端，MP1的衬底连接到MP3的栅端和漏端；MP2的源端连接到负压转换器的负输入端，MP2的漏端与MP1的漏端相连，作为负压转换器的输出端，MP2的栅端连接到负压转换器的正输入端，MP2的衬底与MP1的衬底相连；MP3的源端接整个电路的输出端，即S3的漏端，MP3的漏端与MN3的漏端相连，MP3的栅端与MP3的漏端、MN3的漏端相连，MP3的衬底与MP3的源端相连。进一步，所述负压转换器采用双周期控制方式，具有两个储能电容及两个控制信号，可以分时对储能电容充电。进一步，所述有源二极管由PMOS管P1、P2、P3、S1、S2、S3、S4，NMOS管N1、N2、N3，电阻R1、R2、RL和电容C1、C2组成；P1的源端为比较器的反相输入端，P1的栅端与P1的漏端和P2的栅端相连；P2的源端作为比较器的正向输入端，P2的栅端与P1的栅端和P1的漏端相连，P2的漏端与N2的漏端相连作为比较器的输出；N1的源端与N2的源端都接GND，N1的漏端与P1的漏端和栅端相连，N1的栅端与N2的栅端相连，共同连接第一级负压转换器的输出；N2的源端与N1的源端都接GND，N2的漏端与P2的漏端相连，作为比较器的输出端，N2的栅端与N1的栅端共同连接第一级负压转换器的输出；P3的源端连接到P2的源端，P3的漏端接N3的漏端和S2的栅端，P3的栅端接比较器的输出，即P2、N2的漏端；N3的源端接GND，N3的漏端与P3的漏端相连，N3的栅端接
比较器的输出，即P2、N2的漏端；S1的源端接负压比较器的输出，即P1的源端，S2的漏端接比较器的正向输入端即P2的源端，S2的栅极接比较器的输出，即P2、N2的漏端；S2的源端接R1的一端，R1的另一端接第一级负压比较器的输出，S2的漏端接C2，C2的另一端连接到GND，S2的栅端接P3、N3的漏端；S3的源端接比较器的正向输入端，即P2的源端，S3的漏端与RL的一端相连，作为整个电路的输出端，RL的另一端连接到GND，S3的栅端接P3、N3的漏端；S4的源端接S2的漏端，S4的漏端与S3的漏端相连，S4的栅端与比较器的输出，即P2、N2的漏端相连；有源二极管电路中的PMOS管P1、P2、P3、S1、S2、S3、S4的衬底均连接到各自的源端；有源二极管电路中的NMOS管N1、N2、N3的衬底均连接到GND；电容C1的一端连接到GND，一端连接R2，R2的另一端连接到比较器的正输入端，即P2的源端。进一步，所述有源二极管采用共栅级结构，第一级负压转换
器的输出及储能电容作为输入同时也作为电源。本专利技术提供的用于能量获取的双周期转换电路，可以有效地将从周围环境中获取的能量转换为可直接为电子设备供电的直流电压，完成AC-DC转换，同时具有较高的能量利用率，电路由两级构成，第一级为负压转换器，减少了比较器的个数，其中，PMOS采用衬底偏置设计有效降低了导通电阻；第二级为有源二极管，采用共栅级比较器结构，在保证增益、带宽的同时，降低了系统的电源电压，从而减少功耗，并采用自供电设计，提高了转换效率；本专利技术采用双周期控制，消除了开路时间内的功率损失，提高了能量利用率；同时具备以下特征：输入电压低，输出波纹小，转换效率高。本专利技术的目的在于减少比较器的个数，降低整体电路的工作电压和功耗，提高电压转换效率和能量转换效率，满足微能量获取系统的低压低功耗的要求。本专利技术通过降低比较器的工作电压，降低了整体的工作电压，使电路适用于能量获取系统；两级的整流结构可以减少比较器的个数，降低了整体功耗，提高了能量转换效率；双周期控制减少了开路时间内的能量损失。本专利技术采用了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于能量获取的双周期转换电路，其特征在于，所述用于能量获取的双周期转换电路由两级构成，第一级为负压转换器，第二级为有源二极管；负压转换器，将传感器交流信号的负振幅转换为正振幅，其中PMOS采用衬底偏置设计，用于降低导通电阻；有源二极管，采用共栅级比较器结构，在保证增益、带宽的同时，用于降低系统的电源电压。

【技术特征摘要】
1.一种用于能量获取的双周期转换电路，其特征在于，所述用于能量获取的双周期转换电路由两级构成，第一级为负压转换器，第二级为有源二极管；负压转换器，将传感器交流信号的负振幅转换为正振幅，其中PMOS采用衬底偏置设计，用于降低导通电阻；有源二极管，采用共栅级比较器结构，在保证增益、带宽的同时，用于降低系统的电源电压。2.如权利要求1所述的用于能量获取的双周期转换电路，其特征在于，所述负压转换器由PMOS管MP1、MP2和NMOS管MN1、MN2组成；负压转换器的PMOS具有衬底偏置电路，包括MN3、MP3；MN1的源端和衬底接地，MN1的漏端为所述负压转换器的正输入端，MN1的栅端为所述负压转换器的负输入端；MN2的源端和衬底接地，MN2的漏端为所述负压转换器的负输入端，MN2的栅端为所述负压转换器的正输入端；MN3的源端连接到GND，MN3的漏端与MP3的漏端和栅端相连，MN3的栅端连接到MP3的源端，即整体电路的输出端，MN3的衬底连接到GND；MP1的源端连接到负压转换器的正输入端，MP1的漏端与MP2的漏端相连，作为负压转换器的输出端，MP1的栅极连接到负压转换器的负输入端，MP1的衬底连接到MP3的栅端和漏端；MP2的源端连接到负压转换器的负输入端，MP2的漏端与MP1的
\t漏端相连，作为负压转换器的输出端，MP2的栅端连接到负压转换器的正输入端，MP2的衬底与MP1的衬底相连；MP3的源端接整个电路的输出端，即S3的漏端，MP3的漏端与MN3的漏端相连，MP3的栅端与MP3的漏端、MN3的漏端相连，MP3的衬底与MP3的源端相连。3.如权利要求1所述的用于能量获取的双周期转换电路，其特征在于，所述负压转换器采用双周期控制方式，具有两个储能电容及两个控制信号，可以分时对储能电容充电。4.如权利要求1所述的用于能量获取的双周期转换电路，其特征在于，所述有源二极管由PMOS管P1、P2、P3、S1、S2、S3、S4，NMOS管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娅妮，汤子月，朱樟明，杨银堂，庞光艺，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61