具有阈值电压补偿的交流直流转换电路制造技术

一种具有阈值电压补偿的交流直流转换电路，该电路可以灵活地采用n型MOSFET或p型MOSFET来实现，从而更低的成本和更高的集成度，而且该电路降低了阈值电压本身，从而总体上降低了对电路的电压的要求，由此提高电路的灵敏度和效率。

【技术实现步骤摘要】
具有阈值电压补偿的交流直流转换电路
本专利技术总体上涉及电子电路领域，更具体而言涉及一种具有阈值电压补偿的交流直流转换电路。
技术介绍
用于将交流信号转换成直流电流或电压的交流直流转换器广泛地应用于各个领域、如电源领域、汽车领域、清洁能源领域等等。随着应用领域不同，交流直流转换器的结构和功能往往差异较大。在射频或微波能量收集领域，交流直流转换器的任务是，将射频或微波信号转换成直流电压，并在此过程中，对输入信号的电压进行放大。在现有技术中，常常采用多级电容加二极管的结构来实现交流直流转换，其中每个整流放大级各具有一个电容和一个二极管，各个整流放大级逐级连接，其中通过对各个整流放大级的电容进行充电来实现逐级电压放大。但是这样的电路的缺点在于，二极管成本较高且体积较大，从而造成这样的电路成本高、集成度低。随着半导体技术的技术进步，在交流直流转换电路中出现了用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)代替二极管的趋势。MOSFET具有低成本、高集成度的优点，因此这样的交流直流转换器在成本和集成度上较二极管而言具有较大优势。但是与二极管不同，MOSFET具有导通阈值电压(后简称阈值电压)，即栅极源极电压必须高于某个阈值，MOSFET才能导通。例如，即使在诸如40nm、28nm之类的先进工艺中，阈值电压也在300mV左右。这样的阈值电压与射频或微波输入电压相比通常较高，使得采用MOSFET的交流转换电路不能工作在低电压工作点，由此造成其灵敏度较低，严重影响其应用范围和效率。随着对这个问题的深入研究，在现有技术中也曾出现过解决阈值电压问题的尝试。
技术实现思路
从现有技术出发，本专利技术的任务是提供一种具有阈值电压补偿的交流直流转换电路，该电路可以灵活地采用MOSFET来实现，从而更低的成本和更高的集成度，而且该电路降低了阈值电压本身，从而总体上降低了对电路的电压的要求，由此提高电路的灵敏度和效率。根据本专利技术，前述任务通过一种具有阈值电压补偿的交流直流转换电路来解决，该电路具有n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)，n个整流放大级的电压依次升高或依次降低，每个整流放大级(T1，T2，…，Tn)各包括一个电容(C1，C2，…，Cn)和一个二极管(M1，M2，…，Mn)；如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)时，则所述nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的衬底连接到第一补偿节点，所述第一补偿节点为比当前整流放大级的电压高的整流放大级中电容与二极管之间的节点；如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mn)时，则所述pMOSFET(M1，M2，…，Mn)的衬底连接到第二补偿节点，所述第二补偿节点为比当前整流放大级的电压低的整流放大级中电容与二极管之间的节点。根据本专利技术的交流直流转换电路至少具有下列优点:(1)该电路可以采用n或p型MOSFET来实现，而不必采用互补型CMOS，从而提高灵活性并降低复杂性，同时由于采用了MOSFET而不是二极管，因此降低了成本并提高了集成度；(2)该电路可以降低阈值电压本身，由此总体上降低了对电路的电压的要求。在本专利技术的一个优选方案中规定，n个整流放大级的电压依次升高并且每个整流放大级(T1，T2，…，Tn)各包括一个电容(C1，C2，…，Cn)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于1的整数，并且其中所有nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的栅极(G)和漏极(D)连接以形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的正极，并且源极(S)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的负极，其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤n且i为整数：a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi)的负极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi)的负极连接；b.第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi)的负极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+1)的正极连接，其中第1个整流放大级(T1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1)的正极与地(GND)连接；以及c.第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的衬底(B)与第i+k个整流放大级(Ti+k)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+k)的负极连接，使得第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的阈值电压降低，其中1≤k≤n且k为整数。根据本专利技术的基于nMOSFET的正向交流直流转换电路至少具有下列优点：(1)该电路可以采用n型MOSFET来实现，而不必采用互补型CMOS，从而提高灵活性并降低复杂性，同时由于采用了MOSFET而不是二极管，因此降低了成本并提高了集成度；(2)该电路可以降低阈值电压本身，由此总体上降低了对电路的电压的要求，由此提高电路的灵敏度和效率。在本专利技术的另一优选方案中规定，k＝1，并且所述正向交流直流转换电路还包括补偿级(B1)，其具有补偿电容(C’1)和补偿整流器件(R1)，其中：当n为奇数时，补偿电容(C’1)的一端与地(GND)连接，另一端与补偿整流器件(R1)的负极连接，并且第n个整流放大级(Tn)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mn)的负极与补偿整流器件(R1)的正极连接，并且第n个整流放大级(Tn)的nMOSFET(Mn)的衬底(B)与补偿整流器件(R1)的负极连接；以及当n为偶数时，补偿电容(C’1)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与补偿整流器件(R1)的负极连接，并且第n个整流放大级(Tn)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mn)的负极与补偿整流器件(R1)的正极连接，并且第n个整流放大级(Tn)的nMOSFET(Mn)的衬底(B)与补偿整流器件(R1)的负极连接。通过该优选方案，可以实现一阶阈值补偿，同时由于补偿级(B1)的存在，还降低了第n个整流放大级(Tn)的nMOSFET(Mn)的阈值电压，由此可以全面地降低全部nMOSFET的阈值电压，由此提高正向交流直流转换电路的灵敏度和效率。从上面可以得知，尽管通过一阶阈值补偿实现的阈值电压补偿的数值较低(为△DC)，但是为了降低全部nMOSFET的阈值电压所需的补偿级的数目最低(为1级)，因此尤其适用于对阈值电压补偿的要求不是特别高的应用。在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有阈值电压补偿的交流直流转换电路，其具有多个整流放大级，多个整流放大级的电压依次升高或依次降低，每个整流放大极各包括一个电容和一个二极管；如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET时，则所述nMOSFET的衬底连接到第一补偿节点，所述第一补偿节点为比当前整流放大级的电压高的整流放大级中电容与二极管之间的节点；如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET时，则所述pMOSFET的衬底连接到第二补偿节点，所述第二补偿节点为比当前整流放大级的电压低的整流放大级中电容与二极管之间的节点。

【技术特征摘要】
1.一种具有阈值电压补偿的交流直流转换电路，其具有多个整流放大级，多个整流放大级的电压依次升高或依次降低，每个整流放大极各包括一个电容和一个二极管；如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET时，则所述nMOSFET的衬底连接到第一补偿节点，所述第一补偿节点为比当前整流放大级的电压高的整流放大级中电容与二极管之间的节点；如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET时，则所述pMOSFET的衬底连接到第二补偿节点，所述第二补偿节点为比当前整流放大级的电压低的整流放大级中电容与二极管之间的节点。2.根据权利要求1所述的交流直流转换电路，其中n个整流放大级的电压依次升高并且每个整流放大级(T1，T2，…，Tn)各包括一个电容(C1，C2，…，Cn)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于1的整数，并且其中所有nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的栅极(G)和漏极(D)连接以形成所述nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的正极，并且源极(S)形成所述nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的负极，其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤n且i为整数：a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的负极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的负极连接；b.第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的负极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的nMOSFET(Mi+1)的正极连接，其中第1个整流放大级(T1)的nMOSFET(M1)的正极与地(GND)连接；以及c.第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的衬底(B)与第i+k个整流放大级(Ti+k)的nMOSFET(Mi+k)的负极连接，使得第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的阈值电压降低，其中1≤k≤n且k为整数。3.根据权利要求2所述的交流直流转换电路，其中所述正向交流直流转换电路还包括k个补偿级(B1，B2，…，Bk)，所述k个补偿级(B1，B2，…，Bk)分别具有补偿电容(C’1，C’2，…，C’k)和补偿整流器件(R1，R2，…，Rk)，并且第n个整流放大级(Tn)的nMOSFET(Mn)的负极与第1个补偿级(B1)的补偿整流器件(R1)的正极连接，其中对于第j个补偿级(Bj)有下列连接关系成立，其中1≤j≤k且j为整数：当n+j为奇数时，第j个补偿级(Bj)的补偿电容(C’j)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的负极连接，并且第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的负极与第j+1个补偿级(Bj+1)的补偿整流器件(Rj+1)的正极连接，并且第n+j-k个整流放大级(Tn+j-k)的nMOSFET(Mn+j-k)的衬底(B)与第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的负极连接；以及当n+j为偶数时，第j个补偿级(Bj)的补偿电容(C’j)的一端与地(GND)连接，另一端与第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的负极连接，并且第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的负极与第j+1个补偿级(Bj+1)的补偿整流器件(Rj+1)的正极连接，并且第n+j-k个整流放大级(Tn+j-k)的nMOSFET(Mn+j-k)的衬底(B)与第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的负极连接。4.根据权利要求1所述的交流直流转换电路，其中n个整流放大级的电压依次升高并且每个整流放大级(T1，T2，…，Tn)各包括一个电容(C1，C2，…，Cn)和一个p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于1的整数，并且其中所有pMOSFET(M1，M2，…，Mn)的栅极(G)和漏极(D)连接以形成所述pMOSFET(M1，M2，…，Mn)的负极，并且源极(S)形成所述pMOSFET(M1，M2，…，Mn)的正极，其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤n且i为整数：a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的负极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的负极连接；b.第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的负极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的pMOSFET(Mi+1)的正极连接，其中第1个整流放大级(T1)的pMOSFET(M1)的正极与地(GND)连接；以及c.第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的衬底(B)与第i-k个整流放大级(Ti-k)的pMOSFET(Mi-k)的正极连接，使得第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的阈值电压降低，其中1≤k≤n且k为整数。5.根据权利要求4所述的交流直流转换电路，其中所述正向交流直流转换电路还包括k个补偿级(B1，B2，…，Bk)，所述k个补偿级(B1，B2，…，Bk)分别具有补偿电容(C’1，C’2，…，C’k)和补偿整流器件(R1，R2，…，Rk)，并且第1个整流放大级(T1)的pMOSFET(M1)的正极与第1个补偿级(B1)的补偿整流器件(R1)的负极连接，其中对于第j个补偿级(Bj)有下列连接关系成立，其中1≤j≤k且j为整数：当j为奇数时，第j个补偿级(Bj)的补偿电容(C’j)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的正极连接，并且第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的正极与第j+1个补偿级(Bj+1)的补偿整流器件(Rj+1)的负极连接，并且第k-j+1个整流放大级(Tk-j+1)的pMOSFET(Mk-j+1)的衬底(B)与第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的正极连接；以及当j为偶数时，第j个补偿级(Bj)的补偿电容(C’j)的一端与地(GND)连接，另一端与第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的正极连接，并且第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的正极与第j+1个补偿级(Bj+1)的补偿整流器件(Rj+1)的负极连接，并且第k-j+1个整流放大级(Tk-j+1)的pMOSFET(Mk-j+1)的衬底(B)与第j个补偿级(Bj)的补偿整流器件(Rj)的正极连接。6.根据权利要求1所述的交流直流转换电路，其中n个整流放大级的电压依次降低并且每个整流放大级(T1，T2，…，Tn)各包括一个电容(C1，C2，…，Cn)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)，并且第n个整流放大级...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟印，王永流，李荣信，
申请(专利权)人：华大半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31