一种基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路，包括LC谐振匹配电路和自偏置电路，所述LC谐振匹配电路中的电感L的一端与天线输入的正极相连，电感L的另一端串联电容C与自偏置电路连接，所述自偏置电路包括由PMOS晶体管、NMOS晶体管、电阻R1、电阻R2和电容C1组成。本实用新型专利技术基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路，改进的用于环境RF能量收集的维拉德倍压电路通过自偏置的形式来降低由CMOS构建的二极管的固有的阈值电压，同时减少自身损耗，从而在能量收集过程中，能利用大部分小功率的环境RF能量，以达到效率最优，有效延长无线移动设备和微型电子产品设备的生命周期。

A dual-frequency RF energy collection circuit based on CMOS field effect transistor

The utility model discloses a dual-frequency environment RF energy collection circuit based on C MOS field effect transistor, which comprises a LC resonant matching circuit and a self-bias circuit. One end of the inductance L in the LC resonant matching circuit is connected with the positive pole of the antenna input, and the other end of the inductance L is connected with a series capacitor C and a self-bias circuit. The self-bias circuit includes a PMOS transistor, a NMOS transistor and an electric bias circuit. Resistance R1, resistance R2 and capacitance C1 are composed. The utility model is based on a dual-frequency ambient RF energy collection circuit of CMOS field effect transistor. The improved Willard voltage doubling circuit for ambient RF energy collection reduces the inherent threshold voltage of the diode constructed by CMOS through self-bias, and reduces its own loss, so that most of the low-power ambient RF energy can be utilized in the energy collection process to achieve efficiency. Optimal and effective extension of the life cycle of wireless mobile devices and micro-electronic devices.

【技术实现步骤摘要】
一种基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路
本技术涉及能量收集
，具体为一种基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路。
技术介绍
随着无线传感器网络(WSN)发展时代的到来，WSN的传感器节点供电模式由无线供电方式代替原来的电池供电方式，电池由于其体积受限，电池容量有限，其生命周期有限需要定期更换的电池将令人望而却步，不可持续，无线供电方式能节省维护成本和人力成本，由于环境射频(RF)信号具有远程覆盖且无处不在，因此采集环境RF能量是实现WSN最佳途径，但是环境RF能量的功率密度较低且频谱分布较宽，因此基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路是一种有效的手段，目前国内外有效的射频能量采集的整流电路主要研究肖特基二极管构建的单频整流电路，而肖特基二极管不能在正常CMOS工艺中实现，难以实现整个电路的单片集成进而构建基于CMOS场效应晶体管的倍压整流电路。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路，具有提高RF能量收集电路的整体效率，又解决了实现环境RF能量收集电路小型化的技术问题的优点，解决了现有技术中的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路，包括LC谐振匹配电路和自偏置电路，所述LC谐振匹配电路中的电感L的一端与天线输入的正极相连，电感L的另一端串联电容C与自偏置电路连接，所述自偏置电路包括由PMOS晶体管、NMOS晶体管、电阻R1、电阻R2和电容C1组成，PMOS晶体管的漏极和NMOS晶体管的漏极并联接口相连，PMOS晶体管的源极接电阻R1、电容Cout和电压Vout端的并联接口，PMOS晶体管的栅极接NMOS晶体管的源极、电阻R1另一端、电阻R2和电容C1的并联接口，NMOS晶体管的源极与电阻R2和电容C1共接地。优选的，所述LC谐振匹配电路和自偏置电路相接一端与天线输入端相连，另一端与电压Vout端连接。优选的，所述LC谐振匹配电路由电感L、电容C和电容Cout组成，电感L和电容C串联与电容Cout并联。优选的，所述电压Vout的端口与整流器的两端相接。与现有技术相比，本技术的有益效果如下：本基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路，改进的用于环境RF能量收集的维拉德倍压电路通过自偏置的形式来降低由CMOS构建的二极管的固有的阈值电压，同时减少自身损耗，从而在能量收集过程中，能利用大部分小功率的环境RF能量，以达到效率最优，有效延长无线移动设备和微型电子产品设备的生命周期。附图说明图1为本技术的LC谐振匹配电路示意图；图2为本技术的二极管双频RF能量收集电路示意图；图3为本技术的典型的维拉德倍压电路示意图；图4为本技术的改进后的维拉德倍压电路示意图。图中：1、LC谐振匹配电路；2、自偏置电路。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1和图4，一种基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路，包括LC谐振匹配电路1和自偏置电路2，LC谐振匹配电路1和自偏置电路2相接一端与天线输入端相连，另一端与电压Vout端连接，LC谐振匹配电路1中的电感L的一端与天线输入的正极相连，LC谐振匹配电路1由电感L、电容C和电容Cout组成，电感L和电容C串联与电容Cout并联，电感L的另一端串联电容C与自偏置电路2连接，自偏置电路2包括由PMOS晶体管、NMOS晶体管、电阻R1、电阻R2和电容C1组成，PMOS晶体管的漏极和NMOS晶体管的漏极并联接口相连，PMOS晶体管的源极接电阻R1、电容Cout和电压Vout端的并联接口，电压Vout的端口与整流器的两端相接，PMOS晶体管的栅极接NMOS晶体管的源极、电阻R1另一端、电阻R2和电容C1的并联接口，NMOS晶体管的源极与电阻R2和电容C1共接地，通过自偏置电路2的形式来降低由CMOS构建的二极管的固有的阈值电压，同时减少自身损耗，从而在能量收集过程中，能利用大部分小功率的环境RF能量，以达到效率最优，在66μW输入下，该电路的效率为22.97％，另外，由于自偏置使用自己产生的输出电压，只使用一个自偏置电路能减少输出电压所呈现的负载，这种技术既优化了电路，又减小了电路的尺寸。请参阅图2，双频点的匹配网络的电路结构是一致的，每个匹配网络均采用了电感L、电容C器件形成相关频率点的谐振电路，有效提高了低功率输入信号的输出幅度，能有效实现低功率密度的环境RF能量的采集，其LC谐振电路品质因素Q越高则对低功率密度的环境RF能量的采集越有益，电路中双频整流电路是上下对称，其整流电路由肖特基二极管构成。环境RF能量的信号源是多种多样的，如基站信号、无线互联网信号、卫星通信信号、电视信号、广播信号以及用户产生的信号等，这些信号分布在不同频率点，因此构建双频RF能量收集电路便于提高RF能量收集效率。电路中所使用的二极管应需具有非常低的接通电压和高的工作频率，在移动设备中，由于其空间受限，期望所构建的能量采集电路能集成在一片电路中，但是肖特基二极管不能在正常CMOS工艺中实现，因此需要一种基于晶体管的电路用于环境RF能量收集，典型的维拉德电压乘法器可用场效应晶体管模拟二极管实现其能量采集电路，请参阅图3。由于CMOS构建的肖特基二极管会形成其阈值电压增大，而环境RF能量的信号幅度往往较低，从而造成该电路收集环境RF能量的能力下降。为此提出了改进电路，请参阅图4。综上所述：本基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路，改进的用于环境RF能量收集的维拉德倍压电路通过自偏置的形式来降低由CMOS构建的二极管的固有的阈值电压，同时减少自身损耗，从而在能量收集过程中，能利用大部分小功率的环境RF能量，以达到效率最优，有效延长无线移动设备和微型电子产品设备的生命周期。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。尽管已经示出和描述了本技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路，包括LC谐振匹配电路(1)和自偏置电路(2)，其特征在于：所述LC谐振匹配电路(1)中的电感L的一端与天线输入的正极相连，电感L的另一端串联电容C与自偏置电路(2)连接，所述自偏置电路(2)包括由PMOS晶体管、NMOS晶体管、电阻R1、电阻R2和电容C1组成，PMOS晶体管的漏极和NMOS晶体管的漏极并联接口相连，PMOS晶体管的源极接电阻R1、电容Cout和电压Vout端的并联接口，PMOS晶体管的栅极接NMOS晶体管的源极、电阻R1另一端、电阻R2和电容C1的并联接口，NMOS晶体管的源极与电阻R2和电容C1共接地。

【技术特征摘要】
1.一种基于CMOS场效应晶体管的双频环境RF能量收集电路，包括LC谐振匹配电路(1)和自偏置电路(2)，其特征在于：所述LC谐振匹配电路(1)中的电感L的一端与天线输入的正极相连，电感L的另一端串联电容C与自偏置电路(2)连接，所述自偏置电路(2)包括由PMOS晶体管、NMOS晶体管、电阻R1、电阻R2和电容C1组成，PMOS晶体管的漏极和NMOS晶体管的漏极并联接口相连，PMOS晶体管的源极接电阻R1、电容Cout和电压Vout端的并联接口，PMOS晶体管的栅极接NMOS晶体管的源极、电阻R1另一端、电阻R2和电容C1的并联接口，NMOS晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李路民，曾山，李杰，李光祖，李庆，金超未，帕尔哈提·克衣木，马斌，曹宁，毛明禾，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司信息通信公司，
类型：新型
国别省市：新疆,65