一种用于可穿戴式设备的能量获取电路及其电源管理电路制造技术

本发明专利技术属于可穿戴式设备供能领域，具体公开一种用于可穿戴式设备的能量获取电路及其电源管理电路，能量获取电路中每级电荷泵引入辅助电荷泵；辅助电荷泵采用电荷传输开关结构，用于基于电磁波产生阈值补偿电压，并通过钳压管控制提供给主整流电荷泵内各主整流开关的栅极，以降低主整流电荷泵的阈值电压；电源管理电路包括：亚阈值偏置产生电路，用于基于VCC启动并产生与VCC和环境温度无关的参考电压VREF；基于亚阈值放大器的LDO电路，在亚阈值状态下基于VREF对VCC过滤纹波，得到次级电源电压VDD。本发明专利技术电路能量转换效率高，制作成本低，且适用于各种电磁波能量环境，实用性强。

An energy acquisition circuit and its power management circuit for wearable devices

【技术实现步骤摘要】
一种用于可穿戴式设备的能量获取电路及其电源管理电路
本专利技术属于可穿戴式设备供能领域，更具体地，涉及一种用于可穿戴式设备的能量获取电路及其电源管理电路。
技术介绍
目前国内外各大厂商争相推出可穿戴式设备，这些可穿戴式设备具有多种功能，例如，基础的监测心率/血压等医疗功能，并且建立了基本的医疗大数据库，用于健康指导。但随着对数据容量、实时性、安全性的要求日益提高，基于锁相环结构的无线收发机功耗难以降低，而可穿戴式、植入式医疗器件的使用寿命要求维持在10年以上，可穿戴式设备面临电池容量受限问题。其次传统能量获取器对微弱能量的转换效率PCE(PowerConversionEfficiency)不高，需要采用零阈值管特殊工艺，其版图面积较传统CMOS工艺更大，工艺流程复杂，制造成本急剧增加。解决这些问题的一个有效途径之一是将人体附近的其他形式的能量通过换能器转换成电能并收集起来，为片内电池充电或者直接给芯片供电。然而，随着物联网设备、可穿戴式设备的兴起，传统的PZT换能器、机械能换能器面临着转换效率过低，所需输入信号幅值过大，使用场景受限等等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于可穿戴式设备的能量获取电路，其特征在于，包括天线以及N个级联的主从电荷泵单元，N为正整数；/n其中，每个主从电荷泵单元包括辅助电荷泵和主整流电荷泵；所述主整流电荷泵用于基于其内各整流开关的阈值电压而开启，并将所述天线输入的电磁波所携带的交流能量转换成直流能量并倍压，实现能量获取；/n所述辅助电荷泵采用电荷传输开关结构，用于基于所述电磁波产生阈值补偿电压；所述主整流电荷泵内设有钳压管，所述钳压管用于对所述辅助电荷泵产生的所述阈值补偿电压的大小进行控制并提供给所述主整流电荷泵内各整流开关的栅极，以等效降低所述阈值电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于可穿戴式设备的能量获取电路，其特征在于，包括天线以及N个级联的主从电荷泵单元，N为正整数；
其中，每个主从电荷泵单元包括辅助电荷泵和主整流电荷泵；所述主整流电荷泵用于基于其内各整流开关的阈值电压而开启，并将所述天线输入的电磁波所携带的交流能量转换成直流能量并倍压，实现能量获取；
所述辅助电荷泵采用电荷传输开关结构，用于基于所述电磁波产生阈值补偿电压；所述主整流电荷泵内设有钳压管，所述钳压管用于对所述辅助电荷泵产生的所述阈值补偿电压的大小进行控制并提供给所述主整流电荷泵内各整流开关的栅极，以等效降低所述阈值电压。


2.根据权利要求1所述的一种用于可穿戴式设备的能量获取电路，其特征在于，所述辅助电荷泵包括两级级联的电荷传输开关结构电荷泵；
其中，第一级电荷泵中，栅极接地的NMOS管所并联的整流管为PMOS管，该PMOS管栅极接地；栅极接电源的NMOS管所并联的整流管为NMOS管，该NMOS管栅极偏置电压由第二级电荷泵的输出电压提供；
所述第二级电荷泵为两路输出的电荷泵，其内的各整流管均为PMOS管，位于两路输出端的PMOS管的栅极均接地、漏极分别输出阈值补偿电压以经过所述钳压管提供给所述主整流电荷泵内两个整流开关的栅极。


3.根据权利要求1或2所述的一种用于可穿戴式设备的能量获取电路，其特征在于，所述辅助电荷泵包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第一耦合电容C1、第一负载电容C2、第二耦合电容C3、第二负载电容C4和第三负载电容C5；其中，第一NMOS管MN1的漏极和栅极短接后与第三NMOS管MN3的漏极连接并接到地，第一NMOS管MN1的源极、第三NMOS管MN3的源极、第二NMOS管MN2的漏极、第一PMOS管MP1的源极与第二PMOS管MP2的栅极连接并接到第一耦合电容C1，第一耦合电容C1的另一端接到电源，第二NMOS管MN2的源极、第一PMOS管MP1的漏极与第二PMOS管MP2的源极连接并接到第一负载电容C2，第一负载电容C2的另一端接到地，第二NMOS管MN2的栅极、第二PMOS管MP2的漏极、第三PMOS管MP3的源极与第四PMOS管MP4的源极连接并接到第二耦合电容C3，第二耦合电容C3的另一端接电源，第三PMOS管MP3的栅极和第四PMOS管MP4的栅极连接并接到地，第三NMOS管MN3的栅极与第四PMOS管MP4的漏极连接作为第一输出端Vb1并接到第二负载电容C4，第二负载电容C4的另一端接地，第三PMOS管MP3的漏极与第五PMOS管MP5的源极连接并接到第三负载电容C5，第三负载电容C5的另一端接地，第五NMOS管MN5的漏极作为第二输出端Vb2。


4.根据权利要求3所述的一种用于可穿戴式设备的能量获取电路，其特征在于，所述主整流电荷泵包括第一NMOS管MN5、第二NMOS管MN4、作为所述钳压管的第三NMOS管MN6、作为所述钳压管的第四NMOS管MN7、第五NMOS管MN8、第一PMOS管MP5、第一耦合电容C6、第二耦合电容C7和第一负载电容CL；其中，所述第一输入端Vb1与第三NMOS管MN6的栅极和漏极短接，并接到第一NMOS管MN5的栅极，第三NMOS管MN6的源极接地，第一PMOS管MP5的栅极和第一NMOS管MN5的源极短接、第四NMOS管MN7的源极与第二NMOS管MN4的漏极短接，并共同连接到第一耦合电容C6，第一耦合电容C6的另一端接到电源，第一NMOS管MN5的漏极接地，所述第二输入端Vb2与第四NMOS管MN7的栅极和漏极短接，并与第二NMOS管MN4的栅极连接后接到第二耦合电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬生，金子睿，鄢奉赜，苏彦文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42