一种用于复合微能量收集的SOC集成电路装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于复合微能量收集的SOC集成电路装置，属于复合微能量收集领域，其CMOS全波整流电路模块输入端接压电

【技术实现步骤摘要】
一种用于复合微能量收集的SOC集成电路装置


[0001]本技术涉及一种用于复合微能量收集的SOC集成电路装置，属于复合微能量收集领域。

技术介绍

[0002]目前，为了减少对化石能源的依赖程度，能量收集技术变得日趋重要，尤其是一些微能量的收集，比如当今的可穿戴设备会给人类生活带来极大的便捷性。但由于此类设备的体积较小，配置较大的电池成本高，其能量收集系统的体积过大，可集成度差，效率低下，使用也不方便，但是较小的电池又往往导致续航很短，同样使用也不方便。

技术实现思路

[0003]为了弥补现有技术的缺点，本技术专利提供一种体积小、成本低、为可穿戴设备供电的用于复合微能量收集的SOC集成电路装置。
[0004]本技术专利的技术方案：
[0005]本技术一种用于复合微能量收集的SOC集成电路装置，其包括压电
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光电能量收集器和SOC集成电路模块，所述压电
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光电能量收集器与SOC集成电路模块连接；
[0006]所述SOC集成电路模块包括CMOS全波整流电路模块、CMOS能量收集电路模块、CMOS能量存储电路模块、CMOS稳压电路模块，所述CMOS全波整流电路模块输入端接压电
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光电能量收集器的原始交流输出，输出为直流接入后面的CMOS能量收集电路模块，所述CMOS能量收集电路模块收集前级全波整流后的能量存储到其前级缓冲小电容内，所述CMOS能量存储电路模块将前级缓冲小电容C2内的能量存储到其后级缓冲大电容内，所述稳压电路模块将后级缓冲大电容内的能量转换为稳定的电压为后面的负载供电。
[0007]进一步地，所述压电
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光电能量收集器包括压电能量收集器和光电能量收集器，所述压电能量收集器与SOC集成电路模块直接连接，所述光电能量收集器通过二极管和SOC集成电路模块连接。
[0008]进一步地，所述CMOS全波整流电路模块由N型MOS管Q1,Q3与P型MOS管Q2，Q4构成，所述Q1,Q2,Q3,Q4均为超低功耗CMOS器件。
[0009]进一步地，所述CMOS能量收集电路模块包括施密特触发器控制电路、电阻R1，缓冲小电容，N型MOS管Q10，P型MOS管Q9；所述施密特触发器控制电路采用CMOS施密特触发器控制，所述缓冲小电容包括电容C1、电容C2；
[0010]所述电容C1的一端连接到能量收集器的输出端Vio，另一端接地；所述电容C2的一端与CMOS施密特触发器的输入端和P型MOS管Q9的漏极相连，另一端接地；
[0011]所述的R1的一端接CMOS能量收集电路模块的输出端Vio，另一端接N型MOS管Q10的漏极，所述的N型MOS管Q10的栅极接CMOS能量收集电路模块的输出Vio，源极接地，漏极接电阻R1的一端，所述的N型MOS管Q10的栅极接P型MOS管Q9的漏极，源极接CMOS能量收集电路模块的输出Vio，漏极接电容C2的正极端，所述的施密特触发器的供电电源接CMOS能量收集电
路模块的输出Vio端，输入端接电容C2的正极，同时提供Vin1，即需要收集的微能量信号，施密特触发器的输出端为芯片提供使能信号EN，GND端口接地。
[0012]进一步地，所述CMOS施密特触发器包括P型MOS管Q11,Q12,Q15,N型MOS管Q13,Q14，Q16，所述P型MOS管和N型MOS管相互钳制，使前级小电容C1优先充电，为CMOS施密特触发器供电，当缓冲小电容C1的电压达到一定阈值之后，为后级缓冲小电容C2充电，当缓冲小电容C2的电压达到CMOS施密特触发器的控制电压后，缓冲小电容C2输出能量到CMOS能量存储电路模块。
[0013]进一步地，所述CMOS能量存储电路模块包括基本的boost电路，缓冲大电容，电阻R3，R4，R5,R6,R7,R8,比较器Ⅰ，误差放大器Ⅰ，电压基准源Ⅰ，锯齿波发生器Ⅰ，所述比较器Ⅰ由MOS管Q36,Q37,Q38,Q39,Q40,Q41,Q42,Q43所构成的电流源电路与由MOS管Q44到Q55构成的差分放大器构成，电流源中的Q39连接在Q47和Q48的漏端，电流源中的Q40连接在Q55的栅极，和Q54的漏端，从而给整个差分放大器提供偏置电流；所述误差放大器Ⅰ是由MOS管Q22到Q27构成的电流源电路与MOS管Q28到Q35所构成的带密勒补偿的二级运放构成，电流源的Q22的栅极连接在Q28和Q34的栅极，为二级运放提供合适的偏置电流；所述电压基准Ⅰ是由MOS管Q55到Q59，电阻R11,R12,晶体管Q60,Q61,Q62构成，它的输出端Vref为芯片提供电压基准；所述锯齿波发生器Ⅰ是由Q62,Q63,Q64,Q65,Q66与电阻R13,R14,R15,R16,R17,电容C7，C8，和比较器Ⅲ构成。
[0014]进一步地，所述缓冲大电容包括电容C4和电容C5。
[0015]进一步地，所述CMOS能量存储电路模块采用boost电路将输入电压提升到1.8V到5.5V，适合给电容C4，C5充电。
[0016]进一步地，所述稳压电路包括基本的buck
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boost电路,电阻R18,R19,R20,R21, 比较器Ⅱ，误差放大器Ⅱ，电压基准Ⅱ，锯齿波发生器Ⅱ，所述比较器Ⅱ是由MOS管Q86,Q87,Q88,Q89,Q90,Q91,Q92,Q93所构成的电流源电路与由MOS管Q94到Q105构成的差分放大器构成，电流源中的Q89连接在Q97和Q98的漏端，电流源中的Q90连接在Q105的栅极，和Q104的漏端，从而给整个差分放大器提供偏置电流；所述误差放大器Ⅱ由MOS管Q72到Q77构成的电流源电路与MOS管Q78到Q85所构成的带密勒补偿的二级运放构成，电流源的Q72的栅极连接在Q78和Q84的栅极，为运放提供合适的偏置电流；所述电压基准Ⅱ由MOS管Q106到Q110，电阻R24,R25,晶体管Q111,Q112,Q113构成，它的输出端REF为芯片提供电压基准；所述锯齿波发生器Ⅱ由Q114,Q115,Q116,Q117,Q118与电阻R26,R27,R28,R29,R30电容C11，C12，和比较器Ⅳ构成。
[0017]进一步地，所述CMOS稳压电路模块采用buck
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boost升降压电路，将1.8V到5.5V的电压转换为5V的电压为后端负载和电池进行持续供电。
[0018]有益效果
[0019]该种用于压电
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光电复合微能量收集的SOC集成电路芯片能够达到的效果如下：
[0020]第一，可以同时复合收集压电和光电两种形式的能量，将人体运动的能量进行采集；
[0021]第二，采用CMOS工艺，功耗低，效率高，SOC芯片极大地减小了电路体积，在能量存储方面采用电容作为存储介质，便于为可穿戴设备供电，市场价值大。
附图说明
[0022]图 1 为本技术一种用于复合微能量收集的SOC集成电路装置的CMOS电路结构图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于复合微能量收集的SOC集成电路装置，其特征在于：其包括压电
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光电能量收集器和SOC集成电路模块，所述压电
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光电能量收集器包括压电能量收集器和光电能量收集器，所述压电能量收集器与SOC集成电路模块直接连接，所述光电能量收集器通过二极管D1和SOC集成电路模块连接，所述压电
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光电能量收集器与SOC集成电路模块连接；所述SOC集成电路模块包括CMOS全波整流电路模块、CMOS能量收集电路模块、CMOS能量存储电路模块、CMOS稳压电路模块，所述CMOS全波整流电路模块输入端接压电
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光电能量收集器的原始交流输出，输出为直流接入后面的CMOS能量收集电路模块，所述CMOS能量收集电路模块收集前级全波整流后的能量存储到其前级缓冲小电容内，所述CMOS能量存储电路模块将前级缓冲小电容内的能量存储到其后级缓冲大电容内，所述稳压电路模块将后级缓冲大电容内的能量转换为稳定的电压为后面的负载供电。2.根据权利要求1所述的SOC集成电路装置，其特征在于：所述CMOS全波整流电路模块由N型MOS管Q1、Q3与P型MOS管Q2、Q4构成，所述Q1、Q2、Q3、Q4均为超低功耗CMOS器件。3.根据权利要求1所述的SOC集成电路装置，其特征在于：所述CMOS能量收集电路模块包括施密特触发器控制电路、电阻R1、缓冲小电容、N型MOS管Q10、P型MOS管Q9；所述施密特触发器控制电路采用CMOS施密特触发器控制，所述缓冲小电容包括电容C1、电容C2；所述电容C1的一端连接到能量收集器的输出端Vio，另一端接地；所述电容C2的一端与CMOS施密特触发器的输入端和P型MOS管Q9的漏极相连，另一端接地；所述电阻R1的一端接CMOS能量收集电路模块的输出端Vio，另一端接N型MOS管Q10的漏极，所述N型MOS管Q10的栅极接能量收集器的输出Vio，源极接地，漏极接电阻R1的一端，所述N型MOS管Q10的栅极接P型MOS管Q9的漏极，源极接能量收集器的输出Vio，漏极接电容C2的正极端，所述施密特触发器的供电电源接能量收集器的输出Vio端，输入端接电容C2的正极，同时提供Vin1，即需要收集的微能量信号，施密特触发器的输出端为芯片提供使能信号EN，GND端口接地。4.根据权利要求3所述的SOC集成电路装置，其特征在于：所述CMOS施密特触发器包括P型MOS管Q11、Q12、Q15,N型MOS管Q13、Q14、Q16，所述P型MOS管和N型MOS管相互钳制，使前级缓冲小电容C1优先充电，为CMOS施密特触发器供电，当缓冲小电容C1的电压达到一定阈值之后，为后级缓冲小电容C2充电，当缓冲小电容C2的电压达到CMOS施密特触发器的控制电压后，缓冲小电容C2输出能量到CMOS能量存储电路模块。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加宏，王泽林，杨帆，王程，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：