CMOS全波整流器制造技术

全波整流器（ＣＭＯＳ桥，２０５）包括两个ＰＭＯＳ和两个ＮＭＯＳ开关。该整流器（２０５）可用于极性保护，适于与带有或不带有并联连接的平滑电容器的阻性负载一起集成在单一芯片上，且可以是医疗设备的一部分，所述医疗设备诸如视网膜或耳蜗植入装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种整流器电路，以及更加具体地涉及一种CMOS全 波整流器电路。
技术介绍
通常，整流器用于AC到DC电压的转换。图l示出了包括二极管 电桥105的常规全波整流器。二极管电桥105可以被认为是非线性的 双端口装置，其具有输入电压Ui (t)，输出电压U2 (t)，以及四个二 极管IOI、 102、 103和104。通常，输出端口连接到负载106。如果负 载106是纯阻性负载107，则输入电压iM (t)的符号定义了通过整流 器105的电流路径，即电流是否流过二极管101和102，或流过二极管 103和104。然而，通过负载107的电流在两种情形中都具有相同的方 向。得到的112 (t)可以由以下给出U2(t)—U!(t)卜2UD 如果|Ul(t)^2uD以及 (la)u2(t) = 0 如果h(t)卜2uo， (lb)其中UD表示跨一个二极管的电压降。作为通常的缺点，跨负载107 的电压降不是输入电压差h(Ol的全部幅度，而是减小了 2uo，也就是说， 减小了两个二极管的电压降(典型地，1.4V)。对于低功率的应用，二极管电压能够显著地影响电路的总体功耗。如图1所示的二极管电桥通常被用于供应电压(supply voltage) 的产生。在这种情况下，负载可以是并联连接的电阻器108(代表复杂 电子电路的功耗)和平滑电容器109。对于输入信号u,(t)的给定频率， 电容器109通常被选择为足够大，以确保接近常数的供应电压U2(t)。
技术实现思路
用于整流的整流器和方法包括电桥，其与二极管相对有益地利用 开关而实现。该开关可以是，但不限于，MOS晶体管。例如，该整流 器可以被用在多种应用中，例如医学或汽车应用。根据本专利技术的实施例，提供了一种整流器电路，其包括第一和第 二输入端，用于接收矩形波输入电压，以及第一和第二输出端，用于提供整流的dc输出电压。第一开关连接在第一输入端和第一节点之间，该第一节点连接到第一输出端。第二开关连接在第二输入端和第一节 点之间。第三开关连接在第一输入端和第二节点之间，该第二节点连 接到第二输出端。第四开关连接在第二输入端和第二节点之间。当输入电压具有第一极性时，第一开关和第四开关被选通(gated);以及当输入电压具有与第一极性相反的第二极性时，第二开关和第三开关 被选通，从而提供其幅度基本上等于输入电压的幅度的输出电压。根据本专利技术的有关实施例，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关可以是MOS晶体管。例如，第一开关、第二开关可以是PMOS 晶体管，第三开关和第四开关可以是NMOS晶体管。可以通过第一输 入端和第二输入端中的一个选通第一开关和第四开关，以及可以通过 第一输入端和第二输入端中的另一个选通第二开关和第三开关。电阻 和电容的并联负载组合可以连接到整流器电路在第一和第二输出端之 间。或者，可以将电阻性负载连接到整流器电路在第一和第二输出端 之间，而没有分立的并联电容器。该负载和整流器电路可以集成在单 个芯片上。该电路可以用于确保期望的供应电压的极性。根据另一本专利技术的实施例， 一种极性保护电路，包括上述实施例 的整流器电路。在另一实施例中， 一种植入医疗器材，例如视网膜植 入物或者耳蜗植入物，包括上述实施例的整流器电路。根据本专利技术的 又一实施例， 一种芯片，包括上述实施例的整流器电路和连接在第一 和第二输出端之间的电阻和电容的并联负载组合。或者，该负载可以是电阻性负载，而没有分立的并联电容器。负载可以包括信号处理器。根据另一本专利技术的实施例，给出了一种整流方法。该方法包括在 第一输入端和第二输入端之间施加矩形输入信号。第一开关连接在第 一输入端和第一节点之间，第二开关连接在第二输入端和第一节点之 间。第一节点连接到第一输出端。第三开关连接在第一输入端和第二 节点之间，第四开关连接在第二输入端和第二节点之间。第二节点连 接到第二输出端。当输入信号具有第一极性时，第一开关和第四开关 被选通；而当输入信号具有与第一极性相反的第二极性时，第二开关 和第三开关被选通，由此该第一和第二输出端提供其幅度基本上等于 输入电压幅度的整流的dc电压。根据本专利技术的有关实施例，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关可以是MOS晶体管。第一开关和第二开关可以是PMOS晶体管， 而第三开关和第四开关可以是NMOS晶体管。可以通过第一输入端和 第二输入端中的一个选通第一开关和第四开关，以及可以通过第一输 入端和第二输入端的另一个选通第二开关和第三开关。该方法可以进一步包括将电阻和电容的并联负载组合连接在第一和第二输出端之间。或者，该方法可以进一步包括，可以将电阻性负载连接在第一和 第二输出端之间，而没有分立的并联电容器。在进一步的实施例中， 在开关被选通之后，可以将输入信号从输入端断开一段时间。附图说明图1示意性地示出了具有变化的负载的全波电桥整流器(现有技术)；图2示意性地示出了根据本专利技术实施例的具有变化的负载的CMOS电桥；以及图3示意性地示出了根据本专利技术实施例的对于方波输入信号的用 于供应电压产生的CMOS电桥。图4示出了根据本专利技术一个实施例的具有有效(active)以及浮置周期的矩形波输入信号。具体实施方式在说明性的实施例中，整流器包括利用开关实现的电桥。该开关 可以是，例如，MOS晶体管。以下详细讨论说明性的实施例。图2示意性地示出了根据本专利技术示例性实施例的具有变化的负载的CMOS电桥。如图2所示的晶体管的布置表示具有输入电压m (t) 和输出电压U2 (t)的非线性双端口装置205。与图1的二极管电桥相 比，用四个晶体管，艮卩，利用两个PMOS晶体管201和203以及两个 NMOS晶体管202和204，代替四个二极管，上述四个晶体管被操作作 为ON/OFF开关。将要理解，在各种实施例中，可以用其他类型的开 关技术代替MOS晶体管，例如，所述开关技术性质上可以是电的、机 械的、生物的或者分子的，而且本专利技术不局限于MOS技术。如图2所示，双端口装置205的输出端211和212可以连接到负 载206。负载206可以是，例如，电阻性负载207，或者与电容性负载 209并联的电阻性负载208。双端口装置205和负载206可以有利地集 成在单个芯片上。例如，双端口装置205可以与其他电路电连接，所 述其他电路例如信号处理器，双端口装置205和信号处理电路集成在 单个芯片上。晶体管的栅极可以直接连接到输入电压轨。假设纯电阻性负载207和理想开关性能的晶体管，则满足以下条件u"t)叫u,(t)l如果lu,(t)^u孤，以及 (2a)H2(t) = 0 如果ju!(t)卜U鹏， (2b)其中电压UTHR表示MOS阈值电压，这里假设对于PMOS和NMOS 晶体管来说，其MOS阈值电压相等。対于u,Uthr，晶体管201和 202被导通(低阻抗)，而晶体管203和204被关断(高阻抗)，反之 亦然，对于W(t)《-Utm，晶体管203和204被导通，而晶体管201和202被关断。由此，在电阻负载的特殊情况下，图2的CMOS电桥表 示全波整流器，类似于图1的二极管电桥。注意，在这里，全输入电 压幅度施加在负载207处，而没有由于二极管电压降而引起的减小。 典型地，MOS阈值电压为Uth本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整流器电路，包括：第一和第二输入端，用于接收矩形波输入电压；第一和第二输出端，用于提供整流的ｄｃ输出电压；第一开关，连接在第一输入端和第一节点之间，该第一节点连接到第一输出端；第二开关，连接在第二输入端和第一节点之间；第三开关，连接在第一输入端和第二节点之间，该第二节点连接到第二输出端；以及第四开关，连接在第二输入端和第二节点之间，其中当输入电压具有第一极性时第一开关和第四开关选通；以及其中当输入电压具有与第一极性相反的第二极性时，第二开关和第三开关选通，从而提供其幅度基本上等于输入电压幅度的输出电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克莱门斯M齐尔霍费尔，
申请(专利权)人：MEDEL电气医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]