[发明专利]高效电荷泵

说明书

技术领域

本发明涉及整流器及电荷泵领域。

背景技术

RFID标签和阅读器系统可以运行在很宽的频率范围上，包括低频(LF)应用、高频(HF)应用和超高频应用(UHF)。LF应用典型地运行在125-148.5kHz的范围内。HF应用典型地运行在13.56MHz上。UHF应用典型地运行在300MHz至3GHz的范围内。RFID标签和阅读器系统的“读取范围”通常定义为阅读器能够与标签通信的距离。无源的LF和HF应用提供非常短的读取范围，通常需要RFID标签处于阅读器的0.01至0.5m范围内以进行成功通信。无源的UHF应用典型地提供较长的读取范围，允许RFID标签处于阅读器的2至12米或更多的范围内以进行成功通信。在这种情况下，最大读取范围主要受限于电荷泵的灵敏度，该灵敏度定义为输送标签数字和模拟电路所需的DC功率要求的电荷泵的最小输入RF功率。可以通过两种方法改善所述读取范围：(a)减少所述标签电路中的DC功耗，和(b)在仍然满足带宽要求的情况下提高电荷泵的效率。

图16示意性地示出了利用所谓的阈值V_T抵消的已知的一级电荷泵。主整流器M1和M2需要的偏压2由“辅助”电荷泵3产生，这些“辅助”电荷泵由相同的RF AC输入4供电。与所述主整流器不同，所述辅助泵M1、M2只有电容性负载(M1和M2的栅)；因此它们的偏置更加不重要。当交流耦合的输入信号为负时整流器M1“导通”，而在输入信号为正时整流器M2导通。因此，设置了DC输出5。电荷泵的品质因子应限制到最大大约为10，以满足所述应用的带宽要求。该受限的品质因子导致整流器中显著的功率损耗。因此，图15中显示的电荷泵具有大约35％的中等效率。

由于上述情况，有必要对技术进行改进以使得电荷泵具有高效率，同时基本上避免或至少减少一个或多个以上认识到的问题。

发明内容

根据本发明独立权利要求所请求保护的主题可以满足上述需要。从属权利要求描述了本文所公开主题的有利的实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种整流器，包括用于接收AC输入信号的AC输入、DC输出、用于提供整流输出信号给所述DC输出的至少一个晶体管、以及耦合到所述晶体管的本体(bulk)的阈值改变电路，其中所述晶体管是场效应晶体管，所述阈值改变电路适于根据所述AC输入信号电偏置所述晶体管的本体，从而根据该AC输入信号改变所述晶体管的阈值电压。这允许所述晶体管的阈值电压对所述AC输入信号的动态适应。

根据实施例，所述晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。所述整流器可以包括单一的晶体管，并且基于所述AC输入信号偏置所述晶体管的本体。根据其他的实施例，所述整流器包括两个或多个这种晶体管。在这种情况下，本发明中针对一个晶体管介绍的所述实施例及示例也可以应用到其他的这种晶体管，或者以同样的形式，或者以两个或多个晶体管之间不同的形式。

根据实施例，所述AC输入耦合到所述晶体管的源或漏。关于这一点，以及一般地在本文中，“耦合”包括直接的电连接，通过其他元件的连接等等。

根据第一方面的进一步的实施例，所述阈值改变电路配置为在所述晶体管应导通情况下将所述晶体管的阈值电压设置为低值，在所述晶体管应断开情况下将所述晶体管的阈值电压设置为高值。结果，如果所述晶体管导通并且所述阈值电压被设置为低值，则可以减小电阻损耗。另一方面，如果所述晶体管断开并且所述阈值电压被设置为高值，则可以减少所述晶体管的泄露。

应该理解，所述晶体管“应导通或断开”的状态应根据晶体管提供所述AC输入信号的整流所需的操作来理解。例如，如果所考虑的晶体管设置为将正半波切换到输出，则只要在AC输入处接收到正半波，该晶体管就应导通。

根据第一方面进一步的实施例，提供了一种匹配电路，该匹配电路具有用于接收输入功率的功率输入；第一匹配电路输出，耦合到AC输入，第一匹配电路输出响应于所接收的输入功率提供第一电压；以及第二匹配电路输出，耦合到所述晶体管的栅和所述晶体管的本体中的至少一个，第二匹配电路输出响应于所接收的输入功率提供第二电压；其中所述匹配电路配置为使得所述第二电压的幅度高于第一电压的幅度。