[发明专利]用于低功率的芯片上交流直流转换的无二极管的全波整流器

说明书

【技术领域】

本发明涉及整流器，特别涉及没有二极管电压降的使用晶体管的桥式整流器。

【背景技术】

广泛使用的最小的电子设备之一是射频识别（RFID）标签。它不需要使用电池电力，电力是从外部来源提供的，如RFID读取器或扫描器。RFID标签或设备上的小型天线从RFID读取器接收无线电波。接收到的RF电波被模拟前端（AFE）整形修正，产生一个电源电压。AFE也从RFID读取器中提取一个载有指令或命令的编码信号。

图1显示一个通过修正接收到的RF电波而产生电力的RFID设备。匹配网络104连接到RFID设备上一个小型天线。接收到的RF信号被应用到RF模拟前端102内的整流器108上。整流器108产生电源电压和电流，其为RF模拟前端102、数字基带106、RFID处理器110提供电力。它们可以集成在一个单独的硅芯片上，也可以是分离的芯片。RF模拟前端102也从RF载波上提取一个信号，其可以使用简单的NRZ编码或使用更复杂的编码机制进行编码。

图2A显示一个现有技术的二极管桥式整流电路。交流电源114产生一个交替波如在其AC+、AC-端的正弦波。全波整流桥式电路由二极管116、118、120、124连接在AC+、AC-端而形成。负载112连接在中间节点VDD、VSS之间。负载112可以是电阻或可以是由VDD供电的表示大型电气系统负载的等效负载。

在AC波的第一相位期间，当AC+为正、AC-为负时，电流从AC+经过二极管118到VDD，然后经过负载112到VSS，最后经过二极管124到AC-。在AC波的第二相位期间，当AC+为负、AC-为正时，电流从AC-经过二极管1120到VDD，然后经过负载112到VSS，最后经过二极管116到AC+。

通常交流电源114是诸如来自120伏墙上电源插座的交流电流。但是，小型电气系统诸如RFID设备是由接收到的RF信号供电的。因为天线很小，接收到的RF信号也很弱，产生相当小的电压。也许只有几伏。

由于二极管内的p-n结，每个二极管116、118、120、124都产生一个大约0.5到0.8伏的电压降。因此在第一相位的峰值时，VDD是一个低于AC+以下的二极管电压降，VSS是一个高于AC-以上的二极管电压降。

图2B显示当使用图2A的二极管整流器进行整流时的二极管电压降。电源电压VDD（实线）是由全波AC+（虚线）和AC-（未显示）产生的一个整流波形。因为交流电流经过两个二极管，VDD被降低了两个二极管结的电压降，即2*VT。

当使用图2A的二极管桥式整流器作为图1所示RFID系统的整流器108时，来自匹配网络104的RF信号必须在峰值电压上至少要比期望的VDD高2*VT，期望的VDD需要给诸如RFID处理器110的电路供电。当添加一个电力电容器到VDD上以平滑或平均化所述整流波而产生一个更稳定的VDD时，会出现进一步的电压损耗。这就需要一个更大的天线来获得足够的RF能量，以产生足够大的交流电压。当然，更大的天线是不受欢迎的。

二极管桥式整流器可能由分立的二极管形成，而不是集成在和RF模拟前端102同一个硅基板上。这也是不受欢迎的，因为分立的二极管增加了RFID设备的成本和尺寸。

期望能有一个不使用分立二极管的全波整流器。使用普通晶体管诸如互补金属-氧化物半导体（CMOS）晶体管的整流器是受欢迎的，因此整流器可以集成在一个较大系统芯片或AFE上。使用晶体管而不是二极管的全波桥式整流器是可以避免由于二极管p-n结造成的电压降。也期望能有用于芯片上交流-直流转换器的整流器，期望能够在一个非常小的交流电压上运行。也期望能有自启动晶体管整流器。

【附图说明】

图1显示一个RFID装置，其通过整形接收到的RF波而产生电力。

图2A显示现有技术的二极管整流器桥式电路。

图2B显示当使用图2A的二极管整流器进行整流时产生的二极管电压降。

图3A-B突出显示晶体管全波桥式电路的运行。

图4是用于低压应用的具有二极管接法启动桥的基于晶体管的桥式整流器示意图。

图5是更详细的启动二极管桥示意图。

图6是更详细的晶体管桥示意图。

图7是描述图4的整流器电路运行的波形图。

图8是升压驱动器的示意图，如图4中的升压驱动器32。

图9是另一个使用共模参考电压的桥式电路。

图10是另一个桥式电路。

【发明详述】