[发明专利]多电荷泵结构的整流电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路中整流电路技术领域，更具体地，涉及一种多电荷泵结构的整流电路。

背景技术

整流电路是现代无线通信系统中较为常见的一种单元模块，常用于射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）标签、生物医疗电子系统和无线传感网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）节点等通过无线提取能量进行供电的集成电路芯片中。由于芯片无源，整体芯片的供电来自于射频信号的输入，为实现较好的通信可靠性和稳定性，低功耗和低输入开启电压，是上述通信系统的共性需求。基于电荷泵结构的整流电路，可实现对输入电压进行倍压整流的功能，是一种适用于上述通信系统的整流电路结构，具有较为广泛的应用。

图1是采用了两级整流结构的传统单电荷泵整流电路9的结构图，它包括了四个整流管MC1 1、MC2 2、MC3 3、MC4 4，两个耦合电容CC1 5、CC2 6，两个稳压电容CC3 7、CC4 8。其中，MC1 1、MC2 2、CC1 5和CC3 7构成整流电路的第一级，MC3 3、MC4 4、CC2 6和CC4 8构成了整流电路的第二级。它的输入为来自天线11的交流信号RF_in，输出Vrec_out为芯片中的其它电路13供电。由图1可知，传统电荷泵结构的整流电路，其正常工作时，耦合电容CC1 5和CC2 6将输入端RF_in的信号耦合入整流管MC1 1和MC3 3的漏极，以及整流管MC2 2和MC4 4栅极和源极。由于整流管MC1 1、MC2 2、MC3 3、MC4 4各自的栅极和源极相连，因此，当它们的栅源极到漏极的电压差大于其阈值电压Vth时，整流管MC1 1、MC2 2、MC3 3、MC4 4可以导通进入工作状态。由于电路在刚开始启动时，稳压电容CC3 7和CC4 8上存储的电荷为0，整流管MC1 1和MC3 3的栅源级，以及MC2 2和MC4 4的漏极的初始电压为0，传统电荷泵结构整流电路开始工作的条件变化为：由耦合电容CC1 5和CC2 6耦合到整流管MC1 1、MC2 2、MC3 3、MC4 4的电压幅度需分别大于整流管MC1 1、MC2 2、MC3 3、MC4 4的阈值电压Vth。由于耦合电容CC1 5和CC2 6耦合到整流管MC1 1、MC2 2、MC3 3、MC4 4的电压幅度同输入信号RF_in的幅度基本相等，因此，传统电荷泵结构的整流电路，其开启电压约等于整流电路中所用到整流管的阈值电压Vth同整流管过驱动电压Vdsat之和。在低成本的标准平面互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS）制造工艺中，阈值电压Vth受到工艺加工条件的限制而无法任意更改，从而导致了传统单电荷泵结构整流电路的开启电压较高，无法实现高灵敏度的系统工作特性。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种多电荷泵结构的整流电路，降低电荷泵结构整流电路的开启电压。

实现上述目的的核心方法是，在传统单电荷泵结构整流电路的基础上，增加辅助电荷泵电路，形成主电荷泵和辅助电荷泵共存的结构。所述辅助电荷泵电路配合偏置电路一起产生偏置信号，用来减小阈值电压Vth对主电荷泵开启电压的限制，从而整体降低电荷泵结构整流电路的开启电压。

本发明的技术解决方案如下：

一种多电荷泵结构的整流电路，其特点在于，包括主电荷泵、辅助电荷泵和偏置电路；

所述主电荷泵的第一输入端接天线的输出端，该主电荷泵的输出端连接到芯片内其他电路的输入端；

所述辅助电荷泵的输入端接天线的输出端，该辅助电荷泵的输出端与所述偏置电路的输入端相连，该偏置电路的输出端与所述主电荷泵的第二输入端连接，为主电荷泵提供阈值消除所需的偏置电压或电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是辅助电荷泵电路配合偏置电路一起产生偏置信号，来减小阈值电压Vth对主电荷泵开启电压的限制，从而整体降低电荷泵结构整流电路的开启电压。

附图说明

图1是一个传统的单电荷泵结构整流电路的实例；

图2是本发明多电荷泵结构的整流电路的结构示意图；

图3是基于多电荷泵结构的一个具体整流电路实施例；

图4是实施例在工作时重要信号节点的时序图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。