[发明专利]一种适用于人体植入式无源UHF芯片的双输出整流电路

说明书

技术领域

本发明属于电子电路技术领域,涉及射频集成电路设计领域，特别涉及一种适用于人体植入式无源UHF芯片的双输出整流电路。

背景技术

随着微电子技术和信号处理技术的飞速发展,带动了消费类电子、生物医疗器件等的快速发展，其中植入式电子装置在临床医学中得到越来越广泛的应用。最为人们所熟知的就是可吞服式无线电胶囊，人工耳蜗，人体植入式如心脏起搏器等。目前市场上的大部分人体植入式设备都是传统的内置电池的供电方式，然而这种供电方式有一个致命的缺点，就是电池的寿命决定了植入式设备的寿命。当植入式设备的电池没电的时候，我们需要通过手术的方式来为病人更换电池，很明显，这种方式不仅增加了病人的经济负担，还影响其生命安全。因此，想要解决电池能量有限所带来的各种问题，人们急需要研制一种可进行无线能量传输的人体植入式设备，不仅延长了使用寿命，也在一定程度上减小了整个芯片的体积，更加符合了微型化和便携化的使用需求。

图1为基本的Dicson电荷泵电路结构，由肖特基二极管和电容组成的，每一级由两个二极管和两个电容组成，其中电容C1和肖特基二极管D1组成了基本的箝位电路，而电容C2和肖特基二极管D2组成了基本的整流器，这两个基本的电路分别起到直流升压和整流的作用。

钳位电路的工作原理：由于输入信号为高频振荡信号，假设V1为幅度值为V的正弦电压源，V_D为肖特基二极管的开启电压，当电源处于负半周时，即V1＝-V时，输出电压V2＝-V_D，V2-V1＝-V_D+V；当电源处于正半周时，即V1＝V时，根据电容电压的不可突变性，V2＝2V-V_D，由此输入电压的直流电位被升高了V-V_D。

基本整流器电路的工作原理：同理，当电源处于正半周时，V2＝-V_D，此时肖特基二极管不导通，假如导通的话，则Vout2＝-2V_D；当电源处于正半周时，V2＝2V-V_D，此时此时肖特基二极管导通，Vout2＝2V-2V_D，由于二极管的单向导通性，Vout2维持在2(V-V_D)不变。

根据上面的推导，对于单级电荷泵输出电压Vout2＝2(V-V_D)，以此类推，图1所示电荷泵的输出电压Vout(N)＝N(V-V_D)，由于在此推导过程中并没有考虑到肖特基二极管和电容的寄生效应，只是一个理想的结论。

对于图1传统的Dicson电荷泵每级倍压过程中,射频信号每经过一个二极管都会消耗一个导通电压V_D，严重影响电荷泵的整流效率，即倍压整流电路将交流能量转换成直流能量的效率。国内外最常见的解决办法是使用二极管连接的NMOS代替传统的二极管，但是随着整流级数的增大，体效应的影响越来越大，还是制约着电荷泵的整流率。所以降低二极管的正向导通压降对于倍压整流器的整流效率的提高至关重要，也是本设计的重点所在。

发明内容

本发明的目的在于解决二极管的正向导通压降对于倍压整流器的整流效率的影响和输出稳定电压的问题，一种适用于人体植入式无源UHF芯片的双输出整流电路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种适用于人体植入式无源UHF芯片的双输出整流电路，使用二极管连接的PMOS管代替二极管组成整流器，将POMS管的栅极和漏极相接作为负极，源极作为正极，当正极电压比负极电压高出一个阈值电压V_th时，即PMOS管的栅源电压达到V_th，PMOS导通，并工作在饱和区，当正极电压较低时，栅极电压达不到PMOS管导通所需的V_th或小于零时，PMOS管关断。并且本次使用PMOS二极管连接形式，是因为在标准CNOS工艺下，POMS衬底连接任何电位，很大程度上减小体效应对电路性能的影响。用高压泄流电路和低压稳压电路产生一高一低的两路电压供后续电路使用。该双输出整流电路包括倍压整流电路、高压泄流电路和低压稳压电路；其中，倍压整流电路包括：PMOS管MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP5、MP6和MP7，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6和C7；高压泄流电路包括：PMOS管MP8，NMOS管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6、MN7和MN8，电阻包括R1和R2；低压稳压电路包括：PMOS管MP9和MP10，NMOS管MN9和MN10，电阻R3和R4；

具体连接如下：