[发明专利]一种无电感完全集成的电容翻转整流电路

说明书

本发明涉及一种无电感完全集成的电容翻转整流电路，包括可变电容阵列(101)、整流器(102)、相位发生和整合电路(103)、开关驱动电路(104)，所述的可变电容阵列(101)通过开关实现电容大小可变，用于完成压电能量采集器的正负电压翻转过程，所述的正负电压翻转过程划分为放电周期、短周期和充电周期，分别表示压电能量采集器的寄生电容给可变电容阵列(101)充电、压电能量采集器的寄生电容对地放电和可变电容阵列(101)对压电能量采集器的寄生电容充电。与现有技术相比，本发明实现了无外部电感的全集成结构，并且实现高提取能力。

技术领域

本发明涉及半导体和集成电路技术领域，尤其是涉及一种无电感完全集成的电容翻转整流电路。

背景技术

根据应用的具体要求，生物医学植入物通常表现出严格的系统尺寸和能量瓶颈，高效的能量产生方法变得非常必要。许多现有的植入式系统，包括视网膜假体、眼压监测、耳蜗植入物、皮下葡萄糖监测和微氧器，都可以从收集环境能量，以实现最小的侵入性并延长系统寿命。射频感应耦合由于其便携性和高的能量传递效率而被普遍采用。然而，天线大小和实质性组织衰减之间的艰难权衡，使得它在许多深组织植入应用中不方便。此外，使用压电能量采集器(PEHs)从外部超声源清除能量，也确保非常宽松的方向性要求。在振动能量收集方面，PEH由于其高功率密度、高可扩展性和高输出电压产生而成为一个受欢迎的选择。当PEH受到机械振动时，材料内部会产生应力，从而产生可收集电荷的电动势。PEH可以建模为一个弹簧-质量-阻尼系统。然而，PEH寄生电容Cp由于电压反转(Qloss)造成的电荷损失限制了能量提取能力。因此，设计出一种高集成度，高能量提取能力的整流电路就极为重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无电感完全集成的电容翻转整流电路。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种无电感完全集成的电容翻转整流电路，包括可变电容阵列、整流器、相位发生和整合电路、开关驱动电路，所述的可变电容阵列通过开关实现电容大小可变，用于完成压电能量采集器的正负电压翻转过程，所述的正负电压翻转过程划分为放电周期、短周期和充电周期，分别表示压电能量采集器的寄生电容给可变电容阵列充电、压电能量采集器的寄生电容对地放电和可变电容阵列对压电能量采集器的寄生电容充电。

优选地，所述的放电周期和充电周期均分为n份，总相位数为2n+1份，充电周期内可变电容阵列的电容大小由1/n2C_total到C_total逐渐变化，放电周期内可变电容阵列的电容大小由C_total到1/n2C_total逐渐变化，C_total为可变电容阵列的最大容值。

优选地，所述的可变电容阵列包括多个电容，所述的电容通过开关进行串/并联组合形成电容可变形式。

优选地，所述的电容包括MIM电容。

优选地，所述的开关包括带有体偏置的传输门。

优选地，所述的n取为3。

优选地，所述的可变电容阵列包括4个电容。

优选地，所述的4个电容的大小分别为6C_p、6C_p、3C_p、3C_p，所述的电容通过开关的串/并联组合使得可变电容阵列以电容值2C_p、4C_p、18C_p的形式接入电路，其中，C_p为压电能量采集器的寄生电容的大小。

优选地，所述的整流器为具有相位对准控制的有源整流器。