[发明专利]一种带自举电路的整流电路

说明书

技术领域

本发明涉及高频整流领域，尤其是高频整流电路中的MOS整流电路模块。

背景技术

整流电路是将交流电压变换成直流电压的电路。整流电路按照电路结构分可以分成半波整流电路和全波整流电路，半波整流电路去掉了交流电的半周，但没有改变直流电中交流电的频率，全波整流将交流电正负半周按原样合并，因而整流的频率扩展成了交流电的两倍，对于滤波电路来说也有利于高频信号的滤波。所以对于要求高能量转换效率的系统来说，一般都会使用全波整流电路。

在中低频应用领域，对于高能量转换效率的系统，传统整流元件一般使用桥式二极管整流，但是在高频的应用领域，由于二极管的反向恢复时间长、导通压降高，普通的元件已经不满足能量转换效率的应用，即能量转换效率会很低。

高频整流电路的应用十分广泛，是当前的研究热点，例如在射频识别领域的无源智能卡中，携带信息和能量的交流信号通过高频整流电路将交流信号转变成直流信号，并利用其对无源智能卡中的其他模块进行供电，这就要求整流电路具有较高的转换效率；此外，在微型隔离电源中，高频整流电路的应用也十分广泛，在微型隔离电源领域，其整流电路的工作频率往往可以达到上百兆赫兹，但传统整流电路中二极管的反向恢复时间和导通压降的损耗已经不能满足高功率转换的要求，因此，该领域的高频整流电路一般多采用肖特基二极管的全桥整流方式。目前，采用肖特基二极管的全桥整流电路较MOS管的整流方案而言，具有导通压降大，反向恢复时间长的缺点；此外，肖特基二级管的工艺制造成本也比标准CMOS工艺高。

MOS管整流方案可以很好地规避肖特基二极管整流方案的缺点，并且目前MOS管整流技术已经广泛应用于射频识别领域。但是传统的MOS管整流电路同样存在一定的缺点【参考文献姜帆，郭东辉，“无源射频识别标签整流电路的分析与设计，”上海交通大学学报，第41卷2007年4月】。如图1所示，图1a是利用NMOS交叉耦合并带NMOS二极管接法的整流电路，该电路利用漏极和栅极相连的二极管连接NMOS做为开关，但它存在一个阈值电压损耗，会影响能量转换的效率，目前，多采用专门设计具有零阈值电压的MOS管来解决这个问题，但是需要专门工艺的支持，这就增加了制造成本；图1b是利用NMOS、PMOS交叉耦合的整流电路，该电路充分利用了MOS管的交叉耦合特性，使得该电路在导通时抵消了阈值电压的损耗，但是当输出的电压高于PMOS管的栅极电压时，负载电流会回流到输入端，同样会影响能量转换效率。

随后，针对传统MOS整流电路，研究人员对其做了改进，提出了自举型MOS整流电路【参考文献S.Hashemi，M.Sawan，andY.Savaria，“Fully-IntegratedLow-VoltageHigh-EfficiencyCMOSRectifierforWirelesslyPoweredDevices，”NEWCAS-TAISA2009，Jul.2009.】，如图1c所示，该方案利用对自举电容充电将其电压自举到PMOS管的栅极，保证输入和输出均高于自举电压，从而在抵消阈值损耗的同时也防止了PMOS管的电流回流现象。但是该方案中存在两个电容元件和两个二极管连接的PMOS管，其电路结构复杂，且电容元件也会占据芯片版图的大量面积，从而提高了生产成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的：

1、抵消整流电路中MOS管的阈值电压损耗，避免负载电流回流现象，确保MOS器件没有反向恢复时间限制以提升整流电路的能量转换效率；

2、采用标准CMOS工艺实现整流电路，以降低工艺制造方面的成本；

3、提供一种超低功耗的二极管连接方法，以有效防止MOS管在亚阈值区的漏电流情况；

4、提供一种结构简单并且有效的减小完整芯片面积的方案。

(二)技术方案

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种带自举电路的整流电路，其包括：

NMOS交叉耦合输入级电路，用于接收一个正负跳变的交流信号；

PMOS开关输出级电路，用于对接收到的所述交流信号实现整流并且提供输出电流；

自举电路，其包括二极管连接的PMOS管和电容，用于提供PMOS开关输出级的开启电压以抵消阈值损耗；

其中，所述交叉耦合连接的NMOS输入级电路包括交叉耦合连接的第一NMOS管和第二NOMS管；

所述PMOS开关输出级电路320包括栅极互联的第一PMOS管和第二PMOS管；