[发明专利]基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的RF-DC转换器

说明书

本发明公开了一种基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的RF‑DC转换器，其电路级数是N，跨M级电路结构。首先，电路采用了标准CMOS工艺下的MOS管，使得电路能够与其他电路模块集成，能够实现电路的小型化和集成化；其次，该RF‑DC转化器使用了阈值电压自补偿技术，有效的降低了转换器件的阈值电压，使其能够接收小功率的RF能量。转换器件的阈值电压补偿是通过将NMOS的栅极接在后级更高电位的偏置，将PMOS的栅极接在前级更低电位的偏置来实现的。

技术领域

本发明涉及射频能量收集领域，尤其涉及一种基于CMOS工艺阈值电压自补偿的RF-DC转换器。

背景技术

能量采集是实现低功耗器件，无线传感节点和植入式器件长期免维护的一项关键技术。能量采集是通过捕获环境中的多余能量，如温度，光照，动能和RF能量等，将这些能量转换为直流电压供低功耗器件，无线传感节点，和植入式器件工作。这些环境能量中，RF能量具有独特的优势，首先可以RF能量来源广泛，包络手机，基站，WIFI，电视广播台等，其次，当接收端和RF能量源距离较远时，RF的能量仍然可以传输。在现实生活中，RF能量源的数量非常大，且频率范围非常广泛。

在接收RF能量的过程中，RF-DC转换器是关键部件之一。然而目前存在的RF-DC转换器存在着以下缺陷：

1.使用肖特基二极管或者低阈值的MOS管作为转换器件。肖特基二极管和低阈值的MOS管在制造工程中，需要额外的工艺来完成，且其工艺流程不能与标准的CMOS工艺兼容，因此使用肖特基二极管或低阈值的MOS管作转换器件的转换器不能与标准的CMOS工艺制造的电路集成在一起，不利于电路的小型化和集成化。

2. 采用标准的CMOS器件作为转换器件的转化器，其本身由于受到其阈值电压的限制，使得转化器不能接收小功率的RF能量，限制了RF能量接收器的使用范围。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明旨在提供一种基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的RF-DC转换器，解决现有技术中不利于电路的小型化和集成化以及不能接收小功率RF能量的弊端。首先该RF-DC转换器的转化器件是基于CMOS工艺的，其能够与电路的其他部分集成在一起，能够实现电路的小型化和集成化；其次，该RF-DC转化器使用了阈值电压自补偿技术，有效的降低了转换器件的阈值电压，使其其能够接收小功率的RF能量。

本发明提出基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的RF-DC转换器的技术方案实现如下：

一种基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的RF-DC转换器，所述的RF-DC转化器电路是N级，跨M级电路结构，N、M皆为自然数，且M小于等于N-2；

所述的RF-DC转换器电路包括2N个晶体管M1，M2，M3，M4, ……，M_2M-1，M_2M，M_2M+1，M_2M+2，……，M_2N-3，M_2N-2，M_2N-1，M_2N和2N个电容C1，C2，C3，C4，……，C_2M-1，C_2M，C_2M+1，C_2M+2，…，C_2N-3，C_2N-2，C_2N-1，C_2N；

其中，连接关系为：

第1级到第M级的晶体管M1，M2，M3，M4，……，M_2M-1，M_2M是NMOS管，其衬底都与地相连；

第M+1级到第N级晶体管M_2M+1，M_2M+2，……，M_2N-1，M_2N是PMOS管，其衬底都与自身的漏端相连；