高效电荷泵制造技术

本申请公开了一种整流器、电荷泵装置、无线识别装置和操作电荷泵装置的方法，其中描述了一种利用动态阈值MOSFET的高效整流级。其思想是利用输入信号在晶体管(M1，M3)应导通时减小阈值电压，以及在晶体管(M1，M3)应断开时提高阈值。这允许减少电阻损耗和泄漏电流。一种匹配网络，其允许生成更高的第二电压信号以驱动晶体管(M1，M3)的控制栅(GM1，GM3)和本体BM1，BM3)，即阱。进一步，提供了一种自调前端以扩展高Q电荷泵的带宽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及整流器及电荷泵领域。
技术介绍
RFID标签和阅读器系统可以运行在很宽的频率范围上，包括低频(LF)应用、高频 (HF)应用和超高频应用(UHF)。LF应用典型地运行在125-148. 5kHz的范围内。HF应用典型地运行在13. 56MHz上。UHF应用典型地运行在300MHz至3GHz的范围内。RFID标签和阅读器系统的“读取范围”通常定义为阅读器能够与标签通信的距离。无源的LF和HF应用提供非常短的读取范围，通常需要RFID标签处于阅读器的0. 01至0. 5m范围内以进行成功通信。无源的UHF应用典型地提供较长的读取范围，允许RFID标签处于阅读器的2至12 米或更多的范围内以进行成功通信。在这种情况下，最大读取范围主要受限于电荷泵的灵敏度，该灵敏度定义为输送标签数字和模拟电路所需的DC功率要求的电荷泵的最小输入 RF功率。可以通过两种方法改善所述读取范围(a)减少所述标签电路中的DC功耗，和(b) 在仍然满足带宽要求的情况下提高电荷泵的效率。图16示意性地示出了利用所谓的阈值Vt抵消的已知的一级电荷泵。主整流器Ml 和M2需要的偏压2由“辅助”电荷泵3产生，这些“辅助”电荷泵由相同的RF AC输入4供电。与所述主整流器不同，所述辅助泵Ml、M2只有电容性负载(Ml和M2的栅)；因此它们的偏置更加不重要。当交流耦合的输入信号为负时整流器ΜΓ‘导通”，而在输入信号为正时整流器M2导通。因此，设置了 DC输出5。电荷泵的品质因子应限制到最大大约为10，以满足所述应用的带宽要求。该受限的品质因子导致整流器中显著的功率损耗。因此，图15中显示的电荷泵具有大约35%的中等效率。由于上述情况，有必要对技术进行改进以使得电荷泵具有高效率，同时基本上避免或至少减少一个或多个以上认识到的问题。
技术实现思路
根据本专利技术独立权利要求所请求保护的主题可以满足上述需要。从属权利要求描述了本文所公开主题的有利的实施例。根据本专利技术的第一方面，提供了一种整流器，包括用于接收AC输入信号的AC输入、DC输出、用于提供整流输出信号给所述DC输出的至少一个晶体管、以及耦合到所述晶体管的本体(bulk)的阈值改变电路，其中所述晶体管是场效应晶体管，所述阈值改变电路适于根据所述AC输入信号电偏置所述晶体管的本体，从而根据该AC输入信号改变所述晶体管的阈值电压。这允许所述晶体管的阈值电压对所述AC输入信号的动态适应。根据实施例，所述晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。所述整流器可以包括单一的晶体管，并且基于所述AC输入信号偏置所述晶体管的本体。根据其他的实施例，所述整流器包括两个或多个这种晶体管。在这种情况下，本专利技术中针对一个晶体管介绍的所述实施例及示例也可以应用到其他的这种晶体管，或者以同样的形式，或者以两4个或多个晶体管之间不同的形式。根据实施例，所述AC输入耦合到所述晶体管的源或漏。关于这一点，以及一般地在本文中，“耦合”包括直接的电连接，通过其他元件的连接等等。根据第一方面的进一步的实施例，所述阈值改变电路配置为在所述晶体管应导通情况下将所述晶体管的阈值电压设置为低值，在所述晶体管应断开情况下将所述晶体管的阈值电压设置为高值。结果，如果所述晶体管导通并且所述阈值电压被设置为低值，则可以减小电阻损耗。另一方面，如果所述晶体管断开并且所述阈值电压被设置为高值，则可以减少所述晶体管的泄露。应该理解，所述晶体管“应导通或断开”的状态应根据晶体管提供所述AC输入信号的整流所需的操作来理解。例如，如果所考虑的晶体管设置为将正半波切换到输出，则只要在AC输入处接收到正半波，该晶体管就应导通。根据第一方面进一步的实施例，提供了一种匹配电路，该匹配电路具有用于接收输入功率的功率输入；第一匹配电路输出，耦合到AC输入，第一匹配电路输出响应于所接收的输入功率提供第一电压；以及第二匹配电路输出，耦合到所述晶体管的栅和所述晶体管的本体中的至少一个，第二匹配电路输出响应于所接收的输入功率提供第二电压；其中所述匹配电路配置为使得所述第二电压的幅度高于第一电压的幅度。根据实施例，所述输入功率由功率输入从天线接收，例如从偶极接收。根据进一步的实施例，第二匹配电路输出耦合到所述晶体管的栅和所述晶体管的本体。在其他实施例中，第二匹配电路输出仅耦合到所述晶体管的栅。根据更进一步的实施例，第二匹配电路输出仅耦合到所述晶体管的本体。无论哪种情况，所述匹配电路允许相对于提供给所述晶体管的源或漏(或向其提供)的电压，调节提供给所述晶体管的栅和/或本体(或向其提供) 的电压。关于这一点，再次提到“耦合”包括通过其他元件的耦合。例如，根据实施例，在第二匹配输出处提供的电压通过电容器耦合到所述晶体管的本体。根据第一方面进一步的实施例，所述匹配电路还包括第一匹配线圈，其耦合在所述功率输入和所述AC输入之间；以及第二匹配线圈，其耦合到所述AC输入并提供第二电压；其中第一匹配线圈和第二匹配线圈彼此相对设置为使得第一匹配线圈产生的电磁场耦合到第二匹配线圈，从而使第二匹配电路输出的第二电压与第一匹配电路输出的第一电压相比增加。采用第一匹配线圈和第二匹配线圈实现匹配电路，提供了这方面的简单且具有成本效率的实现。根据实施例，可以通过导电材料中的槽实现一个匹配线圈或两个匹配线圈中的每一个。进一步，根据实施例，可以在芯片上设置一个匹配线圈或两个匹配线圈，或者， 在另外的实施例中，也可以将其设置为天线的一部分。后面的实施例特别适用于RFID应用中。根据进一步的实施例，所述整流器包括在第一匹配电路输出和第二匹配电路输出之间耦合的开关元件，其用于选择性地电连接所述第一匹配电路输出和第二匹配电路输出。该开关元件在某些情况下允许短路。例如，在RFID标签的写入操作过程中，在所述两个匹配电路输出上提供的信号可能异相。在这种情况下，所述开关元件允许通过电连接两个匹配电路输出以将两个信号强制为同相。根据本文所公开主题的第二方面，提供了一种电荷泵装置，其中所述电荷泵装置包括根据第一方面或其示例或实施例的至少一个整流器。根据第二方面的实施例，所述电荷泵装置还包括可变电容单元，用于提供电容以调整所述电荷泵装置的输入阻抗的虚部。在一个实施例中，通过电容器组提供所述可变电容单元。在一个实施例中，通过所述电容器组的适当的输入信号，从所述电容器组中选择出相应的电容。在一个实施例中，可以通过可调电阻器调节所述电荷泵的输入阻抗的实部。根据进一步的实施例，所述电荷泵装置还包括调整电路，用于将所述可变电容单元提供的电容调整到向电荷泵装置提供最大输入功率的值。所述最大输入功率可以是绝对最大值，或至少是局部最大值。根据实施例，所述调整电路改变由所述可变电容提供的电容，并监视输入到所述电荷泵装置的输入功率。例如，根据实施例，所述调整电路可以使用梯度搜索。在一个实施例中，可以通过以下方式进行这种梯度搜索在第一步中增加电容， 并且如果基于所述增加的电容而输入到所述电荷泵装置的输入功率高于之前输入到所述电荷泵装置的输入功率，则保持所述增加的电容。对于调整所述电荷泵装置的输入阻抗的虚部，替代地或附加地，可以调整所述主整流器的栅的偏压以提供最大输入功率。可以通过改变所述整流器的导通角来实现这一点。因此，也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉齐德·埃尔瓦法欧埃，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：