基于cmos工艺的阈值电压自补偿的rf-dc转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]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N级RF-DC转换器，跨M级电路结构，
其电路由 2N个晶体管Ml，M2，M3，M4，......，M2M-1，M2M，M2M+1，M2M+2，......，M2N-3，M2N-2，M2N-1，
M2N和2N个电容Cl，C2，C3，C4，......，C2M-1，C2M，C2M+1，C2M+2，...，C2N-3，C2N-2，C2N-1，。2#且成；
其中，其具体连接关系为:
第I级到第M级的晶体管Ml，M2，M3，M4，……，M2m—i，M2m是NMOS管，其衬底都与地相连；
第M+1级到第N级晶体管M2m+1，M2m+2，……，M2N-l.，M2n是PMOS管，其衬底都与自身的源端相连；
奇数序列的电容Cl，C3，……，C2M—I，C2M+1，……C2N—3，C2N—I的一端与输入信号RFiN的正端相连；
偶数序列的电容C2，C4，......，C2M，C2M+2，......C2N-2，C2N的一端与地相连；
第一级晶体管Ml和M2，电容Cl和C2组成；晶体管Ml的漏极与输入信号RF1N的负端，也就是地相连，其源极与电容Cl的另一端相连，其栅端与电容C2M+2的另一端相连;晶体管M2的漏极与晶体管Ml的源端相连，其源极与电容C2的另一端相连，其栅端与电容(:2[?+1的另一端相连；
第二级晶体管M3和M4，电容C3和C4组成；晶体管M3的漏极与晶体管M2的源端相连，其源极与电容C3的另一端相连，其栅端与电容C2M+4的另一端相连；晶体管M4的漏极与晶体管M3的源端相连，其源极与电容C4的另一端相连，其栅端与电容C2M+3的另一端相连；
第M+1级晶体管M2M+1和M2M+2，电容C2M+1和C2M+2组成；晶体管M2M+1的漏极与晶体管M2M的源端相连，其源极与电容C2M+1的另一端相连，其栅端与电容Cl的另一端相连;晶体管M2M+2漏极与晶体管M2M+1端相连，其源极与电容C2M+2另一端相连，其栅端与电容C2另一端相连；
第N-1级晶体管M2N-3和M2N-2，电容C2N-3和C2N-2组成；晶体管M2N-3漏极与晶体管M2N-4端相连，其源极与电容C2N-3 —端相连，其栅端与电容C2N-2M-3另一端相连;晶体管M2N-2漏极与晶体管M2N-3端相连，其源极与电容C2N-2另一端相连，其栅端与电容C2N-2M-2另一端相连；
第N级晶体管M2N-1和M2N，电容C2N-1和02〃组成；晶体管M2N-1漏极与晶体管M2N-2端相连，其源极与电容C2N—I另一端相连，其栅端与电容C2N—2M—I另一端相连;晶体管M2N漏极与晶体管M2N—1端相连，其源极与电容C2N另一端相连，其栅端与电容C2N-2M另一端相连；
输出信号RFciUT取自电容C2N的正负端。
[0007]相比于现有技术，本发明具有如下有益效果:
一、能够实现电路的小型化和集成化:所使用的晶体管都是标准CMOS工艺下的MOS管；
二、有效的降低了转换器件的阈值电压:本发明提供的是一种基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的N级RF-DC转换器，跨M级电路结构，其所有的NMOS管的栅压都偏置在与其向前相距M级的电容上，由于NMOS的阈值电压是正值，所有匪OS更容易开启；其所有的PMOS管的栅压都偏置在于其向后相距M级的电容上，由于PMOS的阈值电压是正值，所有PMOS更容易开启，所以整个电路结构有效的降低了转换器件的阈值电压。
【附图说明】
[0008]
图1是本发明提供的基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的三级，跨I级RF-DC转换器示意图；
图2是本发明提供的基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的四级，跨2级RF-DC转换器示意图；
图3是本发明提供的基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的N级，跨M级RF-DC转换器示意图；
图4是本发明提出的电路结构与不带阈值电压补偿的结构的输出电压的对比。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0010]为了方便对本发明的叙述，我们规定:
每两个MOS管和两个电容组成的基本单元为一级电路；
晶体管Ml的栅极与第M+1级内的电容相连，称这个基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的RF-DC转换器是跨M级电路结构。
[0011 ]图1所示的是本发明的提出的基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的三级RF-DC转换器，其电路由晶体管肌，]?2，]\0，皿4，]\15，]\16和电容(:1，02，03，04，05，06组成;
电路一共有三级电路构成，是跨I级电路结构。
[0012]其中，
第一级晶体管Ml和M2，电容Cl和C2组成；
第二级晶体管M3和M4，电容C3和C4组成；
第三级晶体管M5和M6，电容C5和C6组成；
其具体连接关系为:
晶体管Ml，M2是NMOS管，其衬底都与地相连；
晶体管M3，M4，M5，M6是PMOS管，其衬底都与自身的源端相连；
奇数序列的电容Cl，C3，C5的一端与输入信号RFiN的正端相连；
偶数序列的电容C2，C4，C6的一端与地相连；
晶体管Ml的漏极与输入信号RFin的负端，也就是地相连，其源极与电容Cl的另一端相连，其栅端与电容C4的另一端相连；
晶体管M2的漏极与晶体管Ml的源端相连，其源极与电容C2的另一端相连，其栅端与电容C3的另一端相连；
晶体管M3的漏极与晶体管M2的源端相连，其源极与电容C3的另一端相连，其栅端与电容Cl的另一端相连；
晶体管M4的漏极与晶体管M3的源端相连，其源极与电容C4的另一端相连，其栅端与电容C2的另一端相连；
晶体管M5的漏极与晶体管M4的源端相连，其源极与电容C5的另一端相连，其栅端与电容C3的另一端相连；
晶体管M6的漏极与晶体管M5的源端相连，其源极与电容C6的另一端相连，其栅端与电容C4的另一端相连；
输出信号RFciut取自电容C6的正负端。
[0013]图2所示的是本发明的提出的基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的四级RF-DC转换器，其电路由晶体管肌，]?2，]\0，]?4，]\15，]\16，]\17，]\18和电容(:1，02，03，04，05，06，07，08组成；
电路一共有四电路构成，是跨2级电路结构。
[0014]其中，
第一级晶体管Ml和M2，电容Cl和C2组成；
第二级晶体管M3和M4，电容C3和C4组成；
第三级晶体管M5和M6，电容C5和C6组成； 第四级晶体管M7和M8，电容C7和C8组成；
其具体连接关系为:
晶体管Ml，M2，M3，M4是NMOS管，其衬底都与地相连；
晶体管M5，M6，M7，M8是PMOS管，其衬底都与自身的源端相连；
奇数序列的电容Cl，C3，C5，C7的一端与输入信号RFin的正端相连； 偶数序列的电容02<4，06，08的一端与地相连；