一種cmos整流器的製作方法

2023-07-05 07:22:51 3

專利名稱：一種cmos整流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及非接觸標籤晶片中的整流器，尤其涉及一種互補金屬氧化層半導體 (CMOS)整流器。
背景技術：
整流器是一個整流裝置，簡單的說就是將交流(AC)轉化為直流(DC)的裝置。在 通常的整流器中，整流器件採用肖特基二極體。無線射頻識別技術(RFID，Radio Frequency Identification)，又稱電子標籤，是 20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或 電磁場)來實現無接觸信息傳遞並通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。在無源射頻識 別標籤中通過整流器將其閱讀器產生的高頻信號轉換成其工作所需的直流能量。採用肖 特基二極體作為整流器件的整流器用於無源射頻識別標籤晶片中需要額外的光照掩膜或 額外的開發，增加了晶片的成本。因此，一種能在標準CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)工藝中實現的整流器是無源射頻識別標籤晶片 的關鍵技術。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種CMOS整流器，能夠適用於無源射頻識別 標籤晶片，不需要額外的光照掩膜或額外的開發，且有利於降低無源射頻識別標籤晶片的 成本。本發明解決上述技術問題的技術方案如下一種CMOS整流器，包括CM0S整流模 塊，用於將交流信號轉化為直流信號；偏置模塊，用於為所述CMOS整流模塊提供偏置電壓；時鐘信號產生模塊，用於為所述偏置模塊提供不交疊的時鐘信號。本發明的有益效果是採用廣泛使用的標準CMOS工藝製作的普通CMOS管即可實 現，不僅適用於無源射頻識別標籤晶片，避免了使用肖特基二極體等特殊元件、及晶片製造 對某種特殊工藝的依賴，且可有效降低無源射頻識別標籤晶片的成本。在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。進一步，所述CMOS整流模塊包含一個或多個級聯的整流單元。進一步，所述偏置模塊包含一個或多個偏置單元，該偏置單元的數目與所述整流 單元的數目相同。採用上述進一步方案的有益效果是便於實現級聯式CMOS整流器。進一步，所述整流單元包括第一電容器(C1)，第一 PM0S管(pMl)和第一 NM0S管 (nMl)；第一電容器(C1)的一端為交流信號輸入端，另一端分別接至第一 PM0S管(pMl)的 漏極和第一 NM0S管(nMl)的漏極；第一 PM0S管(pMl)的柵極接第一偏置電壓，源極為整流 信號輸出端，襯底接源極；第一NM0S管(nMl)的柵極接第二偏置電壓，源極接低一級整流單
3元的整流信號輸出端或接地，襯底接地；所述第一偏置電壓和第二偏置電壓由所述偏置模 塊提供。採用上述進一步方案的有益效果是採用CMOS管實現整流，使該整流器適用於無 源射頻識別標籤晶片中。進一步，所述偏置單元包括第二 PM0S管(pMb)、第二 NM0S管(nMb)、第三電容 器(Cbp)、第四電容器(Cmp)、第五電容器(Cmn)、第六電容器(Cbn)、第一至第八開關 (SW1)-(SW8)，其中第一開關(SW1)與第三開關(SW3)組成的串聯電路一端接電源(Vdd)，另一端接 至第二 PM0S管(pMb)的源極與第二 PM0S管(pMb)的襯底的接合點；第二開關(SW2)與第 四開關(SW4)組成的串聯電路一端接地，另一端接至第二 PM0S管(pMb)的漏極；第三電容 器(Cbp)連接在第一開關(SW1)和第三開關(SW3)的接合點與第二開關(SW2)和第四開關 (SW4)的接合點之間；第四電容器(Cmp)連接在第二 PM0S管(pMb)的源極與漏極之間，第 二 PM0S管(pMb)的柵極為第一偏置電壓輸出端；第五開關(SW5)與第七開關(SW7)組成的串聯電路一端接電源(Vdd)，另一端接至 第二 NM0S管(nMb)的漏極；第六開關(SW6)與第八開關(SW8)組成的串聯電路一端接地， 另一端接至第二 NM0S管(nMb)的源極；第六電容器(Cbn)連接在第五開關(SW5)和第七開 關(SW7)的接合點與第六開關(SW6)和第八開關(SW8)的接合點之間；第五電容器(Cmn) 連接在第二 NM0S管(nMb)的漏極與源極之間，第二 NM0S管(nMb)的柵極為第二偏置電壓 輸出端，第二 NM0S管(nMb)的襯底接地；第一開關(SW1)、第二開關(SW2)、第五開關(SW5)和第六開關(SW6)由第二時鐘 信號(Clk2)控制；第三開關(SW3)、第四開關(SW4)、第七開關(SW7)和第八開關(SW8)由 第一時鐘信號(Clkl)控制，所述第一時鐘信號(Clkl)和第二時鐘信號(Clk2)由所述時鐘
信號產生模塊提供。進一步，所述時鐘信號產生模塊為振蕩電路。採用上述進一步方案的有益效果是控制所述偏置模塊為所述CMOS整流單元提供偏 置電壓，且實現CMOS整流單元低功耗工作，使得該整流器更適用於無源射頻識別標籤晶片中。進一步，本發明提供如下技術方案一種射頻功率檢測電路，包括上述的CMOS整 流器，及與該整流器的輸出端連接的電壓檢測電路。採用上述進一步方案的有益效果是實現包含CMOS整流器的射頻功率檢測電路。


圖1為本發明CMOS整流器的結構框圖；圖2為本發明CMOS整流器的實施例一的結構框圖；圖3為本發明CMOS整流器中的CMOS整流單元及偏置單元的電路圖；圖4為本發明CMOS整流器的實施例二的結構框圖；圖5為本發明CMOS整流器的應用一種射頻功率檢測電路的結構框圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並
4非用於限定本發明的範圍。如圖1所示，本發明提供了一種CMOS整流器，可由CMOS整流模塊、偏置模塊、時鐘 信號產生模塊組成，其中，CMOS整流模塊可以包含一個或多個級聯的整流單元，用於將輸入 的交流信號轉化為直流信號並輸出，偏置模塊可包含一個或多個偏置單元，偏置單元的數 目與整流單元的數目相同，用於為CMOS整流模塊提供偏置電壓，時鐘信號產生模塊用於為 偏置模塊提供不交疊的時鐘信號，可採用振蕩電路來實現。實施例一如圖2所示，是本發明CMOS整流器實施例一的結構框圖。該整流器可包括一個 CMOS整流單元，採用CMOS管作為整流器件將交流信號轉化為直流信號，由其輸入端輸入交 流信號，整流後其輸出端輸出直流信號，該整流單元還具有級聯輸入端，用於連接低一級的 CMOS整流單元，從而可以實現級聯式整流器；偏置單元，用於為CMOS整流單元中的CMOS管 提供直流偏置電壓，該偏置單元由開關電容電路、及CMOS管連接實現；振蕩電路，用於為偏 置單元提供兩相不交疊的時鐘信號。圖3為CMOS整流單元及偏置單元的電路圖。其中，CMOS整流單元可包括第一電容器C1、第一 PM0S管pMl、第一匪0S管nMl， 其中C1的一端為交流信號輸入端，另一端分別接至pMl的漏極和nMl的漏極，pMl的柵極 接第一偏置電壓，源極為整流信號輸出端，襯底接地，nMl的柵極接第二偏置電壓，源極接低 一級整流單元的整流信號輸出端或接地，襯底接地，所述第一偏置電壓和第二偏置電壓由 所述偏置模塊提供。偏置單元可包括第二 PM0S管pMb、第二 NM0S管nMb、第三電容器Cbp、第四電容器 Cmp、第五電容器Cmn、第六電容器Cbn、第一至第八開關SW1-SW8，其中SW1與SW3組成的串 聯電路一端接電源Vdd，另一端接至pMb的源極與pMb的襯底的接合點，SW2與SW4組成的 串聯電路一端接地，另一端接至pMb的漏極，Cbp連接在SW1和SW3的接合點與SW2和SW4 的接合點之間，Cmp連接在pMb的源極與漏極之間，pMb的柵極為第一偏置電壓輸出端；SW5 與SW7組成的串聯電路一端接電源Vdd，另一端接至nMb的漏極，SW6與SW8組成的串聯電 路一端接地，另一端接至nMb的源極，Cbn連接在SW5和SW7的接合點與SW6和SW8的接合 點之間，Cmn連接在nMb的漏極與源極之間，nMb的柵極為第二偏置電壓輸出端，nMb的襯底 接地；SW1、SW2、SW5和SW6由第二時鐘信號Clk2控制，SW3、SW4、SW7和SW8由第一時鐘信 號Clkl控制，所述第一時鐘信號Clkl和第二時鐘信號Clk2由振蕩電路提供。當第二時鐘信號Clk2控制第一開關SW1、第二開關SW2、第五開關SW5、 第六開關SW6閉合時，第一時鐘信號Clkl控制開關SW3、SW4、SW7和SW8斷開，電 源Vdd — SW1 — Cbp — SW2 —接地構成充電電路，電源Vdd為Cbp充電，同時，電源 Vdd — SW5 — Cbn — SW6 —接地組成充電電路，電源Vdd為Cbn充電；第一時鐘信號Clkl控 制開關SW3、SW4、SW7和SW8閉合時，第二時鐘信號Clk2控制SW1、SW2、SW5、SW6斷開，Cbp 和Cbn的充電過程結束，此時，Cbp — SW3 — Cmp — SW4 — Cbp組成充電迴路，Cbp為Cmp充 電，同時,Cbn通過Cbn — SW7 — Cmn — SW8 — Cbn的充電電路為Cmn充電，其中，Cmp為pMb 提供工作的直流電壓，Cmn為nMb提供工作的直流電壓，使得pMb與nMb同時處於弱開啟的 狀態，為整流單元中的pMl和nMl提供直流偏置電壓。pMb的柵極接pMl柵極，為pMl提供 偏置電壓，即第一偏置電壓，同時nMb的柵極接nMl的柵極，為nMl提供直流偏置電壓，即第二偏置電壓，此時，PM1導通，nMl導通，交流信號由C1的一端輸入，經C1 — pMl整流，整流 信號由PM1源極輸出，同時，若該整流器具有多級級聯的CMOS整流單元，則低一級CMOS整 流單元的整流輸出信號由nMl的源極輸入，經nMl — pMl整流，整流信號由pMl源極輸出，若 無低一級的CMOS整流單元，則nMl源極接地。另外，也可將pMl的源極接至電容C2—端， 整流信號由該電容C2的另一端輸出。上述第一偏置電壓與第二偏置電壓的電壓不同，其電 壓值分別由pMb和nMb來決定。實施例二圖4是本發明CMOS整流器的實施例二的框圖，該實施例為一個三級級聯的CMOS 整流器，其中，第一 CMOS整流單元的級聯輸入端接地，第一偏置單元為其提供直流偏置電 壓；第二CMOS整流單元的級聯輸入端與第一CMOS整流單元的輸出端連接，第二偏置單元為 其提供直流偏置電壓；第三CMOS整流單元的級聯輸入端與第二 CMOS整流單元的輸出端連 接，第三偏置單元為其提供直流偏置電壓；第三偏置單元的輸出端為該三級級聯的CMOS整 流器的輸出端，第一 CMOS整流單元、第二 CMOS整流單元與第三CMOS整流單元的交流信號 輸入端的接合點為該CMOS整流器的交流信號輸入端；振蕩電路同時與第一偏置單元、第二 偏置單元、第三偏置單元的振蕩信號輸入端連接並與可為其提供兩相不交疊時鐘信號的振 蕩電路連接。利用如上述三級級聯的CMOS整流器的級聯連接方式，可通過級聯多個CMOS整流 單元來實現多種級聯CMOS整流器。實施例三如圖5所示，該CMOS整流器應用於射頻功率檢測中，在CMOS整流器的輸入端連接 電壓檢測電路，可實現射頻功率檢測。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種CMOS整流器，其特徵在於，包括CMOS整流模塊，用於將交流信號轉化為直流信號；偏置模塊，用於為所述CMOS整流模塊提供偏置電壓；時鐘信號產生模塊，用於為所述偏置模塊提供不交疊的時鐘信號。
2.根據權利要求1所述的整流器，其特徵在於，所述CMOS整流模塊包含一個或多個級 聯的整流單元。
3.根據權利要求2所述的整流器，其特徵在於，所述偏置模塊包含一個或多個偏置單 元，該偏置單元的數目與所述整流單元的數目相同。
4.根據權利要求2所述的整流器，其特徵在於，所述整流單元包括第一電容器(C1)，第一PM0S管(pMl)和第一 NM0S管(nMl)；第一電容器(C1)的一端為交流信號輸入端，另一 端分別接至第一 PM0S管(pMl)的漏極和第一 NM0S管(nMl)的漏極；第一 PM0S管(pMl)的 柵極接第一偏置電壓，源極為整流信號輸出端，襯底接源極；第一NM0S管(nMl)的柵極接第 二偏置電壓，源極接低一級整流單元的整流信號輸出端或接地，襯底接地，所述第一偏置電 壓和第二偏置電壓由所述偏置模塊提供。
5.根據權利要求3所述的整流器，其特徵在於，所述偏置單元包括第二PM0S管(pMb)、 第二 NM0S管(nMb)、第三電容器(Cbp)、第四電容器(Cmp)、第五電容器(Cmn)、第六電容器 (Cbn)、第一至第八開關(SW1)-(SW8)，其中第一開關(SW1)與第三開關(SW3)組成的串聯電路一端接電源(Vdd)，另一端接至第二 PM0S管(pMb)的源極與第二 PM0S管(pMb)的襯底的接合點；第二開關(SW2)與第四開關 (SW4)組成的串聯電路一端接地，另一端接至第二 PM0S管(pMb)的漏極；第三電容器(Cbp) 連接在第一開關(SW1)和第三開關(SW3)的接合點與第二開關(SW2)和第四開關(SW4)的 接合點之間；第四電容器(Cmp)連接在第二 PM0S管(pMb)的源極與漏極之間，第二 PM0S管 (pMb)的柵極為第一偏置電壓輸出端；第五開關(SW5)與第七開關(SW7)組成的串聯電路一端接電源(Vdd)，另一端接至第二NM0S管(nMb)的漏極；第六開關(SW6)與第八開關(SW8)組成的串聯電路一端接地，另 一端接至第二 NM0S管(nMb)的源極；第六電容器(Cbn)連接在第五開關(SW5)和第七開關 (SW7)的接合點與第六開關(SW6)和第八開關(SW8)的接合點之間；第五電容器(Cmn)連 接在第二 NM0S管(nMb)的漏極與源極之間，第二 NM0S管(nMb)的柵極為第二偏置電壓輸 出端，第二 NM0S管(nMb)的襯底接地；第一開關(SW1)、第二開關(SW2)、第五開關(SW5)和第六開關(SW6)由第二時鐘信號 (Clk2)控制；第三開關(SW3)、第四開關(SW4)、第七開關(SW7)和第八開關(SW8)由第一 時鐘信號(Clkl)控制，所述第一時鐘信號(Clkl)和第二時鐘信號(Clk2)由所述時鐘信號 產生模塊提供。
6.根據權利要求1所述的整流器，其特徵在於，所述時鐘信號產生模塊為振蕩電路。
7.一種射頻功率檢測電路，其特徵在於，包括權利要求1至6任一項所述的CMOS整流 器、及與該整流器的輸出端相連的電壓檢測電路。
全文摘要
本發明涉及一種用於非接觸標籤晶片中的整流器，尤其涉及一種CMOS整流器。本發明所提供的CMOS整流器，包括CMOS整流模塊、偏置模塊和時鐘信號產生模塊。本發明所提供的CMOS整流器採用標準CMOS工藝中的普通CMOS管即可實現，適用於無源射頻識別標籤晶片，避免了使用肖特基二極體等特殊器件及對某種特殊工藝的依賴，可有效降低無源射頻識別標籤晶片的成本。
文檔編號H02M7/02GK101834535SQ200910300850
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月13日 優先權日2009年3月13日
發明者周盛華, 孫迎彤 申請人:國民技術股份有限公司