用于低功率的芯片上交流直流轉(zhuǎn)換的無二極管的全波整流器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明披露了一種在低交流輸入電壓上運行的橋式整流器，例如射頻識別（RFID）裝置接收到的低電壓。由于橋式二極管而引起的電壓降可以得到避免。四個p-溝道晶體管安排成在交流輸入端之間的晶體管橋，產(chǎn)生一個內(nèi)部電源電壓。另外四個二極管接法晶體管形成一個啟動二極管橋，其產(chǎn)生一個比較器電源電壓和一個參考地電壓。啟動二極管橋在初始啟動階段運行，然后比較器和升壓驅(qū)動器再運行。一個比較器接收該交流輸入并控制升壓驅(qū)動器的時序，升壓驅(qū)動器利用高于峰值交流電壓的提升電壓交替驅(qū)動晶體管橋里四個p-溝道晶體管的柵極。襯底在橋的電源電壓那一半邊連接到電源電壓，在橋的接地那一半邊連接到交流輸入，以便完全斷開晶體管，防止反向電流流動。
【專利說明】用于低功率的芯片上交流直流轉(zhuǎn)換的無二極管的全波整流器【【技術(shù)領(lǐng)域】】[0001]本發(fā)明涉及整流器，特別涉及沒有二極管電壓降的使用晶體管的橋式整流器。 【【背景技術(shù)】】[0002]廣泛使用的最小的電子設(shè)備之一是射頻識別(RFID)標簽。它不需要使用電池電力，電力是從外部來源提供的，如RFID讀取器或掃描器。RFID標簽或設(shè)備上的小型天線從 RFID讀取器接收無線電波。接收到的RF電波被模擬前端(AFE)整形修正，產(chǎn)生一個電源電壓。AFE也從RFID讀取器中提取一個載有指令或命令的編碼信號。[0003]圖1顯示一個通過修正接收到的RF電波而產(chǎn)生電力的RFID設(shè)備。匹配網(wǎng)絡(luò)104 連接到RFID設(shè)備上一個小型天線。接收到的RF信號被應(yīng)用到RF模擬前端102內(nèi)的整流器108上。整流器108產(chǎn)生電源電壓和電流，其為RF模擬前端102、數(shù)字基帶106、RFID處理器110提供電力。它們可以集成在一個單獨的硅芯片上，也可以是分離的芯片。RF模擬前端102也從RF載波上提取一個信號，其可以使用簡單的NRZ編碼或使用更復(fù)雜的編碼機制進行編碼。[0004]圖2A顯示一個現(xiàn)有技術(shù)的二極管橋式整流電路。交流電源114產(chǎn)生一個交替波如在其AC+、AC-端的正弦波。全波整流橋式電路由二極管116、118、120、124連接在AC+、 AC-端而形成。負載112連接在中間節(jié)點VDD、VSS之間。負載112可以是電阻或可以是由 VDD供電的表示大型電氣系統(tǒng)負載的等效負載。[0005]在AC波的第一相位期間，當AC+為正、AC-為負時，電流從AC+經(jīng)過二極管118到 VDD，然后經(jīng)過負載112到VSS，最后經(jīng)過二極管124到AC-。在AC波的第二相位期間，當 AC+為負、AC-為正時，電流從AC-經(jīng)過二極管1120到VDD，然后經(jīng)過負載112到VSS，最后經(jīng)過二極管116到AC+。[0006]通常交流電源114是諸如來自120伏墻上電源插座的交流電流。但是，小型電氣系統(tǒng)諸如RFID設(shè)備是由接收到的RF信號供電的。因為天線很小，接收到的RF信號也很弱， 產(chǎn)生相當小的電壓。也許只有幾伏。[0007]由于二極管內(nèi)的p-n結(jié)，每個二極管116、118、120、124都產(chǎn)生一個大約0.5到0.8 伏的電壓降。因此在第一相位的峰值時，VDD是一個低于AC+以下的二極管電壓降，VSS是一個高于AC-以上的二極管電壓降。[0008]圖2B顯示當使用圖2A的二極管整流器進行整流時的二極管電壓降。電源電壓 VDD (實線)是由全波AC+ (虛線)和AC-(未顯示)產(chǎn)生的一個整流波形。因為交流電流經(jīng)過兩個二極管，VDD被降低了兩個二極管結(jié)的電壓降，即2*VT。[0009]當使用圖2A的二極管橋式整流器作為圖1所示RFID系統(tǒng)的整流器108時，來自匹配網(wǎng)絡(luò)104的RF信號必須在峰值電壓上至少要比期望的VDD高2*VT，期望的VDD需要給諸如RFID處理器110的電路供電。當添加一個電力電容器到VDD上以平滑或平均化所述整流波而產(chǎn)生一個更穩(wěn)`定的VDD時，會出現(xiàn)進一步的電壓損耗。這就需要一個更大的天線來獲得足夠的RF能量，以產(chǎn)生足夠大的交流電壓。當然，更大的天線是不受歡迎的。[0010]二極管橋式整流器可能由分立的二極管形成，而不是集成在和RF模擬前端102同一個硅基板上。這也是不受歡迎的，因為分立的二極管增加了 RFID設(shè)備的成本和尺寸。[0011]期望能有一個不使用分立二極管的全波整流器。使用普通晶體管諸如互補金屬-氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管的整流器是受歡迎的，因此整流器可以集成在一個較大系統(tǒng)芯片或AFE上。使用晶體管而不是二極管的全波橋式整流器是可以避免由于二極管p-n 結(jié)造成的電壓降。也期望能有用于芯片上交流-直流轉(zhuǎn)換器的整流器，期望能夠在一個非常小的交流電壓上運行。也期望能有自啟動晶體管整流器?！尽緦＠綀D】

【附圖說明】】[0012]圖1顯示一個RFID裝置，其通過整形接收到的RF波而產(chǎn)生電力。[0013]圖2A顯示現(xiàn)有技術(shù)的二極管整流器橋式電路。[0014]圖2B顯示當使用圖2A的二極管整流器進行整流時產(chǎn)生的二極管電壓降。[0015]圖3A-B突出顯示晶體管全波橋式電路的運行。[0016]圖4是用于低壓應(yīng)用的具有二極管接法啟動橋的基于晶體管的橋式整流器示意圖。[0017]圖5是更詳細的啟動二極管橋示意圖。[0018]圖6是更詳細的晶體管橋示意圖。[0019]圖7是描述圖4的整流器電路運行的波形圖。[0020]圖8是升壓驅(qū)動器的示意圖，如圖4中的升壓驅(qū)動器32。[0021]圖9是另一個使用共模參考電壓的橋式電路。[0022]圖10是另一個橋式電路。 【發(fā)明詳述】[0023]本發(fā)明涉及改進的低壓整流器。以下描述使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照特定應(yīng)用及其要求制作和使用在此提供的本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了對優(yōu)選實施例的各種修改，且本文所界定的一般原理可應(yīng)用于其它實施例。因此，本發(fā)明不希望限于所展示和描述的特定實施例，而是應(yīng)被賦予與本文所揭示的原理和新穎特征一致的最廣范圍。[0024]圖3A-B顯示晶體管全波橋式整流器的運行。在圖3A中，在第一相位Pl期間，在電壓上AC+為正，AC-為負?？刂齐娐?30檢查AC+或AC-，產(chǎn)生柵控信號A、B。在相位Pl 期間，柵控信號A是活動狀態(tài)的，柵控信號B是非活動狀態(tài)的。柵控信號A接通晶體管10、 12，使得電流從AC+經(jīng)過晶體管10、負載112和晶體管12到達AC-。晶體管14、16保持斷開，因為B是非活動狀態(tài)的。[0025]在圖3B，在第二相位P2期間，在電壓上AC+為負，AC-為正?？刂齐娐?30檢查 AC+或AC-，產(chǎn)生非活動狀態(tài)的柵控信號A和活動狀態(tài)的柵控信號B。柵控信號B接通晶體管14、16，使得電流從AC-經(jīng)過晶體管14、負載112和晶體管16到達AC+。晶體管10、12保持斷開，因為A是非活動狀態(tài)的。[0026]在兩個相位上，流過負載112的電流的方向是相同的，都是從VDD到VSS。VSS是內(nèi)部接地，其可以直接連接或者不直接連接到外部交流接地。因此在兩個相位都提供有電流?？刂齐娐?30提供時序給柵控信號A、B，也使用電荷泵或電壓升壓電路去提升它們的高電壓。因為使用了晶體管而不是二極管，避免了圖2A-B的p-n結(jié)二極管電壓降。可以使 用一個較低的交流電壓輸入來給電路如RFID設(shè)備供電。[0027]圖4是用于低電壓應(yīng)用的具有二極管接法的啟動橋的基于晶體管的橋式整流器 的示意圖。交流輸入41可以是來自RFID讀取器的在一個小型天線上接收的RF信號。交 流信號在峰值電壓上可以是非常低的，如+/-3伏。[0028]啟動二極管橋140接收AC+和AC-，產(chǎn)生一個整流后的比較器電源電壓VDC和一個 參考地電壓。整流后的比較器電源電壓VDC被用作比較器的電源，而參考地電壓被用作比 較器的地電位。啟動二極管橋140包含二極管接法晶體管，并在啟動期間運行，然后才是比 較器30和晶體管橋150開始運行。[0029]比較器30在其反相輸入端接收AC+，在其同相輸入端接收參考地電壓。當AC+低 于參考地電壓時(即相位P2期間)，比較器30產(chǎn)生控制輸出CB為高。升壓驅(qū)動器(Boost driver) 32反轉(zhuǎn)CB而產(chǎn)生柵控信號NGB。[0030]比較器30的輸出被逆變器36反轉(zhuǎn)，再被升壓驅(qū)動器34反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生柵控信號NGA。 比較器30、逆變器36和升壓驅(qū)動器32、34都由VDC和參考地電壓供電，它們是由啟動二極 管橋140產(chǎn)生。[0031]圖3A-B顯不的棚控彳目號A、B都是低電平活動狀態(tài)(active-low)彳目號NGA、NGB。 柵控信號NGA被施加到P-溝道晶體管20、22的柵極上，而柵控信號NGB被施加到p-溝道 晶體管24、26的柵極上。[0032]當AC+為正，AC-為負時，即在相位Pl期間，比較器30驅(qū)動CB至低，逆變器36驅(qū) 動CA至高。升壓驅(qū)動器32驅(qū)動NGB至高，而升壓驅(qū)動器34驅(qū)動NGA至低，接通p-溝道晶 體管20、22。電流從AC+流經(jīng)晶體管20、負載112、和晶體管22到AC-。晶體管24、26被驅(qū) 動至高的NGB關(guān)斷。[0033]當AC+為負，AC-為正時，即在相位P2期間，比較器30驅(qū)動CB至高，逆變器36驅(qū) 動CA至低。升壓驅(qū)動器34驅(qū)動NGA至高，而升壓驅(qū)動器32驅(qū)動NGB至低，接通p-溝道晶 體管24、26。電流從AC-流經(jīng)晶體管24、負載112、和晶體管26到AC+。晶體管20、22被驅(qū) 動至高的NGA關(guān)斷。[0034]在啟動階段，當交流電最初施加到該電路上時，VDC還沒有上升到一個相當高的電 壓去供電給比較器30、逆變器36和升壓驅(qū)動器32、34。柵控信號NGA、NGB也沒有被一個足 夠大的電壓驅(qū)動而產(chǎn)生一個穿過P-溝道晶體管20、22、24、26的并大于晶體管閾值電壓Vtp 的柵極-源極電壓降。因此P-溝道晶體管20、22、24、26在最初的啟動階段保持關(guān)斷。[0035]圖5是更詳細的啟動二極管橋示意圖。負載115是一個電阻負載，其可以包括諸 如在比較器30、逆變器36和升壓驅(qū)動器32、34里的VDC和參考地電壓之間的寄生負載。負 載115位于整流后的比較器電源電壓VDC和參考地電壓之間。電容器91可以是一個真實 的電源接地電容器(power-to-ground capacitor)或者是在比較器30、逆變器36和升壓驅(qū) 動器32、34里的VDC和參考地電壓之間的寄生電容。[0036]在所述初始啟動階段時間內(nèi)，由啟動二極管橋140內(nèi)的二極管接法晶體管 (Diode-connected transistor)提供整流。因為柵極和漏極是連接在一起的，一旦AC+或 AC-超過內(nèi)部VDC大約0.5-0.8伏的二極管結(jié)電壓，二極管接法晶體管40、42、44、46就開始 傳導(dǎo)，這時VDC仍然很低。[0037]例如，在啟動階段的相位Pl,當AC+大于+0.8伏，且AC-小于-0.8伏時，當VDC 和VSS還在O伏左右時，P-溝道二極管接法晶體管40接通。二極管接法晶體管42也接通。 電流從AC+，經(jīng)過晶體管40、負載112和晶體管42到AC-。在啟動階段，AC+經(jīng)過幾個周期 緩慢上升，VDC能上升超過參考地電壓。最終AC+足夠大，VDC達到一個足夠高的電壓，使得 比較器30、逆變器36和升壓驅(qū)動器32、34能夠運行，而且晶體管橋150內(nèi)的p-溝道晶體管20、22、24、26能夠開始接通和斷開。一旦p_溝道晶體管20、22、24、26開始運行，穿過它們 溝道的電壓降就下降到低于二極管結(jié)電壓降，二極管接法晶體管40、42、44、46就斷開。[0038]p-溝道晶體管40、44的本體(bulk)、襯底(substrate)或井連接(well connections)都連接到VDC。p-溝道晶體管46的體端(bulk terminal)連接到AC+。p-溝 道晶體管42的體端連接到AC-。對于斷開的情況,體端(bulk terminals)被連接到源極端 和漏極端的正電壓上。[0039]圖6是更詳細的晶體管橋示意圖。VDD和VSS之間的負載112可以是一個虛負載， 表示一個大芯片諸如RF模擬前端102里的晶體管負載?？梢栽赩DD和外接地之間(或VDD 和VSS之間)添加電力電容器90，以平滑整流波輸出的周期變化，從而產(chǎn)生一個更穩(wěn)定的具 有更少紋波(ripple)的VDD。電力電容器90可以是一個內(nèi)部或一個外部電容器，可以包括 寄生電容。[0040]p-溝道晶體管20、24的本體(bulk)、襯底(substrate)或井連接(well connections)都連接到VDD。電流從AC+或從AC-經(jīng)過這些晶體管而到達VDD。當這些晶 體管20、24斷開時，AC+或AC-會有一個大的負電壓。VDD比該電壓要大很多，因此對于該 偏壓情況，VDD就被認為是源極端。對于斷開的情況，體端被連接到源極端和漏極端的最正 電壓上。[0041]P-溝道晶體管26的體端連接到AC+。當AC+為負時，電流從VSS經(jīng)過晶體管26 到AC+。當晶體管26斷開時，AC+就有一個大的正電壓，而源極端保持內(nèi)部接地。因此對于 斷開的情況，體端就連接到源極和漏極端的最正電壓上。[0042]P-溝道晶體管22的體端連接到AC-。電流從VSS經(jīng)過晶體管22到AC-。當晶體 管22斷開時，AC-就有一個大的正電壓，而源極端保持內(nèi)部接地。因此對于斷開的情況，體 端就連接到源極和漏極端的最正電壓上。[0043]在初始啟動階段，比較器30和升壓驅(qū)動器32、34還沒有上電，并不驅(qū)動p_溝道晶 體管20、22、24、26的柵極，所以P-溝道晶體管20、22、24、26沒有接通。相反，啟動二極管橋 140內(nèi)的二極管接法晶體管40、42、44、46接通，因為它們不需要一個柵極驅(qū)動電路去驅(qū)動， 它們的柵極連接到它們的漏極。一旦內(nèi)部電源上升大約I伏，比較器30、逆變器36和升壓 驅(qū)動器32、34就運行以驅(qū)動p-溝道晶體管20、22、24、26的柵極。一旦p-溝道晶體管20、 22、24、26開始在線性區(qū)域?qū)?，它們的?dǎo)通就會驅(qū)動漏極-源極電壓到更低。因此在此橋 式整流電路里就不再有任何二極管電壓降了。啟動二極管橋140繼續(xù)運行以提供VDC給比 較器30、逆變器36和升壓驅(qū)動器32、34。[0044]圖7是描述圖4整流電路運行的波形圖。在初始階段，AC+、AC-有一減小的電壓 波幅，但是當初始階段過去后，此例子中的AC+、AC-就是大約+ 3伏到-3伏的完全波幅。 也許還有一些未顯示的啟動周期，而且電壓波幅會在這些啟動周期里逐漸增加。[0045]啟動二極管橋140內(nèi)的二極管接法晶體管40、42、44、46運行以產(chǎn)生VDC，其峰值大約比AC+的峰值電壓小一個二極管電壓降，大約1.6伏，這包括由于晶體管閾值電壓的體效 應(yīng)而引起的增大的電壓降。VDC’顯示的是當沒有連接電力電容器91時的VDC。電力電容 器將VDC’平均化而產(chǎn)生一個更低的大約1.2伏的VDC，但是確切數(shù)值可能隨著交流波形形 狀和其他因素而變化。[0046]比較器30比較AC+和地電壓，然后與逆變器36 —起，在第一相位Pl階段，產(chǎn)生CA 為高，CB為低，而在第二相位P2階段，產(chǎn)生CA為低，CB為高。這些電壓會逐漸振蕩上升直 到VDC達到1.6伏，它們也就振蕩到1.6伏高。[0047]升壓驅(qū)動器32、34驅(qū)動NGA、NGB在地電位(O伏)和約4伏(其高于VDD和峰值交 流電壓)之間振蕩(swing)。該上升的柵極電壓確保P-溝道晶體管20、22、24、26完全斷開， 甚至當AC+或AC-高于VDD或低于VSS時也是這樣。請注意內(nèi)部接地VSS可能會關(guān)于外部 交流接地或關(guān)于參考地電壓而浮動。[0048]VDD’顯示的是當沒有連接電力電容器90時的VDD。整流波在O到3伏之間振蕩。 沒有二極管電壓降。AC+振蕩到峰值3伏，VDD的整流波也一樣。VDD’和VDD在啟動周期 內(nèi)逐漸上升，直到達到一個穩(wěn)態(tài)值。VDD’可能不是一個真正的電路節(jié)點，但是有助于清晰描 述。[0049]VDD顯示的是連接有電力電容器90的影響。在實際的電路里，電力電容器90 很可能是一個，或者是多個片上電容器(on-chip capacitor)、寄生電容、或片外電容器 (off-chip capacitor)、或各種組合。VDD和地電位之間的電容在VDD’峰值期間存儲電荷， 在交流信號的交界點期間釋放電荷。因此VDD電壓被電力電容器90變平滑了或濾波了。在 此例子中，從峰值3伏的交流電壓得到了平均大約2.2伏的VDD。其他的交流電壓和電路設(shè) 計可以得到其他的VDD值。為了得到一個期望的目標VDD，電路設(shè)計者可以模擬和調(diào)整電路 組件。[0050]圖8是升壓驅(qū)動器的示意圖，如圖4中的升壓驅(qū)動器32。控制信號CA從參考地電 壓脈動到VDC，被連接在VDC和參考地電壓之間的P-溝道晶體管54和η-溝道晶體管56反 轉(zhuǎn)，產(chǎn)生節(jié)點C3?？刂菩盘朇A在泵電容器62上泵浦(pump)，而節(jié)點C3在泵電容器64上 泵浦，但是是相反的相位。泵電容器62、64上的泵浦被連接到節(jié)點Cl、C2，其有η-溝道晶 體管50、52作為交叉耦合負載。這形成了雙穩(wěn)態(tài)元件。[0051]當C3接地時，在泵電容器64另一側(cè)的節(jié)點C2就通過η_溝道晶體管52而被驅(qū)動 到VDC，n-溝道晶體管52的柵極通過泵電容器62而泵浦到更高，因為CA為高。然后當C3 從地電壓上升到VDC時，晶體管52斷開，節(jié)點C2被泵電容器64推高到VDD之上。因為C3 和C2都是高，CA是低，所以η-溝道放電晶體管58就關(guān)斷，ρ_溝道通過晶體管60就因為其 柵極上的低CA而接通，使得節(jié)點C2上的上升電壓通過而到達柵控信號NGA。[0052]當CA又上升時，η-溝道放電晶體管58接通，將柵控信號NGA拉到參考地電壓。高 的CA將斷開P-溝道通過晶體管60，隔離節(jié)點C2，防止其丟失電荷。因此節(jié)點C2可以在幾 個周期上都泵浦(pump up)。能得到的上升電壓電平取決于多個設(shè)計標準，如電容比、寄生 電容、晶體管尺寸、和由AC+、AC-確定的控制信號CA的頻率。[0053]P-溝道通過晶體管60的體端連接到節(jié)點VSUB，其可以由類似的電荷泵或升壓 電路產(chǎn)生，如復(fù)制的泵電容器62、64和晶體管50、52、54、56，那么復(fù)制的節(jié)點C2就是節(jié)點 VSUB。該復(fù)制電路還是由控制/[目號CA驅(qū)動。[0054]圖9是另一個使用共模參考的橋式電路。共模產(chǎn)生器160接收AC+、AC_并產(chǎn)生共模電VCM，如通過對電壓AC+、AC-在時間上進行濾波或平均化。比較器30的同相端不是從啟動二極管橋140接收參考地電壓，而是從共模產(chǎn)生器160接收共模電壓VCM。比較器30使用VCM，可以得到一個更精準的比較。
[0055]圖10是另一個橋式電路。添加隔直電容器86、88在AC+、AC-輸入端，以阻止直流信號。在AC+、AC-上只有交流信號能通過隔直電容器86、88。
【其他實施例】
[0056]發(fā)明人還想到了幾個其他實施例。例如，η-溝道晶體管可以代替P-溝道晶體管用于晶體管20、22、24、26和二極管接法晶體管40、42、44、46，以及相反(相補)的控制信號和電壓。
[0057]可以產(chǎn)生單獨的信號去驅(qū)動每個P-溝道晶體管20、22、24、26的柵極。也可以添加額外的升壓驅(qū)動器32、34用于單獨驅(qū)動?xùn)趴匦盘?。?nèi)部接地會關(guān)于參考地電壓或外部接地而浮動，當VSS并不正好等于外部接地時，P-溝道晶體管20、22、24、26會接通或斷開。當內(nèi)部接地是硬連線到外部接地或參考地電壓時，當P-溝道晶體管22、26不是在線性區(qū)域接通、但是在飽和區(qū)域有一個二極管電壓降時，可能會有一些偏壓情況。上升電壓的范圍可以調(diào)整，如向下振蕩到-1伏而不是O伏，以便完全接通晶體管22、26。而且，晶體管22里的寄生源極-體二極管可以接通以鉗住VSS到接近O伏。
[0058]比較器30可以連接到AC-而不是AC+。比較器30也可以不是和地電位相比較，而是使用另一個固定電壓作為 參考電壓作為比較器30的輸入。比較器30和升壓驅(qū)動器32、34可以連接到外部交流接地，或者連接到共模電壓、或者連接到參考地電壓、或者連接內(nèi)部接地VSS、或者連接到另一個電壓。可以有幾個內(nèi)部接地母線，如用于數(shù)字接地、模擬接地、I/O接地等。這些接地可以通過電阻或電容相互隔離，或者可以連接在一起，如接近一個接地引腳或外部連接。
[0059]雖然已經(jīng)描述了正弦波的交流輸入，但是交流輸入也可以是方波、不規(guī)則波、調(diào)制波、或者其他波形。這些波可以隨著周期不同而變化，例如當載有編碼信息時。
[0060]升壓驅(qū)動器32、34可以使用其他電荷泵電路或電壓提升方法。雖然已經(jīng)顯示了使用二極管接法晶體管40、42、44、46的全波二極管橋來提供啟動，但是也可以替換為半波整流器。也可以使用其他初始化方法。雖然已經(jīng)顯示了體連接(bulk connection),但是也可以替換為其他體連接，如連接所有襯底到一個固定電壓，該固定電壓例如來自一個襯底偏壓發(fā)生器(substrate-bias generator)?
[0061 ] 雖然已經(jīng)顯示了一個RFID裝置的應(yīng)用，但是該低電壓整流器也可以用于其他應(yīng)用，特別是那些有一個非常低的交流電壓作為輸入的應(yīng)用，不管該交流電壓最終是來自一個接收到的RF，還是其他頻率信號，或者來自其他來源。RFID裝置可以有其他不同于圖1顯示的方框圖。比較器30可以是一個運算放大器、一個差分放大器、一個電流導(dǎo)引放大器(current steering amplifier)、或者其他類型放大器。比較器30可以是一個具有較好輸出振蕩的高增益差分放大器，或者是其他類型的放大器或比較器。比較器30可以有一對P-溝道差分晶體管，每個都通過η-溝道晶體管諸如一個電流鏡而連接到地，一個P-溝道尾晶體管連接到VDD。
[0062]所顯示和描述的電壓僅僅是一個例子?？梢允褂闷渌麛?shù)值的AC+、AC-，其他晶體管特征和尺寸也可以導(dǎo)致其他數(shù)值的VDD、VDC、各種地電壓和內(nèi)部節(jié)點。電力電容器90、91可以是外部的或內(nèi)部的，而且可以包括寄生電容。
[0063]施加在P-溝道晶體管20、22、24、26柵極上的上升柵電壓是為了使這些晶體管在線性區(qū)域?qū)ǎ浒l(fā)生在當該柵電壓等于至少一個晶體管閾值電壓時，對于P-溝道晶體管來說，閾值要低于源極電壓和漏極電壓的最小值。由于二極管接法晶體管40、42、44、46的柵極和漏極連接在一起，所以它們在飽和區(qū)域?qū)āＲ部赡苡袝r間和條件使這些晶體管在其他模式上運行，如子閾值導(dǎo)通或在過渡期間。
[0064]因為一些工藝或過程，可以使用η溝道晶體管，而不是P溝道晶體管(或者相反)，而且因為各種目的，可以添加逆變器、緩存、電容器、電阻器、門、或其他組件在一些節(jié)點上，以便稍稍調(diào)整該電路。通過在前沿阻隔單元(leading-edge blocking units)中增加延遲線或通過控制延遲，可以調(diào)整時序。也可以添加脈沖產(chǎn)生器。比較器的反相輸入和同相輸入可以反轉(zhuǎn)，輸出的極性也反轉(zhuǎn)。啟用和停用所述電路可用額外晶體管或以其它方式實現(xiàn)?？商砑觽魉烷T晶體管或傳輸門以用于隔離。開關(guān)可以通過η溝道或P溝道晶體管來實施，或者通過并聯(lián)P溝道和η溝道晶體管的傳輸門來實施?？梢蕴砑虞斎腚娮杵骱?或電容器到AC+、AC-、或其他節(jié)點上，或使用更復(fù)雜的輸入濾波器。對于高電壓應(yīng)用，該橋可以使用橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)晶體管或微機電開關(guān)(MEMS)以及類似的控制機制。
[0065]比較器可以使用其他拓撲結(jié)構(gòu)，如折疊級聯(lián)，電流鏡，具有一差分對、折疊級聯(lián)或電流鏡作為第一階段的兩階段運算放大器，或者具有一差分對、折疊級聯(lián)或電流鏡作為第一階段的多階段運算放大器。雖然已經(jīng)顯示了一階段，但是可以使用兩階段或多階段，而且可以添加緩存、電平移動、時鐘、斷電、或其他階段。雖然已經(jīng)描述了具有P溝道差分晶體管的比較器，但是P溝道和η溝道晶體管可以互換，電路可以翻轉(zhuǎn)而使用η溝道差分晶體管、尾晶體管、和P溝道電流導(dǎo)引。偏壓電壓也可以調(diào)整。
[0066]本發(fā)明【背景技術(shù)】部分可含有關(guān)于本發(fā)明的問題或環(huán)境的背景信息而非描述其它現(xiàn)有技術(shù)。因此，在【背景技術(shù)】部分中包括材料并不是 申請人:承認現(xiàn)有技術(shù)。
[0067]本文中所描述的任何方法或工藝為機器實施或計算機實施的，且既定由機器、計算機或其它裝置執(zhí)行且不希望在沒有此類機器輔助的情況下單獨由人類執(zhí)行。所產(chǎn)生的有形結(jié)果可包括在例如計算機監(jiān)視器、投影裝置、音頻產(chǎn)生裝置和相關(guān)媒體裝置等顯示裝置上的報告或其它機器產(chǎn)生的顯示，且可包括也為機器產(chǎn)生的硬拷貝打印輸出。對其它機器的計算機控制為另一有形結(jié)果。
[0068]已出于說明和描述的目的呈現(xiàn)了對本發(fā)明實施例的先前描述。其不希望為詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精確形式。鑒于以上教示，許多修改和變型是可能的。希望本發(fā)明的范圍不受此詳細描述限制，而是由所附權(quán)利要求書限制。
【權(quán)利要求】
1.一個基于晶體管的橋式整流器，包括:第一交流輸入；第二交流輸入；一個啟動二極管橋，其連接在所述第一交流輸入和所述第二交流輸入之間，用于產(chǎn)生一個比較器電源電壓給一個比較器電源節(jié)點，并有一個參考接地節(jié)點；一個比較器，其從所述啟動二極管橋接收所述比較器電源電壓，所述比較器比較所述第一交流輸入和一個比較器參考值，以產(chǎn)生一個時序信號；第一升壓驅(qū)動器，其由所述時序信號控制，用于產(chǎn)生第一柵信號，所述第一柵信號被提升到一個電壓，該電壓高于所述第一交流輸入的峰值電壓；第二升壓驅(qū)動器，其由所述時序信號控制，用于產(chǎn)生第二柵信號，所述第二柵信號被提升到一個電壓，該電壓高于所述第一交流輸入的峰值電壓；第一前向晶體管，其晶體管柵極接收所述第一柵信號，用于在所述第一交流輸入和一個內(nèi)部電源節(jié)點之間傳導(dǎo)電流；第一反向晶體管，其晶體管柵極接收所述第二柵信號，用于在所述第一交流輸入和一個內(nèi)部接地節(jié)點之間傳導(dǎo)電流；第二前向晶體管，其晶體管柵極接收所述第二柵信號，用于在所述第二交流輸入和所述內(nèi)部電源節(jié)點之間傳導(dǎo)電流；第二反向晶體管，其晶體管柵極接收所述第一柵信號，用于在所述第二交流輸入和所述內(nèi)部接地節(jié)點之間傳導(dǎo)電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于晶體管的橋式整流器，其中所述啟動二極管橋還包括: 第一前向二極管接法晶體管，其晶體管柵極連接到晶體管源極/漏極節(jié)點，用于在所述第一交流輸入和所述比較器電源節(jié)點之間傳導(dǎo)電流；第一反向二極管接法晶體管，其晶體管柵極連接到晶體管源極/漏極節(jié)點，用于在所述第一交流輸入和所述參考接地節(jié)點之間傳導(dǎo)電流；第二前向二極管接法晶體管，其晶體管柵極連接到晶體管源極/漏極節(jié)點，用于在所述第二交流輸入和所述比較器電源節(jié)點之間傳導(dǎo)電流；第二反向二極管接法晶體管，其晶體管柵極連接到晶體管源極/漏極節(jié)點，用于在所述第二交流輸入和所述參考接地節(jié)點之間傳導(dǎo)電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于晶體管的橋式整流器，其中所述比較器、所述第一升壓驅(qū)動器、所述第二升壓驅(qū)動器都由所述比較器電源電壓供電，并從所述啟動二極管橋接收所述參考接地節(jié)點。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于晶體管的橋式整流器，其中所述比較器參考值是由所述啟動二極管橋產(chǎn)生的所述參考接地節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基 于晶體管的橋式整流器，還包括:一個共模產(chǎn)生器，其接收所述第一交流輸入和所述第二交流輸入，并產(chǎn)生一個共模電壓，所述共模電壓是所述第一交流輸入和所述第二交流輸入的平均值；其中所述比較器參考值是由所述共模產(chǎn)生器產(chǎn)生的所述共模電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于晶體管的橋式整流器，其中所述第一前向晶體管是一個 P-溝道晶體管；其中所述第一反向晶體管是一個P-溝道晶體管；其中所述第二前向晶體管是一個P-溝道晶體管；其中所述第二反向晶體管是一個P-溝道晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于晶體管的橋式整流器，其中所述第一前向晶體管是一個 P-溝道晶體管，其襯底連接到所述內(nèi)部電源節(jié)點；其中所述第一反向晶體管是一個P-溝道晶體管，其襯底連接到所述第一交流輸入； 其中所述第二前向晶體管是一個P-溝道晶體管，其襯底連接到所述內(nèi)部電源節(jié)點； 其中所述第二反向晶體管是一個P-溝道晶體管，其襯底連接到所述第二交流輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于晶體管的橋式整流器，其中所述第一前向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管；其中所述第一反向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管；其中所述第二前向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管；其中所述第二反向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于晶體管的橋式整流器，其中所述第一前向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管，其晶體管柵極連接到所述比較器電源節(jié)點；其中所述第一反向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管，其晶體管柵極連接到所述第一交流輸入；其中所述第二前向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管，其晶體管柵極連接到所述比較器電源節(jié)點；其中所述第二反向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管，其晶體管柵極連接到所述第二交流輸入。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于晶體管的橋式整流器，其中所述第一前向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管，其襯底連接到所述比較器電源節(jié)點；其中所述第一反向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管，其襯底連接到所述第一交流輸入；其中所述第二前向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管，其襯底連接到所述比較器電源節(jié)點；其中所述第二反向二極管接法晶體管是一個P-溝道晶體管，其襯底連接到所述第二交流輸入。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于晶體管的橋式整流器，其中所述時序信號包括一個真時序信號和一個補時序信號；其中所述真時序信號連接到所述第一升壓驅(qū)動器，所述補時序信號連接到所述第二升壓驅(qū)動器。
12.—個晶體管整流器，包括:一對交流電壓輸入，其有第一相位和第二相位；一個比較器，用于比較其中一個交流輸入和一個參考值；第一升壓器，其由所述比較`器控制，用于產(chǎn)生第一柵信號，其在一個提升的電壓和一個地電壓之間交替，所述提升的電壓高于所述一對交流電壓輸入的峰值電壓；第二升壓器，其由所述比較器控制，用于產(chǎn)生第二柵信號，其在一個提升的電壓和所述地電壓之間交替，所述提升的電壓高于所述一對交流電壓輸入的峰值電壓；第一晶體管，其柵極由所述第一柵信號控制以在所述第一相位期間傳導(dǎo)，而在所述第二相位期間被切換以隔離，所述第一晶體管在所述第一相位期間在第一交流電壓輸入和一個內(nèi)部電源節(jié)點之間傳導(dǎo)；第二晶體管，其柵極由所述第一柵信號控制以在所述第一相位期間傳導(dǎo)，而在所述第二相位期間被切換以隔離，所述第二晶體管在所述第一相位期間在一個內(nèi)部接地節(jié)點和第二交流電壓輸入之間傳導(dǎo)；第三晶體管，其柵極由所述第二柵信號控制以在所述第二相位期間傳導(dǎo)，而在所述第一相位期間被切換以隔離，所述第三晶體管在所述第二相位期間在所述第二交流電壓輸入和所述內(nèi)部電源節(jié)點之間傳導(dǎo)；第四晶體管，其柵極由所述第二柵信號控制以在所述第二相位期間傳導(dǎo)，而在所述第一相位期間被切換以隔離，所述第四晶體管在所述第二相位期間在所述內(nèi)部接地節(jié)點和所述第一交流電壓輸入之間傳導(dǎo)；第一二極管接法晶體管，其柵極和漏極連接在一起，用于在所述第一交流電壓輸入和一個比較器電源節(jié)點之間傳導(dǎo)；第二二極管接法晶體管，其柵極和漏極連接在一起，用于在所述第一相位期間在一個比較器接地節(jié)點和所述第二交流電壓輸入之間傳導(dǎo)；第三二極管接法晶體管，其柵極和漏極連接在一起，用于在所述第二相位期間在所述第二交流電壓輸入和所述比較器電源節(jié)點之間傳導(dǎo)；第四二極管接法晶體管，其柵極和漏極連接在一起，用于在所述第二相位期間在所述比較器接地節(jié)點和所述第一交流電壓輸入之間傳導(dǎo)；由此，所述比較器電源節(jié)點是作為所述比較器的電源輸入而連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的晶體管整流器，其中所述比較器電源節(jié)點是作為所述第一升壓器和所述第二升壓器的電源輸入而連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的晶體管整流器，還包括:一個接地輸入到所述比較器、到所述第一升壓器、和到所述第二升壓器，所述接地輸入連接到所述比較器接地節(jié)點。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶體管整流器，其中所述第一、第二、第三和第四晶體管每個都是P-溝道晶體管；其中所述第一、第二、第三和第四二極管接法晶體管每個都是P-溝道晶體管。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的晶體管整流器，其中到所述比較器的所述參考值是所述比較器接地節(jié)點。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的晶體管整流器，還包括:一個共模產(chǎn)生器，其接收所述一對交流電壓輸入并產(chǎn)生一個共模電壓，所述共模電壓是所述一對交流電壓輸入的平均值；其中到所述比較器的所述參考值是所述共模產(chǎn)生器產(chǎn)生的所述共模電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的晶體管整流器，其中所述第一晶體管還包括一個襯底節(jié)點，其連接到所述內(nèi)部電源節(jié)點；其中所述第二晶體管還包括 一個襯底節(jié)點，其連接到所述第二交流電壓輸入；其中所述第三晶體管還包括一個襯底節(jié)點，其連接到所述內(nèi)部電源節(jié)點；其中所述第四晶體管還包括一個襯底節(jié)點，其連接到所述第一交流電壓輸入；其中所述第一二極管接法晶體管還包括一個襯底節(jié)點，其連接到所述比較器電源節(jié)占.其中所述第二二極管接法晶體管還包括一個襯底節(jié)點，其連接到所述第二交流電壓輸入;其中所述第三二極管接法晶體管還包括一個襯底節(jié)點，其連接到所述比較器電源節(jié)占.其中所述第四二極管接法晶體管還包括一個襯底節(jié)點，其連接到所述第一交流電壓輸入。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的晶體管整流器，還包括:一個電力電容器，其連接在所述內(nèi)部電源節(jié)點和所述內(nèi)部接地節(jié)點之間；其中所述內(nèi)部電源節(jié)點有一個平均的電源電壓，其大約是低于所述一對交流電壓輸入峰值電壓的一個晶體管閾值；其中所述提升的電壓是高于所述峰值電壓的至少一個晶體管閾值。
20.一個全波晶體管橋式整流器，包括:交流輸入裝置，用于接收一個交流(AC)信號，其在第一 AC線路和第二 AC線路之間，所述AC信號有一個峰值電壓；比較裝置，用于比較所述第一 AC線路上的第一 AC電壓和一個參考電壓；第一電壓提升裝置，其由所述比較裝置控制，用于產(chǎn)生第一柵信號，所述柵信號在一個提升的電壓和一個地電壓之間交替，所述提升的電壓高于所述峰值電壓；第二電壓提升裝置，其由所述比較裝置控制，用于產(chǎn)生第二柵信號，所述柵信號在一個提升的電壓和一個地電壓之間交替，所述提升的電壓高于所述峰值電壓；第一晶體管裝置，其由所述第一柵信號控制，用于在所述AC信號的第一相位期間傳導(dǎo)，在所述AC信號的第二相位期間隔離，所述第一晶體管裝置在所述第一相位期間在所述第一 AC線路和一個內(nèi)部電源節(jié)點之間傳導(dǎo)；第二晶體管裝置，其由所述第一柵信號控制，用于在所述第一相位期間傳導(dǎo)，在所述第二相位期間隔離，所述第二晶體管裝置在所述第一相位期間在一個內(nèi)部接地和所述第二 AC 線路之間傳導(dǎo)；第三晶體管裝置，其由所述第二柵信號控制，用于在所述第二相位期間傳導(dǎo)，在所述第一相位期間隔離，所述第三晶體管裝置在所述第二相位期間在所述第二 AC線路和所述內(nèi)部電源節(jié)點之間傳導(dǎo)；第四晶體管裝置，其由所述第二柵信號控制，用于在所述第二相位期間傳導(dǎo)，在所述第一相位期間隔離，所述第四晶體管裝置在所述第二相位期間在所述內(nèi)部接地和所述第一 AC 線路之間傳導(dǎo)；第一二極管接法晶體管裝 置，其柵極和漏極連接在一起，用于在所述第一相位期間在所述第一 AC線路和所述比較器電源節(jié)點之間傳導(dǎo)；第二二極管接法晶體管裝置，其柵極和漏極連接在一起，用于在所述第一相位期間在一個比較器接地和所述第二 AC線路之間傳導(dǎo)；第三二極管接法晶體管裝置，其柵極和漏極連接在一起，用于在所述第二相位期間在所述第二 AC線路和所述比較器電源節(jié)點之間傳導(dǎo)；第四二極管接法晶體管裝置，其柵極和漏極連接在一起，用于在所述第二相位期間在所述比較器接地和所述第一 AC線路之間傳導(dǎo)；由此，所述比較器裝置 是由所述比較器電源節(jié)點供電，并接收所述比較器接地。
【文檔編號】H02M7/219GK103560686SQ201310060307
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】鄺國權(quán), 王俊輝, 潘良齡, 溫皓明 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司