低电压高效CMOS整流器在低功耗无电池系统中的应用

论文摘要

随着微电子技术的发展，高性能低功耗的无电池系统在现代医学、物联网等领域起到了越来越重要的作用，例如：内部血压测试、器官状态监测、心脏起搏器移植、野外建筑物监测等应用。这些器件对尺寸的要求非常严格，器件的体积和面积要足够小以满足生物移植的需要，同时低电压、低功耗也是延长器件使用寿命的条件之一。由于在以上设备中无一例外的是将交流电转化为直流电供给后续系统，而在转化过程中，整流器又是极其重要的一部分，它的效率高低将直接决定着整个系统的效率以及后续系统的供电电压大小。无电池系统中，系统的供电电压一般都很低，从而使得传统的二极管整流器不能在此类系统中应用。因此，低电压整流器的开发就显得异常重要。论文提出了一种应用于无电池系统中的低电压高效CMOS全波整流器。通过引入一个简单的低工作电压比较器控制开关，整流器的输入电压被削减到0.7V（使用0.18微米工艺）。与较早前的研究相比，本结构将比较器的数量由原来的两个降到一个，大大降低了电路整体功耗和成本。为了遏制减小反向电流的发生，电路使用非对称结构，将比较器的控制效率最大化。整流器的电压转换效率高达93%，能量转换效率达到87%，芯片面积仅为0.21mm2，以上指标均高于此前各项研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 应用背景及研究意义
• 1.2 国内外发展历史及现状
• 1.3 论文的研究内容及结构安排
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 结构安排
• 第二章 整流器基本组成和工作原理分析
• 2.1 整流二极管和MOS 管工作原理
• 2.1.1 整流二极管工作原理
• 2.1.2 MOS 管工作原理
• 2.2 整流器工作原理
• 2.2.1 传统半波整流器和全波整流器
• 2.2.2 MOS 管二极管混合整流器
• 2.2.3 MOS 管集成整流器
• 2.3 各整流器优缺点分析
• 2.3.1 各整流器优缺点分析
• 2.3.2 改进分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 负电压转换器
• 3.1 负电压转换器结构介绍
• 3.2 负电压转换器工作原理分析及仿真
• 3.3 本章小结
• 第四章 新型低电压高效整流器
• 4.1 新型低电压整流器结构介绍
• 4.2 新型低电压主动二极管
• 4.3 反向电流研究和电流补偿解决方案
• 4.4 整流器最小工作电压分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 电路仿真结果及比较
• 5.1 最小输入电压和电压转换效率
• 5.2 能量利用率
• 5.3 同工艺不同条件下的性能比较
• 5.4 低频性能分析
• 5.5 同类电路性能比较
• 5.6 本章小结
• 第六章 电路流片版图设计
• 6.1 版图设计的分析
• 6.2 大尺寸MOS 管的设计
• 6.3 主动二极管部分的设计
• 6.4 本章小结
• 第七章 研究工作回顾及展望
• 7.1 研究工作回顾
• 7.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文