CN108092530B - 无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的交流直流转换器 - Google Patents

无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的交流直流转换器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的交流直流转换器，通过所述交流直流转换器，既能够采用MOSFET来实现转换器电路并同时对MOSFET的阈值电压进行补偿，而且还能够实现更加精细的阈值补偿，由此降低成本并满足更多应用场合的阈值电压要求。此外，通过所述交流直流转换器，省去了用于对转换器两端的MOSFET进行阈值电压补偿的附加补偿电路，由此减少为了补偿阈值电压所需的补偿器件、如二极管、MOSFET等等的数目，从而降低了电路设计和制造成本。

Description

无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的交流直流转 换器
技术领域
本发明总体上涉及电子电路领域，更具体而言涉及一种无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的交流直流转换器。
背景技术
用于将交流信号转换成直流电流或电压的交流直流转换器广泛地应用于各个领域、如电源领域、汽车领域、清洁能源领域等等。随着应用领域不同，交流直流转换器的结构和功能往往差异较大。
在射频或微波能量收集领域，交流直流转换器的任务是，将射频或微波信号转换成直流电压，并在此过程中，对输入信号的电压进行放大。
在现有技术中，常常采用多级电容加二极管的结构来实现交流直流转换，其中每个整流放大级各具有一个电容和一个二极管，各个整流放大级逐级连接，其中通过对各个整流放大级的电容进行充电来实现逐级电压放大。但是这样的电路的缺点在于，二极管成本较高且体积较大，从而造成这样的电路成本高、集成度低。
随着半导体技术的技术进步，在交流直流转换电路中出现了用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)代替二极管的趋势。MOSFET具有低成本、高集成度的优点，因此这样的交流直流转换器在成本和集成度上较二极管而言具有较大优势。但是与二极管不同，MOSFET具有导通阈值电压(后简称阈值电压)，即栅极源极电压必须高于某个阈值，MOSFET才能导通。例如，即使在诸如40nm、28nm之类的先进工艺中，阈值电压也在300mV左右。这样的阈值电压与射频或微波输入电压相比通常较高，使得采用MOSFET的交流转换电路不能工作在低电压工作点，由此造成其灵敏度较低，严重影响其应用范围和效率。
随着对这个问题的深入研究，在现有技术中也曾出现过解决阈值电压问题的尝试。
例如，从中国专利公开CN105610332A中公开了一种基于CMOS工艺的阈值电压自补偿的RFDC转换器，该电路为N级、跨M级电路结构，其中相邻级采用互补的MOSFET，其原理是，所有的nMOSFET的栅极电压都偏置在与其向前相距M级的电容上，由于nMOSFET的阈值电压是正值，因此所有nMOSFET更容易开启；同时，所有的pMOSFET的栅极电压都偏置在于其向后相距M级的电容上，由于pMOSFET的阈值电压是负值，所有pMOSFET更容易开启。该栅极偏置方案的缺点在于，阈值电压补偿值较大且较为固定，不能满足许多应用场合的精细阈值电压补偿的要求，例如对于一个N级K阶的栅极阈值电压补偿的射频直流转换器，其每一级的阈值电压补偿的值ΔVTH为：
其中VOUT是电路的输出电压。从上面可以得知，栅极偏置方案的阈值电压补偿值为至(其中K为整数)，这样的阈值补偿值显然较为粗略和单一，不能实现精细的阈值补偿，因此不能应用于许多需要更精细的阈值补偿的应用场合。此外，这样的电路还具有缺点在于，最初的M个整流放大级的nMOSFET的栅极需要连接到向前相距M级的整流放大级的电容上，而这些整流放大级已经超出了原本的n个整流放大级，因此该电路还需要附加的M个整流放大级以用于补偿前M个nMOSFET的阈值电压，这增大了电路成本和体积。
发明内容
从现有技术出发，本发明的任务是提供一种无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的交流直流转换器，通过所述交流直流转换器，既能够采用MOSFET来实现转换器电路并同时对MOSFET的阈值电压进行补偿，而且还能够实现更加精细的阈值补偿，由此降低成本并满足更多应用场合的阈值电压要求。此外，通过所述交流直流转换器，省去了用于对转换器两端的MOSFET进行阈值电压补偿的附加补偿电路，由此减少为了补偿阈值电压所需的补偿器件、如二极管、MOSFET等等的数目，从而降低了电路设计和制造成本。
根据本发明，该任务通过一种具有栅极偏置和衬底偏置的交流直流转换器来解决，该转换器包括n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)，n为大于1的整数，所述n个整流放大级的电压依次升高或依次降低，每个整流放大级(T1，T2，…，Tn)各包括一个电容(C1，C2，…，Cn)和一个二极管(M1，M2，…，Mn)；
如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)，则所述nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的衬底连接到第一补偿节点，所述第一补偿节点为比当前整流放大级的电压高的整流放大级中的电容与二极管之间的节点，并且所述nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的栅极连接到第二补偿节点，所述第二补偿节点为比当前整流放大级的电压高的整流放大级中的电容与二极管之间的节点；
如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mn)，则所述pMOSFET(M1，M2，…，Mn)的衬底连接到第三补偿节点，所述第三补偿节点为比当前整流放大级的电压低的整流放大级中的电容与二极管之间的节点，并且所述pMOSFET(M1，M2，…，Mn)的栅极连接到第四补偿节点，所述第四补偿节点为比当前整流放大级的电压低的整流放大级中的电容与二极管之间的节点；
其中当n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)的电压依次升高时，则n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)中的前q个整流放大级(T1，T2，…，Tp)的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mp)并且后m个整流放大级(T1，T2，…，Tm)的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mm)，并且当n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)的电压依次降低时，则n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)中的前q个整流放大级(T1，T2，…，Tq)的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mp)并且后m个整流放大级(T1，T2，…，Tm)的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)，其中1≤q<n且q为正整数，并且1≤m<n且m为正整数。
在本发明的一个优选方案中规定，n个整流放大级的电压依次升高，并且第1个至第n-m个整流放大级(T1，T2，…，Tn-m)各包括一个电容(C1，C2，…，Cn-m)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn-m)并且第n-m+1个至第n个整流放大级(Tn-m+1，Tn-m+2，…，Tn)各包括一个电容(Cn-m+1，Cn-m+2，…，Cn)和一个p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mn-m+1，Mn-m+2，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于2的整数，并且其中所有nMOSFET(M1，M2，…，Mn-m)漏极(D)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn-m)的正极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn-m)的负极，并且其中所有pMOSFET(Mn-m+1，Mn-m+2，…，Mn)的漏极(D)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mn-m+1，Mn-m+2，…，Mn)的负极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mn-m+1，Mn-m+2，…，Mn)的正极；
其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤n-m且i为整数：
a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi)的负极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi)的负极连接；
b.第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi)的负极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+1)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi+1)的正极连接，其中第1个整流放大级(T1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1)的正极与地(GND)连接；以及
c.第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的衬底(B)与第i+k个整流放大级(Ti+k)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+k)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi+k)的负极连接，使得第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的阈值电压降低，其中1≤k≤m且k为整数，并且第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的栅极(G)与第i+p个整流放大级(Ti+p)的nMOSFET(Mi+p)或pMOSFET(Mi+p)的负极连接，1≤p<m且p为整数；
其中对于第j个整流放大级(Tj),有下列连接关系成立，其中n-m+1≤j≤n且j为整数：
a.当j为奇数时，第j个整流放大级(Tj)的电容(Cj)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Tj)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj)的负极连接，并且当j为偶数时，第j个整流放大级(Tj)的电容(Cj)的一端与地(GND)连接，另一端与第j个整流放大级(Tj)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj)的负极连接；
b.第j个整流放大级(Tj)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj)的负极与第j+1个整流放大级(Tj+1)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj+1)的正极连接；以及
c.第j个整流放大级(Tj)的pMOSFET(Mj)的衬底(B)与第j-k个整流放大级(Tj-k)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj-k)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj-k)负极连接，使得第j个整流放大级(Tj)的pMOSFET(Mj)的阈值电压降低，其中1≤k≤m且k为整数，并且第j个整流放大级(Tj)的pMOSFET(Mj)的栅极(G)与第j-p个整流放大级(Tj-p)的nMOSFET(Mj-p)或pMOSFET(Mj-p)的负极连接，1≤p<m且p为整数。
通过该优选方案，可以在正向交流直流转换器的情况下在全部整流放大级的k都相同时，实现所有的MOSFET具有相同的电压补偿数值，从而可以为整个电路使用相同规格、如具有相同阈值电压的MOSFET；而在整流放大级的k各不相同时，可以为不同整流放大级的MOSFET实现不同的阈值电压补偿数值。此外，可以实现更为精细的阈值电压补偿。
在本发明的另一优选方案中规定，n个整流放大级的电压依次降低，并且第1个至第q个整流放大级(T1，T2，…，Tq)各包括一个电容(C1，C2，…，Cq)和一个p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mp)并且第q+1个至第n个整流放大级(Tq+1，Tq+2，…，Tn)各包括一个电容(Cq+1，Cq+2，…，Cn)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mq+1，Mq+2，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于2的整数，并且其中所有pMOSFET(M1，M2，…，Mq)的漏极(D)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mp)的负极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mq)的正极，并且其中所有nMOSFET(Mq+1，Mq+2，…，Mn)的漏极(D)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mq+1，Mq+2，…，Mn)的正极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mq+1，Mq+2，…，Mn)的负极；
其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤q且i为整数：
a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi)的正极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi)的正极连接；
b.第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi)的正极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+1)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi+1)的负极连接，其中第1个整流放大级(T1)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1)的负极与地(GND)连接；以及
c.第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的衬底(B)与第i+k个整流放大级(Ti+k)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+k)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi+k)的正极连接，使得第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的阈值电压降低,其中1≤k≤q且k为整数，并且第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的栅极(G)与第i+p个整流放大级(Ti+p)的nMOSFET(Mi+p)或pMOSFET(Mi+p)的正极连接，1≤p≤q且p为整数；
其中对于第j个整流放大级(Tj),有下列连接关系成立，其中q+1≤j≤n且j为整数：
a.当j为奇数时，第j个整流放大级(Tj)的电容(Cj)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Tj)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj)的正极连接，并且当j为偶数时，第j个整流放大级(Tj)的电容(Cj)的一端与地(GND)连接，另一端与第j个整流放大级(Tj)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj)的正极连接；
b.第j个整流放大级(Tj)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj)的正极与第j+1个整流放大级(Tj+1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj+1)的负极连接；以及
c.第j个整流放大级(Tj)的nMOSFET(Mj)的衬底(B)与第j-k个整流放大级(Tj-k)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj-k)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj-k)正极连接，使得第j个整流放大级(Tj)的nMOSFET(Mj)的阈值电压降低，其中1≤k≤q且k为整数，并且第j个整流放大级(Tj)的nMOSFET(Mj)的栅极(G)与第j-p个整流放大级(Tj-p)的nMOSFET(Mj-p)或pMOSFET(Mj-p)的正极连接，1≤p≤q且p为整数。
通过该方案，可以在负向交流直流转换器的情况下在全部整流放大级的k都相同时，实现所有的MOSFET具有相同的电压补偿数值，从而可以为整个电路使用相同规格、如具有相同阈值电压的MOSFET；而在整流放大级的k各不相同时，可以为不同整流放大级的MOSFET实现不同的阈值电压补偿数值。
在本发明的又一优选实施方式中规定，q+m＜n，q+1至m-1个整流放大级的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET，或q+1至m-1个整流放大级的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET。通过该优选方案，可以在中间的整流放大级中灵活地使用nMOSFET和pMOSFET，从而提高电路设计的灵活度。
在本发明的另一扩展方案中规定，每个整流放大级各包括一个电容和一个二极管。通过该优选方案，可以将每个整流放大级的元器件数目保持在最低。
在本发明的一个扩展方案中规定，n个整流放大级的电压依次升高，并且第1个至第q个整流放大级(T1，T2，…，Tq)各包括一个电容(C1，C2，…，Cq)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mq)，并且第m个至第n个整流放大级(Tm，Tm+1，…，Tn)各包括一个电容(Cm，Cm+1，…，Cn)和一个p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mm，Mm+1，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于3的整数，并且其中所有nMOSFET的漏极(D)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET的正极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET的负极，并且其中所有pMOSFET的漏极(D)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET的负极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET的正极；
其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤n：
a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极连接；
b.第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的二极管的负极连接，其中第1个整流放大级(T1)的二极管的负极与地(GND)连接。
通过该优选方案，可以在中间的整流放大级中灵活地使用nMOSFET和pMOSFET，从而提高电路设计的灵活度。
在本发明的另一扩展方案中规定，n个整流放大级的电压依次降低，并且第1个至第q个整流放大级(T1，T2，…，Tq)各包括一个电容(C1，C2，…，Cq)和一个p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mq)并且第m+1个至第n个整流放大级(Tm+1，Tm+2，…，Tn)各包括一个电容(Cm+1，Cm+2，…，Cn)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mm+1，Mm+2，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于3的整数，并且其中所有pMOSFET的漏极(D)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET的负极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET的正极，并且其中所有nMOSFET的栅漏极(D)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET的正极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET的负极；
其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤n且i为整数：
a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极连接；
b.第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的二极管的负极连接，其中第1个整流放大级(T1)的二极管的负极与地(GND)连接。
通过该优选方案，可以在中间的整流放大级中灵活地使用nMOSFET和pMOSFET，从而提高电路设计的灵活度。
在本发明的一个扩展方案中规定，所述交流输入电压(ACIN)是射频输入电压或者微波输入电压。本发明的方案不仅可以应用于一般性的交流直流转换应用，而且尤其是适用于需要进行电压放大的交流直流转换应用、例如射频能量、微波能量转换。
本发明还涉及一种全波射频直流转换器，其具有根据本发明的正向(即各级放大级的电压逐渐升高)交流直流转换电路和/或根据本发明的负向(即各级放大级的电压逐渐降低)交流直流转换电路。
附图说明
下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本发明。
图1示出了根据本发明的无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的正向交流直流转换器的实施例；以及
图2示出了根据本发明的无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的负向交流直流转换器的实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的正向交流直流转换器100的实施例。其特点在于，首先，该电路100为正向交流直流转换电路，即各个整流放大级的电压逐级升高，其次，该电路100为K阶衬底阈值电压补偿、P阶栅极电压补偿。因此，电路100为具有N级P阶栅极阈值电压补偿、K阶衬底阈值电压补偿的正向射频直流转换器的电路。在此应当指出，尽管在此输入电压被示为射频输入电压(RFIN)，但是这仅仅是示例性的，在其它实施例中，输入电压也可以为其它交变电压、例如微波电压、电网交变电压等等。
电路100的电路结构如下：
栅极阈值电压补偿的阶数为P，衬底阈值电压补偿的阶数为K，K>P(K≤P的情况见后面)；
电路的nMOSFET的数目由K和P中较大的一个决定，所以前K级由nMOSFET构成；
电路共有N级，一共由N个MOSFET和N个电容构成；
前K级的MOSFET包括nMOSFET，后(N-K)级包括pMOSFET；
所有的nMOSFET的漏极作为二极管的正极，源极作为二极管的负极；
所有的pMOSFET的漏极作为二极管的负极，源极作为二极管的正极；
M(1)二极管，其正极接地，负极与二极管M(2)的正极相连，
M(2)二极管，其正极与M(1)的负极相连，负极与二极管M(3)的正极相连，
依此类推……
M(N-1)二极管，其正极与M(N-2)的负极相连，负极与二极管M(N)的正极相连；
奇数编号的电容C(1)、C(3)、C(5)…的一端与输入信号RFIN相连，另一端分别连在对应编号的MOSFET组成的二极管的负极；
偶数编号的电容C(2)、C(4)、C(6)…的一端与地相连，另一端分别连在对应编号的MOSFET组成的二极管的负极；
栅极阈值电压补偿的实现：
nMOSFET的栅极补偿；
M(1)的栅极与M(P+1)的负极连接；
M(2)的栅极与M(P+2)的负极连接；
以此类推……
M(K-1)的栅极与M(K+P-1)的负极连接；
M(K)的栅极与M(K+P)的负极连接；
pMOSFET的栅极补偿
M(K+1)的栅极与M(K-P+1)的负极连接；
M(K+2)的栅极与M(K-P+2)的负极连接；
以此类推……
M(N)的栅极与M(N-P)的负极连接；
其中前K级的MOSFET必须是nMOSFET，后N-K级可以是pMOSFET或(pMOSFET+nMOSFET)的混合，只要N-K级中任一MOS能找到对应的偏置级，具体为：对于pMOSFET而言要找到小K级的MOSFET的负极，而对于nMOSFET而言要找到大K级的MOSFET的负极；由于K>P所以此时后N-K级中的MOSFET一定满足栅极偏置需求。
如果K<P，则NMOSFET的数量由P决定，此时前P级为NMOSFET，后(N-P)为PMOSFET组成；
其中前P级的MOSFET必须是NMOSFET，后N-P级可以是pMOSFET或(pMOSFET+nMOSFET)的混合，只要N-P级中任一MOS能找到对应的偏置级，具体与pMOSFET要找到比较小P级的MOSFET的负极，nMOSFET要找到比较大的P级的MOSFET的负极；由于P>K所以此时后N-P级中的MOSFET一定满足衬底偏置需求。
如果K＝P则，则nMOSFET的数量由P或K决定，此时前P级包括nMOSFET，后(N-P)或(N-K)包括pMOSFET组成；
其中前K或P级的MOSFET必须是nMOSFET，后(N-K)或(N-P)级可以是pMOSFET或(pMOSFET+nMOSFET)的混合，只要(N-K)或(N-P)级中任一MOSFET能找到对应的偏置级，具体为：对于pMOSFET而言要找到低K级或P级的MOSFET的负极，而对于nMOSFET而言要找到大K级或P级的MOSFET的负极。
图2示出了根据本发明的无需附加补偿电路的具有栅极偏置和衬底偏置的负向交流直流转换器100的实施例。其特点在于，首先，该电路100为负向交流直流转换电路，即各个整流放大级的电压逐级降低，其次，该电路100为K阶衬底阈值电压补偿、P阶栅极电压补偿。因此，电路100为具有N级P阶栅极阈值电压补偿、K阶衬底阈值电压补偿的负向射频直流转换器的电路。在此应当指出，尽管在此输入电压被示为射频输入电压(RFIN)，但是这仅仅是示例性的，在其它实施例中，输入电压也可以为其它交变电压、例如微波电压、电网交变电压等等。
电路100的结构如下：
栅极阈值电压补偿的阶数为P，衬底阈值电压补偿的阶数为K，K>P；
电路的pMOSFET的数由K和P中较大的一个决定，所以前K级由pMOSFET构成.
电路共有N级，一共由N个MOSFET和N个电容构成
前K级的MOSFET是pMOSFET，后(N-K)级由nMOSFET组成
所有的nMOSFET的漏极作为二极管的正极，源极作为二极管的负极；
所有的pMOSFET的漏极作为二极管的负极，源极作为二极管的正极；
M(1)二极管，其负端接地，正端与二极管M(2)的负端相连，
M(2)二极管，其负端与M(1)的正端相连，正端与二极管M(3)的负端相连，
依此类推……
M(N-1)二极管，其负端与M(N-2)的正端相连，正端与二极管M(N)的负端相连
奇数编号的电容C(1)、C(3)、C(5)…的一端与输入信号RFIN相连，另一端分别连在对应编号的MOS组成的二极管的负端；
偶数编号的电容C(2)、C(4)、C(6)…的一端与地相连，另一端分别连在对应编号的MOSFET组成的二极管的负端；
栅极阈值电压补偿的实现：
pMOSFET的栅极补偿：
M(1)的栅极与M(P+1)的正极连接；
M(2)的栅极与M(P+2)的正极连接；
以此类推……
M(K-1)的栅极与M(K+P-1)的正极连接；
M(K)的栅极与M(K+P)的正极连接；
nMOSFET的栅极补偿：
M(K+1)的栅极与M(K-P+1)的正极连接；
M(K+2)的栅极与M(K-P+2)的正极连接；
以此类推……
M(N)的栅极与M(N-P)的正极连接；
其中前K级的MOSFET必须是pMOSFET，后N-K级可以是nMOSFET或(pMOSFET+nMOSFET)的混合，只要N-K级中任一MOS能找到对应的偏置级，具体与pMOSFET要找到比较大K级的MOS的正极，nMOSFET要找到比较小的K级的MOSFET的正极；由于K>P所以此时后N-K级中的MOSFET一定满足栅极偏置需求。
如果K<P，则pMOSFET的数量由P决定，此时前P级为pMOSFET，后(N-P)为nMOSFET组成；
其中前P级的MOSFET必须是PMOSFET，后N-P级可以是nMOSFET或(pMOSFET+nMOSFET)的混合，只要N-P级中任一MOSFET能找到对应的偏置级，具体与pMOSFET要找到比较大P级的MOS的正极，nMOSFET要找到比较小的P级的MOSFET的正极；由于P>K所以此时后N-P级中的MOSFET一定满足衬底偏置需求。
如果K＝P则，则nMOSFET的数量由P或K决定，此时前P级为nMOSFET，后(N-P)或(N-K)为pMOSFET组成；
其中前K或P级的MOSFET必须是pMOSFET，后(N-K)或(N-P)级可以是nMOSFET或(pMOSFET+nMOSFET)的混合，只要(N-K)或(N-P)级中任一MOSFET能找到对应的偏置级，具体与pMOSFET要找到比较大K或P级的MOSFET的正极，nMOSFET要找到比较小的K或P级的MOSFET的正极。
本发明至少具有下列优点：
(1)该电路100可以降低阈值电压本身，由此总体上降低了对电路的电压的要求，由此提高电路的灵敏度和效率，这是基于本发明人的如下独特洞察：
(a)对于MOSFET而言，如果源极S的电压与衬底(或称基极)B的电位不同，则会出现衬底效应，衬底效应主要影响MOSFET的阈值电压；假设在源极S与衬底B的电压(即二者之间的电压差为零)相同时的阈值电压为VTH0，γ为衬底效应系数，则在源极S与衬底B之间的电压差不为零而为VSB时，阈值电压VTH可以表示为：
其中是平带电压。通常在单阱工艺中，VSB一般大于0，所以在考虑衬底效应时，阈值电压通常会增大。但是在先进工艺、例如三阱或者深阱工艺中，衬底B可以接任意电压，这不仅使得电路的设计更灵活，而且对于nMOSFET管而言，通过将其衬底B偏置在比源极S更高的电压，可以使VSB为负数，由此导致上式的右边第2个项为负数，使得nMOSFET的阈值电压VTH反而会比VTH0小，从而通过降低阈值电压来实现阈值电压补偿。
(b)此外，在正向的交流直流转换器(如正向射频直流转换器)中，由于直流电压是逐步上升的，因此针对nMOSFET，可以将其衬底端电压偏置在比其源极更高的电压、即偏置在后一级或往后多级的电容或MOSFET上，由此可实现阈值电压的降低，而针对pMOSFET，可以将其衬底端电压偏置在比其源极更低的电压、即偏置在前一级或往前多级的电容或MOSFET上，由此可实现阈值电压的降低。
而在负向的交流直流转换器(如负向射频直流转换器)中，由于直流电压是逐步下降的，因此针对nMOSFET，可以将其衬底端电压偏置在比其源极更高的电压、即偏置在前一级或往前多级的电容或MOSFET上，由此可实现阈值电压的降低，而针对pMOSFET，可以将其衬底端电压偏置在比其源极更低的电压、即偏置在后一级或往后多级的电容或MOSFET上，由此可实现阈值电压的降低。
例如，当k＝1，即第i级的nMOSFET的衬底与第i+1级的nMOSFET的负极连接时，如果假定每一级的直流电压的变化量为△DC，则：
VSB＝ΔDC
同时，补偿后的阈值电压为：
此外，由于N级逐级放大，因此DCOUT可以表示为：
DCOUT＝N×ΔDC
由此，阈值电压的补偿量△VTH可以表示为：
因此，对于k级阈值补偿，阈值电压的补偿量△VTH可以表示为：
由此可见，通过提高DCOUT/N(即△DC)或者提高K，可以使阈值电压降低的量更大。
(2)通过本发明可以更精细地对MOSFET的阈值电压进行补偿，这是基于如下本发明的如下洞察：栅极补偿的步长、即通过P阶栅极偏置对每个MOSFET的阈值电压的补偿大小为：
从该值可以看出，栅极偏置补偿为大步阶补偿，其显然较为粗略，不能实现精细的补偿。
而如上所示，衬底补偿的步长、即通过K阶衬底偏置对每个MOSFET的阈值电压的补偿大小为：
从该值可以看出，衬底偏置为小步阶补偿，其更加精细。如果将栅极偏置和衬底偏置相结合将能实现更大范围、同时更精细的补偿，栅极偏置和衬底偏置相结合后的阈值电压补偿大小为：
由此可见，通过调节N、P、K三个变量，可以实现更精细的阈值电压补偿。例如，针对一个N级的射频直流转换器，其输出电压为DCOUT。要设计一个阈值电压补偿值为ΔVTH＝A×DCOUT的射频直流转换器，可执行下列步骤：
确定栅极阈值电压补偿的阶数P，P应当满足的条件是
此时栅极阈值电压补偿的值为
剩余的补偿值为需要用衬底阈值电压补偿来实现，其补偿的阶数K，K应当满足的条件是:
如果该等式没有整数解,则选择与其解最接近的正整数为K。
其中K与P无大小关系,K既可以大于,也可以小于或等于P。
同时，由于电路100采用了MOSFET而不是二极管，因此降低了成本并提高了集成度。
(3)电路简单，无需使用额外的MOSFET和电容来补偿阈值电压，这是因为，通过将最开始的几个整流放大级的MOSFET的基极(衬底)和栅极连接在其之后的MOSFET上并且将最后面的几个整流放大级的MOSFET的基极(衬底)和栅极连接在其之前的MOSFET上，可以避免采用额外的MOSFET来对最开始和最后面的整流放大级的MOSFET进行阈值电压补偿。具体而言这通过如下措施来实现：对于各个整流放大级的电压逐渐升高的正向交流直流转换器而言，可以在前p个整流放大级中采用n型MOSFET并且在后m个整流放大级中采用p型MOSFET，使得前p个整流放大级中的每个整流放大级的n型MOSFET的衬底和栅极连接到该整流放大级之后的MOSFET上并且后m个整流放大级中的每个整流放大级的p型MOSFET的衬底和栅极连接到该整流放大级之前的MOSFET上，由此省去了附加的阈值电压补偿电路；同理，对于各个整流放大级的电压逐渐降低的正向交流直流转换器而言，可以在前p个整流放大级中采用p型MOSFET并且在后m个整流放大级中采用n型MOSFET，使得前p个整流放大级中的每个整流放大级的p型MOSFET的衬底和栅极连接到该整流放大级之后的MOSFET上并且后m个整流放大级中的每个整流放大级的n型MOSFET的衬底和栅极连接到该整流放大级之前的MOSFET上，由此省去了附加的阈值电压补偿电路。
虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是对本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (9)

1.一种具有栅极偏置和衬底偏置的交流直流转换器，包括n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)，n为大于1的整数，所述n个整流放大级的电压依次升高或依次降低，每个整流放大级(T1，T2，…，Tn)各包括一个电容(C1，C2，…，Cn)和一个二极管(M1，M2，…，Mn)；
如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)，则所述nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的衬底连接到第一补偿节点，所述第一补偿节点为比当前整流放大级的电压高的整流放大级中的电容与二极管之间的节点，并且所述nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的栅极连接到第二补偿节点，所述第二补偿节点为比当前整流放大级的电压高的整流放大级中的电容与二极管之间的节点；
如果当前整流放大级的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mn)，则所述pMOSFET(M1，M2，…，Mn)的衬底连接到第三补偿节点，所述第三补偿节点为比当前整流放大级的电压低的整流放大级中的电容与二极管之间的节点，并且所述pMOSFET(M1，M2，…，Mn)的栅极连接到第四补偿节点，所述第四补偿节点为比当前整流放大级的电压低的整流放大级中的电容与二极管之间的节点；
其中当n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)的电压依次升高时，则n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)中的前q个整流放大级(T1，T2，…，Tp)的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mp)并且后m个整流放大级(T1，T2，…，Tm)的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mm)，并且当n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)的电压依次降低时，则n个整流放大级(T1，T2，…，Tn)中的前q个整流放大级(T1，T2，…，Tq)的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mp)并且后m个整流放大级(T1，T2，…，Tm)的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)，其中1≤q<n且q为正整数，并且1≤m<n且m为正整数。
2.根据权利要求1所述的交流直流转换器，其中n个整流放大级的电压依次升高，并且第1个至第n-m个整流放大级(T1，T2，…，Tn-m)各包括一个电容(C1，C2，…，Cn-m)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn-m)并且第n-m+1个至第n个整流放大级(Tn-m+1，Tn-m+2，…，Tn)各包括一个电容(Cn-m+1，Cn-m+2，…，Cn)和一个p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mn-m+1，Mn-m+2，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于2的整数，并且其中所有nMOSFET(M1，M2，…，Mn-m)漏极(D)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn-m)的正极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mn-m)的负极，并且其中所有pMOSFET(Mn-m+1，Mn-m+2，…，Mn)的漏极(D)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mn-m+1，Mn-m+2，…，Mn)的负极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mn-m+1，Mn-m+2，…，Mn)的正极；
其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤n-m且i为整数：
a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi)的负极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi)的负极连接；
b.第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi)的负极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+1)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi+1)的正极连接，其中第1个整流放大级(T1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1)的正极与地(GND)连接；以及
c.第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的衬底(B)与第i+k个整流放大级(Ti+k)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+k)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi+k)的负极连接，使得第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的阈值电压降低，其中1≤k≤m且k为整数，并且第i个整流放大级(Ti)的nMOSFET(Mi)的栅极(G)与第i+p个整流放大级(Ti+p)的nMOSFET(Mi+p)或pMOSFET(Mi+p)的负极连接，1≤p<m且p为整数；
其中对于第j个整流放大级(Tj),有下列连接关系成立，其中n-m+1≤j≤n且j为整数：
a.当j为奇数时，第j个整流放大级(Tj)的电容(Cj)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Tj)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj)的负极连接，并且当j为偶数时，第j个整流放大级(Tj)的电容(Cj)的一端与地(GND)连接，另一端与第j个整流放大级(Tj)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj)的负极连接；
b.第j个整流放大级(Tj)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj)的负极与第j+1个整流放大级(Tj+1)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj+1)的正极连接；以及
c.第j个整流放大级(Tj)的pMOSFET(Mj)的衬底(B)与第j-k个整流放大级(Tj-k)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj-k)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mj-k)负极连接，使得第j个整流放大级(Tj)的pMOSFET(Mj)的阈值电压降低，其中1≤k≤m且k为整数，并且第j个整流放大级(Tj)的pMOSFET(Mj)的栅极(G)与第j-p个整流放大级(Tj-p)的pMOSFET(Mj-p)或pMOSFET(Mj-p)的负极连接，1≤p<m且p为整数。
3.根据权利要求1所述的交流直流转换器，其中n个整流放大级的电压依次降低，并且第1个至第q个整流放大级(T1，T2，…，Tq)各包括一个电容(C1，C2，…，Cq)和一个p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mp)并且第q+1个至第n个整流放大级(Tq+1，Tq+2，…，Tn)各包括一个电容(Cq+1，Cq+2，…，Cn)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mq+1，Mq+2，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于2的整数，并且其中所有pMOSFET(M1，M2，…，Mq)的漏极(D)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mp)的负极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mq)的正极，并且其中所有nMOSFET(Mq+1，Mq+2，…，Mn)的漏极(D)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mq+1，Mq+2，…，Mn)的正极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mq+1，Mq+2，…，Mn)的负极；
其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤q且i为整数：
a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi)的正极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi)的正极连接；
b.第i个整流放大级(Ti)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi)的正极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+1)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi+1)的负极连接，其中第1个整流放大级(T1)的二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1)的负极与地(GND)连接；以及
c.第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的衬底(B)与第i+k个整流放大级(Ti+k)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mi+k)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mi+k)的正极连接，使得第i个整流放大级(Ti)的pOSFET(Mi)的阈值电压降低,其中1≤k≤q且k为整数，并且第i个整流放大级(Ti)的pMOSFET(Mi)的栅极(G)与第i+p个整流放大级(Ti+p)的nMOSFET(Mi+p)或pMOSFET(Mi+p)的正极连接，1≤p≤q且p为整数；
其中对于第j个整流放大级(Tj),有下列连接关系成立，其中q+1≤j≤n且j为整数：
a.当j为奇数时，第j个整流放大级(Tj)的电容(Cj)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Tj)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj)的正极连接，并且当j为偶数时，第j个整流放大级(Tj)的电容(Cj)的一端与地(GND)连接，另一端与第j个整流放大级(Tj)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj)的正极连接；
b.第j个整流放大级(Tj)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj)的正极与第j+1个整流放大级(Tj+1)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj+1)的负极连接；以及
c.第j个整流放大级(Tj)的nMOSFET(Mj)的衬底(B)与第j-k个整流放大级(Tj-k)的二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj-k)或p型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mj-k)正极连接，使得第j个整流放大级(Tj)的nMOSFET(Mj)的阈值电压降低，其中1≤k≤q且k为整数，并且第j个整流放大级(Tj)的nMOSFET(Mj)的栅极(G)与第j-p个整流放大级(Tj-p)的nMOSFET(Mj-p)或pMOSFET(Mj-p)的正极连接，1≤p≤q且p为整数。
4.根据权利要求1所述的交流直流转换器，其中q+m＜n，q+1至m-1个整流放大级的二极管是二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET，或q+1至m-1个整流放大级的二极管是二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET。
5.根据权利要求4所述的交流直流转换器，每个整流放大级各包括一个电容和一个二极管。
6.根据权利要求5所述的交流直流转换器，其中n个整流放大级的电压依次升高，并且第1个至第q个整流放大级(T1，T2，…，Tq)各包括一个电容(C1，C2，…，Cq)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(M1，M2，…，Mq)，并且第m个至第n个整流放大级(Tm，Tm+1，…，Tn)各包括一个电容(Cm，Cm+1，…，Cn)和一个p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(Mm，Mm+1，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于3的整数，并且其中所有nMOSFET的漏极(D)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET的正极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET的负极，并且其中所有pMOSFET的漏极(D)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET的负极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET的正极；
其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤n：
a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极连接；
b.第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的二极管的负极连接，其中第1个整流放大级(T1)的二极管的负极与地(GND)连接。
7.根据权利要求5所述的交流直流转换器，其中n个整流放大级的电压依次降低，并且第1个至第q个整流放大级(T1，T2，…，Tq)各包括一个电容(C1，C2，…，Cq)和一个p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET(M1，M2，…，Mq)并且第m+1个至第n个整流放大级(Tm+1，Tm+2，…，Tn)各包括一个电容(Cm+1，Cm+2，…，Cn)和一个n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET(Mm+1，Mm+2，…，Mn)，并且第n个整流放大级(Tn)的电容(Cn)的电压为直流输出电压(DCOUT)，其中n为大于2的整数，并且其中所有pMOSFET的漏极(D)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET的负极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的p型金属氧化物半导体场效应晶体管pMOSFET的正极，并且其中所有nMOSFET的栅漏极(D)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET的正极，并且其源极(S)形成所述二极管连接的n型金属氧化物半导体场效应晶体管nMOSFET的负极；
其中对于第i个整流放大级(Ti),有下列连接关系成立，其中1≤i≤n且i为整数：
a.当i为奇数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与交流输入电压(ACIN)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极连接，并且当i为偶数时，第i个整流放大级(Ti)的电容(Ci)的一端与地(GND)连接，另一端与第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极连接；
b.第i个整流放大级(Ti)的二极管的正极与第i+1个整流放大级(Ti+1)的二极管的负极连接，其中第1个整流放大级(T1)的二极管的负极与地(GND)连接。
8.根据权利要求1所述的交流直流转换器，其中所述交流直流转换器的交流输入电压(ACIN)是射频输入电压或者微波输入电压。
9.一种全波射频直流转换器，具有根据前述权利要求之一所述的交流直流转换器。
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