JP2006262657A - Batteryless power circuit - Google Patents
Batteryless power circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006262657A JP2006262657A JP2005078831A JP2005078831A JP2006262657A JP 2006262657 A JP2006262657 A JP 2006262657A JP 2005078831 A JP2005078831 A JP 2005078831A JP 2005078831 A JP2005078831 A JP 2005078831A JP 2006262657 A JP2006262657 A JP 2006262657A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- node
- terminal
- voltage
- field effect
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ＩＣタグ、補聴器、腕時計等の小型携帯機器の電源として使用可能な無電池電源回路に関する。 The present invention relates to a battery-free power supply circuit that can be used as a power supply for small portable devices such as IC tags, hearing aids, and wrist watches.
従来から自身に電池等の電源を保持することなく、周囲の電磁波等の微小電力を用いてＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ等）、補聴器、腕時計等の小型携帯機器を駆動させるための無電池電源回路が公知である（例えば、非特許文献１参照）。 Conventionally, there is a battery-free power supply circuit for driving a small portable device such as an IC tag (RFID tag, etc.), a hearing aid, a wristwatch, etc., by using micro power such as surrounding electromagnetic waves without holding a power source such as a battery. It is publicly known (for example, refer nonpatent literature 1).
このような無電池電源回路は、整流素子およびコンデンサを多段的に備え、電磁波等を受信するアンテナから入力される微小な電磁波電力（交流）を受信し、当該小型携帯機器を駆動可能とする電圧（直流）まで昇圧する。このため、無電池電源回路としては、これまで昇圧回路として公知のシェンケル回路やコッククロフト−ウォルトン回路を流用している。通常これらの回路の整流素子としては、ＰＮ接合ダイオードが広く用いられている。 Such a battery-free power supply circuit includes rectifying elements and capacitors in multiple stages, receives minute electromagnetic power (AC) input from an antenna that receives electromagnetic waves and the like, and can drive the small portable device. Boost to (DC). For this reason, as a battery-free power supply circuit, a well-known Schenkel circuit or Cockcroft-Walton circuit has been used as a booster circuit. Usually, PN junction diodes are widely used as rectifying elements in these circuits.
しかし、ＰＮ接合ダイオードを用いた場合、入力される信号の振幅は少なくとも２００ｍＶ程度必要である。というのも、ＰＮ接合ダイオードにおいては、順方向バイアスによる整流効果を得るためには、ＰＮ接合の拡散電位以上の電圧が必要となるからである。一方、実用性を考慮して１０ｍくらい離れた場所から発信した電波（例えば、商用無認可発信源等からの電波）をＩＣタグ等に設けられたアンテナで受信すると仮定すると、無電池電源回路に入力される入力信号振幅は１０ｍＶ程度である。したがって、従来のＰＮ接合を用いた昇圧回路を用いた無電池電源回路は、電波発生源が当該小型携帯機器に非常に近い場所にある場合にしか駆動せず、実用的でないという問題があった。 However, when a PN junction diode is used, the amplitude of the input signal needs to be at least about 200 mV. This is because, in a PN junction diode, a voltage higher than the diffusion potential of the PN junction is required to obtain a rectifying effect by forward bias. On the other hand, if it is assumed that a radio wave transmitted from a place about 10 m away (for example, a radio wave from an unlicensed commercial transmission source) is received by an antenna provided in an IC tag or the like in consideration of practicality, it is input to a battery-free power circuit. The input signal amplitude to be applied is about 10 mV. Therefore, a conventional battery-free power supply circuit using a booster circuit using a PN junction has a problem that it is driven only when the radio wave generation source is located very close to the small portable device and is not practical. .
これを解決するために、非特許文献２に記載のように、整流素子としてショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を適用したものがある。これにより、ＰＮ接合ダイオードより立ち上がり電圧を低減させ１００ｍＶ程度の入力電圧で駆動させることができる。
しかし、このような従来の回路では、以下のように、依然として解決できない問題があった。まず、非特許文献２のように整流素子としてＳＢＤを用いた場合には、１００ｍＶ程度の立ち上がり電圧をより低電圧（上記の１０ｍＶ程度）にしようとすると逆方向電流も上昇（マイナス側に）してしまうこととなり、整流効果が得られなくなってしまう（昇圧回路として使用できない）問題があった。また、より大きな装置に用いるためにはより高い出力電圧が求められるが、上記のような従来の回路では、効率がよくないという問題もあった。 However, such a conventional circuit still has a problem that cannot be solved as follows. First, when SBD is used as a rectifying element as in Non-Patent Document 2, if the rising voltage of about 100 mV is set to a lower voltage (about 10 mV described above), the reverse current also increases (to the minus side). As a result, the rectification effect cannot be obtained (cannot be used as a booster circuit). Further, a higher output voltage is required for use in a larger apparatus, but the conventional circuit as described above has a problem that efficiency is not good.
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、より遠い位置からの微弱電波による入力でもより大きな小型携帯機器を駆動可能な無電池電源回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a battery-free power supply circuit capable of driving a larger small portable device even with input by a weak radio wave from a farther position. .
本発明に係る無電池電源回路は、入力端子の一方のノードと出力端子の一方のノードとの間に同方向に直列接続された複数の整流素子と、隣接する整流素子間のノードのそれぞれに一端が接続された複数のコンデンサとを有し、前記コンデンサの他端は、それぞれ前記入力端子の一方のノードまたは入力端子の他方のノードに、一連の前記隣接する整流素子間のノードの順に交互に接続される無電池電源回路であって、前記整流素子としてゲート端子とドレイン端子とを接続するとともに、ソース端子と基板端子とを接続した電界効果トランジスタを適用するものである。 The battery-free power supply circuit according to the present invention includes a plurality of rectifier elements connected in series in the same direction between one node of the input terminal and one node of the output terminal, and a node between adjacent rectifier elements. A plurality of capacitors having one end connected thereto, and the other end of each of the capacitors is alternately switched to one node of the input terminal or the other node of the input terminal in the order of a node between the adjacent rectifying elements. And a field effect transistor in which a gate terminal and a drain terminal are connected as a rectifying element, and a source terminal and a substrate terminal are connected.
上記構成に係る無電池電源回路によれば、入力端子の一方のノードと出力端子の一方のノードとの間に整流素子としてゲート端子とドレイン端子とが接続（短絡）された電界効果トランジスタが同方向に直列接続されている。そして、隣接する整流素子間のノードには、入力端子の一方のノードに接続されるコンデンサと、入力端子の他方のノードに接続されるコンデンサとが交互に接続される。これにより、入力された電力に基づいて、電流が整流素子により整流されるとともに、入力端子の一方のノードに接続されたコンデンサと他方のノードに接続されたコンデンサとのコンデンサ容量の比により小型携帯機器を駆動可能な電圧まで昇圧する。 According to the battery-less power supply circuit having the above configuration, a field effect transistor in which a gate terminal and a drain terminal are connected (short-circuited) as a rectifying element between one node of the input terminal and one node of the output terminal is the same. Connected in series in the direction. A capacitor connected to one node of the input terminal and a capacitor connected to the other node of the input terminal are alternately connected to nodes between adjacent rectifying elements. As a result, the current is rectified by the rectifying element based on the input power, and a small portable device is provided by the ratio of the capacitor capacity between the capacitor connected to one node of the input terminal and the capacitor connected to the other node. Boost the voltage to a voltage that can drive the device.
ここで、電界効果トランジスタは、ゲート端子およびドレイン端子が接続された端子とソース端子および基板端子が接続された端子との二端子素子として構成することで、ダイオードのような整流特性を獲得する。しかも、微小電圧領域において電界効果トランジスタを流れる電流は指数関数的な振る舞いを見せるため、立ち上がり電圧を低電圧側にシフトさせても整流効果を維持するばかりか逆方向電流が指数関数的に減ることとなり、微小電圧領域において整流効果を高めることができる。 Here, the field effect transistor is configured as a two-terminal element having a terminal to which a gate terminal and a drain terminal are connected and a terminal to which a source terminal and a substrate terminal are connected, thereby obtaining a rectifying characteristic like a diode. Moreover, since the current flowing through the field effect transistor in the minute voltage region shows an exponential function, the reverse current decreases exponentially as well as maintaining the rectifying effect even if the rising voltage is shifted to the low voltage side. Thus, the rectifying effect can be enhanced in the minute voltage region.
したがって、このような特性の整流素子を用いることにより、立ち上がり電圧を１０ｍＶ程度の低電圧にしても整流効果を高く維持し、昇圧効率をより高くすることができる。以上より、より遠い位置からの微弱電波による入力でもより大きな小型携帯機器を効率よく駆動させることができる。 Therefore, by using the rectifying element having such characteristics, the rectifying effect can be maintained high even when the rising voltage is as low as about 10 mV, and the boosting efficiency can be further increased. As described above, even a small portable device can be efficiently driven even by an input by a weak radio wave from a farther position.
好ましくは、前記電界効果トランジスタは、基板中に絶縁層が設けられるように構成される。 Preferably, the field effect transistor is configured such that an insulating layer is provided in a substrate.
この場合、電界効果トランジスタの基板中に絶縁層が設けられることにより、ドレインおよびソースが絶縁層に接している。ここで、絶縁層のないＦＥＴにおいて出力信号振幅がある程度以上（０．５Ｖ程度以上）となる場合、ドレイン端子に正電圧と同じ強さの負電圧が印加されるため、ドレインから基板方向にＰＮ接合における順方向電流が流れてしまう場合がある。このような電流が流れると有効な整流効果が望めず、本来の電圧昇圧効果が達成できない場合がある。したがって、電界効果トランジスタの基板中に絶縁層を設けることにより、ドレインから基板方向に向けての順方向電流を阻止することができ、本来の電圧昇圧効果をより確実に達成することができる。 In this case, the drain and the source are in contact with the insulating layer by providing the insulating layer in the substrate of the field effect transistor. Here, when the output signal amplitude is more than a certain level (about 0.5 V or more) in an FET without an insulating layer, a negative voltage having the same strength as the positive voltage is applied to the drain terminal, so that the PN from the drain to the substrate direction. A forward current at the junction may flow. When such a current flows, an effective rectifying effect cannot be expected, and the original voltage boosting effect may not be achieved. Therefore, by providing an insulating layer in the substrate of the field effect transistor, forward current from the drain toward the substrate can be blocked, and the original voltage boosting effect can be achieved more reliably.
本発明に係る無電池電源回路によれば、立ち上がり電圧を１０ｍＶ程度の低電圧にしても整流効果を高く維持し、昇圧効率をより高くすることができる。したがって、より遠い位置からの微弱電波による入力でもより大きな小型携帯機器を効率よく駆動させることができる。 According to the battery-free power supply circuit of the present invention, the rectification effect can be maintained high and the boosting efficiency can be further increased even if the rising voltage is as low as about 10 mV. Therefore, a larger small portable device can be driven efficiently even with input by weak radio waves from a farther position.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る無電池電源回路の回路図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a battery-free power supply circuit according to an embodiment of the present invention.
本発明に係る無電池電源回路は、入力端子の一方のノードｎGNDと出力端子の一方のノードｎVDDとの間に同方向に直列接続された複数の整流素子と、隣接する整流素子間のノードｎ１，ｎ２，ｎ３，…のそれぞれに一端が接続された複数のコンデンサＣとを有し、前記コンデンサＣの他端は、それぞれ前記入力端子の一方のノードｎGNDまたは入力端子の他方のノードｎVinに、一連の前記隣接する整流素子間のノードｎ１，ｎ２，ｎ３，…の順に交互に接続される無電池電源回路である。そして、前記整流素子としてゲート端子ｇとドレイン端子ｄとを接続するとともにソース端子ｓと基板端子ｓｕｂとを接続した電界効果トランジスタＴを適用するものである。本実施形態においては、図１において６つの電界効果トランジスタＴを用いた３段の無電池電源回路を例示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、入力電力および出力電圧（機器の駆動に必要な電圧）等によって種々構成可能である。 A battery-free power supply circuit according to the present invention includes a plurality of rectifier elements connected in series in the same direction between one node n GND of an input terminal and one node n VDD of an output terminal, and between adjacent rectifier elements. Each of the nodes n1, n2, n3,..., And the other end of the capacitor C is one node n GND of the input terminal or the other node of the input terminal, respectively. It is a battery-free power supply circuit that is alternately connected to n Vin in the order of nodes n1, n2, n3,... between a series of adjacent rectifying elements. A field effect transistor T in which the gate terminal g and the drain terminal d are connected as the rectifying element and the source terminal s and the substrate terminal sub are connected is applied. In the present embodiment, a three-stage battery-free power supply circuit using six field effect transistors T is illustrated in FIG. 1, but the present invention is not limited to this, and input power and output voltage (devices) The voltage can be variously configured depending on the voltage required for driving.
上記構成に係る無電池電源回路によれば、入力端子の一方のノードｎGNDと出力端子の一方のノードｎVDDとの間に整流素子としてゲート端子とドレイン端子とが接続（短絡）された電界効果トランジスタＴが同方向に直列接続されている。そして、隣接する整流素子間のノードｎ１，ｎ３，…のそれぞれと入力端子の一方のノードｎGNDとの間に、コンデンサＣ＋が接続される一方、隣接する整流素子間のノードｎ２，ｎ４，…のそれぞれと入力端子の他方のノードｎVinとの間にコンデンサＣ−が接続される。これにより、入力された電力（入力電圧Ｖｉｎ）に基づいて、電流が電界効果トランジスタＴにより整流されるとともに、入力端子の一方のノードｎGNDに接続されたコンデンサＣ＋と他方のノードｎVinに接続されたコンデンサＣ−とのコンデンサ容量の比により小型携帯機器を駆動可能な電圧ＶＤＤまで昇圧する。 According to the battery-free power supply circuit having the above configuration, an electric field in which a gate terminal and a drain terminal are connected (short-circuited) as a rectifying element between one node nGND of the input terminal and one node nVDD of the output terminal. Effect transistors T are connected in series in the same direction. Then, between the node n1, n3, ... of one node n GND respectively the input terminals between adjacent rectifying elements, while the capacitor C + is connected, a node between the adjacent rectifying element n2, n4, ... And the other node n Vin of the input terminal are connected with a capacitor C−. Thus, the current is rectified by the field effect transistor T based on the input power (input voltage Vin) and connected to the capacitor C + connected to one node nGND of the input terminal and the other node nVin . The voltage is boosted to the voltage VDD that can drive the small portable device according to the ratio of the capacitor capacitance to the capacitor C−.
ここで、電界効果トランジスタＴの整流特性について説明する。図２は図１に用いられる電界効果トランジスタの概念図である。また、図３は図２の電界効果トランジスタの電圧−電流特性を示す図である。図３（ｂ）は図３（ａ）の微小電圧領域を拡大し、電流を対数的に表したものである。なお、本実施形態においては、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴを例示するが、本発明はこれに限られず、ｐチャネル、ｎチャネルのいずれか一方を用いて構成すればよいが、組み合わせて構成することも可能である。また、上記ＭＯＳＦＥＴを構成する材料は特に限定されることはないが、シリコン（Ｓｉ）を基板材料として用いることがコストおよび安定性の面で好ましい。 Here, the rectification characteristics of the field effect transistor T will be described. FIG. 2 is a conceptual diagram of the field effect transistor used in FIG. FIG. 3 is a diagram showing voltage-current characteristics of the field effect transistor of FIG. FIG. 3B expands the minute voltage region of FIG. 3A and represents the current logarithmically. In the present embodiment, an n-channel MOSFET is exemplified, but the present invention is not limited to this, and may be configured using either a p-channel or an n-channel, but may be configured in combination. is there. The material constituting the MOSFET is not particularly limited, but it is preferable in terms of cost and stability to use silicon (Si) as a substrate material.
図２に示すように、本実施形態で採用される電界効果トランジスタＴは、ゲート端子ｇおよびドレイン端子ｄが接続されている（同電位Ｖｄ＝Ｖｇとなる）。一方、ソース端子ｓおよび基板端子ｓｕｂが接続されている。このような電界効果トランジスタＴ単体の電圧−電流特性は、図３（ａ）に示すようにゲート端子とドレイン端子とが接続されることにより整流特性を獲得する。したがって、ダイオードのような整流素子として用いることができる。しかも、図３（ａ）に比較例として示すＰＮ接合ダイオードに比べて十分に低い微小電圧領域に立ち上がり電圧Ｖｔｈを設定することができる。なお、立ち上がり電圧Ｖｔｈは、チャネル長、チャネル幅、および基板の不純物濃度等の各パラメータのいずれかまたはすべてを変化させることにより適宜設定可能である。 As shown in FIG. 2, in the field effect transistor T employed in the present embodiment, the gate terminal g and the drain terminal d are connected (the same potential Vd = Vg). On the other hand, the source terminal s and the substrate terminal sub are connected. Such a voltage-current characteristic of the field effect transistor T alone obtains a rectification characteristic by connecting a gate terminal and a drain terminal as shown in FIG. Therefore, it can be used as a rectifying element such as a diode. Moreover, the rising voltage Vth can be set in a very small voltage region as compared with the PN junction diode shown as a comparative example in FIG. The rising voltage Vth can be appropriately set by changing any or all of the parameters such as the channel length, the channel width, and the impurity concentration of the substrate.
さらに、微小電圧領域においては、図３（ｂ）に対数的に示すように、電流は指数関数的な振る舞いを見せるため、１００ｍＶ以下の微小電圧領域において、立ち上がり電圧Ｖｔｈを低電圧側にシフト（各パラメータを変化させてＶｔｈを１００ｍＶ以下、好ましくは５０ｍＶ以下、より好ましくは１０ｍＶ以下にシフト）させても、ＰＮ接合ダイオードやショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）とは異なり、整流効果を維持するばかりか逆方向電流が指数関数的に減ることとなるため、微小電圧領域において整流効果を高めることができる。 Further, as shown in FIG. 3B logarithmically in the minute voltage region, the current exhibits an exponential function, so that the rising voltage Vth is shifted to the low voltage side in the minute voltage region of 100 mV or less ( Unlike the PN junction diode and the Schottky barrier diode (SBD), even if each parameter is changed to shift Vth to 100 mV or less, preferably 50 mV or less, more preferably 10 mV or less, the rectifying effect is maintained. Since the reverse current decreases exponentially, the rectifying effect can be enhanced in a minute voltage region.
ここで、整流効果の指標として、昇圧効率ηを以下のように定義する。
η＝ＩF／（ＩF＋｜ＩR｜）×１００［％］（ＩF：順方向電流、ＩR：逆方向電流））
Here, the boosting efficiency η is defined as follows as an index of the rectifying effect.
η = I F / (I F + | I R |) × 100 [%] (I F : forward current, I R : reverse current))
つまり、逆方向電流ＩRが少なくなればなるほど昇圧効率ηは高くなることを示す指標である。上記のようなＭＯＳＦＥＴを用いた場合、昇圧効率は、９０〜９５％以上を得ることができる（例えば、チャネル長１．０μｍ、チャネル幅２０．６μｍにおいて入力電圧１００ｍＶに対し、ＩF＝７．２×１０-9Ａ、ＩR＝−２．６×１０-10Ａよって、η＝９６．６％が得られる）。一方、ＳＢＤを用いた場合には、入力電圧１００ｍＶにおいて昇圧効率ηは、せいぜい５０％を超えるか否かである。よって、ＳＢＤでは５０ｍＶ前後の微小電圧領域における整流効果が期待できない。 That is, the more boosting efficiency η if less reverse current I R is an index showing that high. When the MOSFET as described above is used, the boosting efficiency can be 90 to 95% or more (for example, if the channel length is 1.0 μm and the channel width is 20.6 μm, I F = 7. 2 × 10 −9 A, I R = −2.6 × 10 −10 A, so that η = 96.6% is obtained). On the other hand, when SBD is used, the boosting efficiency η is at most 50% at an input voltage of 100 mV. Therefore, the rectifying effect cannot be expected in a minute voltage region around 50 mV with SBD.
したがって、このことからも整流素子として電界効果トランジスタＴを用いることにより、立ち上がり電圧Ｖｔｈを１０ｍＶ程度の低電圧にしても整流効果を高く維持し、昇圧効率を高くすることができる。このように、微弱な電力の電磁波を高効率にエネルギー変換できるため、無電池電源回路以降の本体回路（駆動回路）の規模を拡大することができ、より広範な分野の小型携帯機器を駆動させることができる。また、消費電力のそれほど必要ない小型携帯機器にあっては、空間伝播中の電磁波（携帯電話通信等に用いられる）を吸収することにより小型携帯機器を駆動させることができる。 Therefore, by using the field effect transistor T as the rectifying element, the rectifying effect can be maintained high and the boosting efficiency can be increased even when the rising voltage Vth is as low as about 10 mV. In this way, since the electromagnetic wave of weak power can be converted into energy with high efficiency, the scale of the main circuit (drive circuit) after the battery-free power supply circuit can be expanded, and small portable devices in a wider field can be driven. be able to. Further, in a small portable device that does not require much power consumption, the small portable device can be driven by absorbing electromagnetic waves (used for mobile phone communication or the like) that are being propagated in space.
図４は無電池電源回路において入力信号に対して得られる出力電圧を示す比較図である。図４（ａ）は整流素子としてＭＯＳＦＥＴを用いたとき（本発明）を示し、図４（ｂ）は整流素子としてＰＮ接合ダイオードを用いたとき（比較例）を示す。なお、立ち上がり電圧Ｖｔｈ＝０Ｖ、入力信号振幅は１０ｍＶとした。また、本例においては便宜上５段の回路で比較を行った。なお、図４（ｂ）の比較例についても５段における電圧を表している。 FIG. 4 is a comparison diagram showing an output voltage obtained with respect to an input signal in the batteryless power supply circuit. 4A shows the case where a MOSFET is used as the rectifying element (the present invention), and FIG. 4B shows the case where a PN junction diode is used as the rectifying element (comparative example). The rising voltage Vth = 0V and the input signal amplitude was 10 mV. In this example, the comparison was made with a five-stage circuit for convenience. Note that the voltage in five stages is also shown in the comparative example of FIG.
このとき、図４（ａ）に示すように、電界効果トランジスタＴを用いることにより、１０ｍＶの入力信号振幅に対して、５段で８０ｍＶ近い電圧が得られた。一方、図４（ｂ）に示すように、ＰＮ接合ダイオードを用いた場合には、段数を増やしても１０ｍＶの入力信号振幅に対してほとんど昇圧効果が得られない結果となった。 At this time, as shown in FIG. 4A, by using the field effect transistor T, a voltage close to 80 mV was obtained in five stages with respect to an input signal amplitude of 10 mV. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when a PN junction diode is used, even if the number of stages is increased, almost no boosting effect can be obtained with respect to an input signal amplitude of 10 mV.
以上より、整流素子として電界効果トランジスタＴを用いることにより、微弱な入力信号振幅であっても昇圧することができるため、より遠い位置からの微弱電波による入力でも小型携帯機器を効率よく駆動させることができる。 As described above, by using the field effect transistor T as the rectifying element, the voltage can be boosted even with a weak input signal amplitude, so that a small portable device can be driven efficiently even with an input by a weak radio wave from a farther position. Can do.
ここで、図１に用いる電界効果トランジスタＴとしてＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴを用いることも可能である。図５は図１に用いられる電界効果トランジスタの他の例についての概念図である。 Here, an SOI-MOSFET may be used as the field effect transistor T used in FIG. FIG. 5 is a conceptual diagram of another example of the field effect transistor used in FIG.
この場合、シリコン基板中に絶縁層Ｉとしてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）が設けられたＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴが用いられる。 In this case, an SOI-MOSFET in which a silicon oxide film (SiO 2 ) is provided as an insulating layer I in a silicon substrate is used.
出力信号振幅が所定値（約０．６Ｖ）以上の値となると、チャネル以外の基板領域を通じてリーク電流が生じる場合がある。すなわち、図１のような回路においては、ドレイン端子ｄに正電圧と同じ大きさの負電圧が印加されるため、この負電圧により、ドレイン端子から基板方向にリーク電流（ＰＮ接合による順方向電流）が流れてしまう場合がある。リーク電流は、整流効果を低減させ、消費電流を増大させてしまうため好ましくない。したがって、基板中に絶縁層を設けることによって、リーク電流の発生を防止することができ、整流効果の低減および消費電流の増大を抑制することができる。なお、ＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴにおいては、基板材料としてシリコン基板以外および酸化膜としてシリコン酸化膜以外を適用することも可能である。 When the output signal amplitude becomes a value greater than or equal to a predetermined value (about 0.6 V), a leakage current may occur through the substrate region other than the channel. That is, in the circuit as shown in FIG. 1, since a negative voltage having the same magnitude as the positive voltage is applied to the drain terminal d, the negative voltage causes a leakage current (forward current due to the PN junction) from the drain terminal toward the substrate. ) May flow. Leakage current is undesirable because it reduces the rectification effect and increases current consumption. Therefore, by providing the insulating layer in the substrate, the generation of leakage current can be prevented, and the reduction of the rectification effect and the increase of current consumption can be suppressed. In SOI-MOSFETs, it is possible to apply materials other than a silicon substrate as a substrate material and materials other than a silicon oxide film as an oxide film.
以上の２つの実施形態を用いて本発明の内容を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更、改良が含まれ得る。 Although the contents of the present invention have been described using the above two embodiments, the present invention is not limited to this, and various modifications and improvements can be included without departing from the scope of the claims.
例えば、上記実施形態においては、すべての整流素子について電界効果トランジスタＴを適用する旨記載しているが、上述の通り、本発明は微小電圧領域における課題を解決するものであるから、当該微小電圧領域が想定される最初の数段についてのみ電界効果トランジスタＴを適用する一方で、それ以降の段については一般的なＰＮ接合ダイオードやＳＢＤを適用することとしてもよい。また、電界効果トランジスタＴとしてＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴを適用する場合も同様に、出力信号振幅が０．６Ｖ以下の段では、ＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴを適用し、それ以降の数段（微小電圧領域）はＭＯＳＦＥＴを適用し、さらにそれ以上の段においてはＰＮ接合ダイオードまたはＳＢＤを適用することが可能である。このように、後の段においては入力信号振幅がすでに昇圧されている関係上、上記課題のような問題は起こり難いので、ＰＮ接合ダイオード等を適用することにより、よりコストの低い無電池電源回路を実現することができる。 For example, in the above embodiment, it is described that the field effect transistor T is applied to all the rectifying elements. However, as described above, the present invention solves the problem in the minute voltage region. While the field effect transistor T is applied only to the first few stages where the region is assumed, a general PN junction diode or SBD may be applied to the subsequent stages. Similarly, when an SOI-MOSFET is applied as the field effect transistor T, the SOI-MOSFET is applied in the stage where the output signal amplitude is 0.6 V or less, and the MOSFET is used in the subsequent several stages (minute voltage region). It is possible to apply PN junction diodes or SBDs in further stages. As described above, since the input signal amplitude has already been boosted in the subsequent stage, the above-described problem is unlikely to occur. Therefore, by applying a PN junction diode or the like, a low-cost battery-free power supply circuit Can be realized.
また、上記実施形態においては、図１に示すように、シェンケル（Schenkel）回路タイプの回路構成に基づいて説明したが、公知のコッククロフト−ウォルトン（Cockcroft-Walton）回路タイプにも同様に適用可能である。 In the above embodiment, the Schenkel circuit type circuit configuration has been described as shown in FIG. 1. However, the present invention can be similarly applied to a known Cockcroft-Walton circuit type. is there.
本発明の無電池電源回路は、より遠い位置からの微弱電波（例えば、周囲にある携帯電話の電磁波等）による入力でも小型携帯機器を効率よく駆動させることができるため、腕時計等の小型形態機器だけに限らず、物流、商品管理分野においてはＩＣタグ、医療分野においては、補聴器、医療用端末（例えば、心臓ペースメーカの異常信号送信および患者の体温・血圧・心拍情報等の情報交換）等、様々な分野において利用可能である。 The battery-free power supply circuit of the present invention can efficiently drive a small portable device even with input by a weak radio wave (for example, electromagnetic waves of a mobile phone in the vicinity) from a farther position. Not only, but in the logistics and product management fields, IC tags, in the medical field, hearing aids, medical terminals (eg, cardiac pacemaker abnormal signal transmission and information exchange such as patient body temperature / blood pressure / heart rate information), etc. It can be used in various fields.
ｎ１，ｎ２，ｎ３，…，ｎVin，ｎGND，ｎVDD ノード
Ｔ 電界効果トランジスタ
Ｃ＋，Ｃ− コンデンサ
n1, n2, n3,..., n Vin , n GND , n VDD node T field effect transistor C +, C− capacitor
Claims (2)
前記整流素子としてゲート端子とドレイン端子とを接続するとともにソース端子と基板端子とを接続した電界効果トランジスタを適用することを特徴とする無電池電源回路。 A plurality of rectifying elements connected in series in the same direction between one node of the input terminal and one node of the output terminal, and a plurality of capacitors having one end connected to each of the nodes between adjacent rectifying elements. And the other end of the capacitor is a battery-free power supply circuit that is alternately connected to one node of the input terminal or the other node of the input terminal in the order of a node between the series of adjacent rectifying elements. And
A battery-free power supply circuit, wherein a field effect transistor in which a gate terminal and a drain terminal are connected and a source terminal and a substrate terminal are connected is applied as the rectifying element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005078831A JP2006262657A (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Batteryless power circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005078831A JP2006262657A (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Batteryless power circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006262657A true JP2006262657A (en) | 2006-09-28 |
Family
ID=37101263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005078831A Withdrawn JP2006262657A (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Batteryless power circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006262657A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010514005A (en) * | 2006-12-14 | 2010-04-30 | インテル・コーポレーション | Dynamic radio frequency power harvesting |
| WO2011145306A1 (en) * | 2010-05-17 | 2011-11-24 | 国立大学法人金沢大学 | Rectification circuit |
-
2005
- 2005-03-18 JP JP2005078831A patent/JP2006262657A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010514005A (en) * | 2006-12-14 | 2010-04-30 | インテル・コーポレーション | Dynamic radio frequency power harvesting |
| WO2011145306A1 (en) * | 2010-05-17 | 2011-11-24 | 国立大学法人金沢大学 | Rectification circuit |
| JP5435678B2 (en) * | 2010-05-17 | 2014-03-05 | 国立大学法人金沢大学 | Rectifier circuit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7245151B2 (en) | Logic circuitry powered by partially rectified AC waveform | |
| EP2380266B1 (en) | Charge-pump circuit | |
| CA2894324C (en) | Rf-dc power converter | |
| JP4839440B2 (en) | Rectifier circuit | |
| US20080259665A1 (en) | Rectifier Circuit, Circuit Arrangement and Method for Manufactiring a Rectifier Circuit | |
| JP2001274339A (en) | Semiconductor integrated circuit device and noncontact type electronic device | |
| WO2006087822A1 (en) | Electronic tag chip | |
| Xu et al. | A temperature and process compensated ultralow-voltage rectifier in standard threshold cmos for energy-harvesting applications | |
| Vauche et al. | High efficiency UWB pulse generator for ultra-low-power applications | |
| Camarda et al. | A− 8 mV/+ 15 mV double polarity piezoelectric transformer-based step-up oscillator for energy harvesting applications | |
| JP2006262657A (en) | Batteryless power circuit | |
| Pasca et al. | A 0.23$\mu\text {W} $, 96 mV Input Voltage DC–DC Converter for Body Sensor Nodes | |
| US8274269B2 (en) | Switching circuit and small-size high-efficiency DC-DC converter for portable devices including the same | |
| JP6347179B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP5722499B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
| TWI358190B (en) | Full wave rectifying device | |
| US20170070139A1 (en) | Low Power DC-DC Converter | |
| CN109166941B (en) | Energy conversion device | |
| de Souza et al. | A 20mV Rectifier for Boosting Internet of Natural Things (IoNT) | |
| Radzuan et al. | CMOS single-stage input-powered bridge rectifier with boost switch and duty cycle control | |
| Hassouni et al. | A design of modulator and demodulator for a passive UHF RFID tag using DTMOST compatible with C1 G2 EPC standard protocol | |
| US8094024B2 (en) | Amplitude shift keying demodulator and radio frequency identification system using the same | |
| Al-Dirini et al. | A novel source-body biasing technique for RF to DC voltage multipliers in 0.18 µm CMOS technology | |
| Moghaddam et al. | Low-power symmetrical rectifier for passive UHF RFID transponder | |
| Yoon et al. | Full-wave rectifier with vibration detector for vibrational energy harvesting systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080603 |