acdc信号转换电路

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1、摘要21.电路的总体设计思路32.差分输入式的比较器电路及整流电路的设计42.1电路结构分析42.2电路参数计算52.1.1偏置电路52.1.2输入级62.1.3输出级72.3电路的仿真73.由两相反向的时序脉冲控制的电压倍增电路的设计83.1电路结构分析83.2电路参数93.3电路的仿真94.版图的设计114.1版图设计的基本知识114.1.1MOS晶体管的绘制114.1.2多晶硅电容的绘制114.1.3焊盘pad的绘制124.1.4保护环的绘制134.2.版图的绘制过程134.2.1工艺选择与替换设置134.2.2器件的分层绘制

2、134.2.3正确的布线144.2.4保护环绘制144.2.5DRC检查154.2.6提取网表文件154.3仿真及特性分析164.3.1仿真命令164.3.2仿真波形165.设计总结17参考文献17附录18摘要近年来,随着无线技术的不断进步,使得电子设备和传感器等系统应用范围不断扩大,已广泛应用于民用、医学、军事等领域。传统的电化学电池供电方式存在着寿命短、需要经常更换、储存能量有限等缺点,且在某些条件下更换电池过程复杂,成本很高或根本就不可能实现更换。因此,新的供电技术研究显得非常迫切。振动能是自然环境中广泛存在的一种能量,振动式

3、发电机可将其提取并转换为可直接使用的电能。基于振动的能量采集方法一般有三种：压电式、静电式和电磁式。相对于静电、电磁式,压电能量采集器具有结构简单、能量密度高、寿命长等优点,而备受关注。本文主要基于悬臂梁结构的压电能量采集器，通过PZT压电材料的压电效应,将振动机械能转化为电能。然后将采集到的微弱AC交流信号进行整流，变为DC直流信号，再进行放大，为后续电路的工作提供能量。主要内容：1.差分输入式的产生两相反向的时序脉冲及整流电路；2.由两相反向的时序脉冲控制的电压倍增电路。先利用EDA软件（如OrCAD）进行电路的设计，参数的设置

4、及前仿真；达到设计要求后，再利用版图设计软件（如L-Edit）进行版图设计，在满足相应设计规范及相应性能指标，并从版图中提取T-Spice文件进行后仿真，并与前仿真性能指标相比对直到符合要求。关键词：压电能量采集、AC－DC转换、倍增电路1.电路的总体设计思路首先通过PZT传感器采集外部的能量将其转化为电能，然后将采集到的微弱AC交流信号通过整流电路进行整流，变为DC直流信号，再通过产生的两相反向的时序脉冲控制的电压倍增电路进行放大，为后续电路的工作提供能量。电路的系统框图如下2.差分输入式的比较器电路及整流电路的设计2.1电路结构

5、分析运算放大器的设计可以分为两个较为独立的两个步骤。第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。电路的主要部分为偏置电路、输入级放大电路和输出级放大电路。偏置电路由M1~M2和M10~M16等组成，其中M1、M2组成镜像电流源，M10分别与M11、M14、M15和M16组成镜像电流源，为输入级和输出级提供合适的偏置电流，确定各级静态工作点。M15和M16还作为输出级的负载。输入级放大电路由M3~M7和M12~M13等组成，采用差分式的输入级，M12和M13组成NMOS的差分对。差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；

6、M4~M7为输入级有源负载，有源负载增大了输出增益的放大倍数。M12和M13为第一级差分输入跨导级，将差分输入电压转换为差分电流。M4~M7为输入级负载，将差模电流恢复为差模电压输出。一输出端还接到M4和M6栅极以提供偏置电压。M3作为负载还为M5和M7栅极提供偏置电压。输出级放大电路由M8~M9等组成，M8和M9分别构成共源放大器，M15和M16为输出级的负载，输出产生Φ1和Φ2两相反向的时序脉冲。2.2电路参数计算第二步就要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电路等，这个步骤包含了电路设计的绝大部分工作。为了满足运放的交

7、流和直流要求，所有管子都应被设计出合适的尺寸。然后在手工计算的基础上，运用计算机模拟电路可以极大的方便对电路进行调试和修改。2.1.1偏置电路标准电流M2的漏极电流为从而，M3漏极电流为依次可得输入级偏置电流输出级偏置电流，2.1.2输入级差分输入级的等效电路如下：其中，跨导Gm2=Gm1=Gm=R1为M13等效的输出电阻，即R1=R2，R3分别为M6，M7等效的输出电阻，即R2=，R3=电路中忽略了M7衬底的偏置效应。等效电阻输出电压为2.1.3输出级输出级组成共源放大器。作为的反相输出，形成互为反相的矩形脉冲。2.3电路的仿真最

8、终确定的电路图如下：3.由两相反向的时序脉冲控制的电压倍增电路的设计3.1电路结构分析初步搭建的电路：由比较器电路产生的，反相的时序脉冲控制M17~M20的关断，通过电容存储电荷的功能实现电压的倍增。当处于高电平，处于低电平时，M18