一种自供电cmos压电振动能量采集器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路技术领域，尤其是一种自供电CMOS压电振动能量采集器。
【背景技术】
[0002]振动能量几乎存在于任何环境中，大自然中水、空气流动、工业机器的振动，交通工具运行时的振动，人体运动，甚至呼吸、心跳、等等。压电式振动能量采集器利用压电材料的正压电效应，可将环境中的振动能转换为电能。压电振动能量采集器具有能量密度高、结构简单、寿命长、易集成等优点而广泛应用于当代微功耗移动和穿戴电子设备中。
[0003]由于振动使压电元件输出的电压是交变的，而常见的微型电子设备供电是需要稳定的直流电压，所以，在压电元件与用电设备之间需要设计接口电路，最简单的是二极管全桥整流和一个滤波电容的整流滤波标准能量采集电路(SEH)，但是，由于压电元件的内部等效电路中电容Cp的存在，压电元件首先要对电容Cp充电，当电容Cp的电压超过整流桥后端的滤波电容的电压再加上两个二极管的压降后，才能对后端的电容充电，导致这种电路不仅回收效率低，而且回收的能量受后端电容电压和负载大小在一定程度上的影响。
[0004]因此，研宄人员提出了多种非线性能量提取电路，如同步开关电感电路(P-SSHI)、串联同步开关电感电路(S-SSHI )、同步电荷提取电路(SECE)，以及在此基础上派生出来的双同步开关电路(DSSH)、增强型双同步开关电感回收电路(ESSH)和优化型同步电荷提取电路(OSECE)等。
[0005]同步开关电感电路(P-SSHI)与串联同步开关电感电路(S-SSHI)回收功率仍然受后端电容电压及负载阻抗的大小影响较大；同步电荷提取电路(SECE)、双同步开关电路(DSSH)、增强型双同步开关电感回收电路(ESSH)和优化型同步电荷提取电路(OSECE)解决了这一问题，其回收功率与后端电容及负载大小无关，然而，这些电路在理论上虽然非常具有优势，实际实现起来或者过于复杂，或者自身电路无法单独完成采集，需要由外部电源进行供电，或者由于需要较多的分立元件而导致电路体积较大，不易集成，因此难以推广。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种电路体积较小、功耗较低的自供电CMOS压电振动能量采集器，采用自供电设计无需外部电源，且能够实现对压电能量电荷的高效提取。
[0007]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种自供电CMOS压电振动能量采集器，包括CMOS压电同步电荷提取采集接口电路和续流储能电路，所述的CMOS压电同步电荷提取采集接口电路采用集成电路形式封装，所述的CMOS压电同步电荷提取采集接口电路上设置有第一检测电路输出控制接口、第二检测电路输出控制接口、第一压电元件连接接口、第二压电元件连接接口、第一电容检测接口、第二电容检测接口、外接电感接口和接地端口，所述的第一压电元件连接接口用于与压电元件的一端连接，所述的第二压电元件连接接口用于与压电元件的另一端连接，所述的续流储能电路包括续流二极管、电感和储能电容，所述的外接电感接口分别与所述的续流二极管的正极及所述的电感的一端连接，所述的续流二极管的负极与所述的储能电容的正端连接，所述的储能电容的正端用于对外部用电设备提供电压，所述的储能电容的负端、所述的电感的另一端及所述的接地端口均接地，所述的CMOS压电同步电荷提取采集接口电路包括正向极值检测模块、反向极值检测模块、正反极值互锁开关、正反方向振动自动切换开关和动态衬底电平选择模块，所述的正反极值互锁开关包括第三NMOS管、第四NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第七PMOS管和第八PMOS管，所述的正反方向振动自动切换开关包括第七NMOS管、第八NMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管，所述的动态衬底电平选择模块包括第五NMOS管和第六NMOS管，所述的第三NMOS管的漏极分别与所述的正向极值检测模块的第一信号传输端、所述的反向极值检测模块的第二信号传输端、所述的第七NMOS管的栅极、所述的第四PMOS管的栅极、所述的第十NMOS管的源极、所述的第八PMOS管的漏极、所述的第二压电元件连接接口及所述的压电元件的一端连接，所述的第三NMOS管的栅极分别与所述的正向极值检测模块的第三信号传输端、所述的第九NMOS管的栅极、所述的第八PMOS管的栅极及所述的第一检测电路输出控制接口连接，所述的第三NMOS管的源极与所述的第三PMOS管的漏极连接，所述的第三PMOS管的栅极分别与所述的第一压电元件连接接口、所述的压电元件的另一端、所述的第九NMOS管的源极、所述的第七PMOS管的漏极、所述的正向极值检测模块的第二信号传输端、所述的第四NMOS管的漏极、所述的反向极值检测模块的第一信号传输端及所述的第八NMOS管的栅极连接，所述的第三PMOS管的源极分别与所述的第五NMOS管的栅极、所述的接地端口、所述的第六NMOS管的漏极及所述的第四PMOS管的源极连接，所述的第四NMOS管的栅极分别与所述的反向极值检测模块的第三信号传输端、所述的第二检测电路输出控制接口、所述的第十NMOS管的栅极及所述的第七PMOS管的栅极连接，所述的第四NMOS管的源极与所述的第四PMOS管的漏极连接，所述的第五NMOS管的源极分别与所述的CMOS压电同步电荷提取采集接口电路所在的集成电路衬底及所述的第六NMOS管的源极连接，所述的第五NMOS管的漏极分别与所述的外接电感接口、所述的第七NMOS管的源极、所述的第六NMOS管的栅极及所述的第八NMOS管的源极连接，所述的第七NMOS管的漏极分别与所述的第九NMOS管的漏极及所述的第七PMOS管的源极连接，所述的第八NMOS管的漏极分别与所述的第八PMOS管的源极及所述的第十NMOS管的漏极连接，所述的正向极值检测电路的第四信号传输端与所述的第一电容检测接口连接，所述的反向极值检测电路的第四信号传输端与所述的第二电容检测接口连接，所述的第三NMOS管的衬底、所述的第四NMOS管的衬底、所述的第七NMOS管的衬底、所述的第八NMOS管的衬底、所述的第九NMOS管的衬底及所述的第十NMOS管的衬底均采用深N阱工艺与所述的集成电路衬底隔离。
[0008]所述的正向极值检测模块包括第一 NMOS管、第一 PMOS管、第五PMOS管、第一检测电容和第一下拉电阻，所述的反向极值检测模块包括第二 NMOS管、第二 PMOS管、第六PMOS管、第二检测电容和第二下拉电阻，所述的第一 NMOS管的源极分别与所述的第一 PMOS管的源极、所述的第五PMOS管的栅极、所述的第三NMOS管的漏极、所述的第二 NMOS管的栅极及所述的第二检测电容的一端连接，所述的第一 NMOS管的栅极分别与所述的第一检测电容的一端、所述的第一压电元件连接接口、所述的第二 NMOS管的源极、所述的第二 PMOS管的源极及所述的第六PMOS管的栅极连接，所述的第一 NMOS管的漏极分别与所述的第一 PMOS管的栅极、所述的第一 PMOS管的漏极、所述的第五PMOS管的源极、所述的第一检测电容的另一端、所述的第二 NMOS管的源极及所述的第一电容检测接口连接，所述的第五PMOS管的漏极分别与所述的第一检测电路输出控制接口及所述的第一下拉电阻的一端连接，所述的第一下拉电阻的另一端与所述的接地端口连接，所述的第二 NMOS管的漏极分别与所述的第二 PMOS管的栅极、所述的第二 PMOS管的漏极、所述的第六PMOS管的源极、所述的第二检测电容的另一端及所述的第二电容检测接口连接，所述的第六PMOS管的漏极分别与所述的第二检测