本文選題：物聯(lián)網(wǎng) + 能量收集��； 參考：《南京郵電大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,作為傳統(tǒng)電池替代品的微能量收集技術逐漸成為國內外研究的熱點。本文基于SMIC 0.18μm CMOS工藝,分別設計了采集振動能和多種輸入能源的能量收集電路。兩款電路均采用納瓦功耗設計技術,并對傳統(tǒng)電路進行性能優(yōu)化與結構創(chuàng)新,使整體電路表現(xiàn)出更好的性能,從而使其更適用于環(huán)境微能量的采集與電能管理。文中提出的壓電式振動能收集電路主要包括整流電路、峰值檢測電路、零電壓檢測電路、零電流檢測電路、基準電流源、LDO電路、異步邏輯控制電路和后備轉換器。其中,低功耗基準電流源為系統(tǒng)提供較高精度的參考電流和電壓,高穩(wěn)定性LDO電路為外部傳感器節(jié)點提供穩(wěn)定的電源電壓,異步邏輯控制電路能合理控制系統(tǒng)的每一次能量提取過程,后備轉換器能提高能量收集電路的環(huán)境適應能力和對振動能的利用率。仿真結果表明:整體電路的靜態(tài)電流可低至111nA,能量轉換效率可高至89.4%。此外,該電路還具有面積小、集成度高、環(huán)境適應能力強以及全自主運行的特點。基于上述電路的研究成果,同時設計了一款采集環(huán)境振動能、微光能和熱能的納瓦功耗自供電多輸入源能量收集電路。該電路主要包括壓電式振動能接口電路,微光能接口電路,熱能接口電路,Buck-Boost變換器,零電流檢測電路,優(yōu)先級控制電路以及振蕩消除電路。其中,壓電式振動能接口電路中的低功耗有源整流器能提高振動能的轉換效率,無源自啟動電路則使系統(tǒng)在無電池供電的情況下完成自啟動過程;微光能或熱能接口電路中的FOCV MPPT電路能較準確地跟蹤到光電或熱電轉換器的最大輸出功率點;優(yōu)先級控制電路能合理安排能量提取的順序以使系統(tǒng)能有序高效地提取到各個輸入源中的能量。仿真結果表明:電路的靜態(tài)電流能低至100nA,在單個輸入能源提取時電路的最大轉換效率可達83.6%,而在多種輸入能源同時提取時則為71.5%;經(jīng)測試,多輸入源能量收集芯片能使系統(tǒng)自啟動,并在控制電路的作用下,將輸入能量存儲到輸出電容CDD中,以實現(xiàn)芯片的自供電。
[Abstract]:With the rapid development of the Internet of things, micro-energy collection technology, as a traditional battery substitute, has gradually become a hot spot at home and abroad. In this paper, based on SMIC 0.18 渭 m CMOS process, the energy collection circuits for collecting vibration energy and various input energy sources are designed respectively. Both circuits adopt the technology of Nawa power design, and optimize the performance and structure of the traditional circuits, so that the whole circuit has better performance, so that it is more suitable for the acquisition of environmental micro-energy and the management of electric energy. The piezoelectric vibration energy collection circuit proposed in this paper mainly includes rectifier circuit, peak detection circuit, zero voltage detection circuit, zero current detection circuit, reference current source LDO circuit, asynchronous logic control circuit and backup converter. Among them, the low power reference current source provides high precision reference current and voltage for the system, and the high stability LDO circuit provides the stable power supply voltage for the external sensor node. The asynchronous logic control circuit can reasonably control every energy extraction process of the system, and the backup converter can improve the adaptability of the energy collection circuit and the utilization rate of the vibration energy. The simulation results show that the static current of the whole circuit can be as low as 111 na, and the energy conversion efficiency can be as high as 89. 4%. In addition, the circuit has the characteristics of small area, high integration, strong adaptability to the environment and fully autonomous operation. Based on the research results of the circuits mentioned above, a self-supply multi-input energy collection circuit with nanowatt power consumption is designed for collecting ambient vibration energy, low light energy and heat energy. The circuit includes piezoelectric vibratory energy interface circuit, low light energy interface circuit, heat energy interface circuit Buck-Boost converter, zero current detection circuit, priority control circuit and oscillation cancellation circuit. Among them, the low-power active rectifier in the piezoelectric vibration energy interface circuit can improve the conversion efficiency of vibration energy. The FOCV MPPT circuit in the low light energy or thermal energy interface circuit can accurately track the maximum output power point of the photoelectric or thermoelectric converter. The priority control circuit can arrange the order of energy extraction so that the system can extract the energy from each input source in an orderly and efficient manner. The simulation results show that the static current energy of the circuit is as low as 100 na, and the maximum conversion efficiency of the circuit can reach 83.6 when a single input energy is extracted, and 71.5 at the same time when the input energy is extracted simultaneously. The multi-input energy collection chip can make the system self-start, and the input energy can be stored in the output capacitor CDD under the action of the control circuit to realize the self-supply of the chip.
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN432

【參考文獻】

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本文編號：2083123