【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,越來(lái)越多無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)被應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)中,以獲取最基本的與物相關(guān)的信息。而射頻能量采集技術(shù)作為無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)供電解決方案之一,以其無(wú)線方式供電、無(wú)需電池的特點(diǎn),非常適合為大量分散的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)供電,因此獲得了眾多的關(guān)注和研究。依據(jù)射頻能量采集技術(shù)設(shè)計(jì)的射頻能量采集芯片,可以采集環(huán)境中廣泛存在的射頻信號(hào)并轉(zhuǎn)化為直流電能為其他電路供電,并且體積小、功耗低、可以集成,有重要的應(yīng)用價(jià)值和較多的應(yīng)用范圍。在此背景下,本文以適用于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的射頻能量采集芯片為設(shè)計(jì)目標(biāo)。首先,針對(duì)二極管閾值造成的射頻能量損失問(wèn)題,設(shè)計(jì)中采用了閾值電壓較低的本征管構(gòu)建倍壓整流電路,所設(shè)計(jì)的基于ISM 915MHz頻帶的本征管倍壓整流電路在1V輸出電壓10uA負(fù)載電流的條件下,靈敏度可達(dá)-15dBm,在靈敏度范圍內(nèi)能量轉(zhuǎn)換效率最低大于33%,最大可大于60%。其次,在研究了能量采集芯片的阻抗和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,針對(duì),輸入功率不同倍壓整流電路阻抗不同,使用固定匹配無(wú)法適應(yīng)阻抗變化會(huì)導(dǎo)致匹配網(wǎng)絡(luò)失配增加、功率傳輸效率下降,提出了自動(dòng)阻抗匹配技術(shù),設(shè)計(jì)的具有自動(dòng)阻抗匹配功能的射頻能量采集電路,在-8dBm的輸入功率下,可將能量采集電路的輸出電壓提升1.6倍,輸出功率提升2.56倍,此時(shí)能量采集電路的整體效率為27.2%。此外,針對(duì)由于自動(dòng)阻抗匹配電路工作需要時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)位信號(hào),設(shè)計(jì)了片內(nèi)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路,所設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路受工藝和溫度變化的影響頻率在968kHz到321kHz之間,可以使自動(dòng)阻抗匹配電路在399μs內(nèi)完成阻抗調(diào)節(jié)。此外,針對(duì)自動(dòng)阻抗匹配電路的功耗,采用了電源控制電路,在自動(dòng)阻抗匹配工作完畢后,可切斷自動(dòng)阻抗匹配電路的供電電源,節(jié)省能量,并采用了鎖存電路鎖存匹配結(jié)果,確保自動(dòng)阻抗匹配電路掉電后阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)保持不變。最后,采用SMIC 0.18μm工藝對(duì)論文中的能量采集芯片進(jìn)行了芯片版圖設(shè)計(jì),也對(duì)芯片測(cè)試和驗(yàn)證需要的板級(jí)PCB進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士論文監(jiān)測(cè)應(yīng)用中。能量采集技術(shù)不但可以很好地解決無(wú)電池?zé)o線節(jié)點(diǎn)的以使無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)具有更高的集成度和更低的制造和應(yīng)用成本，結(jié)、維護(hù)更加簡(jiǎn)單。

電感增加電抗，不改變電阻(忽略寄生電阻)。因此，，在電路中增加串聯(lián)電感相在史密斯圓圖上將阻抗沿的等電阻圓“向上”（電抗增加的方向）移動(dòng)一個(gè)恒定。在此過(guò)程中，阻抗從 z=r+jx1移到 z=r+jx2，可以計(jì)算電感對(duì) x 值的貢獻(xiàn)是 x2-x1加串聯(lián)電容器進(jìn)行與此特性相同的轉(zhuǎn)換，但增加了負(fù)電抗，沿等電阻圓“向下”（減小的方向）方向上移動(dòng)一個(gè)恒定的距離。添加并聯(lián)電感和電容器是相同的，只們?cè)黾恿藢?dǎo)納，而不是阻抗。因此，要計(jì)算并聯(lián)元件的作用，需要切換到導(dǎo)納圓使用不同常數(shù)值的 g 圓。在這些導(dǎo)納史密斯原圖中，添加并聯(lián)電感使導(dǎo)納沿等電 圓仍然向上移動(dòng)，使電納減小，添加并聯(lián)電容使導(dǎo)納沿等電導(dǎo) g 圓仍然向下移動(dòng)電納增加方向移動(dòng)。斯密斯圓圖設(shè)計(jì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是從源阻抗開(kāi)始最后到阻抗處結(jié)束，確定一組并聯(lián)/串聯(lián)電容器/電感元件的列表[27]。使用阻抗/導(dǎo)納史密斯圖進(jìn)行匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法步驟如下:1.對(duì)源阻抗 Zant進(jìn)行歸一化，得到 zant；2.將負(fù)載阻抗*loadZ 歸一化，得到*loadz3.在 Smith 圓圖上繪制 zant，*loadz 點(diǎn)
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN402

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 高春慶;超高頻RFID高效率能量獲取電路研究[D];西安電子科技大學(xué);2017年

2 翟鵬飛;適用于無(wú)源無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)場(chǎng)射頻能量收集芯片設(shè)計(jì)[D];北京交通大學(xué);2015年

3 楊陽(yáng);適用于無(wú)線體域網(wǎng)的微能量采集電路設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2648251