【摘要】：近年來,無線傳感節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(WSN)成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)。無線傳感節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)包括了對(duì)無線傳感節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的能量的獲取和管理,以及利用收集到的能量實(shí)現(xiàn)信息采集以及與外部網(wǎng)絡(luò)的通信。在無線傳感節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中整流器收集到的能量所產(chǎn)生的電壓往往較低并且不穩(wěn)定從而不能直接被后續(xù)電路直接利用。這一問題可以通過一個(gè)升壓型轉(zhuǎn)換器(Boost)進(jìn)行電源管理從而得以解決。本文設(shè)計(jì)了一種用于無線傳感節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)電源管理的升壓型轉(zhuǎn)換器。本文先對(duì)升壓型轉(zhuǎn)換器的基本原理進(jìn)行了介紹。在此基礎(chǔ)上,介紹了升壓型轉(zhuǎn)換器的小信號(hào)建模以及穩(wěn)定性分析與補(bǔ)償。隨后詳細(xì)地介紹了升壓型轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵模塊電路設(shè)計(jì),包括低壓啟動(dòng)電路、前饋通路電路、自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間電路、帶隙基準(zhǔn)電路、振蕩器和誤差放大器等。整流器將從無線傳感節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獲取能量整流并存儲(chǔ)于電容上,作為升壓型轉(zhuǎn)換器的輸入。由于從無線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)獲取的能量可能很少,轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可能是一個(gè)很低的值(可能是幾百毫伏),為了使得升壓型轉(zhuǎn)換器能在這個(gè)低輸入電壓的前提下啟動(dòng)并正常工作,本文專門設(shè)計(jì)了相應(yīng)的低壓啟動(dòng)電路。無線傳感節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的能量不是一個(gè)恒定的值,而是與環(huán)境相關(guān),也就是說轉(zhuǎn)換器的輸入電壓會(huì)不斷變化。針對(duì)這一問題,本文設(shè)計(jì)了前饋通路電路用于優(yōu)化轉(zhuǎn)換器的線性瞬態(tài)響應(yīng)(line transient),使得轉(zhuǎn)換器能快速響應(yīng)輸入電壓的變化并且穩(wěn)定工作。此外,本文還設(shè)計(jì)了自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間電路用于提高轉(zhuǎn)換器效率。上述電路的設(shè)計(jì)在本文中都進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。最后,基于SMIC 0.18μm Mixed-signals CMOS工藝平臺(tái),本文對(duì)所設(shè)計(jì)的升壓型轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了仿真驗(yàn)證與版圖設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明,輸入電壓在320mV時(shí)轉(zhuǎn)換器可以啟動(dòng)并正常工作。通過前饋通路電路,轉(zhuǎn)換器的線性瞬態(tài)響應(yīng)比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器的線性瞬態(tài)響應(yīng)降低了4%。由于自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間電路,轉(zhuǎn)換器的峰值效率提高至92.1%。仿真結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的升壓型轉(zhuǎn)換器達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo),滿足了無線傳感節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中電源管理的要求。
【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)】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2711780