本文關(guān)鍵詞：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)

  更多相關(guān)文章： 遠(yuǎn)場(chǎng)能量收集 倍壓整流 超低功耗 高靈敏度

【摘要】：無(wú)源遠(yuǎn)場(chǎng)射頻能量收集芯片是將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓并驅(qū)動(dòng)負(fù)載,主要應(yīng)用于為無(wú)源無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)供電,也可以用在RFID標(biāo)簽中,作為標(biāo)簽的供電源。它具有無(wú)導(dǎo)線連接,能量接收距離遠(yuǎn),體積小,壽命長(zhǎng),無(wú)需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。該能量收集電路主要包含CMOS RF-DC倍壓整流電路,超低功耗基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、能量值自判斷電路和低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓電路。整個(gè)芯片與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容,提高集成度,降低成本,符合傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)便攜化,小型化的發(fā)展趨勢(shì)。 論文首先介紹無(wú)源遠(yuǎn)場(chǎng)射頻能量收集系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和基本原理,并分析各個(gè)模塊的基本原理和電路結(jié)構(gòu)。然后詳細(xì)闡述無(wú)源能量收集芯片中各個(gè)模塊的設(shè)計(jì),包括各個(gè)模塊的基本電路實(shí)現(xiàn)和版圖設(shè)計(jì),并進(jìn)行前后仿真驗(yàn)證。 論文中能量收集芯片設(shè)計(jì)是基于TSMC90nm工藝。經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證所有功能正常實(shí)現(xiàn),性能指標(biāo)滿足要求。芯片可實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻能量的收集,同時(shí)輸出穩(wěn)定的直流電壓驅(qū)動(dòng)負(fù)載。芯片整體能量收集靈敏度優(yōu)于-24dBm(約4μW),并且輸出電壓值可根據(jù)輸入能量大小自動(dòng)切換為1V或3V,在輸入能量值低于設(shè)定閾值時(shí)為1V,高于設(shè)定閾值時(shí)為3V。本文設(shè)計(jì)的：CMOS RF-DC倍壓整流電路在負(fù)載為1MΩ時(shí),輸出電壓達(dá)到1.4V,整流效率約達(dá)49%,當(dāng)輸入能量值為4dBm,負(fù)載電阻大于60KΩ時(shí),輸出電壓可達(dá)2.9V以上;超低功耗基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路利用工作在亞閾值區(qū)的MOS管實(shí)現(xiàn),使其所需電源電壓可低于1V,輸出基準(zhǔn)電壓溫漂低于220ppm/℃,總電流消耗小于100nA；能量值自判斷電路實(shí)現(xiàn)了芯片輸出電壓對(duì)輸入能量值大小的自適應(yīng),同時(shí)可以在高能量輸入時(shí)為L(zhǎng)DO電路提供額外的電流；超低功耗LDO電路作為芯片輸出級(jí),輸出可驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電壓。
【關(guān)鍵詞】：遠(yuǎn)場(chǎng)能量收集 倍壓整流 超低功耗 高靈敏度
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-14
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 論文的主要工作以及章節(jié)安排13-14
• 2 無(wú)源遠(yuǎn)場(chǎng)射頻能量收集系統(tǒng)基本原理14-34
• 2.1 無(wú)線射頻能量傳輸?shù)幕驹?/span>15-16
• 2.2 阻抗匹配基本原理16-17
• 2.3 RF-DC整流倍壓電路基本原理與結(jié)構(gòu)17-25
• 2.3.1 兩倍整流倍壓電路工作原理18-20
• 2.3.2 N級(jí)整流倍壓電路原理與結(jié)構(gòu)20-23
• 2.3.3 MOS整流倍壓電路結(jié)構(gòu)23-25
• 2.4 超低功耗基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路25-28
• 2.4.1 帶隙基準(zhǔn)的基本原理25-26
• 2.4.2 超低功耗基準(zhǔn)源的基本原理26-28
• 2.5 超低功耗LDO電路基本原理與主要性能指標(biāo)28-33
• 2.5.1 超低功耗LDO基本工作原理28-29
• 2.5.2 LDO性能指標(biāo)29-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 3 遠(yuǎn)場(chǎng)能量收集芯片各模塊的設(shè)計(jì)34-64
• 3.1 CMOS RF-DC倍壓整流電路的設(shè)計(jì)34-40
• 3.1.1 CMOS RF-DC倍壓整流電路的原理與實(shí)現(xiàn)34-38
• 3.1.2 CMOS RF-DC倍壓整流電路仿真與分析38-40
• 3.2 超低功耗基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)40-47
• 3.2.1 超低功耗基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的原理與實(shí)現(xiàn)41-43
• 3.2.2 超低功耗基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的仿真與分析43-47
• 3.3 能量值自判斷電路的設(shè)計(jì)47-50
• 3.3.1 能量值自判斷電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)47-48
• 3.3.2 能量值自判斷電路的仿真與分析48-50
• 3.4 LDO 1V電路設(shè)計(jì)50-58
• 3.4.1 誤差放大器電路設(shè)計(jì)50-52
• 3.4.2 LDO穩(wěn)定性分析與仿真52-55
• 3.4.3 LDO整體性能仿真與分析55-58
• 3.5 LDO 3V電路設(shè)計(jì)58-63
• 3.5.1 帶附加尾電流源的誤差放大器58-61
• 3.5.2 LDO 3V整體性能仿真與分析61-63
• 3.6 本章小結(jié)63-64
• 4 版圖設(shè)計(jì)與后仿64-82
• 4.1 版圖設(shè)計(jì)基本概念64-65
• 4.2 版圖設(shè)計(jì)關(guān)鍵效應(yīng)65-66
• 4.2.1 閂鎖效應(yīng)65-66
• 4.2.2 天線效應(yīng)66
• 4.2.3 器件匹配66
• 4.3 遠(yuǎn)場(chǎng)能量收集芯片版圖設(shè)計(jì)66-70
• 4.3.1 CMOS RF-DC倍壓整流電路版圖設(shè)計(jì)66-67
• 4.3.2 超低功耗基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路版圖設(shè)計(jì)67
• 4.3.3 能量值自判斷電路版圖設(shè)計(jì)67-68
• 4.3.4 LDO版圖設(shè)計(jì)68-69
• 4.3.5 遠(yuǎn)場(chǎng)能量收集電路整體版圖69-70
• 4.4 遠(yuǎn)場(chǎng)能量收集芯片后仿70-81
• 4.4.1 CMOS RF-DC整流倍壓電路后仿70-72
• 4.4.2 超低功耗基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路后仿72-74
• 4.4.3 能量值自判斷電路后仿74
• 4.4.4 LDO 1V電路后仿74-77
• 4.4.5 LDO 3V電路后仿77-80
• 4.4.6 芯片整體后仿80-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 5 結(jié)論82-83
• 參考文獻(xiàn)83-86
• 作者簡(jiǎn)歷86-88
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集8

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：924134