射频能量采集系统的设计

发布时间：2017-10-21 11:01

  本文关键词：射频能量采集系统的设计

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【摘要】：射频能量采集是最近几年比较热门的研究方向,对空间中存在的射频能量进行有效的收集,可以用在可穿戴设备,智能家居,可植入式芯片和无线充电,物联网等领域。射频能量采集在物联网领域的应用将是未来研究的大方向,在未来的物联网时代,射频能量采集将有重要应用。本文正是基于这一研究背景,给出了一种完整的射频能量采集系统设计方案。本文设计的射频能量采集系统采用SMIC 0.18?m1P4M的CMOS工艺,系统内部核心电路模块包括高效差分整流器,带隙基准源,低压差线性稳压器,整个系统电路通过Cadence和Hspice仿真验证。本文设计的射频能量采集系统是针对输入微瓦级功率的能量采集,在系统中整流器的功率转化效率体现了系统对能量收集的能力,怎样设计出高效功率转化效率整流器是能量采集系统的关键,怎样提高整流器功率转化效率是本文研究的重要内容。因此本文针对传统差分整流器应用体偏置技术进行改进,改进后整流器功率转化效率提高2%,在更小的输入功率取得最大整流效率。当输入端功率一定时,整流器功率转化效率越高,输出端功率转化效率越高;负载等效电阻越大,输出端功率转化效率越高;工作频率越低,输出端功率转化效率越高。本文基于对射频能量采集系统功率转化效率的研究,对整流器后整个系统电路用一个电阻代替研究,在输入功率是-12.5dBm,工作频率是953MHz,负载阻抗是10 K?,整流器的输出电压是1.92V,能量采集整流器的功率转化效率是75.6%,能量采集最大距离是7.4米。当负载是系统实际电路时,输入功率是-10dBm,工作频率是953MHz,整流器输出电压是1.8V,电压纹波是14mV,稳压输出电压是1.2V,电压纹波几乎不到1mV,整个系统功率转化效率是14.2%,系统能量采集最大距离是2.4米。
【关键词】：射频能量采集 系统 整流器 功率转化效率
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.3 未来发展趋势17-19
• 1.4 本文研究内容19-22
• 第二章 整流器和电荷泵22-38
• 2.1 MOS器件特性的研究22-25
• 2.1.1 MOS管基本原理22-23
• 2.1.2 MOS管的传输特性23-25
• 2.2 Dickson电荷泵原理及其结构介绍25-27
• 2.3 减小电荷泵传输管阈值电压的方法和结构27-30
• 2.4 提高整流器整流效率的方法和结构30-38
• 第三章 系统电路和各模块工作原理38-46
• 3.1 能量采集系统的基础知识38
• 3.2 能量采集系统的简单结构38-42
• 3.2.1 能量采集系统的一般简单结构38-41
• 3.2.2 本文研究采取的能量采集系统结构41-42
• 3.3 能量采集系统各个模块的设计42-46
• 3.3.1 匹配网络的设计42-45
• 3.3.2 整流器的的设计45-46
• 第四章 能量采集整流器的设计和仿真46-56
• 4.1 能量采集整流器的设计46-47
• 4.2 能量采集整流器的仿真47-56
• 第五章 能量采集系统的设计和仿真56-76
• 5.1 能量采集系统整体电路的详细介绍56-57
• 5.2 系统各个模块电路的分析57-66
• 5.2.1 射频前端分析57-58
• 5.2.2 整流器分析58
• 5.2.3 电压限幅预稳压电路58-59
• 5.2.4 带隙基准启动电路59-60
• 5.2.5 带隙基准偏置电路60-61
• 5.2.6 带隙基准源电路61-64
• 5.2.7 低压差线性稳压器电路64-66
• 5.3 系统主要模块具体指标分析66-76
• 5.3.1 整流器模块的指标66-67
• 5.3.2 带隙基准源模块的指标67-70
• 5.3.3 低压差线性稳压器模块的指标70-76
• 第六章 总结和展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 作者简介84-85

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本文编号：1072946