《高效率集成化CMOS能量獲取關鍵技術研究》是依託西安電子科技大學，由劉簾曦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高效率集成化CMOS能量獲取關鍵技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉簾曦
- 依託單位：西安電子科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目主要研究適用於物聯網中感測器節點以及微型電子設備的射頻和壓電雙能量源的能量獲取系統設計中關鍵技術。首先針對兩種不同能量源的收集器，進行射頻天線和壓電感測器的高層次的建模研究，獲得可用於後續設計仿真的高精度解析模型。針對傳統整流電路啟動電壓高，轉換效率低和自身功耗大的問題，深入開展射頻和壓電能量收集整流器設計中的近零啟動、同步脈衝控制的有源負電壓轉換和閾值電壓補償等技術降低整流器的啟動電壓。基於65nm的CMOS工藝，充分利用器件的亞閾值特性，並結合襯底驅動和準浮柵等技術，開展超低低功耗的基準源電路、運算放大器、比較器等模擬單元電路的設計研究。最後，為了擴大雙模能量獲取系統的套用範圍，本項目還將對基於平均電流模控制的同相低功耗升降壓型DC-DC電壓轉換電路進行進一步研究。
結題摘要
本項目開展了射頻能量和壓電能量獲取關鍵技術的研究，完成預期目標。研究人員設計了一個射頻能量和壓電能量混合獲取系統，實現了通過射頻整流器和壓電整流器對射頻能量和壓電能量進行獲取以及採用DC-DC轉換器對獲取的能量進行功率管理。針對射頻能量，研究人員設計了閾值自補償射頻整流器，拓寬了射頻能量獲取的範圍，提升了射頻能量獲取的效率。針對壓電能量，研究人員設計了自供電有源迪克森整流器，以此得到較高的輸出電壓；此外，研究人員還利用有源二極體代替傳統的肖特基二極體構成的有源全橋整流器，此外在整流器中加入了失調校準技術和功率提升技術（PSSHI）提高了壓電能量獲取的效率。研究人員還設計了低壓啟動低輸出紋波boost轉換器和雙模式低功耗boost轉換器對獲取的壓電能量和射頻能量進行功率管理。低壓啟動低輸出紋波boost轉換器利用倍壓技術使得boost轉換器可以在低壓下正常工作，利用自適應導通時間控制技術降低了輸出電壓紋波。雙模式低功耗boost轉換器通過雙模式切換提升了轉換器的效率。此外，研究人員還設計了低功耗的基準電壓源，通過曲率補償技術提升了基準的精度，利用時鐘降幅電路消除時鐘饋通和電荷注入對基準電壓源的影響。
