一种双频段射频能量获取系统

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1、■．１Ｉ一＿＇’ｌ－Ｖ；－ｓ．京护Ｉ？＊－■》ｉｉＳ麥毛？締权妈硕±学位论文ｉｆ一种双频段射频能量获取系统ＩＹ作者姓名沐俊超＾指导教师姓名、职称刘帘禱副教授々！申请学位类别工学硕壬＼西安电子科技大学学位论文独创巧（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢中所罗列的内容外，论

2、文中不包含其他人已经发表或撰写过的研巧成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处。，本人承担切法律责任文。村文：；日期：本人签名私麟西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，目Ｐ：研巧生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，

3、化许查阅、借阅论文；学校可公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密。的学位论文在年解密后适用本授权书＿本人签名：Ｍ《輕师签名：刊．导斬亨￣６么）￥，｜２皮日期：、日期：学校代码10701学号1311122739分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文一种双频段射频能量获取系统作者姓名：沐俊超一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类

4、别：工学硕士指导教师姓名、职称：刘帘曦副教授学院：微电子学院提交日期：2015年11月ADualBandRFEnergyHarvesterSystemAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMicroelectronicsandSolidStateElectronicsByMuJunchaoSupervisor:LiuLianxiAssociateProfesso

5、rNovember2015摘要摘要能量获取电路在代替电池作为电源供电方面具有广泛的应用前景。如何高效地获取环境中的能量已经成为人们研究的一个热点。能量获取电路可以应用于无线传感器节点网络（WSN）中，提高其使用寿命，降低制造成本。同时，能量获取电路还可以应用于可穿戴设备中，提高可穿戴设备的续航以及使用寿命。射频（RF）能量由于具有分布范围广泛，稳定的特点，已经被用于射频识别（RFID）芯片中。相对于其它形式的能量获取，RF能量获取是一个难点。本文根据环境中射频能量的分布特点，设计了一个双频段能量获取系统。该

6、能量获取系统可以获取环境中900MHz频段和2.4GHz频段的射频能量，并将其转换为可用的直流电压给后级电路供电。相对于以往的单一频段的RF能量获取，该双频段能量获取可以增加获得的输入功率，提高了RF能量的利用效率。本文还详细地介绍了传统的阈值自补偿整流器的结构以及优缺点。在传统的阈值自补偿整流器的基础之上，本文将利用PMOS（P型场效应晶体管）源极和衬底之间的微弱正偏去降低晶体管的阈值电压，通过将阈值自补偿结构和衬底偏置效应结合起来，整个RF-DC（射频—直流转换）电路在低输入功率下的性能得到了极大的提升

7、。为了进一步研究如何设计RF-DC电路的参数，本文还分别研究了晶体管的宽长比，整流器的级数，补偿阶数，以及阻抗匹配网络的增益对整个RF-DC电路性能的影响。并且给出了粗略估算射频整流器输出电压的表达式。同时根据各个频段的带宽的特点，对双频段的RF-DC电路的性能进行了单独的优化。为了降低整个RF能量获取在充电阶段的功耗，本文使用无电阻结构的带隙基准源以及偏置电流源，这大大降低了整体的功耗以及芯片的面积以及充电阶段整个电路的功耗。同时本文还提出了一种新型的电压检测电路，该电压检测电路在充电阶段只有一个低功耗比

8、较器消耗能量，使用这个低功耗比较器检测电压的上升，而另一个高速比较器只有在电压的下降阶段才正常工作，通过使用低功耗的基准电路，偏置电路，电压检测电路，该RF能量获取在充电阶段的功耗降低到了97nA。为了提高芯片的集成度，本文还使用了DFC(Damping-Factor-Compensation)补偿的无电容LDO（低压差线性稳压器），该LDO通过使用DFC补偿，将主极点移到第一级的输出，不需要利用输出电容的ESR