[发明专利]可重构的CMOS射频能量采集系统

说明书

本发明公开了一种可重构的CMOS射频能量采集系统，包括：低功率支路，用于将较低功率的射频能量转换成直流能量；高功率支路，用于将较高功率的射频能量转换成直流能量，包含：整流器结构和可调谐阻抗匹配网络，该整流器结构包含若干可进行串联、并联连接切换的整流器单元，该高功率支路能根据不同输入功率的射频能量配置不同的可调谐阻抗匹配网络和整流器结构，将不同输入功率的射频能量最大化的转换成直流能量；以及控制电路，根据不同输入功率的射频能量自动控制低功率支路与高功率支路的切换、以及控制高功率支路中可调谐阻抗匹配网络和整流器结构的配置。该系统实现对射频能量宽动态范围、高效率的能量采集，并可有效提高能量采集的灵敏度。

技术领域

本公开属于射频集成电路设计领域，涉及一种可重构的CMOS射频能量采集系统。

背景技术

近年来，无线传感网络(WSN)得到了广泛应用。无线传感器节点不仅需要较小的尺寸和较低的功耗，而且考虑到其可能应用于较恶劣的自然环境或者是植入式医疗设备中，无法进行电池的更换和有线充电，这就要求无线传感器节点还应具备较强的自供电能力。射频能量采集技术是目前解决WSN中能量受限问题的首选方案，即通过捕获周围环境中的微弱射频能量，将其转换为电能，为低功耗传感器节点提供工作所需的电源电压。

虽然射频能量采集技术具有很好的应用前景，但是也面临了诸多挑战：首先，环境中可用的射频信号功率很微弱，只有μW的量级，若要从μW量级的射频能量源中采集到所需的直流电压，射频能量采集系统必须具备高灵敏度和高效率，为了提高系统灵敏度，应降低整流器的开启电压；其次，射频能量采集系统的射频输入功率随时会发生不可预知的变化，这些变化会间接影响系统的能量转换效率。因此，射频能量采集系统效率的提高不能只是单一地提高某一特定输入功率下的效率，而是应该考虑如何解决效率随输入功率变化而不断变化这一问题，设法在更宽的输入功率范围内保持相对较高的能量转换效率。这就需要射频能量采集系统具备自调谐功能，能够根据输入功率的变化自适应地调节系统内部整流器和阻抗匹配网络的结构或参数，保持系统效率在一个相对较高值。

因而，针对以上射频能量采集系统所面临的问题，亟需一个高效的可自适应调谐的射频能量采集系统，使系统在宽输入功率范围内都能保持一个较高的能量转换效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种可重构的CMOS射频能量采集系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种可重构的CMOS射频能量采集系统，包括：低功率支路，用于将较低功率的射频能量转换成直流能量；高功率支路，用于将较高功率的射频能量转换成直流能量，包含：整流器结构和可调谐阻抗匹配网络，该整流器结构包含若干可进行串联、并联连接切换的整流器单元，该高功率支路能根据不同输入功率的射频能量配置不同的可调谐阻抗匹配网络和整流器结构，将不同输入功率的射频能量最大化的转换成直流能量；以及控制电路，根据不同输入功率的射频能量自动控制低功率支路与高功率支路的切换、以及控制高功率支路中可调谐阻抗匹配网络和整流器结构的配置。

在本公开的一些实施例中，低功率支路具有输入端、输出端、以及控制端，其输入端与射频天线相连，其输出端与CMOS射频能量采集系统的输出端相连；高功率支路具有输入端、输出端、以及控制端，其输入端与射频天线相连，其输出端与CMOS射频能量采集系统的输出端相连；控制电路，具有输入端和控制字输出端，其输入端分别与CMOS射频能量采集系统的输出端和参考电压相连，其控制字输出端分别与低功率支路的控制端和高功率支路的控制端相连。