[发明专利]一种超长续航工作的超微功耗定时多级能源管控芯片

说明书

本发明提供一种超长续航工作的超微功耗定时多级能源管控芯片，包括依次连接的无线电波能量采集单元、一级能源管控单元、二级能源管控单元、三级能源管控单元，一级能源管控单元中设置有能源存储单元和通过其持续提供能量工作的心跳节律逻辑单元，心跳节律逻辑单元、二级能源管控单元、三级能源管控单元能够依次进行唤醒或驱动，三级能源管控单元用于采集数据。本发明实现了在RFID芯片和电路通过保护封装植入钢筋混凝土结构物，仅仅利用外部远场无线电波激励源情况下的能量采集后，终端通过内部储能电容实现了超过10小时的待机和数据采集存储。

技术领域

本发明涉及射频识别领域(RFID)和超微功耗传感器领域，尤其是涉及一种超长续航工作的超微功耗定时多级能源管控芯片。

背景技术

在射频识别相关技术领域，由于采集的能量是无线远场辐射电波，到达终端后能量衰减较大，因此即使终端天线增益很高，能采集到的能量也极少，基本上以微瓦单位计量，特殊的，当芯片和天线内置于混凝土结构物内部后，由于混凝土结构物水泥标号一般超过60，这会造成较大的不利因素：

1、信号屏蔽，经测量30MM厚标号的60混凝土信号衰减达到8-10db；

2、频点偏移，取决于天线自身结构和三维仿真图形，当中心频偏较大且天线设计带宽不够时，带外衰减将超过5db以上；

3、钢筋的干扰，主要是改变了天线的方向性等；

这么低的能量存储仅能够维持芯片即时工作，当外部激励源关闭后，终端由于能耗过大也即时被迫关闭。所以一般对于内置于混凝土结构物内部的芯片，通常情况下不能即时进行测量，只能通过读写器接近芯片，使得芯片充电，开始工作，然后将数据发送到读写器，进而完成芯片的处理。如果不利用读写器，那么芯片在耗尽自身的能量后，就不能进行工作，通常这个耗能的时间不会太长，主要是自身的电容不能支撑芯片长时间工作，通常在几分钟内就能完成耗电。进一步的，充电只能通过芯片的天线，不能通过有线的方式进行充电。

对于这种问题，解决的方法通常如下：

一种改善方法是在储能环节增加较大容量电容解决，但增加储能电容带来的问题是：一、延迟了终端的反应时间；二、较大储能电容自身漏电率增加导致效果不明显。

另外一个途径是减少终端外围电路电能功耗，目前比如测量温度等外围电路已经在自身电路功耗上达到了较理想结果，但是当需要无外部能量激励源情况下，终端需要持续工作数小时乃至24小时，终端自身的静止待机电路尽管很小，也不能忽略不计。

例如按普遍低功耗工艺的处理器，在25℃常温情况下，最高节电待机模式下待机电流仍然达到0.5μA，当需要待机10个小时情况下，所需要的容量为

Q＝i*t＝u*C

C＝i*t/u

其中，Q是电量(热量)，i是待机电流，t是待机时间，C是电容，u是电势。

假设允许储能的压降为0.3V，待机时间为10小时，那么需要电容量为

C＝0.5*10(-e6)*10*3600/0.3＝0.06F

那么这么大容量的电容带来的问题是：一是需要很长的时间对储能电容进行充电，这个很难实现；二是电容的体积和成本太高，实用性不强；三是大容量储能电容自身漏电不能忽略。

发明内容

本发明提供了一种超长续航工作的超微功耗定时多级能源管控芯片，解决了植入混泥土结构物中的芯片能满足极低储能条件下实现超长待机工作的数据采样问题，使得在外部能源激励源撤离的情况下终端能持续待机工作超过10小时或更长，其技术方案如下所述：