一種無線射頻能量采集器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無線射頻能量采集器，要由兩個可調節(jié)電感L1、L2，以及整流檢波電路所組成；可調節(jié)電感L1的一端與無線輸入正極端，另一端連接整流檢波電路的X端；可調節(jié)電感L2的一端與無線輸入負極端，另一端連接整流檢波電路的Y端。上述整流檢波電路均包括4個電容C1-C4，4個NMOS晶體管N1-N4和2個PMOS晶體管P1、P2。本發(fā)明采用了獨特的匹配升壓網(wǎng)絡，加上改進的高頻整流電路，大大地提高了系統(tǒng)的靈敏度和響應速率，可以通過在極短時間內收集微弱的電信號而產(chǎn)生需要的直流電壓，從而滿足后續(xù)系統(tǒng)的正常工作。
【專利說明】一種無線射頻能量采集器
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線能量傳輸【技術領域】，具體涉及一種無線射頻能量采集器。
【背景技術】
[0002] 無線能量傳輸是隨著對無接觸供電的需求不斷增加而逐漸發(fā)展起來的新技術。無 線能量傳輸是指能量從能量源傳輸?shù)诫娯撦d的一個過程，這個過程不是傳統(tǒng)的用有線來完 成，而是通過無線傳輸實現(xiàn)。由于該技術不依賴于有線的傳輸媒介，因而對于有線供電部署 困難的場景尤其是人體內部醫(yī)用裝置和無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點等的供電具有重要的意義。
[0003] 目前有三種基本的無線能量傳輸方式也即無線充電方式分別為無線電充電、共振 充電和感應充電。無線電充電方式又稱電波接收型，能夠接收的功率很小，主要用于在便攜 式終端提供待機時消耗的功率，或極小功率的設備供能。共振充電方式，其電能發(fā)送距離可 達3_4m，而且，可以發(fā)送高達幾 KW的大功率，適用于機器人，汽車等短距離需要大功率電源 的應用。感應充電方式，利用現(xiàn)代電力電子能量交換技術、磁場耦合技術，借助于現(xiàn)代控制 理論和手段實現(xiàn)能量從靜止設備向可移動設備的非接觸傳遞，例如RFID卡。
[0004] 然而，無論是何種類型的無線能量傳輸方式，其無線能量采集的兩個主要性能是 接收靈敏度和轉換效率，其中如何提高無線能量傳輸?shù)哪芰坎杉鞯慕邮侦`敏度是目前無 線能量傳輸【技術領域】的關鍵重要問題。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種無線射頻能量采集器，其能夠提高無線射 頻能量采集器的靈敏度。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0007] -種無線射頻能量采集器，主要由兩個可調節(jié)電感L1、L2,以及整流檢波電路所組 成；可調節(jié)電感L1的一端與無線輸入正極端，另一端連接整流檢波電路的X端；可調節(jié)電 感L2的一端與無線輸入負極端，另一端連接整流檢波電路的Y端。
[0008] 上述整流檢波電路均包括4個電容C1-C4,4個NM0S晶體管N1-N4和2個PM0S晶 體管PI、P2 ;NM0S晶體管N1的柵極連接NM0S晶體管N2的源極，NM0S晶體管N2的柵極連 接NM0S晶體管N1的源極；NM0S晶體管N3的柵極和漏極同時連接匪0S晶體管N1的源極， NM0S晶體管Μ的柵極和漏極同時連接NM0S晶體管N2的源極；NM0S晶體管N3的源極連接 PM0S晶體管Ρ2的源極，NM0S晶體管Μ的源極連接PM0S晶體管Ρ1的源極；PM0S晶體管Ρ2 的柵極經(jīng)電容C3后及NM0S晶體管Ν1的源極經(jīng)電容C1后，相互連接形成本整流檢波電路 的X端。NM0S晶體管Ν1的漏極和NM0S晶體管Ν2的漏極相連形成本整流檢波電路的直流 輸入端；PM0S晶體管Ρ1的柵極經(jīng)電容C4后及NM0S晶體管Ν2的源極經(jīng)電容C2后，相互連 接形成本整流檢波電路的Υ端；PM0S晶體管Ρ1的漏極和PM0S晶體管Ρ2的漏極相連形成 本整流檢波電路的輸出端。
[0009] 所述整流檢波電路可以是1個，也可以2個或2個以上。當整流檢波電路為2個 或2個以上時，每個整流檢波電路的X端均與可調節(jié)電感L1的相連，每個整流檢波電路的 Y端均與可調節(jié)電感L2的相連，第一級整流檢波電路的輸入端連接外部輸入的額定電壓信 號，前一級整流檢波電路的輸出端連接后一級整流檢波電路的輸入端，最后一級整流檢波 電路的輸出端向外輸出電壓輸出信號。
[0010] 上述方案中，可調節(jié)電感L1和可調節(jié)電感L2選型相同，電容C1和電容C2選型相 同，電容C3和電容C4選型相同，NM0S晶體管N1和NM0S晶體管N2選型相同，NM0S晶體管 N3和NM0S晶體管N4選型相同，PM0S晶體管P1和PM0S晶體管P2選型相同。
[0011] 上述方案中，所述4個電容C1-C4的選型均相同，4個NM0S晶體管N1-N4的選型均 相同。
[0012] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用了獨特的匹配升壓網(wǎng)絡，加上改進的高頻整流電路， 大大地提高了系統(tǒng)的靈敏度和響應速率，可以通過在極短時間內收集微弱的電信號而產(chǎn)生 需要的直流電壓，從而滿足后續(xù)系統(tǒng)的正常工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是一種無線射頻能量采集器的電路圖。
[0014] 圖2是圖1的等效原理圖。
[0015] 圖3是一種無線射頻能量采集器的電路模塊連接圖。
【具體實施方式】
[0016] 實施例1 :
[0017] 本實施例1的一種無線射頻能量采集器，如圖1所示，其主要由兩個可調節(jié)電感 L1、L2,以及整流檢波電路所組成?？烧{節(jié)電感L1的一端與無線輸入正極端，另一端連接整 流檢波電路的X端?？烧{節(jié)電感L2的一端與無線輸入負極端，另一端連接整流檢波電路的 Y端。
[0018] 上述整流檢波電路均包括4個電容C1-C4,4個NM0S晶體管N1-N4和2個PM0S晶 體管P1、P2。NM0S晶體管N1的柵極連接NM0S晶體管N2的源極，NM0S晶體管N2的柵極連 接NM0S晶體管N1的源極。NM0S晶體管N3的柵極和漏極同時連接NM0S晶體管N1的源極， NM0S晶體管Μ的柵極和漏極同時連接NM0S晶體管N2的源極。NM0S晶體管N3的源極連 接PM0S晶體管Ρ2的源極，NM0S晶體管Μ的源極連接PM0S晶體管Ρ1的源極。PM0S晶體 管Ρ2的柵極經(jīng)電容C3后及NM0S晶體管Ν1的源極經(jīng)電容C1后，相互連接形成本整流檢波 電路的X端。NM0S晶體管Ν1的漏極和NM0S晶體管Ν2的漏極相連形成本整流檢波電路的 直流輸入端。PM0S晶體管Ρ1的柵極經(jīng)電容C4后及NM0S晶體管Ν2的源極經(jīng)電容C2后，相 互連接形成本整流檢波電路的Υ端。PM0S晶體管Ρ1的漏極和PM0S晶體管Ρ2的漏極相連 形成本整流檢波電路的輸出端。
[0019] 為了確保對稱性，上述可調節(jié)電感L1和可調節(jié)電感L2選型相同，電容C1和電容 C2選型相同，電容C3和電容C4選型相同，NM0S晶體管Ν1和NM0S晶體管Ν2選型相同，NM0S 晶體管Ν3和NM0S晶體管Μ選型相同，PM0S晶體管Ρ1和PM0S晶體管Ρ2選型相同。更特 別地，在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，所述4個電容C1-C4的選型均相同，4個NM0S晶體管Ν1-Ν4 的選型均相同。
[0020] 本發(fā)明的無線射頻能量采集器等效原理圖如圖2所示，其采用匹配升壓電路和整 流檢波電路組合，實現(xiàn)高靈敏度的無線能量收集。圖2中的R_PAD為天線的特性阻抗50歐 姆，L為可調的匹配電感，R_rec和C_rec分別為后繼整流檢波電路輸入端口的等效輸入電 阻和電容。圖2中，PM0S晶體管P1和P2構成主差分整流電路，NM0S晶體管N1和N2組合 成升壓網(wǎng)絡，NM0S晶體管N3和Μ主要是作二極管的作用。
[0021] 匹配升壓電路采用簡單有效的L&C匹配網(wǎng)絡，將天線接收的射頻信號通過匹配升 壓以供給后繼的整流檢波網(wǎng)絡，而其中的L為可調節(jié)電感，C_rec為后繼的至少一個整流檢 波電路輸入端的等效電容，要求這個電容C_rec盡量小，從而產(chǎn)生大的升壓倍數(shù)。每個整流 檢波電路均對傳統(tǒng)的Di-ckson電壓整流器加以改進，以提高靈敏度。即NM0S晶體管N3和 N4等效于兩個二極管，由于二極管的單向導電性，將NM0S晶體管N1和N2組合產(chǎn)生的高幅 值高頻信號加載在由PM0S晶體管P1和P2組成的整流網(wǎng)絡的輸入端，從而增加整流輸出電 壓。
[0022] 在輸入差分高頻正弦信號的作用下，通過調節(jié)整流檢波電路中M0S晶體管的寬長 比（W/L)來調節(jié)整流檢波電路的輸入端等效電容，使等效電容C_rec盡量偏小。然后調節(jié)匹 配升壓網(wǎng)絡中的電感L。當L&C匹配網(wǎng)絡匹配時，匹配升壓網(wǎng)絡會將天線接收到的無線信號 轉化成幅值增大幾十倍的同頻無線信號。對于整流檢波電路而言，較大幅值的輸入電壓使 整流檢波電路中的M0S晶體管工作在線性區(qū)。從而使M0S晶體管能正常開啟工作。整流檢 波電路將輸入差分信號經(jīng)過相干檢波產(chǎn)生較高的同幅直流電壓。而采用的改進的Dickson 電壓整流器能更大的提高輸出的直流電壓的幅值，遠遠大于輸入信號的幅值，從而滿足高 輸出直流電壓的要求。
[0023] 上述匹配升壓電路的工作過程是：
【權利要求】
1. 一種無線射頻能量采集器，其特征在于：主要由兩個可調節(jié)電感L1、L2,以及整流檢 波電路所組成；可調節(jié)電感L1的一端與無線輸入正極端，另一端連接整流檢波電路的X端； 可調節(jié)電感L2的一端與無線輸入負極端，另一端連接整流檢波電路的Y端； 上述整流檢波電路均包括4個電容C1-C4,4個NMOS晶體管N1-N4和2個PMOS晶體管 PI、P2 ;NMOS晶體管N1的柵極連接NMOS晶體管N2的源極，NMOS晶體管N2的柵極連接NMOS 晶體管N1的源極；NMOS晶體管N3的柵極和漏極同時連接NMOS晶體管N1的源極，NMOS晶 體管Μ的柵極和漏極同時連接NMOS晶體管N2的源極；NMOS晶體管N3的源極連接PMOS晶 體管P2的源極，NMOS晶體管Μ的源極連接PM0S晶體管P1的源極；PM0S晶體管P2的柵極 經(jīng)電容C3后及NMOS晶體管Ν1的源極經(jīng)電容C1后，相互連接形成本整流檢波電路的X端； NMOS晶體管N1的漏極和NMOS晶體管N2的漏極相連形成本整流檢波電路的直流輸入 端；PMOS晶體管P1的柵極經(jīng)電容C4后及NMOS晶體管N2的源極經(jīng)電容C2后，相互連接形 成本整流檢波電路的Y端；PMOS晶體管P1的漏極和PMOS晶體管P2的漏極相連形成本整 流檢波電路的輸出端。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種無線射頻能量采集器，其特征在于：所述整流檢波電路 為2個或2個以上；此時，每個整流檢波電路的X端均與可調節(jié)電感L1的相連，每個整流檢 波電路的Y端均與可調節(jié)電感L2的相連，第一級整流檢波電路的輸入端連接外部輸入的額 定電壓信號，前一級整流檢波電路的輸出端連接后一級整流檢波電路的輸入端，最后一級 整流檢波電路的輸出端向外輸出電壓輸出信號。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種無線射頻能量采集器，其特征在于：可調節(jié)電感L1 和可調節(jié)電感L2選型相同，電容C1和電容C2選型相同，電容C3和電容C4選型相同，NMOS 晶體管N1和NMOS晶體管N2選型相同，NMOS晶體管N3和NMOS晶體管N4選型相同，PMOS 晶體管P1和PMOS晶體管P2選型相同。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種無線射頻能量采集器，其特征在于：所述4個電容C1-C4 的選型均相同，4個NMOS晶體管N1-N4的選型均相同。
【文檔編號】H02J17/00GK104269946SQ201410596804
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權日:2014年10月30日
【發(fā)明者】韋保林, 陳 田, 韋雪明, 徐衛(wèi)林, 段吉海 申請人:桂林電子科技大學