一種無(wú)線射頻能量采集器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種無(wú)線射頻能量采集器，要由兩個(gè)可調(diào)節(jié)電感L1、L2，以及整流檢波電路所組成；可調(diào)節(jié)電感L1的一端與無(wú)線輸入正極端，另一端連接整流檢波電路的X端；可調(diào)節(jié)電感L2的一端與無(wú)線輸入負(fù)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(gè)電容C1-C4，4個(gè)NMOS晶體管N1-N4和2個(gè)PMOS晶體管P1、P2。本實(shí)用新型采用了獨(dú)特的匹配升壓網(wǎng)絡(luò)，加上改進(jìn)的高頻整流電路，大大地提高了系統(tǒng)的靈敏度和響應(yīng)速率，可以通過(guò)在極短時(shí)間內(nèi)收集微弱的電信號(hào)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(shuō)明】一種無(wú)線射頻能量采集器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及無(wú)線能量傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無(wú)線射頻能量采集器。

【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線能量傳輸是隨著對(duì)無(wú)接觸供電的需求不斷增加而逐漸發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。無(wú) 線能量傳輸是指能量從能量源傳輸?shù)诫娯?fù)載的一個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程不是傳統(tǒng)的用有線來(lái)完 成，而是通過(guò)無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)。由于該技術(shù)不依賴于有線的傳輸媒介，因而對(duì)于有線供電部署 困難的場(chǎng)景尤其是人體內(nèi)部醫(yī)用裝置和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等的供電具有重要的意義。
[0003] 目前有三種基本的無(wú)線能量傳輸方式也即無(wú)線充電方式分別為無(wú)線電充電、共振 充電和感應(yīng)充電。無(wú)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(jī)時(shí)消耗的功率，或極小功率的設(shè)備供能。共振充電方式，其電能發(fā)送距離可 達(dá)3_4m，而且，可以發(fā)送高達(dá)幾 KW的大功率，適用于機(jī)器人，汽車等短距離需要大功率電源 的應(yīng)用。感應(yīng)充電方式，利用現(xiàn)代電力電子能量交換技術(shù)、磁場(chǎng)耦合技術(shù)，借助于現(xiàn)代控制 理論和手段實(shí)現(xiàn)能量從靜止設(shè)備向可移動(dòng)設(shè)備的非接觸傳遞，例如RFID卡。
[0004] 然而，無(wú)論是何種類型的無(wú)線能量傳輸方式，其無(wú)線能量采集的兩個(gè)主要性能是 接收靈敏度和轉(zhuǎn)換效率，其中如何提高無(wú)線能量傳輸?shù)哪芰坎杉鞯慕邮侦`敏度是目前無(wú) 線能量傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】的關(guān)鍵重要問(wèn)題。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)線射頻能量采集器，其能夠提高無(wú) 線射頻能量采集器的靈敏度。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種無(wú)線射頻能量采集器，主要由兩個(gè)可調(diào)節(jié)電感L1、L2,以及整流檢波電路所組 成；可調(diào)節(jié)電感L1的一端與無(wú)線輸入正極端，另一端連接整流檢波電路的X端；可調(diào)節(jié)電 感L2的一端與無(wú)線輸入負(fù)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(gè)電容C1-C4,4個(gè)NM0S晶體管N1-N4和2個(gè)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(shí)連接NM0S晶體管N1的源極， NM0S晶體管Μ的柵極和漏極同時(shí)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(gè)，也可以2個(gè)或2個(gè)以上。當(dāng)整流檢波電路為2個(gè) 或2個(gè)以上時(shí)，每個(gè)整流檢波電路的X端均與可調(diào)節(jié)電感L1的相連，每個(gè)整流檢波電路的 Y端均與可調(diào)節(jié)電感L2的相連，第一級(jí)整流檢波電路的輸入端連接外部輸入的額定電壓信 號(hào)，前一級(jí)整流檢波電路的輸出端連接后一級(jí)整流檢波電路的輸入端，最后一級(jí)整流檢波 電路的輸出端向外輸出電壓輸出信號(hào)。
[0010] 上述方案中，可調(diào)節(jié)電感L1和可調(diào)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(gè)電容C1-C4的選型均相同，4個(gè)NM0S晶體管N1-N4的選型均 相同。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用了獨(dú)特的匹配升壓網(wǎng)絡(luò)，加上改進(jìn)的高頻整流 電路，大大地提高了系統(tǒng)的靈敏度和響應(yīng)速率，可以通過(guò)在極短時(shí)間內(nèi)收集微弱的電信號(hào) 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(shuō)明】
[0013] 圖1是一種無(wú)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(wú)線射頻能量采集器的電路模塊連接圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例1 :
[0017] 本實(shí)施例1的一種無(wú)線射頻能量采集器，如圖1所示，其主要由兩個(gè)可調(diào)節(jié)電感 L1、L2,以及整流檢波電路所組成?？烧{(diào)節(jié)電感L1的一端與無(wú)線輸入正極端，另一端連接整 流檢波電路的X端?？烧{(diào)節(jié)電感L2的一端與無(wú)線輸入負(fù)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(gè)電容C1-C4,4個(gè)NM0S晶體管N1-N4和2個(gè)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(shí)連接NM0S晶體管N1的源極， NM0S晶體管Μ的柵極和漏極同時(shí)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(duì)稱性，上述可調(diào)節(jié)電感L1和可調(diào)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Ν4選型相同，PM0S晶體管Ρ1和PM0S晶體管Ρ2選型相同。 更特別地，在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述4個(gè)電容C1-C4的選型均相同，4個(gè)NM0S晶體 管Ν1-Ν4的選型均相同。
[0020] 本實(shí)用新型的無(wú)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(shí)現(xiàn)高靈敏度的無(wú)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(diào)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(gòu)成主差分整流電路，NM0S晶體管N1和N2 組合成升壓網(wǎng)絡(luò)，NM0S晶體管N3和N4主要是作二極管的作用。
[0021] 匹配升壓電路采用簡(jiǎn)單有效的L&C匹配網(wǎng)絡(luò)，將天線接收的射頻信號(hào)通過(guò)匹配升 壓以供給后繼的整流檢波網(wǎng)絡(luò)，而其中的L為可調(diào)節(jié)電感，C_rec為后繼的至少一個(gè)整流檢 波電路輸入端的等效電容，要求這個(gè)電容C_rec盡量小，從而產(chǎn)生大的升壓倍數(shù)。每個(gè)整流 檢波電路均對(duì)傳統(tǒng)的Di-ckson電壓整流器加以改進(jìn)，以提高靈敏度。即NM0S晶體管N3和 N4等效于兩個(gè)二極管，由于二極管的單向?qū)щ娦裕瑢M0S晶體管N1和N2組合產(chǎn)生的高幅 值高頻信號(hào)加載在由PM0S晶體管P1和P2組成的整流網(wǎng)絡(luò)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(hào)的作用下，通過(guò)調(diào)節(jié)整流檢波電路中M0S晶體管的寬長(zhǎng) 比（W/L)來(lái)調(diào)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(diào)節(jié)匹 配升壓網(wǎng)絡(luò)中的電感L。當(dāng)L&C匹配網(wǎng)絡(luò)匹配時(shí)，匹配升壓網(wǎng)絡(luò)會(huì)將天線接收到的無(wú)線信號(hào) 轉(zhuǎn)化成幅值增大幾十倍的同頻無(wú)線信號(hào)。對(duì)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(hào)經(jīng)過(guò)相干檢波產(chǎn)生較高的同幅直流電壓。而采用的改進(jìn)的Dickson 電壓整流器能更大的提高輸出的直流電壓的幅值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)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(guò)程是：
[0024] 設(shè)％為匹配升壓網(wǎng)絡(luò)傳輸給后繼的整流檢波網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)，由L-C匹配理論可 得：
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種無(wú)線射頻能量采集器，其特征在于：主要由兩個(gè)可調(diào)節(jié)電感L1、L2,以及整流檢 波電路所組成；可調(diào)節(jié)電感L1的一端與無(wú)線輸入正極端，另一端連接整流檢波電路的X端； 可調(diào)節(jié)電感L2的一端與無(wú)線輸入負(fù)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(gè)電容C1-C4,4個(gè)NMOS晶體管N1-N4和2個(gè)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(shí)連接NMOS晶體管N1的源極，NMOS晶 體管Μ的柵極和漏極同時(shí)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(quán)利要求1所述的一種無(wú)線射頻能量采集器，其特征在于：所述整流檢波電路 為2個(gè)或2個(gè)以上；此時(shí)，每個(gè)整流檢波電路的X端均與可調(diào)節(jié)電感L1的相連，每個(gè)整流檢 波電路的Y端均與可調(diào)節(jié)電感L2的相連，第一級(jí)整流檢波電路的輸入端連接外部輸入的額 定電壓信號(hào)，前一級(jí)整流檢波電路的輸出端連接后一級(jí)整流檢波電路的輸入端，最后一級(jí) 整流檢波電路的輸出端向外輸出電壓輸出信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無(wú)線射頻能量采集器，其特征在于：可調(diào)節(jié)電感L1 和可調(diào)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(quán)利要求3所述的一種無(wú)線射頻能量采集器，其特征在于：所述4個(gè)電容C1-C4 的選型均相同，4個(gè)NMOS晶體管N1-N4的選型均相同。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK204103611SQ201420638160
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)