物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點的無線供電技術(shù)研究

圖6為帶ESD的電容式電勢累加電路。它利用開關(guān)陣列逐次增加輸出電壓的大小，接收電路的輸入信號為高頻的交流信號。在輸入信號的正半周，二極管D1導(dǎo)通，輸入信號對C1充電，此時C1的左極板為正電壓，右極板為負(fù)電壓。在輸入信號的負(fù)半周，C1相當(dāng)于電池，與輸入信號串聯(lián)，此時二極管D2導(dǎo)通，對C2充電，C2的電壓大于C1電壓。依此類推，電壓隨著累加電路級數(shù)而逐漸累加，最后對電容C26進(jìn)行充電。電容C26起到了微能量收集器的作用，應(yīng)采用電容值較大的電容，例如超級電容。電容式電勢累加電路中還采用了防靜電(ESD)設(shè)計。如圖6所示，該ESD設(shè)計包括兩個三極管M1、M2。M1的源極與所述第一輸入端連接，M1的漏極、柵極及襯底引線均與所述第一輸出端連接；M2的源極與所述第二輸入端連接，M2的漏極、柵極、襯底引線均與所述第一輸出端連接。若有靜電進(jìn)入電路，M1、M2導(dǎo)通，將高電壓釋放掉。

電容式電勢累加電路中，最后一級累加電路中的第二電容(例如圖6中的電容C26)作為微能量收集器，存儲足夠的電荷以供負(fù)載在輸入能量較小的時刻維持正常工作所需的電源電壓。當(dāng)輸入的能量較高時，電容中儲存的電荷過多，可能導(dǎo)致輸出給負(fù)載的電壓過高。為此，在接收端裝置中又加入了一個電能動態(tài)釋放電路，如圖7所示，包括一個電壓感應(yīng)器和一個三極管M3。電壓感應(yīng)器包括一組串聯(lián)的二極管(本文中為D1～D5)和一個電阻R。當(dāng)此動態(tài)電能釋放電路的輸入功率較低時，動態(tài)電能釋放電路的輸入電壓較低，二極管D1～D5尚未導(dǎo)通，電阻R上電壓近似為0，三極管M3關(guān)斷；當(dāng)動態(tài)電能釋放電路的輸入功率逐漸增大時，D1～D5導(dǎo)通，電阻R上的電壓逐漸增大，當(dāng)電壓高于M3的開啟電壓之后，M3導(dǎo)通，將微能量收集器C26中多余的電荷釋放掉，從而起到穩(wěn)壓的效果。

結(jié)語
本文主要設(shè)計了適用于物聯(lián)網(wǎng)中傳感器節(jié)點的射頻無線供電系統(tǒng)的具體方案以及核心電路，并分析了各電路模塊的基本原理。在設(shè)計過程中經(jīng)EWB、ADS等電子及射頻仿真軟件進(jìn)行了部分仿真分析以及實物實驗調(diào)試，對系統(tǒng)的電路設(shè)計進(jìn)行了驗證，達(dá)到了預(yù)計設(shè)計目標(biāo)。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，射頻無線供電系統(tǒng)將可以做到更加微型化，傳輸效率與傳輸功率將更高，傳輸?shù)木嚯x也越來越遠(yuǎn)。同時，物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點的超低功耗技術(shù)將越來越先進(jìn)，那么射頻無線供電在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用將越來越具有實用性，將會很快地普及與發(fā)展起來。而物聯(lián)網(wǎng)因為射頻無線供電技術(shù)的引入，也將爆發(fā)出更加迅猛的增長力，使本來就火熱的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)更具潛力，為國民經(jīng)濟貢獻(xiàn)重要力量。