物聯網傳感節點的無線供電技術研究

圖6為帶ESD的電容式電勢累加電路。它利用開關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，右極板為負電壓。在輸入信號的負半周，C1相當于電池，與輸入信號串聯，此時二極管D2導通，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而逐漸累加，最后對電容C26進行充電。電容C26起到了微能量收集器的作用，應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)設計。如圖6所示，該ESD設計包括兩個三極管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。若有靜電進入電路，M1、M2導通，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。當輸入的能量較高時，電容中儲存的電荷過多，可能導致輸出給負載的電壓過高。為此，在接收端裝置中又加入了一個電能動態釋放電路，如圖7所示，包括一個電壓感應器和一個三極管M3。電壓感應器包括一組串聯的二極管(本文中為D1～D5)和一個電阻R。當此動態電能釋放電路的輸入功率較低時，動態電能釋放電路的輸入電壓較低，二極管D1～D5尚未導通，電阻R上電壓近似為0，三極管M3關斷；當動態電能釋放電路的輸入功率逐漸增大時，D1～D5導通，電阻R上的電壓逐漸增大，當電壓高于M3的開啟電壓之后，M3導通，將微能量收集器C26中多余的電荷釋放掉，從而起到穩壓的效果。

結語
本文主要設計了適用于物聯網中傳感器節點的射頻無線供電系統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。在設計過程中經EWB、ADS等電子及射頻仿真軟件進行了部分仿真分析以及實物實驗調試，對系統的電路設計進行了驗證，達到了預計設計目標。隨著MEMS技術的發展，射頻無線供電系統將可以做到更加微型化，傳輸效率與傳輸功率將更高，傳輸的距離也越來越遠。同時，物聯網傳感器節點的超低功耗技術將越來越先進，那么射頻無線供電在物聯網中的應用將越來越具有實用性，將會很快地普及與發展起來。而物聯網因為射頻無線供電技術的引入，也將爆發出更加迅猛的增長力，使本來就火熱的物聯網產業更具潛力，為國民經濟貢獻重要力量。