RF ID用振動能量輔助供電電源(07-100)

　　前言

　　無源RFID已得到廣泛的應用，然而在某些使用場合，其工作距離還受到一定的限制。電池輔助供電或有源標簽能改進讀數距離并提高可靠性。由于電池壽命是有限的，因而這只是一種過渡性的解決方案。利用環境振動能量的供電系統無疑是一種最佳的選擇。本文介紹一種適合振動能量功率源的電源調理電路，并結合實例分析了設計要點，同時給出了初步的實驗結果。

　　系統設計要求

　　本設計選用的是Aliell 2.45G無源RF ID標簽，這是一個帶有溫度傳感器的RFID，提供環境監測用的解決方案。器件的主要電路功能和指標如表1所示。

　　表1 RFID的主要特性和指標

　　設計的目標是向標簽提供充足的功率，包括板上傳感器、微處理器和發射電路，以便向讀卡器送回有用的信息。為了設計一個最佳的電源電路，首先要明確Alien RFID標簽的功率要求，需要確定的重要參數有：臨界輸入電壓、臨界電壓脈沖長度和消耗電流。由于可獲得的能量有限，最低輸入電壓和電流無疑是首要的參數。電壓脈沖可持續時間也是必須要考慮的，在此期間要喚醒標簽、檢測溫度、處理信息、等待讀卡器查詢，最終發送出標簽的信息。

　　為此，進行了一個模擬實驗，即利用函數發生器向標簽輸入一個偏移的方波，以一半距離讀數為基準來測量出各個參數。最終確定，臨界工作電壓為2V，臨界電壓脈沖長度需2.5秒，最大消耗電流為0.25mA，這些數值比規定的指標值要低很多。實驗表明，標簽所需的臨界電壓脈沖長度遠遠長于一般無線網絡節點所需的長度。這是由于，標簽在發送信息前需等待讀卡器的查詢，而無線節點是自動地向基站發送信息的;其次，無源標簽的部分能量來自讀卡器，能量貯存在電容上，電容充電也是需要一定時間的。

　　電源調理電路

　　了解了RFID標簽的電源特性，就可以構建最佳輸出的電源調理電路。設計的電路如圖1所示。壓電功率發生器輸出的交流電壓先經濾波，然后存儲在一個電容器上，一個比較器監視電容上的電壓電平，當電壓值達到VH時，允許電流流到穩壓器;電容器隨之放電，當電壓值下降至VL時，開關關閉，讓電容器重新充電。電路使用了MAX6433比較器和TPS72501電壓穩壓器。電源調理電路的設計參數是可以調控的，以便滿足設計要求。存儲電容CST調節脈沖持續時間;而比較器和電壓穩壓器則通過程控一個電阻來調整比較器的觸發電平，以及VH、VL和相應的輸出電壓。

　　
圖1 穩壓器電源調理電路