ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ-УМНОЖИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ МАЛОМОЩНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ ПАССИВНЫХ МИКРОУСТРОЙСТВ
Аннотация
В связи с активным развитием технологий автоматизации и их широким внедрением
в логистику, торговлю, промышленность, строительство и другие отрасли экономики все
большее распространение за счет своего удобства и доступности получают беспроводные
системы. Чаще всего в них используются миниатюрные устройства, способные выполнять
операции по идентификации, измерению параметров внешней среды, приему и передаче
сигналов. В свою очередь, существует ряд областей, в которых использование батарейных
микроустройств ограничено, поскольку замена разрядившейся батареи не всегда осущест-
вима и целесообразна, к тому же стоимость активных устройств относительно высока.
В таких приложениях могут применяться пассивные устройства, получающие энергию для
работы посредством принимаемого антенной радиочастотного излучения из окружающе-
го пространства. Для массового производства подобных недорогих устройств требуется
интегральное исполнение микросхемы, ключевым модулем источника питания которой
является выпрямитель напряжения с функцией умножения. В работе представлены ре-
зультаты разработки интегральных выпрямителей-умножителей напряжения по типо-
вым КМОП-технологиям CM018G 180 нм и HCMOS8D 180 нм в САПР Cadence IC. Рас-
смотрена степень влияния порогового напряжения и числа каскадов на выходные характе-
ристики умножителей. Показано, что в восьмикаскадном умножителе, построенном по
технологии HCMOS8D, уровень выходного напряжения 2 В, необходимый для питания мик-
росхемы беспроводного устройства, достигается при амплитуде входного напряжения
375 мВ, а в умножителе на шестнадцати каскадах - при амплитуде 300 мВ. Предлагаемые
выпрямители-умножители могут быть использованы при построении источников пита-
ния беспроводных пассивных устройств.
Литература
Mobile IoT Applications, IEEE Transactions on Circuits and Systems - II: Express Briefs,
2020, Vol. 67, No. 4, pp. 615-619.
2. Chun A.C.C., Ramiah H., Mekhilef S. Wide Power Dynamic Range CMOS RF-DC Rectifier
for RF Energy Harvesting System: A Review, IEEE Access, 2022, Vol. 10, pp. 23948-23963.
3. Li P. et al. RF Energy Harvesting for Batteryless and Maintenance-Free Condition Monitoring
of Railway Tracks, IEEE Internet of Things Journal, 2021, Vol. 8, No. 5, pp. 3512-3523.
4. Le E.K.F. A Voltage Doubling Passive Rectifier/Regulator Circuit for Biomedical Implants,
2015 IEEE Custom Integrated Circuits Conference. IEEE, 2015, pp. 1-4.
5. Tang K. et al. A Highly Integrated Passive Wireless Sensing System With Synchronized Data
Streaming of Multiple Tags, IEEE Internet of Things Journal, 2022, Vol. 9, No. 17, pp. 15525-
15537.
6. Malik H, Alzarrad A., Shakshuki E. Payload Assisted Unmanned Aerial Vehicle Structural
Health Monitoring (UAVSHM) for Active Damage Detection, Procedia Computer Science,
2022, Vol. 210, pp. 78-85.
7. Dickson J.F. On-Chip High-Voltage Generation in MNOS Integrated Circuits Using an Improved
Multiplier Technique, IEEE Journal of Solid-state Circuits, 1976, Vol. SC-11, No. 3,
pp. 374-378.
8. Curty J.-P. et al. Remotely Powered Addressable UHF RFID Integrated System, IEEE Journal
of Solid-State Circuits, 2005, Vol. 40, No. 11, pp. 2193-2202.
9. Hong Y. et al. Design of Passive UHF RFID Tag in 130nm CMOS Technology, 2008 IEEE
Asia Pacific Conference on Circuits and Systems. IEEE, 2008, pp. 1371-1374.
10. Teh Y.-K. et al. Design and Analysis of UHF Micropower CMOS DTMOST Rectifiers, IEEE
Transactions on Circuits and Systems - II: Express Briefs, 2009, Vol. 56, No. 2, pp. 122-126.
11. Yao Y. et al. A Fully Integrated 900-MHz Passive RFID Transponder Front End With Novel
Zero-Threshold RF-DC Rectifier, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009, Vol. 56,
No. 7, pp.2317-2325.
12. Fahsyar P.N.A., Soin N. A Proposed Low Power Voltage Multiplier for Passive UHF RFID
Transponder, 2010 IEEE International Conference on Semiconductor Electronics. IEEE, 2010,
pp. 334-337.
13. Yao W. et al. Design of a passive UHF RFID tag for the ISO18000-6C protocol, Journal of
Semiconductors, 2011, Vol. 32, No. 5, Article 055009, pp. 1-6.
14. Mabrouki A., Latrach M., Lorrain V. High Efficiency Low Power Rectifier Design using Zero
Bias Schottky Diodes, 2014 IEEE Faible Tension Faible Consommation. IEEE, 2014, pp. 1-4.
15. Nicot J., Taris T. Remote RF Powering of Ambient Sensors, 2016 IEEE International Conference
on Electronics, Circuits and Systems. IEEE, 2016, pp. 760-763.
16. Wang X., Abdelatty O., Mortazawi A. Design of a Wide Dynamic Range Rectifier Array with
an Adaptive Power Distribution Technique, 2016 46th European Microwave Conference.
IEEE, 2016, pp. 922-925.
17. Sinyukin A.S., Kovalev A.V. Method for the Iterative Refinement of Parameter Values in Analytical
Models of Microelectronic Devices Based on Integrated MOS Transistors, Russian Microelectronics,
2022, Vol. 51, No. 6, pp. 398-403.
18. Tekhnologii – Sayt gruppy kompaniy «Mikron» [Technologies – Website of the Micron group
of companies]. Available at: https://www.mikron.ru/capabilities/technology.
19. 0.18-micron Technology – TSCM Official Website. Available
at:https://www.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/technology/logic/l_018micron.
20. Sinyukin A.S., Konoplev B.G. Integrated CMOS Microwave Power Converter for Passive
Wireless Devices, Russian Microelectronics, 2021, Vol. 50, No. 3, pp. 219-227.
