CN118336936A - 一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于集成电路技术设计领域，公开了一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路，包括：传感器、芯片和无线供电***，所述芯片包括传感器控制模块和遥测模块，所述传感器控制模块包括传感器控制器和1号电源管理单元，所述遥测模块包括传感器电流检测模块、无线传输模块、时钟产生模块和2号电源管理单元。本发明实现了一种能量管理技术可以使电路在供电不足的情况下工作，可用于需要读取器无线传输能量的场景，本发明可以增加读取器在不同工作功率下的能量无线传输距离，扩大读取器无线传输能量的读取范围，提高在特定读取器工作功率范围下的平均有效无线供电范围。
Description
技术领域
本发明属于集成电路技术设计领域，尤其涉及一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路。
背景技术
随着芯片技术和微传感器技术的发展，对无线能量收集在距离、功耗和读取范围的需求也在日益增强。微传感器可用于检测温度，压力与各种生理化学参数，例如血糖，血氧，乳酸等等。这些传感器通过电化学，红外传感等检测方法，将各种环境参数和生理化学参数变成电参数，例如电流，电压。随着传感器尺寸的不断缩小，一些传感器也可以佩戴在人体上监测人的各项指标。无线供电由于摆脱了电线的束缚，可以作为传感***供电的一个选择。受供电距离，功耗大小，天线面积等限制，传感***接收到的能量往往有限。所以，一种用于无线能量收集的能增大传输距离、降低传输功耗和扩大传输读取范围的能量管理电路显得非常必要。
传统的无线能量收集方法在电路工作时对电路电压的要求较高，不能在电路供电不足时进行工作。同时，在无线能量收集的过程中，能量传输的距离较小，传输过程的功耗较大且读取器的读取范围较窄，有诸多不便之处。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路，以解决上述的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路的具体技术方案如下：
一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路，包括：传感器、芯片和无线供电***，所述芯片与无线供电***之间无线传输能量与数据，所述芯片包括传感器控制模块和遥测模块，所述传感器控制模块包括传感器控制器和1号电源管理单元，所述遥测模块包括传感器电流检测模块、无线传输模块、时钟产生模块和2号电源管理单元，所述传感器控制器与1号电源管理单元、传感器相连，同时将信息传递向传感器电流检测模块；所述传感器电流检测模块与2号电源管理单元相连，同时将信息传递向无线传输模块；所述无线传输模块与时钟产生模块相连，所述时钟产生模块与2号电源管理单元相连，所述传感器电流检测模块和无线传输模块由一个与迟滞电压监测器相连的开关控制，所述1号电源管理单元的作用是给与其相连的传感器控制模块供电，所述2号电源管理单元的作用是给与其相连的传感器电流检测模块、无线传输模块和时钟产生模块供电，所述时钟产生模块的作用是提取无线供电信号中的时钟信号。
进一步的，所述芯片上还包括一个电容器和整流器，其作用分别为收集多余的能量和无线供电整流。
进一步的，所述电路操作流程分为待机阶段与遥测阶段两个阶段，所述迟滞电压监测器通过检测采集到的电压对开关进行切换，供电充足的时候，传感器控制模块和遥测模块全部打开；供电不足的时候，传感器控制模块打开，遥测模块间歇性打开，待机阶段：所有遥测模块都关闭；遥测阶段：每当检测到整流器输出电压高于阈值电源时，多余的能量就会被储存到电容器上，当收集到足够的能量时，遥测模块就会启动。
进一步的，所述时钟产生模块利用无线供电频率来恢复时钟信号。
进一步的，所述时钟产生模块包括：滤波器和缓冲器，所述滤波器和缓冲器相连，所述滤波器接受从整流器经过无线供电整流后输出的信号，经滤波器滤波提取后输出，作为电路的时钟信号。
进一步的，所述传感器电流检测模块采用Δ∑结构。
进一步的，所述Δ∑结构可以包括：加法器、积分器、量化器和延时单元，所述加法器输入延迟单元的反馈信号和传感器控制模块输入的标准电流信号，输出连接积分器；所述积分器连接至量化器；所述量化器输入积分器产生的信号，输出信号传递给无线传输模块，也通过延时单元反馈加到加法器上。
本发明的一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路具有以下优点：本发明实现了一种能量管理技术可以使电路在供电不足的情况下工作，可用于需要读取器无线传输能量的场景，与传统的不添加能量管理电路的方案相比，本发明可以增加读取器在不同工作功率下的能量无线传输距离，扩大读取器无线传输能量的读取范围，提高在特定读取器工作功率范围下的平均有效无线供电范围。
附图说明
图1是本发明的电路原理图；
图2是本发明实施例提供的迟滞电压监测器通过检测采集到的电压对开关进行切换以改变电路工作阶段中待机阶段的工作图；
图3是本发明实施例提供的迟滞电压监测器通过检测采集到的电压对开关进行切换以改变电路工作阶段中遥测阶段的工作图；
图4是本发明实施例提供的是否添加能量管理电路对读取器不同工作功率下无线能量收集距离增加的对比图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明的一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路，包括：传感器、芯片和无线供电***，所述芯片与无线供电***之间无线传输能量与数据，其中，所述芯片包括传感器控制模块和遥测模块，传感器控制模块包括传感器控制器和1号电源管理单元，遥测模块包括传感器电流检测模块、无线传输模块、时钟产生模块和2号电源管理单元，所述传感器控制器与1号电源管理单元、传感器相连，同时将信息传递向传感器电流检测模块；传感器电流检测模块与2号电源管理单元相连，同时将信息传递向无线传输模块；无线传输模块与时钟产生模块相连，时钟产生模块与2号电源管理单元相连。所述传感器电流检测模块和无线传输模块由一个与迟滞电压监测器相连的开关控制。1号电源管理单元的作用是给与其相连的传感器控制模块供电，2号电源管理单元的作用是给与其相连的传感器电流检测模块、无线传输模块和时钟产生模块供电。时钟产生模块的作用是提取无线供电信号中的时钟信号。芯片上还包括一个电容器和整流器，其作用分别为收集多余的能量和无线供电整流。
电路操作流程分为待机阶段与遥测阶段两个阶段。具体的，所述迟滞电压监测器通过检测采集到的电压对开关进行切换。供电充足的时候，传感器控制模块和遥测模块全部打开；供电不足的时候，只保证传感器控制模块打开，遥测模块间歇性打开。待机阶段：所有遥测模块都关闭。遥测阶段：每当检测到整流器输出电压高于阈值电源时，多余的能量就会被储存到电容器上。当收集到足够的能量时，遥测模块就会启动。
具体的，时钟产生模块利用无线供电频率来恢复时钟信号。时钟产生模块可以包括：滤波器和缓冲器，滤波器和缓冲器相连。所述滤波器接受从整流器经过无线供电整流后输出的信号，经滤波器滤波提取后输出，作为电路的时钟信号。
具体的，所述传感器电流检测模块采用Δ∑结构。所述Δ∑结构可以包括：加法器、积分器、量化器和延时单元。所述加法器输入延迟单元的反馈信号和传感器控制模块输入的标准电流信号，输出连接积分器；所述积分器连接至量化器；所述量化器输入积分器产生的信号，输出信号传递给无线传输模块，也通过延时单元反馈加到加法器上。
如图2所示为供电充足的时候，三个模块全部打开进行工作时的电压变化图。电压先持续上升，后稳定不变。
如图3所示为供电不足的时候，只保证传感器控制模块打开，其他两个模块间歇性打开工作时的电压变化图。遥测在电力收集不足时受电压监测器控制工作。当电压达到Vs时，所有遥测模块开始工作，实现葡萄糖遥测。同时，遥测模式下较高的功耗会导致电压降低，当电压达到VL时，遥测模块会自动关闭。因此，该电路可以在采集的电压为[VL，Vs]的区间内进行工作，低于常规工程中所要求的电压。这样可以降低无线能量收集的平均功耗，扩大读取器无线能量收集的读取范围。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (7)
1.一种用于无线能量收集的自适应能量管理电路，包括：传感器、芯片和无线供电***，所述芯片与无线供电***之间无线传输能量与数据，其特征在于，所述芯片包括传感器控制模块和遥测模块，所述传感器控制模块包括传感器控制器和1号电源管理单元，所述遥测模块包括传感器电流检测模块、无线传输模块、时钟产生模块和2号电源管理单元，所述传感器控制器与1号电源管理单元、传感器相连，同时将信息传递向传感器电流检测模块；所述传感器电流检测模块与2号电源管理单元相连，同时将信息传递向无线传输模块；所述无线传输模块与时钟产生模块相连，所述时钟产生模块与2号电源管理单元相连，所述传感器电流检测模块和无线传输模块由一个与迟滞电压监测器相连的开关控制，所述1号电源管理单元的作用是给与其相连的传感器控制模块供电，所述2号电源管理单元的作用是给与其相连的传感器电流检测模块、无线传输模块和时钟产生模块供电，所述时钟产生模块的作用是提取无线供电信号中的时钟信号。
2.根据权利要求1所述的用于无线能量收集的自适应能量管理电路，其特征在于，所述芯片上还包括一个电容器和整流器，其作用分别为收集多余的能量和无线供电整流。
3.根据权利要求3所述的用于无线能量收集的自适应能量管理电路，其特征在于，所述电路操作流程分为待机阶段与遥测阶段两个阶段，所述迟滞电压监测器通过检测采集到的电压对开关进行切换，供电充足的时候，传感器控制模块和遥测模块全部打开；供电不足的时候，传感器控制模块打开，遥测模块间歇性打开，待机阶段：所有遥测模块都关闭；遥测阶段：每当检测到整流器输出电压高于阈值电源时，多余的能量就会被储存到电容器上，当收集到足够的能量时，遥测模块就会启动。
4.根据权利要求3所述的用于无线能量收集的自适应能量管理电路，其特征在于，所述时钟产生模块利用无线供电频率来恢复时钟信号。
5.根据权利要求4所述的用于无线能量收集的自适应能量管理电路，其特征在于，所述时钟产生模块包括：滤波器和缓冲器，所述滤波器和缓冲器相连，所述滤波器接受从整流器经过无线供电整流后输出的信号，经滤波器滤波提取后输出，作为电路的时钟信号。
6.根据权利要求1所述的用于无线能量收集的自适应能量管理电路，其特征在于，所述传感器电流检测模块采用Δ∑结构。
7.根据权利要求6所述的用于无线能量收集的自适应能量管理电路，其特征在于，所述Δ∑结构可以包括：加法器、积分器、量化器和延时单元，所述加法器输入延迟单元的反馈信号和传感器控制模块输入的标准电流信号，输出连接积分器；所述积分器连接至量化器；所述量化器输入积分器产生的信号，输出信号传递给无线传输模块，也通过延时单元反馈加到加法器上。
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