近日，南方科技大學(xué)（南科大）深港微電子學(xué)院的詹陳長課題組在集成電路設(shè)計領(lǐng)域的頂級期刊《固態(tài)電路雜志》（IEEE Journal of Solid-State Circuits, JSSC）上發(fā)表了一項關(guān)于射頻能量收集芯片的研究成果。該論文的標題為“A High-Efficiency Low-Cost Multi-Antenna Energy Harvesting System with Leakage Suppression”，由雙方聯(lián)合培養(yǎng)的博士生張兆博作為第一作者，詹陳長教授擔任通訊作者。 該研究創(chuàng)新地提出了一個低成本且高效的多天線射頻能量收集方案。這一方案旨在利用射頻能量收集技術(shù)，讓超低功耗的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠直接從射頻能量中獲取所需能量，從而顯著減少對電池的依賴，進而降低設(shè)備的物料和維護成本。與傳統(tǒng)的單天線射頻能量收集系統(tǒng)相比，本方案通過引入多個天線（如圖1所示，具有三個分布在不同位置的射頻天線），有效解決了電磁波傳播過程中因多徑效應(yīng)導(dǎo)致的盲點問題。這些盲點區(qū)域是電磁場強度非常低的區(qū)域，限制了射頻能量收集設(shè)備接收能量的角度和強度。而多天線設(shè)計則能夠顯著降低盲點對整個系統(tǒng)的影響，從而提高系統(tǒng)的可靠性和能量收集效率。

  圖1 具有漏電抑制功能的多天線射頻能量收集系統(tǒng)

本方案還通過讓多個射頻通道共用同一個儲能電容來降低系統(tǒng)成本。這種設(shè)計不僅減少了額外的通道間隔離開關(guān)，降低了芯片的復(fù)雜度，還具備進一步擴展天線數(shù)量的能力。在電路的第二級，采用了開關(guān)電感升壓電路來實現(xiàn)最大功率追蹤（MPPT）和輸出電壓穩(wěn)壓功能，同時保證了系統(tǒng)的冷啟動能力。為了解決多個射頻通道共用一個儲能電容可能帶來的互相干擾和通道間漏電問題，本研究還設(shè)計了一種新型的射頻整流器及其控制電路（如圖2所示）。通過精確控制射頻整流器柵極電壓的直流分量和交流分量，本方案能夠在整流器導(dǎo)通時提高轉(zhuǎn)化效率，而在漏電時則能夠完全關(guān)閉整流器以降低損耗。這一創(chuàng)新設(shè)計進一步提升了系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。

圖2 具有漏電抑制功能的射頻整流器

此外，詹陳長課題組在電源管理芯片研究的重要分支——無線傳電芯片設(shè)計領(lǐng)域也取得了重要進展。他們與澳門大學(xué)微電子研究院的副教授路延團隊合作，提出了一種不需要反饋信息檢測線圈、具有內(nèi)在無線相移控制的6.78MHz無線能量傳輸系統(tǒng)。相關(guān)成果也以“A 6.78-MHz Wireless Power Transfer System With Inherent Wireless Phase Shift Control Without Feedback Data Sensing Coil”為題發(fā)表在《固態(tài)電路雜志》上。

對RFID行業(yè)的影響

詹陳長課題組在《IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)》上發(fā)表的射頻能量收集芯片研究成果，不僅展示了南方科技大學(xué)深港微電子學(xué)院在集成電路設(shè)計領(lǐng)域的強大實力，也為未來的無線能量傳輸和射頻能量收集技術(shù)提供了新的思路和方法，射頻能量新收集方式對RFID行業(yè)的影響可能表現(xiàn)在以下幾個方面：

提高RFID標簽的能量獲取效率：RFID標簽通常依賴電池供電或從讀取器接收的射頻能量中獲取能量。高效的射頻能量收集芯片可以使RFID標簽更加自給自足，減少對電池的依賴，RFID讀寫器可能不再是必需品。這將有助于推動RFID技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在需要長時間運行或無法頻繁更換電池的場合。

擴大RFID系統(tǒng)的應(yīng)用范圍：由于射頻能量收集技術(shù)能夠減少RFID系統(tǒng)對電池的依賴，因此可以將其應(yīng)用于更廣泛的場景中。例如，在智能物流、智能制造等領(lǐng)域，RFID技術(shù)可以用于追蹤和管理大量物品，而射頻能量收集技術(shù)可以確保這些設(shè)備在無人維護的情況下長時間穩(wěn)定運行。

提高RFID系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性：該研究成果中提到的多天線射頻能量收集系統(tǒng)可以有效解決傳統(tǒng)射頻能量收集系統(tǒng)中的盲點問題，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在RFID系統(tǒng)中，這意味著設(shè)備可以更加準確地識別和跟蹤目標物體，減少誤讀和漏讀的情況，提高整個系統(tǒng)的性能和效率。

推動RFID技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展：該研究成果不僅為RFID技術(shù)帶來了新的能量獲取方式，還為其創(chuàng)新和發(fā)展提供了新的思路。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用的不斷拓展，RFID技術(shù)將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢和價值。

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