一种射频能量采集电路中的π型阻抗自动匹配系统及方法技术方案
PI type impedance automatic matching system and method in radio frequency energy acquisition circuit
The invention relates to a radio-frequency energy acquisition circuit of the PI type automatic impedance matching system and method, the system includes a sampling module, logic control module and algorithm of adjustable impedance matching network, sampling comparison module is used for two consecutive samples and compare the two consecutive sampling voltage in the logic method of differential operator the control module control voltage on the voltage of the rectifier output system; logic control module is used for algorithm according to the result of the comparison two consecutive sampling voltage to judge capacitance to adjust the direction of PI type adjustable capacitor array according to the capacitance adjustment direction by using the capacitance of capacitor according to the weight of successive adjustment into the dichotomy of the adjustable impedance matching number adjustable capacitor network; adjustable impedance matching network is used according to the quantity and type of adjustable capacitance capacitor array to match the antenna and Impedance between voltage doubler rectifier circuits. The invention has simple circuit and low power consumption, and consumes energy only in the switching process, and is suitable for a weak energy collecting environment.
【技术实现步骤摘要】
一种射频能量采集电路中的π型阻抗自动匹配系统及方法
本专利技术涉及能量采集电路中阻抗匹配的系统及方法，具体的涉及一种射频能量采集电路中的π型阻抗自动匹配系统及方法。
技术介绍
由于无线传感网(WSN)、人体体域网(BAN)和物联网(IoT)的大力发展，无线传感节点得到了广泛利用。为了实现不间断测量，传感节点需要拥有更长的待机时间，但其使用寿命被电池技术的瓶颈所限制。为了解决传感节点供电问题，无线能量收集技术得到了广泛发展，其收集无线电能量为传感节点提供电源，以达到延长电路工作时间或无源工作的目的。能量收集电路一般由四部分组成，如图1所示，能量收集电路包括天线、阻抗匹配电路、倍压整流电路和储能电容组成。天线在本系统中作为射频能量源，负责感应电磁波，其在设计完成后阻抗不再变化。倍压整流电路的作用是将天线感应到的微弱电磁波整流并升压，其阻抗与信号频率以及输入功率相关。由于倍压整流电路的输入端通常并联或串联电容，因此其阻抗与频率相关；当倍压整流电路的输出功率改变时，倍压整流电路输出的电压发生变化，倍压整流电路内部MOSFET的工作状态也因此发生变化，从而造成阻抗变化。在射...
【技术保护点】
一种射频能量采集电路中的π型阻抗自动匹配系统，所述射频能量采集电路包括用于接收射频信号的天线，以及将天线接收到的射频信号进行整流并升压的倍压整流电路，其特征在于：包括采样比较模块、逻辑算法控制模块和可调阻抗匹配网络，所述可调阻抗匹配网络中包含有π型可调电容阵列；所述采样比较模块，其用于在所述逻辑控制模块的微分算子法控制下对倍压整流电路输出的电压进行连续两次采样，并对连续两次采样的电压进行比较；所述逻辑算法控制模块，其用于根据连续两次采样的电压的比较结果判断出π型可调电容阵列的电容调整方向，并根据电容调整方向利用电容值二分法按照电容权重逐次调整并入所述可调阻抗匹配网络中可调电...
【技术特征摘要】
1.一种射频能量采集电路中的π型阻抗自动匹配系统，所述射频能量采集电路包括用于接收射频信号的天线，以及将天线接收到的射频信号进行整流并升压的倍压整流电路，其特征在于：包括采样比较模块、逻辑算法控制模块和可调阻抗匹配网络，所述可调阻抗匹配网络中包含有π型可调电容阵列；所述采样比较模块，其用于在所述逻辑控制模块的微分算子法控制下对倍压整流电路输出的电压进行连续两次采样，并对连续两次采样的电压进行比较；所述逻辑算法控制模块，其用于根据连续两次采样的电压的比较结果判断出π型可调电容阵列的电容调整方向，并根据电容调整方向利用电容值二分法按照电容权重逐次调整并入所述可调阻抗匹配网络中可调电容的数量；所述可调阻抗匹配网络，其用于根据并入π型可调电容阵列的电容数量来匹配所述天线与倍压整流电路之间的阻抗。2.根据权利要求1所述的一种射频能量采集电路中的π型阻抗自动匹配系统，其特征在于：还包括低启动电压振荡器，所述倍压整流电路的输出端上连接有储能电容，所述逻辑算法控制模块上设有时钟信号输入端，所述低压启动振荡器模块的输入端连接在所述倍压整流电路与所述储能电容之间的公共端上，所述低启动电压振荡器的输出端连接在所述逻辑算法控制模块的时钟信号输入端上，用于给所述逻辑算法控制模块提供时钟信号。3.根据权利要求1或2所述的一种射频能量采集电路中的π型阻抗自动匹配系统，其特征在于：所述可调阻抗匹配网络还包含有固定式电感L、固定式电容Cfix1和固定式电容Cfix2，所述固定式电感L的一端与所述固定式电容Cfix1的一端电连接，所述固定式电感L的另一端与所述固定式电容Cfix2的一端电连接，所述固定式电容Cfix1的另一端和所述固定式电容Cfix2的另一端均分别接地，所述固定式电感L的两端还分别电连接在所述天线和所述倍压整流电路的输入端上；所述π型可调电容阵列设有两组，分别为第一组π型可调电容阵列和第二组π型可调电容阵列，所述第一组π型可调电容阵列与所述固定式电容Cfix1并联，所述第二组π型可调电容阵列与所述固定式电容Cfix2并联；所述第一组π型可调电容阵列和第二组π型可调电容阵列均分别包括n个并联的可调电容，n个并联的可调电容的大小分别为2n-1C至C，每个所述可调电容上分别串联有一个可控开关，所述第一组π型可调电容阵列中的n个所述可控开关分别为开关bn-1至开关b0，所述第二组π型可调电容阵列中的n个所述可控开关分别为开关bbn-1至开关bb0；所述第一组π型可调电容阵列中还并联有一个容值大小为C的单位电容C01，所述单位电容C01串联有控制开关bc；所述第二组π型可调电容阵列中还并联有一个容值大小为C的单位电容C02，所述单位电容C02串联有控制开关bbc；所述逻辑算法控制模块上设有2n+2位开关控制输出端，所述逻辑算法控制模块上的2n+2位开关控制输出端对应的与所述可调阻抗匹配网络中的开关bn-1至开关b0、开关bbn-1至开关bb0、控制开关bc和控制开关bbc相连接。4.根据权利要求1或2所述的一种射频能量采集电路中的π型阻抗自动匹配系统，其特征在于：所述采样比较模块包括采样保持单元和比较器，所述采样保持单元包括正输入端采样保持电路和负输入端采样保持电路，所述逻辑算法控制模块上设有采样比较信号输入端，所述负输入端采样保持电路的输入端和正输入端采样保持电路的输入端连接在所述倍压整流模块的输出端上，所述负输入端采样保持电路的输出端连接在所述比较器的负输入端上，所述正输入端采样保持电路的输出端连接在所述比较器的正输入端上，所述比较器的输出端与所述逻辑算法控制模块的采样比较信号输入端相连。5.根据权利要求4所述的一种射频能量采集电路中的π型阻抗自动匹配系统，其特征在于：所述负输入端采样保持电路和正输入端采样保持电路对称，所述负输入端采样保持电路包括开关S1、电容C1、开关S3、电容C3和开关Sdivide...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小明，庄奕琪，汪坤，王少龙，刘伟峰，彭琪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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