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    Title: 近場能量耦合供電電路設計
    Other Titles: A near-field inductive link power supply circuit in 0.18 μm CMOS process
    Authors: 楊承瑋;Yang, Cheng-Wei
    Contributors: 淡江大學電機工程學系碩士班
    施鴻源
    Keywords: 近場能量耦合;供電電路;整流電路;穩壓電路;Near-Field Inductive Link;Power supply;CMOS Rectifier;LDO
    Date: 2015
    Issue Date: 2016-01-22 15:06:06 (UTC+8)
    Abstract:   今各種電子產品的使用在日常生活中已經習以為常。但在約50年以前,手機等行動裝置上未普及,很難想像相聚千里的人們可以隨時隨地自由的通話。如今除了通訊領域外電子業在各方面都有巨大的貢獻,像是各種工業機具、環境感測器或生理訊號監控系統。這些電子產品雖然便利了我們的生活,但依然面臨一個同樣的課題,需要一個穩定的電源讓使其可以順暢的運作。
    這些電子設備皆需要以電線來連接電源與設備,或是使用可充電式或一次性的電池。雖然使用電池有利於裝置的移動,但還是需要經常透過有線的方式充電或是更換新的電池,因此實現一無線供電電路可以解決電池必須更換或是必須透過有線方式充電的問題。
    目前無線能量傳輸主要分為三種類型,1. 使用微波來傳遞能量,此方法適用於中、長距離的無線能量傳輸,但是能量轉移效率不佳,以廣播接收為例,射頻廣播台的基地台以數十或數百千瓦(kW)大功率朝360度方向發射廣播訊號,但與發射機的功率相比,接收機所能接收到只能用微乎其微來形容,其能量傳輸效率實在太低,而這些傳輸使用的能量也可能會對人體造成影響。2. 使用電磁感應是最為常見的無線電力傳輸方式,通過發射端和接收端的線圈相互感應産生電流,從而實現電力傳輸的技術。簡單來說就是法拉第電磁感應定律,運作方式也很容易,首先從電力端(充電器)的線圈提供電力,充電器的線圈因此產生磁力,而接收電力端(如手機、行動電源)線圈感應到磁力,進而將磁力轉換成電力。使用時2個線圈不需要接觸就能透過電磁感應達到傳導的目的。目前電磁感應式傳輸,可用範圍大約在30mm以內,屬於短距離傳輸。3. 使用磁場耦合或稱電磁共振來傳遞能量,利用將能量發送和接收裝置調整到相同的頻率或者特定的頻率,可讓對應的電器產生共振現象,進而實現能量交換的目的。電磁共振的距離比起電磁感應遠一些,最多約可到3m左右。除了距離增加之外,功率可達數千瓦以上,傳輸效率比電磁感應式亙高,較適合運用在近場能量耦合供電系統中。
    我們在TSMC 0.18μm製程實現了一近場能量耦合供電電路,將輸入的能量透過電感耦合的方式傳送到後端電路,經過整流與穩壓電路後,產生出1.8V與1V的穩定電源供應給類比電路與數位電路使用,在輸入頻率200MHz負載阻抗180Ω的條件下,輸出電流可以達到10mA與5mA,整體的輸出功率最高可達到23mW。
    A Near-Field inductive link power supply circuit can be applied for wearable or implantable physiology sensors and environment monitor sensors. The CMOS power supply consists of a differential-driven rectifier and low-dropout regulators (LDOs). Two fully-integrated LDOs with the rectifier produce output voltage 1.8 V and 1 V, respectively. The rectifier has a cross-coupled bridge configuration and is driven by a differential RF input.

    The Near-Field inductive link power supply circuit implemented in 0.18 μm CMOS process supplying output power of 18mW and 5mW under supply voltage of 1.8V and 1V is proposed in this paper. The measured maximum supplied power is 22.833mW. Under supplying maximum power of 22.833mw with input RF signal at 200MHz, the measured output power efficiency is 57.02%.
    Appears in Collections:[電機工程學系暨研究所] 學位論文

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