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一种低能耗微弱能量采集电路的设计

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简介:
本设计提出了一种高效的低能耗微弱能量采集电路,旨在有效收集环境中的微弱能量并转换为可利用电能,适用于物联网设备等场景。 为了高效地收集环境中的微弱能量,设计了一种低功耗的微弱能量收集电路。该电路采用LTC3588-1电源管理芯片为核心的电压变换电路、LTC4071充电控制芯片为核心的充电控制电路以及TPL5100为核心的定时器电路搭建而成。这种设计能够将收集到的微弱能量转换为电能,并将其存储在锂电池中或直接提供给负载供电。实验结果表明,所设计的低功耗微弱能量收集电路成功实现了对微弱能量的有效收集,其自身平均功耗仅为182μW。这验证了利用该技术向无线传感器网络节点供能的可能性。由于具有低功耗和低成本的特点,这种电路具备广泛的应用前景。

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    本设计提出了一种高效的低能耗微弱能量采集电路,旨在有效收集环境中的微弱能量并转换为可利用电能,适用于物联网设备等场景。 为了高效地收集环境中的微弱能量,设计了一种低功耗的微弱能量收集电路。该电路采用LTC3588-1电源管理芯片为核心的电压变换电路、LTC4071充电控制芯片为核心的充电控制电路以及TPL5100为核心的定时器电路搭建而成。这种设计能够将收集到的微弱能量转换为电能,并将其存储在锂电池中或直接提供给负载供电。实验结果表明,所设计的低功耗微弱能量收集电路成功实现了对微弱能量的有效收集,其自身平均功耗仅为182μW。这验证了利用该技术向无线传感器网络节点供能的可能性。由于具有低功耗和低成本的特点,这种电路具备广泛的应用前景。
  • 基于LTC3388-1
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    本简介介绍了一种基于LTC3388-1芯片设计的低功耗能量采集电路,旨在高效地收集和管理环境中的微小能量。该电路适用于无线传感器网络、远程监测等应用场景,具有高集成度、宽输入电压范围及多种输出模式等特点,有效延长了设备的工作寿命并降低了维护成本。 在全球范围内,我们周围存在着丰富的环境能源。传统的能量收集方法主要应用于太阳能板和风力发电机等领域。然而,现在还出现了许多新型工具可以从各种环境中获取电能。这些新方法的重点不在于提高电路的能量转换效率,而是更关注于能够为电路提供“平均收集到的”总能量量。
  • 高PSRR基准压源
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    本研究提出了一种新型低能耗、高性能电源抑制比(PSRR)的基准电压源设计方案。通过优化电路结构和参数配置,在降低功耗的同时提升了系统的稳定性和抗干扰能力,适用于多种电子设备中对电源噪声敏感的应用场景。 本段落分析并介绍了一种低功耗基准电压源电路的设计方案。该电路的最大功耗小于1μW,并具有21 ppm/℃的温度系数。由于其结构简单且易于集成,此电路已被应用于电池充电保护芯片中。
  • 信号放大
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    简介:本文详细探讨了一种用于有效捕捉并增强微弱电信号的新型采集放大电路设计。通过优化电路结构和选择高质量组件,极大提升了信号处理效率与精度,在多种应用场景中展现出卓越性能。 小信号放大滤波电路采用了高精度斩波稳零运算放大器芯片TLC2652作为核心器件。
  • 温度系数带隙基准源
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    本文介绍了一种创新性的带隙基准源设计方案,该方案在保证性能的前提下实现了更低的工作功耗和更小的温度影响系数。通过优化电路结构与参数选择,新方法显著提升了电子设备的稳定性和能效表现。 本段落设计了一种低温漂低功耗且无需trim的基准电压源,并采用低压共源共栅电流镜来减少输出电压对电源电压的影响。测试结果表明:电路在2 V电源电压下即可正常工作,输出基准电压为1.326 65 V;温度范围从-40℃到+85℃时,温漂系数仅为2.563 ppm/°C;当电源电压为3.3 V时,功耗低至2.81 μW。该电路适用于移动电子设备的应用场景。
  • 温度系数简化带隙基准压源
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    本研究提出了一种创新性的简化带隙基准电压源设计方案,在低功耗条件下实现温度系数显著降低,提升电路性能稳定性。 本段落介绍了一种低温漂低功耗带隙基准电压源的设计方法,在模拟电路设计中提供一个稳定的参考电压,以确保整个电路的正常运行。该设计方案采用不受电源影响的串联电流镜作为偏置,并利用PTAT(正温度系数)电压和基极发射极电压之间的负向温度特性来构建零温漂特性的电压量。此方法避免了使用运算放大器,结构简单且原理清晰,适合初学者在短时间内理解和掌握。 实验结果表明,在0~70℃的范围内,该设计具有16.4 ppm/℃的低温度系数,并且当供电电压在5至6伏之间变化时能够达到57.7 dB的电源抑制比。此外,总输出噪声为140.3 μV,功耗仅为300.6 μW。
  • 64倍降样多级数字抽取滤波器
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    本研究提出了一种创新的64倍降采样多级数字抽取滤波器设计方案,显著降低了能量消耗,并保持了高效的信号处理能力。 摘要:经典多级结构的数字抽取滤波器消耗了系统大量的功耗与面积资源。本段落设计了一种改进型64倍降采样数字抽取滤波器,该滤波器由级联积分梳状(CIC)滤波器、补偿FIR 滤波器和半带滤波器组成,在保证∑- Δ ADC 转换精度的前提下,实现了降低系统功耗与面积的设计目标。在多级级联积分梳状(CIC)滤波器设计中,通过充分运用置换原则优化各级级数,并采用非递归结构实现方式;同时,将多相结构应用于补偿滤波器和半带滤波器之中,从而显著降低了电路的功耗与面积。通过使用∑- Δ调制器输出信号作为测试激励,在Matlab 系统仿真、FPGA 验证及FFT 信号分析后得出:该设计能够达到15位有效精度,并且系统的速度也满足了要求。
  • 样保持分析与
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    本研究聚焦于采样保持电路的低功耗技术分析与创新设计方案探索,旨在提高电路效率并减少能源消耗。 通过对两种开关电容采样保持电路的分析与比较,设计了一种低功耗采样保持电路。该电路采用电容翻转式结构、增益增强技术和栅压自举开关技术来减少运放的功耗并降低非线性失真。使用SMIC 0.18μm CMOS工艺进行设计后,仿真结果显示其SNDR为71dB,功耗仅为3.8mW,适用于10位50Ms/s流水线ADC的应用中。
  • 静态功LDO
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    本设计提出了一种极低静态功耗的低压差线性稳压器(LDO),旨在提高便携式电子设备的能源效率。通过优化电路结构和采用新型器件,显著降低了待机状态下的能耗,同时确保了高精度与快速响应特性,适用于各种电池供电装置。 本段落介绍了一种采用0.35 μm CMOS工艺制造的低压差(LDO)电路。该电路使用亚阈值区工作的跨导放大器,在超低静态电流下工作,从而实现了超低功耗和高效率性能。整个电路面积约为0.8 mm2,典型工作状态下总的静态电流为约500 nA,最大负载电流可达150 mA。输入电压范围是3.3 V至5 V,输出电压设定为3 V。
  • 估算与综述
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    本文综述了集成电路在不同阶段的功耗估算方法,并探讨了实现低功耗设计的关键技术及未来发展方向。 集成电路的功耗估计及低能耗设计是电子工程领域中的关键环节。随着技术的发展与电路微型化需求的增长,对芯片效率和效能的要求日益严格。无论是电池驱动设备还是高性能有线系统,降低能量消耗都是至关重要的目标。 在嵌入式系统的应用中,处理器虽可能仅占整体功耗的一小部分,但其设计选择会直接影响到整个系统的性能、能耗及电磁干扰(EMI)表现。集成电路的总功率损耗可以分为静态和动态两大类:前者是指电路处于静止状态时发生的能量消耗;后者则是在信号变换过程中产生的。 对于降低漏电流大小而言,优化工艺处理流程以及减小供电电压是有效策略之一,比如目前很多器件采用3.3V而非传统的5V作为工作电压。在长时间运行的系统中,动态功耗通常占据主要部分,并且可以通过公式P=CFU进行估算(其中C代表开关电容、F为频率而U则是电源电压)。 集成电路的整体能耗可以由以下等式表示:P=Pc+Pf+Ps;这里,P是总功率消耗量,C指系统节点的电容量,V即供电电压值,f为工作时钟速率,S用来衡量状态切换频率。具体来说: - Pc代表由于电路状态改变产生的功耗损失; - Pf表示短路事件导致的能量浪费; - Ps则是由漏电流引起的静态损耗。 为了减少集成电路中的动态和静态能耗,可以通过降低节点电容、供电电压及工作频率来实现;此外,在不影响计算精度的前提下调整阈值水平也能有效减小静止状态下的功耗。通过优化这些参数,不仅能够提升芯片性能与可靠性,还能延长电池寿命并降低成本。