磁谐振无线能量传输系统及其信号处理电路研究
磁谐振能量传输系统及其信号处理电路主要应用于微型植入式医疗仪器的供电，它具有无需导线连接、不受使用寿命的限制、生物兼容性好等优点。该系统主要包括体外发射电路E类功率放大器、磁谐振四线圈、全CMOS整流电路、高电源抑制比带隙基准源和无片外电容低压差(Low Drop-Out，LDO)线性稳压器。磁谐振四线圈能量耦合相比于常用的两线圈传输效率高，受距离影响小，全CMOS整流电路和无片外电容低压差线性稳压器便于集成，符合植入式医疗仪器高效率高集成度的要求。 论文首先分析了磁谐振能量传输系统的各模块的基本结构和工作原理，然后详细介绍了芯片处理电路各模块的设计过程，包括电路的具体实现、仿真验证和版图设计，最后对整个系统进行了测试，并对测试结果进行了分析。 本文中E类功率放大管采用的是IRF540，由于控制频率在1MHz左右，采用74HC04反相器芯片驱动放大管;磁谐振四线圈采用Litz线绕制，相对于漆包线线圈的Q值更高，可得到更高的传输效率。整流电路采用全CMOS结构，基于CSMC0.5μm的标准CMOS工艺，工艺兼容性好，低压差线性稳压器基于SMIC0.18μm1P6M工艺，采用了无片外电容结构，提高系统的集成度。接收端线圈的直径仅为1.9cm，便于体内集成，当谐振线圈距离为1.5cm，控制频率为742kHz时，无线传输耦合效率可达到85％，带隙基准源通过添加预调节稳压结构使其在低频时的电源抑制比达到了125dB，相比于没有预调节稳压结构的基准源提高了约60dB;无片外电容低压差线性稳压器可以产生1.8V左右稳定输出电压，最大输出电流为50mA。对低压差线性稳压器芯片进行测试得负载调整率为0.189％/mA，线性调整率为0.239％/V，控制信号的上升时间和下降时间为1us时，产生的最大纹波为219mV。对整个系统进行测试，当负载为电阻为200Ω，距离为1cm时，可得到1.8V左右稳定的电压输出。
磁谐振能量传输系统;结构分析;芯片处理电路;模块设计;系统测试
北京交通大学
硕士
微电子学与固体电子学
李修函
2013
中文
TM724
77
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）