隨著(zhù)半導體技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)線(xiàn)能量傳輸逐漸成為植入式醫療芯片供能的首選方案。在無(wú)線(xiàn)傳輸系統中，為得到穩定的直流輸出電壓，次級線(xiàn)圈側的電源管理芯片通常由整流器、DC-DC變換器和線(xiàn)性穩壓器三級模塊串聯(lián)組成。對于更加復雜的、需要多種電壓供電的應用，電源管理單元通常還需要增加DC-DC變換器和線(xiàn)性穩壓器的個(gè)數來(lái)滿(mǎn)足多種電壓輸出的需求。三級串聯(lián)結構嚴重制約了電源管理芯片的轉換效率。在多輸出電壓的情況下，傳統結構的轉換效率下降更為嚴重。
為解決目前多輸出電壓情況下，無(wú)線(xiàn)能量傳輸系統次級線(xiàn)圈側的電源管理單元轉換效率低的問(wèn)題，西安交通大學(xué)耿莉教授課題組創(chuàng )新性地提出了一種單級雙調節輸出的AC-DC變換器。該變換器利用提出的晶體管延時(shí)控制技術(shù)，結合柵壓調節、晶體管復用技術(shù)和多環(huán)路控制方法，將傳統結構中整流、DC-DC變換和電壓調節的功能進(jìn)行整合，可同時(shí)提供兩種不同的可調電壓輸出。提出的方法降低了芯片設計復雜度，提高了電源管理芯片的轉換效率，減小了芯片面積。該設計通過(guò)了流片和測試，驗證了其能夠在0.5V~1.0V的交流輸入情況下，分別得到1.7V和2.75V的輸出，轉換效率在負載功率為7.1mW時(shí)達到79%，超過(guò)同類(lèi)設計。該AC-DC變換器工作頻率為13.56MHz的NFC頻率，核心芯片面積為0.663mm2。
該項研究工作以“Single-Stage Dual-Output AC-DC Converter for Wireless Power Transmission”為題，被集成電路領(lǐng)域的國際頂級會(huì )議IEEE Custom Integrated Circuits Conference（CICC）于2018年度錄用。該論文第一作者為微電子學(xué)院在讀博士生薛仲明，西安交通大學(xué)為該論文的第一作者與通訊作者單位。
近年來(lái)，由耿莉教授、范世全副教授、夏勤副教授、桂小琰副教授、李丹助理教授及楊晨助理教授組成的課題組，帶領(lǐng)學(xué)生在低功耗集成電路設計領(lǐng)域取得了一系列的研究成果，獲國家發(fā)明專(zhuān)利授權14項，創(chuàng )新性成果發(fā)表在IEEE TPE、IEEE TCAS-I、IEEE TVLSI、IEEE PTL、IEEE TCAD、IEEE TPDS、CICC、DAC等國際頂級期刊和會(huì )議上。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金和陜西省科技統籌創(chuàng )新工程計劃的支持。 |
