迈向自主无线传感器：RFID与能量收集解决方案

# 迈向自主无线传感器：RFID与能量收集解决方案 ## 1. WISP平台与RFID传感器特点 WISP平台通过集成电路和协议栈优化实现特定功能。在WISP中，EPC Gen 2协议由微控制器以软件方式实现，而非专用硬件有限状态机，这种增强的可编程性有望成为未来RFID系统优化的关键因素。 WISP和一般的RFID传感器在模拟架构上与传统RFID标签略有不同。由于WISP功耗相对较高，其整流器设计为能提供比普通标签更多的电流，因此电压整流是物联网下一代RFID传感器迫切需求的关键要点。 ## 2. 电压整流的必要性与挑战 随着传感器电路组件能效的提升（如所需正向电压阈值更低的二极管）以及设备自身支持的低功耗运行模式（如仅消耗毫伏的睡眠模式），有必要重新审视能成功驱动RFID传感器节点的能量收集电路设计。尽管有许多工作致力于提高转换效率，但在设计无线电力传输（WPT）系统时仍存在诸多待解决的问题和挑战，尤其是在接收端。 交变电压在标签天线中感应产生后，会经过阻抗匹配网络，然后输入到功率收集器进行整流。在设计电压整流电路时，需考虑以下两个重要因素： - **低功率模型**：通常用于无特殊传感功能的传统无源RFID标签。 - **占空比模型**：当RFID标签引入智能任务（如微控制器）时采用，即智能标签传感器。 此外，对于所有无源RFID技术，都需特别考虑整流电路的非线性，以确保天线到整流天线中整流器的最大传输功率。 ### 2.1 低功率消耗模型 对于低输入功率水平，使用单个二极管的拓扑结构比使用更多二极管的拓扑结构能实现更好的射频 - 直流转换效率。传统上，低功耗电路的优化目标是始终维持数字逻辑所需的最小阈值电压。 功率收集器通常是半波整流器，仅在射频信号的正相期间将电流传递到下一阶段。传统上，N级电压倍增电路（如狄克逊倍增器）被用作整流器，N的选择要满足最小所需电压。历史上，肖特基二极管因其极低的导通电压、低串联电阻和低结电容而被用于倍增电路。设计参数包括电压倍增器的级数、二极管的尺寸和耦合电容。标签输入阻抗的主要组成部分来自整流电路（电阻和电容的并联）。 射频 - 直流转换效率取决于为整流电路选择的拓扑结构。根据整流器的输入功率大小，整流设备数量较少的拓扑结构可能会带来更好的射频 - 直流转换效率，这是因为切换整流设备需要最小输入功率。 ### 2.2 占空比模型