에너지 하베스팅 스마트 센서를 위한 고효율 다중 대역 RF 에너지 하베스터 및 전력 관리 집적회로
- 제안하는 연구의 최종목표는 에너지 하베스팅 스마트 센서를 위한 다중 대역 RF 에너지 하베스터 회로, 저전압 에너지 하베스팅을 위한 고효율 전력 관리 회로, sensor-to-time UWB 무선 인터페이스 회로 기술을 기반으로 하는 고효율 다중 대역 RF 에너지 하베스터 및 전력 관리 집적회로를 개발하는 것이다. 본 과제의 주요 연구목표는 다음과 같다...
RF 에너지 하베스터
다중 대역 에너지 하베스터
전력 관리 집적 회로
적응형 정류기
부스트 컨버터
2
2021년 2월-2026년 2월
|85,217,000원
에너지 하베스팅 스마트 센서를 위한 고효율 다중 대역 RF 에너지 하베스터 및 전력 관리 집적회로
? 제안하는 연구의 최종목표는 에너지 하베스팅 스마트 센서를 위한 다중 대역 RF 에너지 하베스터 회로, 저전압 에너지 하베스팅을 위한 고효율 전력 관리부 회로, sensor-to-time UWB 무선 인터페이스 회로 기술을 기반으로 하는 고효율 다중 대역 에너지 하베스터 및 전력 관리부 집적회로를 개발하는 것이다. 본 과제의 주요 연구목표는 다음과 같다....
RF 에너지 하베스터
다중 대역 에너지 하베스터
전력 관리 집적 회로
적응형 정류기
부스트 컨버터
직류 직류
3
주관|
2021년 2월-2026년 2월
|94,685,000원
에너지 하베스팅 스마트 센서를 위한 고효율 다중 대역 RF 에너지 하베스터 및 전력 관리 집적회로
⦁ 다중 대역 고효율 RF 에너지 하베스팅, 고효율 Power Management, Sensor-to-Time UWB 무선 인터페이스 등의 본 과제 연구 목표를 달성하기 위해서는 여러 효율 저하 원인들의 기술적 한계가 존재한다. 본 연구는 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 모델링 및 구조 설계, 요소 회로 설계, 칩 구현 및 검증까지 체계적으로 연구를 수행한다.
(1) 고효율 다중 대역 RF 에너지 하베스터 구조 및 회로 설계
- 주변(ambient) RF 에너지 하베스팅을 위한 정류기 모델링 및 구조 설계
- 넓은 입력 전력 범위를 위한 adaptive 고효율 정류기 회로 설계
- 다중 대역 하베스팅을 위한 입력 임피던스 정합 구조 및 회로 설계
- 다중 대역 RF 에너지 하베스터 집적회로 설계 검증 및 최적화
⦁ IoT 센서의 전력 요구 사항을 만족하고, 여러 스펙트럼 대역으로 분산된 주변 RF 에너지를 하베스팅하여 더 높은 출력 전력을 생산하기 위해 다중 대역(multi-band) RF 에너지 하베스터 회로를 제안한다.
⦁ 다중 대역 하베스터에서의 입력 전력 변동에 의한 전력 변환 효율 저하 문제를 극복하기 위해 adaptive 구조를 적용하여 입력 전력에 따라 모드를 전환함으로써 최적의 PCE를 얻을 수 있는 입력 작동 범위를 크게 확장할 수 있도록 설계한다.
⦁ 넓은 입력 전력 범위에 걸쳐 하베스팅 시스템의 PCE를 향상시키기 위해 입력 전력에 따른 임피던스 변동을 보상하기 위한 tunable 임피던스 매칭 네트워크를 설계한다.
(2) 저전압 에너지 하베스팅 고효율 전력 관리부 구조 및 회로 설계
- 저전력 RF 에너지 하베스팅을 위한 전력 관리부 (power management unit) 모델링 및 구조 설계
- 저전압 고효율 boost DC-DC 컨버터 회로 설계
- 빠른 과도 응답 특성을 위한 LDO 구조 모델링 및 회로 설계
- 전력 관리 집적회로 설계 검증 및 최적화
⦁ 출력 저장 커패시터를 충전하기 위해 RF 에너지 하베스터에서 생성된 저전압을 고전압으로 변환하는 데 사용할 수 있는 전력 변환 효율이 높은 boost DC-DC 컨버터를 제안한다.
⦁ 넓은 입력 전력 범위에서 전체 전력 관리부의 PCE를 향상시키기 위해 DC-DC 컨버터의 손실(loss) 성분을 모델링하여 입력 전압에 따라 각 설계 parameter의 최적값을 도출하고, 이를 적용하여 boost DC-DC 컨버터의 높은 효율을 달성한다.
⦁ 전력 관리부의 효율을 높이기 위해 power management 동작에서 부하 전류의 급격한 변화에 의해 나타나는 overshoot/undershoot 및 settling time을 감소시킬 수 있는 기술을 적용한 외부 커패시터가 필요 없는 LDO 레귤레이터를 제안한다.
(3) 극소전력 Sensor-to-time UWB 무선 인터페이스 구조 및 회로 설계
- UWB 기반 sensor-to-time 송신기 모델링 및 구조 설계
- Time-domain 센서 인터페이스 구조 모델링 및 회로 설계
- Ultra-low power UWB 펄스 발생기 회로 설계
- Sensor-to-time 송신기 설계 검증 및 최적화
⦁ 에너지 하베스팅으로 구동되는 초광대역(UWB) 기반 sensor-to-time 송신기를 제안한다. 저항성 센서 정보는 RC 인터페이스 회로, time 비교기 회로에 의해 시간 간격으로 변환된 후, 시간 간격은 베이스밴드 신호로서 UWB 펄스 발생기에 직접 공급되고, 시간 정보는 UWB 송신기의 펄스 간격으로 time-domain으로 전송된다.
⦁ 에너지 하베스팅으로 얻을 수 있는 제한된 전력으로 구동이 가능하도록 UWB 펄스 발생기와 구동 증폭기로 구성된 극소전력 UWB 송신기를 설계한다.
에너지 하베스팅 스마트 센서를 위한 고효율 다중 대역 RF 에너지 하베스터 및 전력 관리 집적회로
⦁ 다중 대역 고효율 RF 에너지 하베스팅, 고효율 Power Management, Sensor-to-Time UWB 무선 인터페이스 등의 본 과제 연구 목표를 달성하기 위해서는 여러 효율 저하 원인들의 기술적 한계가 존재한다. 본 연구는 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 모델링 및 구조 설계, 요소 회로 설계, 칩 구현 및 검증까지 체계적으로 연구를 수행한다.
(1) 고효율 다중 대역 RF 에너지 하베스터 구조 및 회로 설계
- 주변(ambient) RF 에너지 하베스팅을 위한 정류기 모델링 및 구조 설계
- 넓은 입력 전력 범위를 위한 adaptive 고효율 정류기 회로 설계
- 다중 대역 하베스팅을 위한 입력 임피던스 정합 구조 및 회로 설계
- 다중 대역 RF 에너지 하베스터 집적회로 설계 검증 및 최적화
⦁ IoT 센서의 전력 요구 사항을 만족하고, 여러 스펙트럼 대역으로 분산된 주변 RF 에너지를 하베스팅하여 더 높은 출력 전력을 생산하기 위해 다중 대역(multi-band) RF 에너지 하베스터 회로를 제안한다.
⦁ 다중 대역 하베스터에서의 입력 전력 변동에 의한 전력 변환 효율 저하 문제를 극복하기 위해 adaptive 구조를 적용하여 입력 전력에 따라 모드를 전환함으로써 최적의 PCE를 얻을 수 있는 입력 작동 범위를 크게 확장할 수 있도록 설계한다.
⦁ 넓은 입력 전력 범위에 걸쳐 하베스팅 시스템의 PCE를 향상시키기 위해 입력 전력에 따른 임피던스 변동을 보상하기 위한 tunable 임피던스 매칭 네트워크를 설계한다.
(2) 저전압 에너지 하베스팅 고효율 전력 관리부 구조 및 회로 설계
- 저전력 RF 에너지 하베스팅을 위한 전력 관리부 (power management unit) 모델링 및 구조 설계
- 저전압 고효율 boost DC-DC 컨버터 회로 설계
- 빠른 과도 응답 특성을 위한 LDO 구조 모델링 및 회로 설계
- 전력 관리 집적회로 설계 검증 및 최적화
⦁ 출력 저장 커패시터를 충전하기 위해 RF 에너지 하베스터에서 생성된 저전압을 고전압으로 변환하는 데 사용할 수 있는 전력 변환 효율이 높은 boost DC-DC 컨버터를 제안한다.
⦁ 넓은 입력 전력 범위에서 전체 전력 관리부의 PCE를 향상시키기 위해 DC-DC 컨버터의 손실(loss) 성분을 모델링하여 입력 전압에 따라 각 설계 parameter의 최적값을 도출하고, 이를 적용하여 boost DC-DC 컨버터의 높은 효율을 달성한다.
⦁ 전력 관리부의 효율을 높이기 위해 power management 동작에서 부하 전류의 급격한 변화에 의해 나타나는 overshoot/undershoot 및 settling time을 감소시킬 수 있는 기술을 적용한 외부 커패시터가 필요 없는 LDO 레귤레이터를 제안한다.
(3) 극소전력 Sensor-to-time UWB 무선 인터페이스 구조 및 회로 설계
- UWB 기반 sensor-to-time 송신기 모델링 및 구조 설계
- Time-domain 센서 인터페이스 구조 모델링 및 회로 설계
- Ultra-low power UWB 펄스 발생기 회로 설계
- Sensor-to-time 송신기 설계 검증 및 최적화
⦁ 에너지 하베스팅으로 구동되는 초광대역(UWB) 기반 sensor-to-time 송신기를 제안한다. 저항성 센서 정보는 RC 인터페이스 회로, time 비교기 회로에 의해 시간 간격으로 변환된 후, 시간 간격은 베이스밴드 신호로서 UWB 펄스 발생기에 직접 공급되고, 시간 정보는 UWB 송신기의 펄스 간격으로 time-domain으로 전송된다.
⦁ 에너지 하베스팅으로 얻을 수 있는 제한된 전력으로 구동이 가능하도록 UWB 펄스 발생기와 구동 증폭기로 구성된 극소전력 UWB 송신기를 설계한다.
⦁ 본 과제에서는 IoT 센서의 전력 요구 사항을 만족하고, 여러 스펙트럼 대역으로 분산된 주변 RF 에
너지를 하베스팅하여 더 높은 출력 전력을 생산하기 위해 다중 대역(multi-band) RF 에너지 하베스
터 회로를 제안한다. 다중 대역 하베스터에서의 입력 전력 변동에 의한 전력 변환 효율 저하 문제를
극복하기 위해 적응형(adaptive) 구조를 적용하여 입력 전력에 따라 모드를 전환함으로써 최적의 PCE를 얻을 수 있는 입력 작동 범위를 크게 확장할 수 있도록 설계한다. RF 하베스팅 입력 전력이
증가함에 따라 낮은 전력 변환 효율의 주된 원인이 되는 역방향 누설 전류를 줄여 효율을 개선하기 위해 정류 소자로 thick-oxide MOSFET을 사용하는 CMOS 교차 결합 차동 RF 정류기 기반 적응형 정류기를 설계한다.
⦁ 본 과제에서는 출력 저장 커패시터를 충전하기 위해 RF 에너지 하베스터에서 생성된 저전압을 고
전압으로 변환하는 데 사용할 수 있는 전력 변환 효율이 높은 boost DC-DC 컨버터를 제안한다. 넓은 입력 전력 범위에서 전체 전력 관리부의 PCE를 향상시키기 위해 항상 최적 출력 전압으로 정류기를 제어하도록 입력 조정(input-regulated) boost DC-DC 컨버터 구조를 채택한다. 전원 관리부의 효율을 높이기 위해 추가적인 정지 전류를 소모하지 않고 부하 과도 응답의 undershoot 및 settling time을 감소시킬 수 있는 제안 기술을 적용하여 외부 커패시터가 필요 없는 LDO 레귤레이터를 개발한다.
⦁ 본 과제에서는 에너지 하베스팅으로 구동되는 초광대역(UWB) 기반 sensor-to-time 송신기를 제
안한다. Sensor-to-time 송신기는 time-domain에서 저항성 센싱 정보를 직접 추출하고 전송한다.
각 샘플링 주기에서 저항성 센서 정보는 RC 인터페이스 회로, time 비교기 회로에 의해 시간 간격으
로 변환된 후, 시간 간격은 베이스밴드 신호로서 UWB 펄스 발생기에 직접 공급된다. 고해상도 UWB
펄스로 인해 시간 정보는 UWB 송신기의 펄스 간격으로 표시된다. 이러한 방식은 센서에서 analog-to-digital 컨버터(ADC) 및 베이스밴드 블록이 필요하지 않으며 전송할 비트 수를 줄여 전력 소모를
감소시킨다.
