随着物联网(internet of things, IoT)技术的高速发展,传统的电池供电方式已经不能满足其供电需求.利用压电能量俘获技术将机械能转换为电能,可为IoT提供持久的电能,具有广阔的应用前景.本文在讨论压电振动俘能器的电学特性基础上,全面总结了面向压电振动俘能器的电能管理电路的最新研究成果.电能管理电路通常由AC-DC变换和DC-DC开关变换器(包括控制算法)两部分组成,前者用于将压电振动俘能器输出的交流电转变为直流电,后者用于提高能量俘获效率.首先,针对AC-DC变换,分析了全桥整流器、电压倍增器、同步开关电感电路和同步开关电容电路的工作原理和优缺点.接着,重点讨论了用于压电振动俘能器的典型开关变换器电路,包括电感式、全电容式和变压器式DC-DC开关变换器以及AC-DC开关变换器,分析了它们的特点和适用场合.最后,针对压电振动俘能器的特点,分析了实现最大能量俘获的几种典型控制算法,包括最大功率点跟踪、阻抗匹配和同步电荷提取控制算法.本文通过对面向压电振动俘能器的电能管理电路的全面分析和综述,揭示了该领域目前存在的瓶颈问题,并展望了其未来发展方向,对压电能量俘获自供电系统的研究和开发具有重要的参考价值.
To T(Time-over-Threshold)读出策略是在PET成像中利用信号的时间宽度同时获取能量和时间信息的方法。基于To T的前端读出电路具有简单、高效、功耗低、面积小的优点。采用0.35μm CMOS工艺,设计并实现了基于To T的低噪声16通道PET成像前端读出ASIC芯片。为了实现低噪声,在电荷灵敏放大器中采用了输入管尺寸匹配技术,在成形器中采用了低噪声放大器。为了提高响应速度,在电压甄别器中采用了预放大和箝位推挽输出结构。芯片的测试结果表明,能量输入范围为3.5~56 f C,等效噪声电荷为211.4 e^-+16.0 e^-/p F,能量与输入电荷之间的非线性误差小于2%,单通道功耗为1.82 m W。与现有电路相比,该芯片的噪声降低了56.4%,在PET成像系统中具有广阔的应用前景。
