一款采用自适应电源管理单元的2.4 GHz CMOS射频能量收集器，可实现25 dB的输入功率范围和97.4%的DC-DC转换效率

2.4GHz RF能量收集CMOS芯片设计，采用标准180nm工艺，集成可重构整流器、MPHEO优化控制器及三倍开关电容充电泵，实现峰值55.1%能量收集效率，支持25dB输入范围（-12.2dBm至12.8dBm），ultra-low-power diode泄露电流低于2nA，通过π匹配网络与柔性电路板实现高效低功耗无线能量传输。

摘要：

本文介绍了一种2.4 GHz射频能量收集CMOS芯片，该芯片集成了一个协同设计的偶极子天线，采用标准的180纳米CMOS工艺制造，占用面积为2.56 × 2.68毫米²。该设计包括一个可重构整流器、一个最大功率收集效率优化（MPHEO）控制器、一个3倍增益的开关电容充电泵（SCCP）、一个超低功耗二极管（ULPD）以及几个关键的模拟组件。离散的π匹配网络和偶极子天线分别制作在FR-4基板和柔性聚酰亚胺印刷电路板上。测量结果显示，在输入功率为−1 dBm时，该芯片的射频前端能量收集效率（PHE）达到55.1%；在输出电压为1.1伏时，灵敏度为−16.2 dBm。SCCP的峰值功率转换效率达到97.4%，而ULPD的反向漏电流低于2纳安。MPHEO算法使得在25 dB的输入功率范围内（从−12.2 dBm到12.8 dBm），能量收集效率能够保持在20%以上，从而证明了该系统在低功耗无线能量收集应用中的高效率、鲁棒性和适应性。