rfid讀寫器不再是必需品？國內(nèi)學(xué)者提出射頻能量新收集方式

近日，南方科技大學(xué)（南科大）深港微電子學(xué)院的詹陳長課題組在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的頂級期刊《固態(tài)電路雜志》（IEEE Journal of Solid-State Circuits, JSSC）上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于射頻能量收集芯片的研究成果。該論文的標(biāo)題為“A High-Efficiency Low-Cost Multi-Antenna Energy Harvesting System with Leakage Suppression”，由雙方聯(lián)合培養(yǎng)的博士生張兆博作為第一作者，詹陳長教授擔(dān)任通訊作者。 該研究創(chuàng)新地提出了一個(gè)低成本且高效的多天線射頻能量收集方案。這一方案旨在利用射頻能量收集技術(shù)，讓超低功耗的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠直接從射頻能量中獲取所需能量，從而顯著減少對電池的依賴，進(jìn)而降低設(shè)備的物料和維護(hù)成本。與傳統(tǒng)的單天線射頻能量收集系統(tǒng)相比，本方案通過引入多個(gè)天線（如圖1所示，具有三個(gè)分布在不同位置的射頻天線），有效解決了電磁波傳播過程中因多徑效應(yīng)導(dǎo)致的盲點(diǎn)問題。這些盲點(diǎn)區(qū)域是電磁場強(qiáng)度非常低的區(qū)域，限制了射頻能量收集設(shè)備接收能量的角度和強(qiáng)度。而多天線設(shè)計(jì)則能夠顯著降低盲點(diǎn)對整個(gè)系統(tǒng)的影響，從而提高系統(tǒng)的可靠性和能量收集效率。

  圖1 具有漏電抑制功能的多天線射頻能量收集系統(tǒng)

本方案還通過讓多個(gè)射頻通道共用同一個(gè)儲能電容來降低系統(tǒng)成本。這種設(shè)計(jì)不僅減少了額外的通道間隔離開關(guān)，降低了芯片的復(fù)雜度，還具備進(jìn)一步擴(kuò)展天線數(shù)量的能力。在電路的第二級，采用了開關(guān)電感升壓電路來實(shí)現(xiàn)最大功率追蹤（MPPT）和輸出電壓穩(wěn)壓功能，同時(shí)保證了系統(tǒng)的冷啟動能力。為了解決多個(gè)射頻通道共用一個(gè)儲能電容可能帶來的互相干擾和通道間漏電問題，本研究還設(shè)計(jì)了一種新型的射頻整流器及其控制電路（如圖2所示）。通過精確控制射頻整流器柵極電壓的直流分量和交流分量，本方案能夠在整流器導(dǎo)通時(shí)提高轉(zhuǎn)化效率，而在漏電時(shí)則能夠完全關(guān)閉整流器以降低損耗。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。

圖2 具有漏電抑制功能的射頻整流器

此外，詹陳長課題組在電源管理芯片研究的重要分支——無線傳電芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域也取得了重要進(jìn)展。他們與澳門大學(xué)微電子研究院的副教授路延團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種不需要反饋信息檢測線圈、具有內(nèi)在無線相移控制的6.78MHz無線能量傳輸系統(tǒng)。相關(guān)成果也以“A 6.78-MHz Wireless Power Transfer System With Inherent Wireless Phase Shift Control Without Feedback Data Sensing Coil”為題發(fā)表在《固態(tài)電路雜志》上。

對RFID行業(yè)的影響

詹陳長課題組在《IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)》上發(fā)表的射頻能量收集芯片研究成果，不僅展示了南方科技大學(xué)深港微電子學(xué)院在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力，也為未來的無線能量傳輸和射頻能量收集技術(shù)提供了新的思路和方法，射頻能量新收集方式對RFID行業(yè)的影響可能表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

提高RFID標(biāo)簽的能量獲取效率：RFID標(biāo)簽通常依賴電池供電或從讀取器接收的射頻能量中獲取能量。高效的射頻能量收集芯片可以使RFID標(biāo)簽更加自給自足，減少對電池的依賴，RFID讀寫器可能不再是必需品。這將有助于推動RFID技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在需要長時(shí)間運(yùn)行或無法頻繁更換電池的場合。

擴(kuò)大RFID系統(tǒng)的應(yīng)用范圍：由于射頻能量收集技術(shù)能夠減少RFID系統(tǒng)對電池的依賴，因此可以將其應(yīng)用于更廣泛的場景中。例如，在智能物流、智能制造等領(lǐng)域，RFID技術(shù)可以用于追蹤和管理大量物品，而射頻能量收集技術(shù)可以確保這些設(shè)備在無人維護(hù)的情況下長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

提高RFID系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性：該研究成果中提到的多天線射頻能量收集系統(tǒng)可以有效解決傳統(tǒng)射頻能量收集系統(tǒng)中的盲點(diǎn)問題，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在RFID系統(tǒng)中，這意味著設(shè)備可以更加準(zhǔn)確地識別和跟蹤目標(biāo)物體，減少誤讀和漏讀的情況，提高整個(gè)系統(tǒng)的性能和效率。

推動RFID技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展：該研究成果不僅為RFID技術(shù)帶來了新的能量獲取方式，還為其創(chuàng)新和發(fā)展提供了新的思路。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，RFID技術(shù)將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢和價(jià)值。

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