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由于电池容量的限制,基于电池供电的无线传感网（Wireless Sensor Networks,WSN）节点难以在无人值守的情况下正常工作十年以上,并且电池更换将导致维护成本指数增长。得益于过去十几年低功耗设计技术的发展,部分WSN节点的功耗已压缩到sub-mW,同时,WSN节点自身非连续工作的特点,使节点大部分时间处在nW级别的休眠模式,这为能量收集技术在WSN网络中的应用创造了条件。能量收集技术作为可实现WSN中大量节点自维持供电的潜在技术,得到学术界和产业界广泛关注。论文主要对应用于WSN的能量收集系统关键电路展开研究,如超低电压冷启动电路、电源管理电路、超低功耗电压参考（Voltage Reference,VR）电路/电压检测（Voltage Detector,VD）电路及应用于2.4GHz频段的射频能量收集系统的阻抗匹配电路/射频整流电路。论文主要工作与创新如下:（1）研究了环形振荡器构成的低电压冷启动电路的限制因素,提出了一种基于无互补相电平移位电路（Voltage Level Shift,VLS）的延迟单元,通过引入衬底动态偏置以动态调整MOS管阈值电压,改善了层叠反相器（Stacked Inverter,SI）在低电压下的特性,后仿真表明,该延迟单元构成的冷启动环形振荡器可在24mV下维持振荡,并且基于该延迟单元的冷启动电路最小冷启动电压为40mV。（2）研究了宽范围电源管理电路,设计了 Boost转换器和Buck转换器以应对宽输入功率下的场景。建立了 Boost转换器和Buck转换器的损耗模型,设计并优化了功率管参数和电感值;通过低功耗数字零电流开关（Zero Current Switching,ZCS）控制改善转换器的效率,后仿真表明,Boost转换器可在输入功率0.1μW下功率转换效率大于60%,且在1 μW-0.5mW范围内功率转换效率大于75%。Buck转换器可在输入功率0.5mW-4mW范围内功率转换效率大于85%。（3）改进设计了一种高线性灵敏度的亚阈值VR（Subthreshold VR,SVR）电路,通过引入额外的cascode管,并复用已产生的参考电压作为cascode管的栅压,仿真表明,其线性灵敏度为0.006%/V;提出了一种基于反相器的超低功耗低温度系数VD电路（Inverter-based VD,IVD）,通过在反相器上拉管和下拉管的栅极分别注入2个低温度系数的参考电压,改善了温度系数并降低了电路功耗,后仿真表明,TT工艺角下,其功耗为0.078nW,0℃-100℃范围内温度系数为0.26mV/℃;提出了通过注入带有温度系数的参考电压抵消VD电路本身的温度系数的技术（VD with Temperature Coefficient Cancellation,TCC-VD）,以降低整个VD电路的温度系数,后仿真表明,TT工艺角下0℃-100℃范围内温度系数为0.08mV/℃。（4）研究了π型阻抗匹配网络（Impedance Matching Network,IMN）,给出了采用固定电感的低通π型IMN设计步骤,将变容管用在射频能量收集系统的IMN中实现IMN的部分集成和可调节能力,后仿真表明,在2.45GHz下,可在-15dBm到3dBm输入功率下实现S11小于-10dB,同时最小S11从-15dB改善到-29.8dB,改善了射频能量收集系统中π型IMN的输入动态范围和阻抗匹配效果。（5）研究了交叉耦合差分（Cross-Coupled Differential Driver,CCDD）型射频整流器,建立了其输出电压模型,分析了幅度失配和相位失配对其输出电压的影响。改进了基于栅极动态偏置的宽动态范围CCDD型射频整流器在低输入功率下的功率转换效率（Power Conversion Efficiency,PCE）,利用cascode管隔离导致体二极管正偏的电压节点,缓解体二极管正偏电流引起的瞬态建立恶化,改善了低输入功率下的瞬态建立特性。基于SMIC180nm工艺设计了一款2.4GHz频段的宽动态范围射频能量收集前端电路,测试表明,在2.45GHz处,该前端电路在输入功率4dBm,负载电阻5K下峰值PCE为24.8%,动态范围为16dB,灵敏度为-11dBm。进一步,通过仿真找到导致测试PCE恶化的原因。（6）利用变容管构成的部分集成的π型IMN、宽动态范围CCDD型射频整流器和宽动态范围的电源管理电路组合成射频能量收集芯片。后仿真表明,该宽动态范围射频能量收集芯片在输入功率范围-15dBm到10dBm下可实现峰值PCE为40%,动态范围为20dB。