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随着生活水平的日益提高,人们对于健康问题也更加重视,这就使得植入式医疗芯片的研究越发具有吸引力。其中一个研究热点就是无线能量的采集与管理,该技术避免了传统意义上电池供电能量有限的问题。其通过采集外界射频信号能量,并整流升压得到较为稳定的直流电平,从而为植入式芯片提供工作电源。本文首先阐述了无线能量管理单元的意义,介绍了国内外关于无线能量管理单元的研究现状,并分析了无线能量管理单元的整体架构、基本原理和基于植入式医疗芯片设计的性能指标。最后基于0.18μm CMOS工艺进行整体电路设计。无线能量管理单元由电荷泵整流器(Charge Pump Rectifier,CPR)、带隙基准源(Bandgap Voltage Reference,BGR)和低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)三个子电路构成,工作内容如下:(1)对电荷泵整流器的研究与设计。分析了传统CPR的基本原理以及能量转换效率较低的原因,并提出一种带阈值电压消除技术的改进型CPR。后仿真结果显示,六级CPR转换效率达到25.3%,最小输入电压幅度低至0.3V左右。(2)对低功耗、高电源抑制比(PSRR)带隙基准源的研究与设计。分析了传统电压模结构BGR的基本原理,在此基础上提出一种基于亚阈值MOS管和双极性晶体管的混合型BGR。然后又提出一种极低功耗的PSRR辅助电路,进一步优化了BGR性能。后仿真结果显示,改进型基准源的温度系数为21.8ppm/℃,不同工艺角下的绝对误差为1.6%,电源电压输入范围为0.75V~2V,PSRR为-104d B@DC、-90d B@500MHz,最后功耗仅为0.85u A。(3)对低功耗、高电源抑制比低压差稳压器的研究与设计。重点分析了LDO电源纹波的耦合路径以及零极点追踪补偿(ZPTC)对于LDO带宽的优化效果。然后依次设计了过温保护、限流保护以及过压保护电路。最后利用BGR中的PSRR辅助电路,进一步优化了LDO的PSRR性能。后仿真结果显示,在负载电流为30u A的情况下,LDO输出电压为1.2V,最小输入输出压差为0.238V,PSRR为-94d B@DC、-60d B@500MHz,静态电流仅为3.418u A。(4)对无线能量管理单元的研究与设计。将CPR、BGR以及LDO整合为一个完整的无线能量管理单元,进行全版图后仿真。后仿真结果显示,增大输入交流信号幅度,CPR的输出电压始终被限制在1.8V~2V之间。典型情况下,CPR的输出电压纹波为5.74m V,LDO输出电压纹波仅为6.13u V,最大负载电流为30u A。最后当温度超过70℃或者电流超过40uA时,电路会自动关断。