传感器技术、信息处理技术和网络通信技术被认为是21世纪信息产业的三大支柱,而无线传感器网络(WSN)融合了这三种技术,并迅速成为当前国际上备受关注的前沿热点研究领域。人体无线体域网(WBAN)是一种特殊的无线传感器网络,它主要实现对人体生命体征信号的智能监控和感知。WBAN节点的续航能力一直是其普及过程中面临的重要问题,面向能量收集的WBAN节点芯片设计关键技术对降低人体体域网设备的体积和成本,以及人体体域网的应用普及具有重要意义。为了在体积限制的条件下提高WBAN节点的续航能力,一方面,需要对环境能量进行高效采集和管理,另一方面,需要优化WBAN节点的系统结构,利用先进的低压集成电路设计技术降低WBAN节点电路的功耗。本文对自供电人体体域网节点芯片中的关键技术开展了深入研究。研究内容主要包括三个方面:能量收集电路的设计、低功耗功率管理电路的设计以及低功耗集成发射机的设计。在对传统的热电能量收集电路研究基础上,本文首先对不同工作模式的Boost转换器进行了导通损耗和开关损耗分析,采用了临界导通工作模式来降低导通损耗,提高了Boost转换器的转换效率。本文也提出一种自适应导通电阻电路,该电路能够根据输入功率的大小合理地选择开关的导通电阻,从而保证在宽输入范围内保持高转换效率。为了解决转换器的启动问题,本文设计了低压启动电路和射频辅助启动电路,并采用自适应最大功率点跟踪电路来最大化输出功率。针对低功耗功率管理电路,本文首先分析了传统低压差线性稳压器(LDO)中闪烁噪声的来源,并采用了双极型晶体管预放大技术降低了闪烁噪声,以及采用了基极电流补偿技术解决了基极电流对精度的影响。本文还设计了一款低噪声基准电压源,采用了一种低噪声的结构降低了闪烁噪声的影响,并从反馈的角度解释了该结构降低闪烁噪声的原理。为了实现功率管理电路的多路输出,本文还设计了工作在脉冲频率调制(PFM)模式的自举电路来代替传统的升压电路,不仅简化了电路设计,也提高了集成度,仿真结果表明该自举转换器能够在宽负载范围内实现高转换效率。为了解决能量收集的输入功率和负载功率不匹配的问题,本文还设计了一种低功耗电压监测电路,该电路能够根据输入功率调整工作占空比,并可以在低功耗的条件下满足高精度的要求。为了将WBAN节点采集得到的信号发射到附近的智能终端,本文还对低功耗发射机进行了一定的研究。针对发射机中的锁相环电路,本文对传统的电荷泵电路进行了改进,通过引入额外的补偿电流降低了电荷泵中钳位运放的功耗,并且采用了运放钳位的方式提高了电荷泵中充放电电流的匹配精度。针对压控振荡器(VCO)的输出振幅随着工艺或者温度变化的缺点,本文还提出了一种数字振幅控制VCO,通过采用两个比较器钳位的方式对振幅进行控制,保证振幅能够稳定在一个可控的区间之内。本文还采用了一种改进的混频器,该结构可以降低混频器中数据控制的开关对混频效果的影响,并采用了功率放大器(PA)放大输出信号。本文对热电能量收集电路进行了流片验证,测试结果表明该电路的峰值效率达到了90.8%,在20 mV输入条件下能够达到60%的转换效率,而启动电路能够在260mV输入电压或者-16 dBm的射频输入能量下正常启动。针对功率管理中的LDO,流片结果表明其在1 Hz处的噪声为3μV,在高频处热噪声小于200 nV,而低噪声基准在10 Hz处的噪声为0.8μV,相对于传统结构,噪声功率降低了100倍。而自举电路的效率在50μA-15 mA的范围内能够达到88%以上的转换效率。针对低功耗发射机,本文对其中的PLL电路进行了流片测试,测试结果表明提出的PLL在1 MHz处的相位噪声为-120 dBc/Hz,功耗约为1.79 mW。仿真结果表明无线发射机PA的输出功率小于-20 dBm,整个发射机的功耗为3.51 mW。由于设计了低压VCO和PA,整个发射机的功耗节省了29%。