一种用于无线供电胶囊内窥镜的电源管理芯片的研究与设计

来源 :北京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fugaowen
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近些年来,普遍采用锂离子供电的胶囊内窥镜日益发展。锂离子电池有限的储能密度和潜在的安全隐患,极大的限制了胶囊内窥镜性能的进一步提升。无线供电实时能量供应、无安全隐患等特点,可以更好的满足现代微型胶囊内窥镜发展的能耗和安全性需求。   本文研究设计了一种可用于无线供电胶囊内窥镜系统的电源管理芯片,无线耦合获得的能量经过芯片转化为稳定的直流量,为胶囊内窥镜中的负载或其他芯片供电。基于系统体积、能量转化效率和工艺实现等限制因素的考虑,在常用无线供电系统结构的基础上,定义了合适的系统结构和性能指标要求,并根据指标要求划分了模块电路。   为了避免感应到的输入电压过高而导致芯片损坏,设计了一种开启电压8V、通流能力大于50 mA的限幅保护电路RF Limiter,并采用衬底交换技术设计了一种CMOS整流桥电路,有效的消除常用整流桥结构在CMOS工艺实现中所存在的衬底泄漏电流过大的问题,计算结果表明整流桥能量转化效率大于60%。   线性稳压器(LDO)是本芯片设计中的核心模块。采用预调制思想设计了一个宽频率范围高PSR带隙基准电路来抑制整流桥输出的2 MHz的纹波,从而减小LDO中的基准电压源(Bandgap输出电压)的纹波,详细分析推导了Bandgap的PSR表达式并根据推导结果进行了PSR优化设计。为了改善LDO的瞬态响应和简化频率补偿方案,采用了一级Class AB跨导放大器(OTA)作为LDO中的误差放大器。出于对系统输出电压限制要求的考虑,采用初步计算评估的方法分别对Bandgap和误差放大器的失调电压进行了分析和估算,根据估算结果对LDO的失调进行了分析评估,使其符合系统定义的范围。LDO的频率补偿采用了一种不依赖于等效串联电阻(ESR)的压控电流源(VCCS)补偿,有效克服了常用ESR补偿中寄生电阻的不确定性和随温度变化的特点,通过VCCS补偿原理的分析和环路稳定性的仿真验证,说明了补偿方案的有效性。   芯片采用0.35μm CMOS工艺进行了流片。实际测试结果表明:CMOS整流桥空载下压降为1 V,输出电压纹波小于5 mV。LDO静态功耗为96μA,最大输出电流大于30 mA,线性调整率0.71 mV/V,负载调整率0.55 mV/mA,启动时间为218μs,其中Bandgap启动时间约为8μs。LDO输出电压在负载电流为空载和15 mA之间切换时输出电压过冲小于25 mV。整机测试结果表明无线供电系统通过电源管理芯片可以为负载提供2.95V-3.05 V,大于15 mA的直流能量。所设计的芯片性能指标达到了系统要求。
其他文献
大麦叶锈菌是一种分布广泛的作物病害,流行年份对大麦产量造成严重的损失,选育和栽培大麦抗性品种是目前防止该病害最经济有效的方法。植物的抗病性可分为质量抗性和数量抗性,质
智能天线(SA, Smart Antenna)原名为自适应天线阵列(AAA, Adaptive Antenna Array),早期应用在雷达,军事抗干扰等方面。主要完成两大功能,一是实现空域滤波;二是对目标进行定
本文简要阐述了互联网经济时代背景下,工商管理遇见了新的发展契机:加强企业成本管理力度、促进企业掌握经济市场发展动态、维护市场环境的公平竞争状态;并且提出了基于互联
精准医学的提出主要是基于基因组学、临床信息学、蛋白组学以及计算机科学等多个学科的飞速发展以及成熟技术.生物样本库作为主要融合生物学样本实体、样本实验数据以及与其
随着时代的发展和社会的进步,互联网已经成为诸多行业进步和发展的驱动力,尤其是在大数据技术、人工智能、5G新通信网络技术的带动下,中国各行各业的发展都迎来了新契机.在当
随着汽车产销量的日益增多,疲劳驾驶造成的交通事故也更加突出,已成为现今交通事故的主因之一。疲劳驾驶预警装置的研究有着重要的现实意义与应用价值。本文设计并实现了一个疲
射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一种具有安全性高、抗污染能力强、可重复使用、穿透力强、数据存储量大等优点的自动识别技术。超高频(Ultra High Freq
我国经济飞速发展的同时带动了我国科技的发展和完善,尤其是互联网信息技术发展更是日新月异.我国也迎来了数字化,信息化时代.信息化的广泛传播为人们的生产生活带来了极大的
员工在工作中推脱职责的方式方法多种多样,我们分析其内部逻辑关系,为领导者提供恰当有效的解决思路,努力提升领导者的管理水平,夯实下属责任,改进工作效率.
企业经营的主要目的便是获取理想的经济效益,在市场竞争日渐激烈的当下,企业资产管理的难度也不断提升.本文将针对企业资产管理内涵与当前企业资产管理存在的问题进行详细分