?西安交大科研人員在集成電路無(wú)線能量傳輸領(lǐng)域取得進(jìn)展

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)線能量傳輸逐漸成為植入式醫(yī)療芯片供能的首選方案。在無(wú)線傳輸系統(tǒng)中，為得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，次級(jí)線圈側(cè)的電源管理芯片通常由整流器、DC-DC變換器和線性穩(wěn)壓器三級(jí)模塊串聯(lián)組成。對(duì)于更加復(fù)雜的、需要多種電壓供電的應(yīng)用，電源管理單元通常還需要增加DC-DC變換器和線性穩(wěn)壓器的個(gè)數(shù)來(lái)滿足多種電壓輸出的需求。三級(jí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重制約了電源管理芯片的轉(zhuǎn)換效率。在多輸出電壓的情況下，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換效率下降更為嚴(yán)重。

為解決目前多輸出電壓情況下，無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)次級(jí)線圈側(cè)的電源管理單元轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，西安交通大學(xué)耿莉教授課題組創(chuàng)新性地提出了一種單級(jí)雙調(diào)節(jié)輸出的AC-DC變換器。該變換器利用提出的晶體管延時(shí)控制技術(shù)，結(jié)合柵壓調(diào)節(jié)、晶體管復(fù)用技術(shù)和多環(huán)路控制方法，將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中整流、DC-DC變換和電壓調(diào)節(jié)的功能進(jìn)行整合，可同時(shí)提供兩種不同的可調(diào)電壓輸出。提出的方法降低了芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜度，提高了電源管理芯片的轉(zhuǎn)換效率，減小了芯片面積。該設(shè)計(jì)通過(guò)了流片和測(cè)試，驗(yàn)證了其能夠在0.5V_~1.0V的交流輸入情況下，分別得到1.7V和2.75V的輸出，轉(zhuǎn)換效率在負(fù)載功率為7.1mW時(shí)達(dá)到79%，超過(guò)同類設(shè)計(jì)。該AC-DC變換器工作頻率為13.56MHz的NFC頻率，核心芯片面積為0.663mm²。

該項(xiàng)研究工作以“Single-Stage Dual-Output AC-DC Converter for Wireless Power Transmission”為題，被集成電路領(lǐng)域的國(guó)際頂級(jí)會(huì)議IEEE Custom Integrated Circuits Conference（CICC）于2018年度錄用。該論文第一作者為微電子學(xué)院在讀博士生薛仲明，西安交通大學(xué)為該論文的第一作者與通訊作者單位。

近年來(lái)，由耿莉教授、范世全副教授、夏勤副教授、桂小琰副教授、李丹助理教授及楊晨助理教授組成的課題組，帶領(lǐng)學(xué)生在低功耗集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得了一系列的研究成果，獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)14項(xiàng)，創(chuàng)新性成果發(fā)表在IEEE TPE、IEEE TCAS-I、IEEE TVLSI、IEEE PTL、IEEE TCAD、IEEE TPDS、CICC、DAC等國(guó)際頂級(jí)期刊和會(huì)議上。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃的支持。