近日，南方科技大學（南科大）深港微電子學院的詹陳長課題組在集成電路設計領域的頂級期刊《固態電路雜志》（IEEE Journal of Solid-State Circuits, JSSC）上發表了一項關于射頻能量收集芯片的研究成果。該論文的標題為“A High-Efficiency Low-Cost Multi-Antenna Energy Harvesting System with Leakage Suppression”，由雙方聯合培養的博士生張兆博作為第一作者，詹陳長教授擔任通訊作者。 該研究創新地提出了一個低成本且高效的多天線射頻能量收集方案。這一方案旨在利用射頻能量收集技術，讓超低功耗的無線傳感網絡和物聯網設備能夠直接從射頻能量中獲取所需能量，從而顯著減少對電池的依賴，進而降低設備的物料和維護成本。與傳統的單天線射頻能量收集系統相比，本方案通過引入多個天線（如圖1所示，具有三個分布在不同位置的射頻天線），有效解決了電磁波傳播過程中因多徑效應導致的盲點問題。這些盲點區域是電磁場強度非常低的區域，限制了射頻能量收集設備接收能量的角度和強度。而多天線設計則能夠顯著降低盲點對整個系統的影響，從而提高系統的可靠性和能量收集效率。

  圖1 具有漏電抑制功能的多天線射頻能量收集系統

本方案還通過讓多個射頻通道共用同一個儲能電容來降低系統成本。這種設計不僅減少了額外的通道間隔離開關，降低了芯片的復雜度，還具備進一步擴展天線數量的能力。在電路的第二級，采用了開關電感升壓電路來實現最大功率追蹤（MPPT）和輸出電壓穩壓功能，同時保證了系統的冷啟動能力。為了解決多個射頻通道共用一個儲能電容可能帶來的互相干擾和通道間漏電問題，本研究還設計了一種新型的射頻整流器及其控制電路（如圖2所示）。通過精確控制射頻整流器柵極電壓的直流分量和交流分量，本方案能夠在整流器導通時提高轉化效率，而在漏電時則能夠完全關閉整流器以降低損耗。這一創新設計進一步提升了系統的整體性能和穩定性。

圖2 具有漏電抑制功能的射頻整流器

此外，詹陳長課題組在電源管理芯片研究的重要分支——無線傳電芯片設計領域也取得了重要進展。他們與澳門大學微電子研究院的副教授路延團隊合作，提出了一種不需要反饋信息檢測線圈、具有內在無線相移控制的6.78MHz無線能量傳輸系統。相關成果也以“A 6.78-MHz Wireless Power Transfer System With Inherent Wireless Phase Shift Control Without Feedback Data Sensing Coil”為題發表在《固態電路雜志》上。

對RFID行業的影響

詹陳長課題組在《IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)》上發表的射頻能量收集芯片研究成果，不僅展示了南方科技大學深港微電子學院在集成電路設計領域的強大實力，也為未來的無線能量傳輸和射頻能量收集技術提供了新的思路和方法，射頻能量新收集方式對RFID行業的影響可能表現在以下幾個方面：

提高RFID標簽的能量獲取效率：RFID標簽通常依賴電池供電或從讀取器接收的射頻能量中獲取能量。高效的射頻能量收集芯片可以使RFID標簽更加自給自足，減少對電池的依賴，RFID讀寫器可能不再是必需品。這將有助于推動RFID技術在更多領域的應用，特別是在需要長時間運行或無法頻繁更換電池的場合。

擴大RFID系統的應用范圍：由于射頻能量收集技術能夠減少RFID系統對電池的依賴，因此可以將其應用于更廣泛的場景中。例如，在智能物流、智能制造等領域，RFID技術可以用于追蹤和管理大量物品，而射頻能量收集技術可以確保這些設備在無人維護的情況下長時間穩定運行。

提高RFID系統的可靠性和穩定性：該研究成果中提到的多天線射頻能量收集系統可以有效解決傳統射頻能量收集系統中的盲點問題，提高系統的可靠性和穩定性。在RFID系統中，這意味著設備可以更加準確地識別和跟蹤目標物體，減少誤讀和漏讀的情況，提高整個系統的性能和效率。

推動RFID技術的創新和發展：該研究成果不僅為RFID技術帶來了新的能量獲取方式，還為其創新和發展提供了新的思路。隨著技術的不斷進步和應用的不斷拓展，RFID技術將在更多領域展現出其獨特的優勢和價值。

想了解RFID在更多資訊，歡迎掃碼報名參加今年八月份在深圳舉行的IOTE第二十二屆2024國際物聯網展·深圳站，屆時將有業界最全的RFID廠家前來參展。