RF ID用振動能量輔助供電電源(07-100)

　　前言

　　無源RFID已得到廣泛的應(yīng)用，然而在某些使用場合，其工作距離還受到一定的限制。電池輔助供電或有源標(biāo)簽?zāi)芨倪M讀數(shù)距離并提高可靠性。由于電池壽命是有限的，因而這只是一種過渡性的解決方案。利用環(huán)境振動能量的供電系統(tǒng)無疑是一種最佳的選擇。本文介紹一種適合振動能量功率源的電源調(diào)理電路，并結(jié)合實例分析了設(shè)計要點，同時給出了初步的實驗結(jié)果。

　　系統(tǒng)設(shè)計要求

　　本設(shè)計選用的是Aliell 2.45G無源RF ID標(biāo)簽，這是一個帶有溫度傳感器的RFID，提供環(huán)境監(jiān)測用的解決方案。器件的主要電路功能和指標(biāo)如表1所示。

　　表1 RFID的主要特性和指標(biāo)

　　設(shè)計的目標(biāo)是向標(biāo)簽提供充足的功率，包括板上傳感器、微處理器和發(fā)射電路，以便向讀卡器送回有用的信息。為了設(shè)計一個最佳的電源電路，首先要明確Alien RFID標(biāo)簽的功率要求，需要確定的重要參數(shù)有：臨界輸入電壓、臨界電壓脈沖長度和消耗電流。由于可獲得的能量有限，最低輸入電壓和電流無疑是首要的參數(shù)。電壓脈沖可持續(xù)時間也是必須要考慮的，在此期間要喚醒標(biāo)簽、檢測溫度、處理信息、等待讀卡器查詢，最終發(fā)送出標(biāo)簽的信息。

　　為此，進行了一個模擬實驗，即利用函數(shù)發(fā)生器向標(biāo)簽輸入一個偏移的方波，以一半距離讀數(shù)為基準(zhǔn)來測量出各個參數(shù)。最終確定，臨界工作電壓為2V，臨界電壓脈沖長度需2.5秒，最大消耗電流為0.25mA，這些數(shù)值比規(guī)定的指標(biāo)值要低很多。實驗表明，標(biāo)簽所需的臨界電壓脈沖長度遠遠長于一般無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所需的長度。這是由于，標(biāo)簽在發(fā)送信息前需等待讀卡器的查詢，而無線節(jié)點是自動地向基站發(fā)送信息的;其次，無源標(biāo)簽的部分能量來自讀卡器，能量貯存在電容上，電容充電也是需要一定時間的。

　　電源調(diào)理電路

　　了解了RFID標(biāo)簽的電源特性，就可以構(gòu)建最佳輸出的電源調(diào)理電路。設(shè)計的電路如圖1所示。壓電功率發(fā)生器輸出的交流電壓先經(jīng)濾波，然后存儲在一個電容器上，一個比較器監(jiān)視電容上的電壓電平，當(dāng)電壓值達到VH時，允許電流流到穩(wěn)壓器;電容器隨之放電，當(dāng)電壓值下降至VL時，開關(guān)關(guān)閉，讓電容器重新充電。電路使用了MAX6433比較器和TPS72501電壓穩(wěn)壓器。電源調(diào)理電路的設(shè)計參數(shù)是可以調(diào)控的，以便滿足設(shè)計要求。存儲電容CST調(diào)節(jié)脈沖持續(xù)時間;而比較器和電壓穩(wěn)壓器則通過程控一個電阻來調(diào)整比較器的觸發(fā)電平，以及VH、VL和相應(yīng)的輸出電壓。

　　
圖1 穩(wěn)壓器電源調(diào)理電路