Un sistema de gestión de energía autoalimentado CMOS de 65 nm para dispositivos biomédicos alimentados de forma inalámbrica en campo cercano
Autores: Nabavi, Seyedfakhreddin; Bhadra, Sharmistha
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un sistema de gestión de energía autoalimentado CMOS de 65 nm para dispositivos biomédicos alimentados de forma inalámbrica en campo cercano
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Propuesto
Sistema de gestión de energía
Rectificador
Regulador
LDO sin capacitor
Unidades funcionales integradas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 46
Citaciones: Sin citaciones
Este documento propone un sistema de gestión de energía autoabastecido para rectificar y regular eficientemente el voltaje de CA recibido de técnicas de transmisión de energía inalámbrica para alimentar o recargar dispositivos biomédicos. El sistema de gestión de energía propuesto consta de tres unidades funcionales integradas, a saber, un rectificador completamente acoplado, un voltaje de referencia auto-polarizado y un regulador de caída bajo sin capacitor (LDO). Para reducir la complejidad actual de diseñar LDOs sin capacitor, se ha ideado una nueva arquitectura basada en un par de transistores conectados en diodo en la carga del LDO que alivia la necesidad de un gran capacitor de carga. El sistema de gestión de energía propuesto se implementa en un proceso CMOS de 65 nm con un área de chip activa de 0.0810 mm. Los resultados experimentales indican que este sistema es capaz de rectificar una señal de CA de hasta 5 V a una frecuencia de 6.78 MHz. Esta señal rectificada se regula luego a un voltaje DC fijo de 1.75 V, mientras que la corriente de carga puede variar entre 0 y 75 mA, con una caída máxima de voltaje de 170 mV. Ventajosamente, el sistema de gestión de energía propuesto es significativamente robusto a la temperatura, ya que un cambio de 55 grados Celsius en la temperatura ambiente solo conduce a una degradación del 9% en su rendimiento general. Además, se demuestra la capacidad del sistema de gestión de energía para impulsar dispositivos electrónicos de baja potencia, y su superioridad se evidencia mediante una comparación de rendimiento con los últimos sistemas integrados de gestión de energía presentados en la literatura.
Descripción
Este documento propone un sistema de gestión de energía autoabastecido para rectificar y regular eficientemente el voltaje de CA recibido de técnicas de transmisión de energía inalámbrica para alimentar o recargar dispositivos biomédicos. El sistema de gestión de energía propuesto consta de tres unidades funcionales integradas, a saber, un rectificador completamente acoplado, un voltaje de referencia auto-polarizado y un regulador de caída bajo sin capacitor (LDO). Para reducir la complejidad actual de diseñar LDOs sin capacitor, se ha ideado una nueva arquitectura basada en un par de transistores conectados en diodo en la carga del LDO que alivia la necesidad de un gran capacitor de carga. El sistema de gestión de energía propuesto se implementa en un proceso CMOS de 65 nm con un área de chip activa de 0.0810 mm. Los resultados experimentales indican que este sistema es capaz de rectificar una señal de CA de hasta 5 V a una frecuencia de 6.78 MHz. Esta señal rectificada se regula luego a un voltaje DC fijo de 1.75 V, mientras que la corriente de carga puede variar entre 0 y 75 mA, con una caída máxima de voltaje de 170 mV. Ventajosamente, el sistema de gestión de energía propuesto es significativamente robusto a la temperatura, ya que un cambio de 55 grados Celsius en la temperatura ambiente solo conduce a una degradación del 9% en su rendimiento general. Además, se demuestra la capacidad del sistema de gestión de energía para impulsar dispositivos electrónicos de baja potencia, y su superioridad se evidencia mediante una comparación de rendimiento con los últimos sistemas integrados de gestión de energía presentados en la literatura.