随着半导体技术的不断进步，无线能量传输逐渐成为植入式医疗芯片供能的首选方案。在无线传输系统中，为得到稳定的直流输出电压，次级线圈侧的电源管理芯片通常由整流器、DC-DC变换器和线性稳压器三级模块串联组成。对于更加复杂的、需要多种电压供电的应用，电源管理单元通常还需要增加DC-DC变换器和线性稳压器的个数来满足多种电压输出的需求。三级串联结构严重制约了电源管理芯片的转换效率。在多输出电压的情况下，传统结构的转换效率下降更为严重。
为解决目前多输出电压情况下，无线能量传输系统次级线圈侧的电源管理单元转换效率低的问题，西安交通大学耿莉教授课题组创新性地提出了一种单级双调节输出的AC-DC变换器。该变换器利用提出的晶体管延时控制技术，结合栅压调节、晶体管复用技术和多环路控制方法，将传统结构中整流、DC-DC变换和电压调节的功能进行整合，可同时提供两种不同的可调电压输出。提出的方法降低了芯片设计复杂度，提高了电源管理芯片的转换效率，减小了芯片面积。该设计通过了流片和测试，验证了其能够在0.5V~1.0V的交流输入情况下，分别得到1.7V和2.75V的输出，转换效率在负载功率为7.1mW时达到79%，超过同类设计。该AC-DC变换器工作频率为13.56MHz的NFC频率，核心芯片面积为0.663mm2。
该项研究工作以“Single-Stage Dual-Output AC-DC Converter for Wireless Power Transmission”为题，被集成电路领域的国际顶级会议IEEE Custom Integrated Circuits Conference（CICC）于2018年度录用。该论文第一作者为微电子学院在读博士生薛仲明，西安交通大学为该论文的第一作者与通讯作者单位。
近年来，由耿莉教授、范世全副教授、夏勤副教授、桂小琰副教授、李丹助理教授及杨晨助理教授组成的课题组，带领学生在低功耗集成电路设计领域取得了一系列的研究成果，获国家发明专利授权14项，创新性成果发表在IEEE TPE、IEEE TCAS-I、IEEE TVLSI、IEEE PTL、IEEE TCAD、IEEE TPDS、CICC、DAC等国际顶级期刊和会议上。
该工作得到了国家自然科学基金和陕西省科技统筹创新工程计划的支持。 |
