rfid读写器不再是必需品？国内学者提出射频能量新收集方式

近日，南方科技大学（南科大）深港微电子学院的詹陈长课题组在集成电路设计领域的顶级期刊《固态电路杂志》（IEEE Journal of Solid-State Circuits, JSSC）上发表了一项关于射频能量收集芯片的研究成果。该论文的标题为“A High-Efficiency Low-Cost Multi-Antenna Energy Harvesting System with Leakage Suppression”，由双方联合培养的博士生张兆博作为第一作者，詹陈长教授担任通讯作者。 该研究创新地提出了一个低成本且高效的多天线射频能量收集方案。这一方案旨在利用射频能量收集技术，让超低功耗的无线传感网络和物联网设备能够直接从射频能量中获取所需能量，从而显著减少对电池的依赖，进而降低设备的物料和维护成本。与传统的单天线射频能量收集系统相比，本方案通过引入多个天线（如图1所示，具有三个分布在不同位置的射频天线），有效解决了电磁波传播过程中因多径效应导致的盲点问题。这些盲点区域是电磁场强度非常低的区域，限制了射频能量收集设备接收能量的角度和强度。而多天线设计则能够显著降低盲点对整个系统的影响，从而提高系统的可靠性和能量收集效率。

  图1 具有漏电抑制功能的多天线射频能量收集系统

本方案还通过让多个射频通道共用同一个储能电容来降低系统成本。这种设计不仅减少了额外的通道间隔离开关，降低了芯片的复杂度，还具备进一步扩展天线数量的能力。在电路的第二级，采用了开关电感升压电路来实现最大功率追踪（MPPT）和输出电压稳压功能，同时保证了系统的冷启动能力。为了解决多个射频通道共用一个储能电容可能带来的互相干扰和通道间漏电问题，本研究还设计了一种新型的射频整流器及其控制电路（如图2所示）。通过精确控制射频整流器栅极电压的直流分量和交流分量，本方案能够在整流器导通时提高转化效率，而在漏电时则能够完全关闭整流器以降低损耗。这一创新设计进一步提升了系统的整体性能和稳定性。

图2 具有漏电抑制功能的射频整流器

此外，詹陈长课题组在电源管理芯片研究的重要分支——无线传电芯片设计领域也取得了重要进展。他们与澳门大学微电子研究院的副教授路延团队合作，提出了一种不需要反馈信息检测线圈、具有内在无线相移控制的6.78MHz无线能量传输系统。相关成果也以“A 6.78-MHz Wireless Power Transfer System With Inherent Wireless Phase Shift Control Without Feedback Data Sensing Coil”为题发表在《固态电路杂志》上。

对RFID行业的影响

詹陈长课题组在《IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)》上发表的射频能量收集芯片研究成果，不仅展示了南方科技大学深港微电子学院在集成电路设计领域的强大实力，也为未来的无线能量传输和射频能量收集技术提供了新的思路和方法，射频能量新收集方式对RFID行业的影响可能表现在以下几个方面：

提高RFID标签的能量获取效率：RFID标签通常依赖电池供电或从读取器接收的射频能量中获取能量。高效的射频能量收集芯片可以使RFID标签更加自给自足，减少对电池的依赖，RFID读写器可能不再是必需品。这将有助于推动RFID技术在更多领域的应用，特别是在需要长时间运行或无法频繁更换电池的场合。

扩大RFID系统的应用范围：由于射频能量收集技术能够减少RFID系统对电池的依赖，因此可以将其应用于更广泛的场景中。例如，在智能物流、智能制造等领域，RFID技术可以用于追踪和管理大量物品，而射频能量收集技术可以确保这些设备在无人维护的情况下长时间稳定运行。

提高RFID系统的可靠性和稳定性：该研究成果中提到的多天线射频能量收集系统可以有效解决传统射频能量收集系统中的盲点问题，提高系统的可靠性和稳定性。在RFID系统中，这意味着设备可以更加准确地识别和跟踪目标物体，减少误读和漏读的情况，提高整个系统的性能和效率。

推动RFID技术的创新和发展：该研究成果不仅为RFID技术带来了新的能量获取方式，还为其创新和发展提供了新的思路。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，RFID技术将在更多领域展现出其独特的优势和价值。

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