검색 상세

RF 에너지 하베스팅 디바이스를 위한 초저전력 Impulse-Radio 초광대역 송신기 설계

Ultra-Low power Impulse Radio Ultra-Wideband Transmitter for RF Energy Harvesting Devices

  • 김민성 (아주대학교 일반대학원)

초록/요약

본 논문에서는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 IoT 디바이스 어플리케이션을 위 해 초저전력과 높은 사이드로브(sidelobe) 억제 성능을 갖는 임펄스 라디오 초광 대역(IR-UWB) 송신기를 제안한다. 제안된 송신기는 3.5 GHz에서 4.5 GHz의 낮 은 UWB 대역에서 동작하며, 딜레이 라인(delay line) 기반 펄스 셰이퍼(pulse shaper), LO 발생기 그리고 커패시티브 가중치(capacitive weighting) 기반 펄 스 셰이핑(pulse shaping) 디지털 전력 증폭기(DPA)를 통해 우수한 사이드로브 억제와 초저전력을 달성한다. 스타트업(start-up) 시간이 필요한 LC 및 링 발진 기와 달리 딜레이 라인 기반 LO 발생기는 송신기 활성 시간과 동일한 시간 동안 만 동작하여 에너지 소모를 줄인다. 또한 LO 발생기와 펄스 셰이퍼가 딜레이 라 인을 공유하여 추가적인 딜레이 라인 사용을 제거함으로써 에너지 소모를 줄였 다. DPA에 에너지 효율적인 프리차징(pre-charging) 기법을 적용함으로써 큰 스위치 및 추가 LO 동작이 불필요하며, 결과적으로 에너지 소모가 감소하였다. 커패시티브 가중치 기반 펄스 셰이핑 DPA는 가우시안 가중 펄스를 생성하여 사 전 시뮬레이션에서 균일 커패시터 설계 대비 10 dB 향상된 사이드로브 억제 성 능을 보였다. 또한 커패시터를 통한 진폭 가중은 공정, 온도 변동에 강인하여 일 관된 사이드로브 억제 성능 –37 dB 그리고 550 MHz 대역폭을 보인다. 마지막 으로 미스 매치(mismatch)에 강인하여 미스 매치에 대한 변동성이 0.2 dB 변화 에 불과하여 미스 매치에 대해서도 강인성을 확인하였다. 제안된 IR-UWB TX는 1.2 V의 전원 전압에서 동작하며 딜레이 라인 기반 펄스 셰이퍼, LO 발생기 그리고 커패시티브 가중치 기반 펄스 셰이핑 DPA를 통해 3.5 GHz의 중심 주파수, 550 MHz의 대역폭에서 24.8 pJ/펄스의 펄스당 에너지 소모를 달성하였고 –37 dB의 높은 사이드로브 억제 성능과 8.1%의 송신기 효율 을 나타낸다. 주제어: RF 에너지 하베스팅, 저전력 회로, IR-UWB, UWB 송신기

more

목차

제 1 장. 서론. 1
1.1 RF 에너지 하베스팅 1
1.2 RF 에너지 하베스팅을 위한 UWB 송신기 2
제 2 장. 선행 기술이 적용된 UWB 송신기. 3
제 3 장. 제안하는 UWB 송신기 설계. 5
3.1 제안하는 회로의 블록도 5
3.2 제안하는 딜레이 라인의 회로도. 7
3.3 공정/온도 변동에 따른 VDelay별 지연 시간 변화 9
3.4 제안하는 펄스 셰이퍼 회로 및 타이밍 다이어그램 11
3.5 제안하는 LO 발생기 회로. 14
3.6 활성 시간에 대한 시뮬레이션 결과 16
3.7 공정/온도 변동이 보상된 VPCOUT의 스펙트럼. 18
3.8 제안하는 DPA 회로 및 시뮬레이션 결과. 20
3.9 가우시안, 삼각형, 직사각형 형태의 펄스 비교 28
제 4 장. 포스트 레이아웃 시뮬레이션 결과 32
4.1 제안하는 UWB 송신기 회로의 레이아웃 32
4.2 공정/온도 변동이 보상된 DPA 출력 스펙트럼 33
4.3 몬테카를로 미스매치 시뮬레이션 결과 35
4.4 블록 별 에너지 소모 결과 39
4.5 3.5 GHz-4.5 GHz의 DPA 출력. 40
제 5 장. 결론. 43
참고문헌 44
Publications 47
Abstract 48

more
반출 Meta View 목록