【应用】Keysight 先进设计系统ADS助力无线能量收集电路延长物联网设备的使用寿命

时间： 2018-10-22 来源：Keysight

为了让物联网（IoT）设备更高效，常用的解决方案是采用无线能量收集电路，以达到延长物联网设备使用寿命的目的，从而保证设备能够在无人为干预的情况下运行数年。但是，对于耗电量大的物联网设备，仅有如下三种解决方案：优化设备功耗、增加设备电池尺寸以及持续为设备电池充电，以延长设备的使用寿命。

图1 物联网示意图

针对这种情况，相对有前景的解决方案是将电磁（EM）辐射转换成电能，以达到延长物联网设备使用寿命的目的。通过收集微波波段辐射（如2.45GHz Wi-Fi信号）转换为电能，以解决电力问题。例如，STMicroelectronics公司和法国大学合作研发的能够将射频能转换为直流电的“能量收集”电路。其原理就是利用天线和整流器，天线拦截一些电力以产生电流，整流器将电流从AC转换为DC。

但是，在驱动整流二极管时，来自天线的低阻信号无法满足高阻抗要求。因为天线通常是具有几十欧姆的阻抗，而提供整流的二极管则具有几千欧姆的阻抗。因此，需要进行大阻抗变换，并且还要考虑二极管的正向压降要求（通常0.2V~0.4V）。针对这种情况，利用电子设计自动化（EDA）工具，通过全面优化整流电路可以帮助工程师解决这个难题。

图2 利用KEYSIGHT的电路仿真工具ADS的应用电路

该团队最终采用的是Keysight Technologies（是德科技）推出的先进设计系统（ADS），利用其协同仿真功能，不仅可以进行精确设计，而且能够模拟能量收集解决方案中的整流电路。如图2所示，该设计团队最终成功创建了一个能够将环境2.45GHz无线信号转换为直流电源的能量收集系统。除了设计和模拟优化整流器之外，利用ADS还有助于优化匹配电容和SMA连接器之间的物理距离（如图2中的箭头d所示）。通过优化连接器和电容器之间的物理距离，能够进一步降低整流器的回波损耗。

通过协同仿真，使设计人员可以创建物理部件模型，并将其添加到电路仿真中。此时，设计人员便可以利用ADS的协同仿真功能来优化天线及整流器设计。同时，ADS中的3D平面场景解算器能够用于执行整流电路的无源建模和分析。此外，设计人员还可以使用ADS中的谐波平衡电路求解器在频域中模拟电路，与通用仿真程序中的AC分析不同，谐波平衡会考虑二极管的非线性特性。

图3 模拟和测量结果之间的相关性曲线

为了进行测试和验证天线及整流器设计，该团队利用了各种贴片天线。通过实验，得出的结论是具有等角螺旋形图案的天线的性能最优。在室外测试中，该设计产生了可用的DC功率，其阈值为-20dBm、估计效率为13％。在测试期间，消声室中使用校准光源，如图3所示，在输入功率为+20 dBm时，可提供68％的最大效率。可以看出，测试结果与其仿真结果具有良好的相关性，满足了电压和效率的设计目标。

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FENT Lv8. 研究员 2019-09-10

好好学习、、
沉浮 Lv7. 资深专家 2018-10-22

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2022年11月1日 - 选型指南

介绍模拟电路的仿真软件应用

ADS软件应用领域广泛，涵盖通信系统设计、卫星通信、毫米波雷达、汽车雷达和射频集成电路设计等领域。在通信系统设计中，ADS软件可用于优化无线通信系统的前端电路，提高信号传输质量和系统的性能。在卫星通信中，ADS可帮助工程师设计和仿真卫星通信链路，提升传输效率和系统性能。在毫米波雷达和汽车雷达领域，ADS的仿真和分析功能有助于提高雷达系统的探测精度、抗干扰性和可靠性。

2024-06-07 - 技术探讨

ATM33系列超低功耗蓝牙5.3 SoC数据表

ATM33系列无线SoC是极低功耗的蓝牙5.3系统级芯片（SoC）解决方案的一部分。该SoC集成了蓝牙5.3合规的无线电、ARM Cortex M33F应用处理器、128KB随机存取存储器（RAM）、64KB只读存储器（ROM）、512KB非易失性存储器（NVM）、1MB扩展闪存存储（选定的封装）和先进的电源管理，以实现电池供电设备的最大寿命。ATM33系列SoC具有极低的功耗，接收器功耗为0.85mA，发射器功耗为2.5mA，专为延长物联网（IoT）市场的电池寿命而设计。

ATMOSIC - 无线SOC,WIRELESS SOC,EXTREME LOW-POWER BLUETOOTH® 5.3 SYSTEM-ON-CHIP,低功耗蓝牙SOC,EXTREME LOW-POWER BLUETOOTH® 5.3 SOC,超低功耗蓝牙5.3 SOC,极低功耗蓝牙®5.3 SOC,SOC,BLUETOOTH LOW ENERGY SOC,极低功耗蓝牙®5.3片上系统,EXTREME LOW POWER BLUETOOTH 5.3 SOC,SOC系统,ATM33,ATM3325-5DCACM-SR,ATM33 SERIES,ATM3330,ATM3325-5DCAQK,ATM3325-5DCACM,ATM3325,ATM3330-5DCAQN-TR,ATM3325-5LCAQK-SR,ATM3325-5LCAQK,ATM3325-5DCAQK-SR,ADVANCED WEARABLE,ENTERTAINMENT,INDUSTRIAL,健康监视器,ADVANCED HOME AUTOMATION,高级远程控制,IOT MARKETS,高级家庭自动化,HEALTH MONITORS,体育保健用品,游戏,HOME,工业,SPORTS,物联网市场,保健,HID,远程监视器,工业批量传感器,HUMAN INTERFACE DEVICES,PERSONAL TRACKING DEVICES,隐藏,INTERNET-OF-THINGS MARKETS,企业,REMOTE MONITORS,高级可穿戴,个人跟踪设备,娱乐,体育,家,ENTERPRISE,INDUSTRIAL LOT SENSORS,人机界面设备,HEALTHCARE,ADVANCED REMOTE CONTROL,GAMING,FITNESS

August 6th, 2024 - 数据手册 - Version 0.88