2.4 GHz 대역 무선전력전송 고효율 수신부 IC 설계 (Design of a 2.4-GHz High Efficiency Wireless Power Transfer-Receiver IC)

서지정보

· 발행기관 : 한국전자파학회
· 수록지 정보 : 한국전자파학회 논문지 / 33권 / 11호 / 841 ~ 848페이지
· 저자명 : 송유근, 한신, 김남윤, 김창우

초록

본 논문에서는 2.4 GHz에서 동작 가능한 무선전력전송 수신부 시스템을 제안하였다. 제안된 IC는 임피던스 정합 네트워크, 정류기, 그리고 직류-직류 변환기로 구성되었다. 정류기는 Dickson 차지펌프를 이용한 회로이며, 단 수와 임피던스정합 네트워크의 최적화를 통해 높은 효율을 가질 수 있도록 설계하였다. 직류-직류 변환기의 경우, 넓은 입력 범위에서동작 가능한 사중 변환비를 갖는 고효율 스텝-업/스텝-다운 스위치드-커패시터 직류-직류 변환기를 제안하였다. 입력 전압을 감지하여 모드 선택회로에서 변환비를 변환할 수 있도록 하여, 1/3, 1/2, 2/3, 그리고 2/1의 변환비를 제공한다. 제안된 IC는 28-nm CMOS 공정을 이용하여 설계하였으며, 포스트 레이아웃 시뮬레이션 결과, 제안된 정류기는 −8 dBm∼20 dBm에서 동작하며, 최대 66 %의 효율을 보인다. 변환기는 1.2 V∼5 V의 넓은 입력 전압 범위에서 1.6 V∼2.2 V의 전압을출력하며, 최대 80 %의 전력 변환 효율을 얻었다. 전체 IC의 경우 입력 전력 12 dBm에서 최대 50.8 %의 효율을 보였다.

영어초록

A high-efficiency wireless power transfer-receiver IC that can operate at 2.4 GHz has been proposed. The IC consists of a matching network, rectifier, and DC-DC converter. The rectifier based on the Dickson charge pump topology is designed to have high efficiency by optimizing the number of stages and matching networks. In the proposed IC, a high-efficiency CMOS step-up/step-down DC-DC converter that can operate over a wide input range is involved. The converter provides quadruple conversion ratios of 1/3, 1/2, 2/3, and 2/1, which are determined by the mode selector by sensing the input voltage level. The IC was implemented in a standard 28-nm CMOS process, and post-layout simulation results for the IC demonstrated that the rectifier operates at −8 dBm to 20 dBm and shows a maximum efficiency of 66 % for an input power from −4 to 20 dBm. The DC-DC converter outputs a voltage of 1.6∼2.2 V for a wide input voltage range of 1.2∼5 V and shows a power conversion efficiency of up to 80 %. For the entire IC, the maximum efficiency is 50.8 % at an input power of 12 dBm.

참고자료

· 없음