CMOS Circuits for Piezoelectric Energy Harvesters: Efficient Power Extraction, Interface Modeling and Loss Analysis

این کتاب به چالش بهره‌برداری از انرژی ارتعاشی محیطی می‌پردازد که می‌توان از آن برای تامین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی کوچک و کم مصرف استفاده کرد، به عنوان مثال. گره های حسگر بی سیم به طور کلی، به ویژه برای دامنه های ولتاژ پایین، یکسوسازی کم تلفات برای دستیابی به راندمان تبدیل بالا مورد نیاز است. در مورد خاص برداشت انرژی پیزوالکتریک، استخراج بار پالسی در مقایسه با یکسو کننده منفرد پتانسیل استخراج توان بیشتری را دارد. برای این منظور، یک مدار رابط یکپارچه CMOS کاملا مستقل برای ژنراتورهای پیزوالکتریک ارائه شده است که این الزامات را برآورده می‌کند.

با توجه به این ویژگی‌های کلیدی که امکان استفاده جهانی را فراهم می‌کند، دیگر طراحان CMOS که در زمینه برداشت انرژی کار می‌کنند تشویق خواهند شد. برای استفاده از برخی از ساختارهای نشان داده شده برای پیاده سازی خود. این کتاب از این نظر منحصر به فرد است که فرآیند طراحی را از ابتدا تا تراشه نهایی برجسته می کند. از این رو، به طراح راهنمای جامعی در مورد چگونگی (i) راه اندازی یک مدل برداشت کننده مناسب برای به دست آوردن نتایج شبیه سازی واقعی، (ب) طراحی مدارهای مجتمع برای عملکرد کم توان، (iii) راه اندازی یک محیط اندازه گیری آزمایشگاهی به منظور راه اندازی گسترده می دهد. تراشه را در ترکیب با دروگر واقعی مشخص کنید و در نهایت (iv) نتایج شبیه‌سازی/اندازه‌گیری را به منظور بهبود عملکرد تراشه تفسیر کنید. از آنجایی که ابعاد همه دستگاه ها (ترانزیستورها، مقاومت ها و غیره) داده شده است، خوانندگان و دیگر طراحان می توانند به راحتی از مفاهیم مدار ارائه شده استفاده مجدد کنند.

This book deals with the challenge of exploiting ambient vibrational energy which can be used to power small and low-power electronic devices, e.g. wireless sensor nodes. Generally, particularly for low voltage amplitudes, low-loss rectification is required to achieve high conversion efficiency. In the special case of piezoelectric energy harvesting, pulsed charge extraction has the potential to extract more power compared to a single rectifier. For this purpose, a fully autonomous CMOS integrated interface circuit for piezoelectric generators which fulfills these requirements is presented.

Due to these key properties enabling universal usage, other CMOS designers working in the field of energy harvesting will be encouraged to use some of the shown structures for their own implementations. The book is unique in the sense that it highlights the design process from scratch to the final chip. Hence, it gives the designer a comprehensive guide of how to (i) setup an appropriate harvester model to get realistic simulation results, (ii) design the integrated circuits for low power operation, (iii) setup a laboratory measurement environment in order to extensively characterize the chip in combination with the real harvester and finally, (iv) interpret the simulation/measurement results in order to improve the chip performance. Since the dimensions of all devices (transistors, resistors etc.) are given, readers and other designers can easily re-use the presented circuit concepts.