RF ID用振动能量辅助供电电源(07-100)

　　前言

　　无源RFID已得到广泛的应用，然而在某些使用场合，其工作距离还受到一定的限制。电池辅助供电或有源标签能改进读数距离并提高可靠性。由于电池寿命是有限的，因而这只是一种过渡性的解决方案。利用环境振动能量的供电系统无疑是一种最佳的选择。本文介绍一种适合振动能量功率源的电源调理电路，并结合实例分析了设计要点，同时给出了初步的实验结果。

　　系统设计要求

　　本设计选用的是Aliell 2.45G无源RF ID标签，这是一个带有温度传感器的RFID，提供环境监测用的解决方案。器件的主要电路功能和指标如表1所示。

　　表1 RFID的主要特性和指标

　　设计的目标是向标签提供充足的功率，包括板上传感器、微处理器和发射电路，以便向读卡器送回有用的信息。为了设计一个最佳的电源电路，首先要明确Alien RFID标签的功率要求，需要确定的重要参数有：临界输入电压、临界电压脉冲长度和消耗电流。由于可获得的能量有限，最低输入电压和电流无疑是首要的参数。电压脉冲可持续时间也是必须要考虑的，在此期间要唤醒标签、检测温度、处理信息、等待读卡器查询，最终发送出标签的信息。

　　为此，进行了一个模拟实验，即利用函数发生器向标签输入一个偏移的方波，以一半距离读数为基准来测量出各个参数。最终确定，临界工作电压为2V，临界电压脉冲长度需2.5秒，最大消耗电流为0.25mA，这些数值比规定的指标值要低很多。实验表明，标签所需的临界电压脉冲长度远远长于一般无线网络节点所需的长度。这是由于，标签在发送信息前需等待读卡器的查询，而无线节点是自动地向基站发送信息的;其次，无源标签的部分能量来自读卡器，能量贮存在电容上，电容充电也是需要一定时间的。

　　电源调理电路

　　了解了RFID标签的电源特性，就可以构建最佳输出的电源调理电路。设计的电路如图1所示。压电功率发生器输出的交流电压先经滤波，然后存储在一个电容器上，一个比较器监视电容上的电压电平，当电压值达到VH时，允许电流流到稳压器;电容器随之放电，当电压值下降至VL时，开关关闭，让电容器重新充电。电路使用了MAX6433比较器和TPS72501电压稳压器。电源调理电路的设计参数是可以调控的，以便满足设计要求。存储电容CST调节脉冲持续时间;而比较器和电压稳压器则通过程控一个电阻来调整比较器的触发电平，以及VH、VL和相应的输出电压。

　　
图1 稳压器电源调理电路