近年来,随着微电子技术的发展,便携式电子产品、植入式医疗检测设备等微电子系统的需求日益增长。然而,目前电池仍然是微电子系统的主要供电方式。电池因其供电时间短、体积大等缺点,无法满足科学技术发展的需求。尤其是对于工作位置难以再触及(例如人体内)的电子系统,电池的更换变得极为不便。因此,利用可持续性自驱动电源技术向上述电子系统提供绿色、可再生、无害化的电能已经成为当前研究热点。目前微电子器件或系统的功耗已降至微瓦级,因此从其工作环境中提取能量并且转换为电能供其使用成为可行的解决手段。能量获取技术(Energy harvesting),即将能量获取装置所处周边环境中其他形式的能量转换为电能,从而为电子设备提供电源的技术。在已有的能量获取系统中,振动能量获取因其具有较高的能量密度,普遍存在且结构简单,所以解决便携式微电子产品、植入式医疗检测设备以及无线传感网络节点等分布式电子系统供电问题的一个有效途径就是直接将电子系统工作环境中的振动能转换为电能。本文从悬臂梁式压电能量获取装置的基本模型出发,建立了能量获取装置的等效电路模型,并对能量获取前端电路进行了深入研究。本文首先简要介绍了压电材料的正负压电效应、31型和33型两种机电耦合模式。并以悬臂梁式压电能量获取装置为分析对象,结合压电学和机械振动学理论,建立了悬臂梁式压电能量获取的理论模型并推导出悬臂梁式压电能量获取的输出功率表达式,简要分析了悬臂梁结构对输出功率的影响。此外,利用机电耦合的关系给出了悬臂梁式压电能量获取装置的等效电路模型,并分析了电路接电阻时的输出电能。基于Switch-Only整流器,提出了一种应用于压电能量获取的高效自复位整流器。当电流I_P过零点时,该整流器使用在整流二极管上并联两个开关管来重置电容上的电压,减少了电路中电容放电的电荷损耗,提高了整流器的能量转换效率。同时整流器采用失调电压预置运算放大器+两个开关管组成有源二极管来降低整流电路中的压降,避免了电路中反向电流的产生。另外,整流电路采用自供电技术,无需外部电源,简化了电路结构,而且最大化地进行了能量提取。电路的版图面积为320μm×180μm,后仿结果表明当输入电流I_P=100μA,电容C_P=25nF和电阻R_P=1MΩ时,该整流器电压转换效率和能量转换效率分别高达98.2%和90.1%。因此该整流器能很好的应用于压电能量获取系统中。基于传统整流器和阈值补偿技术,研究了衬底偏置技术、亚阈值调制技术、DTMOS结构和自供电技术四种关键技术来提高整流器的性能。采用Cadence Spectre设计了两款应用于压电能量获取系统的超低压高效CMOS有源整流器,两种整流器均采用输入供电技术,当输入电压较低时,整流电路自动停止工作,比较器中无功耗,从而提高了电路的能量转换效率。整流电路中负电压转换器分别采用衬底偏置技术和DTMOS结构,有效地降低了MOS管的有效阈值电压;整流电路中比较器采用衬底输入,有效降低了电路对输入电压的要求,使得最低输入电压仅为0.2V。基于SMIC 0.18μm标准CMOS工艺对两款整流器分别进行了流片测试和版图仿真验证,结果表明基于衬底偏置技术的整流器在输入电压为0.2V@100Hz,负载为40KΩ时,电压转换效率高达86%,能量转换效率可达85%,且最大电压转换效率和能量转换效率分别为97%和91.5%。整流器可在10Hz-1KHz频率下工作。基于DTMOS结构的整流器在输入电压为0.18V,电压转换效率可达80%,能量转换效率可高达78%,且最大电压转换效率和能量转换效率分别为98.5%和95%。整流器可在10Hz-1KHz频率下工作。