随着物联网技术的飞速发展,对于构成该网络的分布式无线传感节点的供电问题也引起了广泛关注,特别是此类节点常在能源极度受限的场景下工作。近年来,如何利用监测场所环境因素实现无线传感节点的自供电已经成为重要研究方向。压电振动能量采集器是将环境振动能量转换为电能的重要器件,具有能量密度高和全天候等优点,可广泛应用于环境振动以及应力变化监测场景的无线传感节点供电装置。在压电振动能量采集器供电系统中如何获取最大电能是实现节点无源供电的关键技术之一。本文依托国家某项目研究内容的需求,开展了压电振动能量采集器最大能量捕获接口电路与集成技术研究,具体工作如下:本文以二级压电振动能量采集器作为研究基础,分析其等效电学模型,设计了基于有源二极管整流技术和电感同步开关提取技术的接口电路,显著提高了电路电能捕获能力。有源二极管技术采用共栅极比较器控制MOS开关晶体管的导通和截止,有效降低整流过程中的导通压降损耗,并采用trimming结构降低了因比较器失配所引起的反向漏电。电感同步开关提取技术使用延时电路精准控制LC谐振电路的开关,将压电能量采集器输出电压快速翻转以降低寄生电容充放电过程中的电能损耗。同时,设计了无源低功耗自启动电压管理电路,为接口电路提供稳定电压。有关接口电路的集成化设计采用华虹宏力0.11μm CMOS工艺,芯片版图面积为920 μm×570 μm。芯片测试结果表明,在20kΩ电阻负载下,有源二极管整流技术将电路导通压降降至20.2mV,显著降低了导通压降损耗。电感同步开关提取技术实现了 80.4%的压电能量采集器输出电压翻转效率,显著降低了寄生电容充放电引起的电能损耗。最后,在二级压电振动能量采集器振动加速度为5g和振动频率分别为20 Hz、30Hz、40Hz的条件下,该电路平均电能提取功率是常用接口电路的2.28、2.32、2.58倍,有效提高了接口电路电能提取功率。满足国家基金项目中无线传感节点电能捕获接口电路的设计要求。