本發(fā)明涉及能量采集電路中阻抗匹配的系統(tǒng)及方法，具體的涉及一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

由于無線傳感網(wǎng)(wsn)、人體體域網(wǎng)(ban)和物聯(lián)網(wǎng)(iot)的大力發(fā)展，無線傳感節(jié)點(diǎn)得到了廣泛利用。為了實(shí)現(xiàn)不間斷測量，傳感節(jié)點(diǎn)需要擁有更長的待機(jī)時(shí)間，但其使用壽命被電池技術(shù)的瓶頸所限制。為了解決傳感節(jié)點(diǎn)供電問題，無線能量收集技術(shù)得到了廣泛發(fā)展，其收集無線電能量為傳感節(jié)點(diǎn)提供電源，以達(dá)到延長電路工作時(shí)間或無源工作的目的。

能量收集電路一般由四部分組成，如圖1所示，能量收集電路包括天線、阻抗匹配電路、倍壓整流電路和儲(chǔ)能電容組成。天線在本系統(tǒng)中作為射頻能量源，負(fù)責(zé)感應(yīng)電磁波，其在設(shè)計(jì)完成后阻抗不再變化。倍壓整流電路的作用是將天線感應(yīng)到的微弱電磁波整流并升壓，其阻抗與信號(hào)頻率以及輸入功率相關(guān)。由于倍壓整流電路的輸入端通常并聯(lián)或串聯(lián)電容，因此其阻抗與頻率相關(guān)；當(dāng)倍壓整流電路的輸出功率改變時(shí)，倍壓整流電路輸出的電壓發(fā)生變化，倍壓整流電路內(nèi)部mosfet的工作狀態(tài)也因此發(fā)生變化，從而造成阻抗變化。

在射頻能量傳輸領(lǐng)域，根據(jù)能量傳輸公式得：當(dāng)源阻抗與負(fù)載阻抗實(shí)部相等，虛部相反時(shí)能量傳輸效率最大。然而在實(shí)際使用中倍壓整流電路的阻抗與天線的阻抗并不匹配，造成了能量反射，降低了轉(zhuǎn)換效率，因此需要阻抗匹配電路來匹配天線與倍壓整流電路，提高能量收集效率。

傳統(tǒng)阻抗匹配電路結(jié)構(gòu)眾多，常見的如圖2-1中所示的π型結(jié)構(gòu)和圖2-2中所示的l型結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)均針對(duì)特定頻率信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配，只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)匹配，一般匹配在能量最低點(diǎn)。而能量收集電路并不針對(duì)某一特定頻率信號(hào)，其需要在較寬的頻帶內(nèi)都有較高的能量收集效率，因此傳統(tǒng)阻抗匹配電路并不滿足能量收集電路的使用需求。

另外，當(dāng)前存在一些自動(dòng)阻抗匹配系統(tǒng)，但是由于存在以下問題這些方法也無法應(yīng)用于能量獲取電路。

光伏發(fā)電領(lǐng)域利用動(dòng)態(tài)阻抗等效匹配實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制(mppt)(具體參見：基于動(dòng)態(tài)等效阻抗匹配的光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤控制,鄭穎楠，王俊平，張霞，中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，第31卷第2期，2011年1月15日)。該系統(tǒng)如圖3所示：通過電流檢測電路、電壓檢測電路和信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)光伏電池板的動(dòng)態(tài)等效阻抗測量，并控制功率變換器實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。如果將其應(yīng)用于無線能量收集電路存在的問題是：

1.無線能量收集電路源端阻抗即天線阻抗并不變化，無法通過測量天線內(nèi)阻的方式確定當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)；

2.mppt系統(tǒng)通過調(diào)控功率變換器達(dá)到阻抗匹配目的，而能量收集電路中倍壓整流電路一般不可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

因此該mppt系統(tǒng)并不適用于能量獲取電路。

無線輸電領(lǐng)域利用無線電傳輸電力能量，其為實(shí)現(xiàn)能量最大化傳輸也需要阻抗匹配電路(具體參見：一種用于大功率無線輸電裝置的自動(dòng)阻抗匹配控制裝置，申請?zhí)?01410326172.8，申請日2014.07.10)。該系統(tǒng)如圖4所示：包括處理器單元、功率監(jiān)測單元、開關(guān)陣列單元、匹配網(wǎng)絡(luò)單元。該系統(tǒng)的功率監(jiān)測單元包含一個(gè)耦合器與兩個(gè)檢波器，經(jīng)過耦合器的正向功率和反射功率分別被兩個(gè)檢波器檢測，并輸出與功率成正比的電壓信號(hào)。通過adc采樣兩個(gè)檢波器電壓并利用計(jì)算單元計(jì)算出當(dāng)前傳輸效率，之后通過算法改變匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以改變阻抗。但是由于以下原因該系統(tǒng)并不適合能量收集電路：

1.該系統(tǒng)需要一個(gè)耦合器用于檢測正向功率信號(hào)與被反射回的功率信號(hào)，然而該元件無法使用cmos工藝集成，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度；

2.此系統(tǒng)過于復(fù)雜，該系統(tǒng)首先需要adc采樣電壓信號(hào)，之后利用處理器單元計(jì)算當(dāng)前傳輸效率，再控制匹配網(wǎng)絡(luò)改變，直到效率滿足程序要求，此種做法具有較大功耗，無法應(yīng)用于微弱能量收集系統(tǒng)中；

3.該系統(tǒng)使用繼電器作為控制單元，適合于大功率傳輸，但是在能量收集電路中，收集到的能量并不足以控制繼電器等元件。

一種傳輸線自動(dòng)阻抗匹配系統(tǒng)(申請?zhí)?01110353777.2，申請日2011.11.09)中提到的適用于傳輸線的自動(dòng)阻抗匹配系統(tǒng)也不適用于本系統(tǒng)。因?yàn)樵撓到y(tǒng)利用幅值相位檢測器、互感器及a/d轉(zhuǎn)換器來檢測射頻信號(hào)的電壓值和電流值，再將采樣結(jié)果送入控制模塊進(jìn)行計(jì)算，之后再控制電機(jī)改變匹配網(wǎng)絡(luò)。該方法同樣面臨系統(tǒng)復(fù)雜、無法集成、功耗較大的問題，無法適用于微弱能量收集電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)及方法，可以在較大頻率范圍及電路工作狀態(tài)改變時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整微弱能量收集電路阻抗，使得負(fù)載阻抗與天線內(nèi)部阻抗互相匹配，實(shí)現(xiàn)最大功率收集。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)，所述射頻能量采集電路包括用于接收射頻信號(hào)的天線，以及將天線接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行整流并升壓的倍壓整流電路，本發(fā)明的系統(tǒng)包括采樣比較模塊、邏輯算法控制模塊和可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中包含有l(wèi)型可調(diào)電容陣列；

所述采樣比較模塊，其用于在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)倍壓整流電路輸出的電壓進(jìn)行連續(xù)兩次采樣，并對(duì)連續(xù)兩次采樣的電壓進(jìn)行比較；

所述邏輯算法控制模塊，其用于根據(jù)連續(xù)兩次采樣的電壓的比較結(jié)果逐次調(diào)整并入所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)型可調(diào)電容陣列的數(shù)量；

所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其用于根據(jù)并入的l型可調(diào)電容陣列的數(shù)量來匹配所述天線與倍壓整流電路之間的阻抗。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)具有以下有益效果，

1.通過判斷倍壓整流電路輸出電壓得到當(dāng)前阻抗匹配效果，避免了復(fù)雜的adc采樣或者信號(hào)處理單元，電路簡單，功耗極低，僅在開關(guān)過程消耗能量，特別適用于微弱能量采集環(huán)境；

2.本發(fā)明采樣比較模塊不需要運(yùn)算放大器等高增益元件，降低了功耗，同時(shí)也降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度；

3.邏輯算法控制模塊根據(jù)采樣比較模塊的反饋然后通過逐次逼近的思想逐次調(diào)整可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，提高匹配效果，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控；

4.本發(fā)明可以使用標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝，實(shí)現(xiàn)全集成化，降低生產(chǎn)成本。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括低啟動(dòng)電壓振蕩器，所述倍壓整流電路的輸出端上連接有儲(chǔ)能電容，所述邏輯算法控制模塊上設(shè)有時(shí)鐘信號(hào)輸入端，所述低啟動(dòng)電壓振蕩器的輸入端連接在所述倍壓整流電路與所述儲(chǔ)能電容之間的公共端上，所述低啟動(dòng)電壓振蕩器的輸出端連接在所述邏輯算法控制模塊的時(shí)鐘信號(hào)輸入端上，用于給所述邏輯算法控制模塊提供時(shí)鐘信號(hào)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：低啟動(dòng)電壓振蕩器給所述邏輯算法控制模塊提供時(shí)鐘信號(hào)，保證邏輯算法控制模塊正常工作。

進(jìn)一步，所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)還包含有固定式電感l(wèi)和固定式電容cfix，所述固定式電感l(wèi)的一端與所述天線電連接，所述固定式電感l(wèi)的另一端與所述固定式電容cfix的一端電連接，所述固定式電容cfix的另一端與所述倍壓整流電路的輸入端電連接，所述l型可調(diào)電容陣列與所述固定式電容cfix并聯(lián)；

所述l型可調(diào)電容陣列包括n個(gè)并聯(lián)的可調(diào)電容，n個(gè)并聯(lián)的可調(diào)電容的大小分別為2^n-1c至c，每個(gè)所述可調(diào)電容上分別串聯(lián)有一個(gè)可調(diào)開關(guān)，n個(gè)所述可調(diào)開關(guān)分別為開關(guān)bn-1至開關(guān)b0；

所述邏輯算法控制模塊上設(shè)有n位開關(guān)控制輸出端，所述n位開關(guān)控制輸出端對(duì)應(yīng)的與n個(gè)所述可調(diào)開關(guān)相關(guān)聯(lián)，用于控制n個(gè)所述可調(diào)開關(guān)的通斷。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的可調(diào)電容采用二進(jìn)制加權(quán)，可用少量位數(shù)的電容實(shí)現(xiàn)大范圍的阻抗調(diào)控。

進(jìn)一步，所述采樣比較模塊包括采樣保持單元和比較器，所述采樣保持單元包括負(fù)輸入端采樣保持電路和正輸入端采樣保持電路，所述邏輯算法控制模塊上設(shè)有采樣比較信號(hào)輸入端，所述負(fù)輸入端采樣保持電路的輸入端和正輸入端采樣保持電路的輸入端連接在所述倍壓整流模塊的輸出端上，所述負(fù)輸入端采樣保持電路的輸出端連接在所述比較器的負(fù)輸入端上，所述正輸入端采樣保持電路的輸出端連接在所述比較器的正輸入端上，所述比較器的輸出端與所述邏輯算法控制模塊的采樣比較信號(hào)輸入端相連。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：因?yàn)楸景l(fā)明用于微弱能量獲取電路，系統(tǒng)整體功耗必須處于較低水平，因此在系統(tǒng)中不能采用有直流功耗的電路，其中比較器由于內(nèi)部含有強(qiáng)烈正反饋因此比較速度快，且僅在開關(guān)過程中有少量直流功耗，特別適用于本發(fā)明的系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述負(fù)輸入端采樣保持電路和正輸入端采樣保持電路對(duì)稱，

所述負(fù)輸入端采樣保持電路包括開關(guān)s1、電容c1、開關(guān)s3、電容c3和開關(guān)sdivide1，所述開關(guān)s1的一端與所述倍壓整流電路的輸出端相連，所述開關(guān)s1的另一端與所述電容c1的一端相連，所述電容c1的另一端接地，所述開關(guān)s3的一端接地，所述開關(guān)s3的另一端與所述比較器的負(fù)輸入端相連，所述電容c3的一端接地，所述電容c3的另一端與所述比較器的負(fù)輸入端相連，所述開關(guān)sdivide1的一端與所述開關(guān)s1與電容c1之間的公共端相連，所述開關(guān)sdivide1的另一端與所述比較器的負(fù)輸入端相連；

所述正輸入端采樣保持電路包括開關(guān)s2、電容c2、開關(guān)s4、電容c4和開關(guān)sdivide2，所述開關(guān)s2的一端與所述倍壓整流電路的輸出端相連，所述開關(guān)s2的另一端與所述電容c2的一端相連，所述電容c2的另一端接地，所述開關(guān)s4的一端接地，所述開關(guān)s4的另一端與所述比較器的正輸入端相連，所述電容c4的一端接地，所述電容c4的另一端與所述比較器的正輸入端相連，所述開關(guān)sdivide2的一端與所述開關(guān)s2與電容c2之間的公共端相連，所述開關(guān)sdivide2的另一端與所述比較器的正輸入端相連。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：所述負(fù)輸入端采樣保持電路和正輸入端采樣保持電路能夠采集倍壓整流電路輸出的電壓值，同時(shí)能夠?qū)⒎謮汉蟮碾妷褐递斔徒o比較器，防止因采樣得到的電壓過高而超過比較器輸入范圍。

進(jìn)一步，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括延時(shí)模塊，所述延時(shí)模塊包括第一信號(hào)延時(shí)緩沖器和第二信號(hào)延時(shí)緩沖器，所述邏輯算法控制模塊上設(shè)有en_div信號(hào)輸出端、開關(guān)s1控制信號(hào)輸出端和開關(guān)s2控制信號(hào)輸出端，所述第一信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸入端與所述邏輯算法控制模塊的en_div信號(hào)輸出端相連，所述第一信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸出端與所述采樣保持單元的開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2相關(guān)聯(lián)用于控制所述開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2的通斷，所述第一信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸出端還與所述第二信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸入端相連，所第二信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸出端與所述比較器的使能端相連，所述邏輯算法控制模塊的開關(guān)s1控制信號(hào)輸出端與所述采樣保持單元中的開關(guān)s1相關(guān)聯(lián)用于控制開關(guān)s1的通斷，所述邏輯算法控制模塊的開關(guān)s2控制信號(hào)輸出端與所述采樣保持單元中的開關(guān)s2相關(guān)聯(lián)用于控制開關(guān)s2的通斷。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：延時(shí)模塊是由兩個(gè)級(jí)聯(lián)的延時(shí)緩沖器構(gòu)成，用于延時(shí)控制信號(hào)，防止比較器由于開關(guān)閉合瞬間產(chǎn)生的信號(hào)的抖動(dòng)噪聲判斷錯(cuò)誤。

基于上述一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種射頻能量采集電路中阻抗匹配的方法。

一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配方法，利用上述所述的一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)對(duì)射頻能量采集電路中的阻抗進(jìn)行匹配，包括以下步驟，

步驟1，所述采樣比較模塊在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)倍壓整流電路輸出的電壓進(jìn)行連續(xù)兩次采樣，并對(duì)連續(xù)兩次采樣的電壓進(jìn)行比較；

步驟2，所述邏輯算法控制模塊根據(jù)連續(xù)兩次采樣的電壓的比較結(jié)果調(diào)整并入所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)型可調(diào)電容陣列的數(shù)量；

步驟3，所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)根據(jù)并入的l型可調(diào)電容陣列的數(shù)量來匹配所述天線與倍壓整流電路之間的阻抗。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述步驟1具體為，

步驟11，所述采樣比較模塊在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)倍壓整流電路輸出的電壓進(jìn)行初次采樣；

步驟12，所述邏輯控制模塊控制打開所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的一位所述可調(diào)開關(guān)，調(diào)整并入所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)型可調(diào)電容陣列的數(shù)量；

步驟13，所述采樣比較模塊在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)倍壓整流電路輸出的電壓進(jìn)行第二次采樣；

步驟14，所述采樣比較模塊在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)初次采樣的電壓和第二次采樣的電壓進(jìn)行比較，得出連續(xù)兩次采樣的電壓的比較結(jié)果。

進(jìn)一步，所述步驟2具體為，所述邏輯控制模塊根據(jù)連續(xù)兩次采樣的電壓的比較結(jié)果進(jìn)行算法判斷，判斷是否保留所述步驟12中控制打開的一位所述可調(diào)開關(guān)。

進(jìn)一步，是否保留所述步驟12中控制打開的一位所述可調(diào)開關(guān)的判斷標(biāo)準(zhǔn)為，

如果第二次采樣的電壓大于初次采樣的電壓，則保留所述步驟12中控制打開的一位所述可調(diào)開關(guān)的操作；

如果第二次采樣的電壓小于初次采樣的電壓，則撤銷所述步驟12中控制打開的一位所述可調(diào)開關(guān)的操作。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中能量收集電路的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2-1為現(xiàn)有技術(shù)中π型阻抗匹配電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖2-2為現(xiàn)有技術(shù)中t型阻抗匹配電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中光伏發(fā)電領(lǐng)域動(dòng)態(tài)阻抗等效匹配結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)中無線輸電領(lǐng)域利用無線電傳輸電力能量的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為本發(fā)明一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6為本發(fā)明一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)的整體電路結(jié)構(gòu)原理圖；

圖7為本發(fā)明一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)中可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)原理圖；

圖8為本發(fā)明一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)中采樣保持單元的結(jié)構(gòu)圖；

圖9為本發(fā)明一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)中邏輯算法控制模塊工作的時(shí)序圖；

圖10為本發(fā)明一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配方法的整體流程圖；

圖11為本發(fā)明一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配方法的具體原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖5所示，一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)：其中，所述射頻能量采集電路包括用于接收射頻信號(hào)的天線，以及將天線接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行整流并升壓的倍壓整流電路；本發(fā)明的系統(tǒng)包括采樣比較模塊、邏輯算法控制模塊和可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中包含有l(wèi)型可調(diào)電容陣列；所述采樣比較模塊，其用于在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)倍壓整流電路輸出的電壓進(jìn)行連續(xù)兩次采樣，并對(duì)連續(xù)兩次采樣的電壓進(jìn)行比較；所述邏輯算法控制模塊，其用于根據(jù)連續(xù)兩次采樣的電壓的比較結(jié)果逐次調(diào)整并入所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)型可調(diào)電容陣列的數(shù)量；所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其用于根據(jù)并入的l型可調(diào)電容陣列的數(shù)量來匹配所述天線與倍壓整流電路之間的阻抗。

在本具體實(shí)施例中，如圖6所示，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括低啟動(dòng)電壓振蕩器，所述倍壓整流電路的輸出端上連接有儲(chǔ)能電容，所述邏輯算法控制模塊上設(shè)有時(shí)鐘信號(hào)輸入端，所述低啟動(dòng)電壓振蕩器的輸入端連接在所述倍壓整流電路與所述儲(chǔ)能電容之間的公共端上，所述低壓啟動(dòng)振蕩器模塊的輸出端連接在所述邏輯算法控制模塊的時(shí)鐘信號(hào)輸入端上，低啟動(dòng)電壓振蕩器輸出時(shí)鐘信號(hào)clk，用于給所述邏輯算法控制模塊提供時(shí)鐘信號(hào)。低啟動(dòng)電壓振蕩器

在本具體實(shí)施例中，如圖7所示，所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)還包含有固定式電感l(wèi)和固定式電容cfix，所述固定式電感l(wèi)的一端與所述天線電連接，所述固定式電感l(wèi)的另一端與所述固定式電容cfix的一端電連接，所述固定式電容cfix的另一端與所述倍壓整流電路的輸入端電連接，所述l型可調(diào)電容陣列與所述固定式電容cfix并聯(lián)；具體的，所述l型可調(diào)電容陣列包括n個(gè)并聯(lián)的可調(diào)電容，n個(gè)并聯(lián)的可調(diào)電容的大小分別為2^n-1c至c，每個(gè)所述可調(diào)電容上分別串聯(lián)有一個(gè)可調(diào)開關(guān)，n個(gè)所述可調(diào)開關(guān)分別為開關(guān)bn-1至開關(guān)b0；所述邏輯算法控制模塊上設(shè)有n位開關(guān)控制輸出端，所述n位開關(guān)控制輸出端對(duì)應(yīng)的與n個(gè)所述可調(diào)開關(guān)相關(guān)聯(lián)，用于控制n個(gè)所述可調(diào)開關(guān)的通斷。

在本發(fā)明的系統(tǒng)中，所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的工作原理如下：可調(diào)開關(guān)bi(i＝0，1,……n-1)默認(rèn)處于斷開狀態(tài)，在最初上電時(shí)，固定電感l(wèi)與固定電容cfix組成傳統(tǒng)l型阻抗匹配電路對(duì)天線與倍壓整流電路進(jìn)行匹配，此時(shí)固定電感l(wèi)或固定電容cfix的大小可以使用實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀測出；該l型阻抗匹配電路對(duì)天線與倍壓整流電路進(jìn)行初步匹配，此時(shí)參數(shù)并不一定是當(dāng)前環(huán)境下的最佳匹配；當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)其他部分模塊正常工作后，邏輯算法控制模塊會(huì)依次調(diào)整可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中與l型可調(diào)電容陣列相對(duì)應(yīng)的可調(diào)開關(guān)bn-1～b0，通過調(diào)整l型匹配網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)電容的大小來達(dá)到改變可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值的作用。l型可調(diào)電容陣列對(duì)應(yīng)的可調(diào)開關(guān)在算法的控制下依次接通，尋找在該使用條件下的倍壓整流輸出的最優(yōu)值。

在所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中，固定式電感l(wèi)和固定式電容cfix組成基本的l型阻抗匹配電路，對(duì)天線以及倍壓整流電路進(jìn)行初次匹配。l型可調(diào)電容陣列中的電容以二進(jìn)制加權(quán)組成，其在邏輯算法控制模塊對(duì)可調(diào)開關(guān)的控制下進(jìn)行組合，調(diào)整并聯(lián)入l型阻抗匹配電路中的電容數(shù)量，以此來改變可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的匹配點(diǎn)，通過少量位數(shù)即可實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)整。

在本具體實(shí)施例中，如圖6所示，所述采樣比較模塊包括采樣保持單元和比較器，所述采樣保持單元包括負(fù)輸入端采樣保持電路和正輸入端采樣保持電路，所述邏輯算法控制模塊上設(shè)有采樣比較信號(hào)輸入端，所述負(fù)輸入端采樣保持電路的輸入端和正輸入端采樣保持電路的輸入端連接在所述倍壓整流模塊的輸出端上，所述負(fù)輸入端采樣保持電路的輸出端連接在所述比較器的負(fù)輸入端上，所述正輸入端采樣保持電路的輸出端連接在所述比較器的正輸入端上，所述比較器的輸出端與所述邏輯算法控制模塊的采樣比較信號(hào)輸入端相連。

具體的，如圖8所示，所述負(fù)輸入端采樣保持電路和正輸入端采樣保持電路對(duì)稱：所述負(fù)輸入端采樣保持電路包括開關(guān)s1、電容c1、開關(guān)s3、電容c3和開關(guān)sdivide1，所述開關(guān)s1的一端與所述倍壓整流電路的輸出端相連，所述開關(guān)s1的另一端與所述電容c1的一端相連，所述電容c1的另一端接地，所述開關(guān)s3的一端接地，所述開關(guān)s3的另一端與所述比較器的負(fù)輸入端相連，所述電容c3的一端接地，所述電容c3的另一端與所述比較器的負(fù)輸入端相連，所述開關(guān)sdivide1的一端與所述開關(guān)s1與電容c1之間的公共端相連，所述開關(guān)sdivide1的另一端與所述比較器的負(fù)輸入端相連；所述正輸入端采樣保持電路包括開關(guān)s2、電容c2、開關(guān)s4、電容c4和開關(guān)sdivide2，所述開關(guān)s2的一端與所述倍壓整流電路的輸出端相連，所述開關(guān)s2的另一端與所述電容c2的一端相連，所述電容c2的另一端接地，所述開關(guān)s4的一端接地，所述開關(guān)s4的另一端與所述比較器的正輸入端相連，所述電容c4的一端接地，所述電容c4的另一端與所述比較器的正輸入端相連，所述開關(guān)sdivide2的一端與所述開關(guān)s2與電容c2之間的公共端相連，所述開關(guān)sdivide2的另一端與所述比較器的正輸入端相連。

在所述采樣比較模塊中，由于采樣保持單元在比較器正輸入端與負(fù)輸入端各有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，采樣保持單元中的負(fù)輸入端采樣保持電路和正輸入端采樣保持電路完全對(duì)稱(開關(guān)s1與開關(guān)s2對(duì)稱，電容c1與電容c2對(duì)稱，開關(guān)s3與開關(guān)s4對(duì)稱，電容c3與電容c4對(duì)稱，虛線框內(nèi)有兩個(gè)sdivide開關(guān)，分別為開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2)，因此本具體實(shí)施例中僅以負(fù)輸入端采樣保持電路為例進(jìn)行解釋說明，具體解釋說明如下：開關(guān)s1的一端接倍壓整流電路的輸出，另一端接電容c1，電容c1用于儲(chǔ)存倍壓整流電路輸出的電壓；電容c3的一端接地，另一端接比較器的負(fù)輸入端，其用于對(duì)電容c1上儲(chǔ)存的電壓進(jìn)行分壓，防止由于c1采樣得到的電壓過高而超過比較器的輸入范圍；開關(guān)s3的一端接地，另一端接比較器的負(fù)輸入端，開關(guān)s3用于在采樣周期對(duì)電容c3進(jìn)行放電，其控制信號(hào)與開關(guān)s1的控制信號(hào)相同；開關(guān)sdivide1的一端接開關(guān)s1和電容c1的公共端，另一端接比較器的負(fù)輸入端，其用于在采樣周期斷開對(duì)電容c1與電容c3進(jìn)行隔離，在分壓周期閉合連通定容c1與電容c3進(jìn)行分壓。

在所述采樣比較模塊，比較器使用鐘控鎖存型的比較器，其共有三個(gè)輸入端口，一個(gè)輸出端口；其正、負(fù)輸入端用于輸入比較信號(hào)，使能端(comp)用于控制何時(shí)發(fā)起比較操作，輸出端口輸出比較結(jié)果。

在本發(fā)明的系統(tǒng)中，所述比較器的工作原理如下：因?yàn)楸景l(fā)明的系統(tǒng)用于微弱能量獲取電路，系統(tǒng)整體功耗必須處于較低水平，因此在本發(fā)明的系統(tǒng)中不能采用有直流功耗的電路，其中鐘控可再生的比較器由于內(nèi)部含有強(qiáng)烈正反饋因此比較速度快，且僅在開關(guān)過程中有少量直流功耗，特別適用于本發(fā)明。

在本具體實(shí)施例中，如圖6所示，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括延時(shí)模塊，所述延時(shí)模塊包括第一信號(hào)延時(shí)緩沖器和第二信號(hào)延時(shí)緩沖器，所述邏輯算法控制模塊上設(shè)有en_div信號(hào)輸出端、開關(guān)s1控制信號(hào)輸出端和開關(guān)s2控制信號(hào)輸出端，所述第一信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸入端與所述邏輯算法控制模塊的en_div信號(hào)輸出端相連，所述第一信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸出端與所述采樣保持單元的開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2相關(guān)聯(lián)用于控制所述開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2的通斷，所述第一信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸出端還與所述第二信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸入端相連，所第二信號(hào)延時(shí)緩沖器的輸出端與所述比較器的使能端相連，所述邏輯算法控制模塊的開關(guān)s1控制信號(hào)輸出端與所述采樣保持單元中的開關(guān)s1相關(guān)聯(lián)用于控制開關(guān)s1的通斷，所述邏輯算法控制模塊的開關(guān)s2控制信號(hào)輸出端與所述采樣保持單元中的開關(guān)s2相關(guān)聯(lián)用于控制開關(guān)s2的通斷。第一信號(hào)延時(shí)緩沖器和第二信號(hào)延時(shí)緩沖器，其用于產(chǎn)生信號(hào)延時(shí)，防止在比較器中由于開關(guān)通斷導(dǎo)致的信號(hào)毛刺影響比較結(jié)果。

在本發(fā)明的系統(tǒng)中，所述延時(shí)模塊的工作原理如下：進(jìn)行延時(shí)的主要目的是考慮可靠性，邏輯算法控制模塊輸出的en_div信號(hào)經(jīng)過第一信號(hào)延時(shí)緩沖器后作為控制信號(hào)控制開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2，再經(jīng)第二信號(hào)延時(shí)緩沖器后作為控制信號(hào)控制比較器進(jìn)行判斷前后兩次電壓的采樣值，其中，圖9虛線框中所示部分為該控制信號(hào)的時(shí)序，如果開關(guān)s2的接通與開關(guān)sdivide2的接通同時(shí)發(fā)生，此時(shí)兩個(gè)開關(guān)可能會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，倍壓整流電路輸出的vdd_rect直接被導(dǎo)通到地，造成能量的極大浪費(fèi)，因此本發(fā)明的系統(tǒng)在開關(guān)s2接通之后延時(shí)一段時(shí)間再接通開關(guān)sdivide2進(jìn)行分壓操作。同理，當(dāng)開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2接通之后，電容c1與電容c3、電容c2與電容c4進(jìn)行電荷分享，此時(shí)電壓處于轉(zhuǎn)換階段，輸出電壓并不穩(wěn)定，如果此時(shí)進(jìn)行比較器判斷操作，可能會(huì)發(fā)生誤判斷現(xiàn)象，因此在開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2接通之后延時(shí)一段時(shí)間再控制比較器進(jìn)行判斷操作，如此操作保證了比較器判斷結(jié)果的可靠性；但同時(shí)延時(shí)總時(shí)間不能超過一個(gè)時(shí)鐘周期，防止系統(tǒng)判斷錯(cuò)誤。

在本發(fā)明的系統(tǒng)中，邏輯算法控制模塊主要用于實(shí)現(xiàn)控制工作狀態(tài)跳轉(zhuǎn)、控制采樣比較模塊的開關(guān)時(shí)序和根據(jù)反饋回來的電壓比較結(jié)果選擇可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的功能；其算法思想在于：在可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整前控制采樣保持單元采樣一次倍壓整流電路的輸出，之后調(diào)整一位可調(diào)開關(guān)，當(dāng)倍壓整流電路的輸出電壓穩(wěn)定后控制控制采樣保持單元再采樣一次倍壓整流電路的輸出，之后邏輯算法控制模塊根據(jù)兩次采樣結(jié)果進(jìn)行判斷：如果倍壓整流電路的輸出電壓上升，證明此次嘗試為有效嘗試，本次對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的調(diào)整被保留；如果倍壓整流電路的輸出電壓下降，證明此次嘗試為無效嘗試，本次對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的調(diào)整被撤銷。

在本發(fā)明的系統(tǒng)中，所述邏輯算法控制模塊的工作原理如下：(下面結(jié)合圖9對(duì)邏輯算法控制模塊的工作原理進(jìn)行說明)

如圖9所示，邏輯算法控制模塊主要實(shí)現(xiàn)控制工作狀態(tài)跳轉(zhuǎn)、控制采樣保持單元開關(guān)時(shí)序和根據(jù)反饋回來的電壓比較結(jié)果選擇可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中可調(diào)開關(guān)的功能；

在虛線①之前，本發(fā)明的系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)，所有控制信號(hào)被置零，所有開關(guān)都處于斷開狀態(tài)；

在復(fù)位之后的第一個(gè)時(shí)鐘上升沿，邏輯算法控制模塊置高開關(guān)s1控制信號(hào)，控制開關(guān)s1接通；

在第二個(gè)時(shí)鐘上升沿，邏輯算法控制模塊置高開關(guān)s2控制信號(hào)和n位開關(guān)控制信號(hào)，控制開關(guān)s2和開關(guān)bi接通；

在第三個(gè)時(shí)鐘上升沿，邏輯算法控制模塊置高en_div信號(hào)，控制開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2接通；

在第四個(gè)時(shí)鐘上升沿，邏輯算法控制模塊根據(jù)比較器的comp輸出電平判斷bi是否有效，如果比較器的端comp＝1，則保持bi＝1，如果比較器的輸出端comp＝0，則令bi＝0；此操作為一個(gè)循環(huán)，經(jīng)過一個(gè)循環(huán)之后確定可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的一位可調(diào)開關(guān)，之后重復(fù)上述工作，利用逐次逼近的算法思想依次確定可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中剩余的可調(diào)開關(guān)，所有可調(diào)開關(guān)工作狀態(tài)都被確定之后，此時(shí)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最優(yōu)匹配，能量傳輸效率最高。

本發(fā)明的系統(tǒng)主要解決傳統(tǒng)阻抗匹配電路只能單點(diǎn)匹配或傳統(tǒng)自動(dòng)匹配電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗高、無法集成化等缺點(diǎn)。該系統(tǒng)利用反饋實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，采樣保持單元用于采樣倍壓整流電路的輸出電壓，得到與阻抗匹配程度成正比的電壓信號(hào)；比較器用于比較兩次采樣電壓大?。贿壿嬎惴刂颇K用于根據(jù)比較器結(jié)果確定可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)型可調(diào)電容陣列的數(shù)量，本發(fā)明的系統(tǒng)電路簡單，功耗極低，僅在開關(guān)過程消耗能量，特別適用于微弱能量采集環(huán)境。

基于上述一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配方法。

如圖10所示，一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配方法，利用上述所述的一種射頻能量采集電路中的l型阻抗匹配系統(tǒng)對(duì)射頻能量采集電路中的阻抗進(jìn)行匹配，包括以下步驟，

步驟1，所述采樣比較模塊在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)倍壓整流電路輸出的電壓進(jìn)行連續(xù)兩次采樣，并對(duì)連續(xù)兩次采樣的電壓進(jìn)行比較；

步驟2，所述邏輯算法控制模塊根據(jù)連續(xù)兩次采樣的電壓的比較結(jié)果逐次調(diào)整并入所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)型可調(diào)電容陣列的數(shù)量；

步驟3，所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)根據(jù)并入的l型可調(diào)電容陣列的數(shù)量來匹配所述天線與倍壓整流電路之間的阻抗。

具體的，

所述步驟1具體為，

步驟11，所述采樣比較模塊在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)倍壓整流電路輸出的電壓進(jìn)行初次采樣；

步驟12，所述邏輯控制模塊控制打開所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的一位所述可調(diào)開關(guān)，調(diào)整并入所述可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)型可調(diào)電容陣列的數(shù)量；

步驟13，所述采樣比較模塊在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)倍壓整流電路輸出的電壓進(jìn)行第二次采樣；

步驟14，所述采樣比較模塊在所述邏輯控制模塊的控制下對(duì)初次采樣的電壓和第二次采樣的電壓進(jìn)行比較，得出連續(xù)兩次采樣的電壓的比較結(jié)果。

所述步驟2具體為，所述邏輯控制模塊根據(jù)連續(xù)兩次采樣的電壓的比較結(jié)果進(jìn)行算法判斷，判斷是否保留所述步驟12中控制打開的一位所述可調(diào)開關(guān)。其中，是否保留所述步驟12中控制打開的一位所述可調(diào)開關(guān)的判斷標(biāo)準(zhǔn)為，

如果第二次采樣的電壓大于初次采樣的電壓，則保留所述步驟12中控制打開的一位所述可調(diào)開關(guān)的操作；

如果第二次采樣的電壓小于初次采樣的電壓，則撤銷所述步驟12中控制打開的一位所述可調(diào)開關(guān)的操作。

下面結(jié)合圖11對(duì)本發(fā)明方法的具體工作原理進(jìn)行說明。

如圖11所示，天線接收空中電磁波能量，經(jīng)可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)初步匹配后輸入倍壓整流電路(此時(shí)不一定匹配至最優(yōu)狀態(tài))，倍壓整流電路工作一段時(shí)間之后在儲(chǔ)能電容上得到一個(gè)電壓，當(dāng)儲(chǔ)能電容上的電壓高于低啟動(dòng)電壓振蕩器的啟動(dòng)閾值之后，低啟動(dòng)電壓振蕩器開始工作80，對(duì)邏輯算法控制模塊輸出一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)clk，邏輯算法控制模塊正式開始工作；邏輯算法控制模塊上電后，首先清零所有寄存器，斷開所有開關(guān)，之后進(jìn)入正式調(diào)整過程，具體的調(diào)整過程如下(結(jié)合圖9進(jìn)行說明)：

邏輯算法控制模塊在第一個(gè)時(shí)鐘有效沿來臨時(shí)控制采樣保持單元進(jìn)行第一次采樣操作(具體的結(jié)合圖8)，邏輯算法控制模塊控制開關(guān)s1接通，電容c1被充電，電容c3被放電；經(jīng)一個(gè)時(shí)鐘周期穩(wěn)定后，電容c1電壓與倍壓整流電路的輸出vdd_rect相同，電容c3電壓被放電至零電位；

邏輯算法控制模塊在第二個(gè)時(shí)鐘有效沿來臨時(shí)調(diào)整可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的一位可調(diào)開關(guān)，改變可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的匹配點(diǎn)，此時(shí)倍壓整流電路的輸出改變；

邏輯算法控制模塊在調(diào)整一位可調(diào)開關(guān)的同時(shí)進(jìn)行第二次采樣操作(具體的結(jié)合圖8)，邏輯算法控制模塊控制開關(guān)s1斷開，控制開關(guān)s2接通，并且令可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中一位可調(diào)開關(guān)bi等于1進(jìn)行匹配嘗試(由于匹配網(wǎng)絡(luò)數(shù)值改變，倍壓整流電路的輸出因此也會(huì)改變，經(jīng)一段時(shí)間穩(wěn)定之后，此時(shí)電容c2上的電壓與可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整之后倍壓整流電路輸出的電壓值相同，電容c4電壓被放電至零電位)；

邏輯算法控制模塊在第三個(gè)時(shí)鐘有效沿來臨時(shí)進(jìn)行分壓、比較操作：具體的為，邏輯算法控制模塊控制開關(guān)s2斷開，置高en_div信號(hào)，en_div信號(hào)經(jīng)第一信號(hào)延時(shí)緩沖器延時(shí)之后，控制開關(guān)sdivide1和開關(guān)sdivide2接通，由于電容c3和電容c4已被放電至零電位，此時(shí)存儲(chǔ)在電容c1和電容c2上的電壓會(huì)被分壓至一個(gè)合適的數(shù)值再送入比較器的輸入端進(jìn)行比較；另外，en_div信號(hào)經(jīng)在第一信號(hào)延時(shí)緩沖器延時(shí)之后還經(jīng)過第二信號(hào)延時(shí)緩沖器進(jìn)行延時(shí)后給比較器一個(gè)使能，控制比較器比較前后兩次采樣的電壓，輸出comp比較信號(hào)；

邏輯算法控制模塊在第四個(gè)時(shí)鐘有效沿來臨時(shí)進(jìn)行邏輯算法判斷：如果比較器的輸出端comp＝1，則在接通可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)開關(guān)bi之后倍壓整流電路的輸出電壓上升，證明此次嘗試有利于匹配，此次嘗試被保留；如果比較器的輸出端comp＝0，證明此次嘗試不利于阻抗匹配，開關(guān)bi被置零。此時(shí)匹配網(wǎng)絡(luò)中一位可調(diào)開關(guān)已經(jīng)調(diào)整完畢，邏輯控制模塊在時(shí)鐘的控制下重復(fù)上述操作調(diào)整下一位可調(diào)開關(guān)，如此循環(huán)，直至所有可調(diào)開關(guān)調(diào)整完畢。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。