Architecture of Integrated Battery-Less Sensor and Validation of its Critical Blocks

RESUMÉ Les capteurs sans fil sont intéressants dans de nombreuses applications telles que la surveillance de l'environnement, les soins de santé, la surveillance industrielle, le contrôle du trafic, l'agriculture et l'industrie alimentaire. Toutefois, la durée de vie d'un capteur sans fil est limitée par son alimentation électrique. Les piles sont généralement utilisées pour alimenter les capteurs sans fil. Elles souffrent cependant de diverses limitations, telles que les restrictions de taille, le coût associé au remplacement et l'énergie limitée fournie. Pour éviter ces limitations, des solutions sans piles pour les capteurs sans fil pourraient être considérées lorsque d'autres sources d'énergie permanentes sont nécessaires pour alimenter le capteur. Ces sources d'énergie comprennent l'énergie solaire collectée, les piles à combustible microbiennes et l'énergie collectée par RF. Cette dernière méthode est adoptée dans ce travail. Il convient de noter que les collecteurs d'énergie RF fournissent un budget de puissance très limité (de l'ordre du microwatt), de sorte que tous les éléments constitutifs des systèmes doivent être conçus pour consommer une puissance ultra-faible. Ce projet se concentre sur la conception d'une structure de capteur sans batterie avec récupération d'énergie par radiofréquence (RF) et une architecture est proposée pour cette application, implémentée avec MATLAB/Simulink pour en évaluer les performances. Cette architecture comporte cinq blocs principaux: un convertisseur AC-DC, une référence de courant, un oscillateur, un régulateur de tension et un circuit de réglage. Une référence de courant à faible consommation d'énergie est conçue et simulée dans une technologie CMOS 0.18 μm dans l'environnement Cadence. Ensuite, cette source de courant est utilisée pour opérer un oscillateur en anneau à trois étages et fournit l'horloge du système. La fonctionnalité de l'oscillateur proposé a été validée par la simulation du circuit extrait du dessin des masques. De plus, une façon de changer l'oscillateur proposé en oscillateur contrôlé par tension (VCO) à ultra-faible consommation d'énergie avec le circuit de régulation est expliquée. La boucle de calibrage de ce système est conçue. Elle se compose du détecteur de crête, du comparateur, du compteur et du bloc de conversion du code binaire en code thermomètre. Tous ces modules ont été conçus et simulés avec la technologie CMOS 0.18 µm.