High-Sensitivity Ultra-Low-Power Integrated RF Energy Harvesting for IoT, Wearable Devices and Biomedical Applications

L'Internet des objets (IoT) est une technologie émergente qui a trouvé plusieurs applications dans notre vie quotidienne, des villes et maisons intelligentes aux dispositifs connectés au corps. Les batteries ne sont pas une solution envisageable pour nombre de ces applications, en particulier pour les appareils électroniques biomédicaux et les dispositifs implantables portables, en raison des problèmes de remplacement et de la possibilité de fuites. La récolte d'énergie par radiofréquence (RERF) est une solution prometteuse et un choix réalisable pour l'alimentation des dispositifs dans le scénario IoT, en raison de la disponibilité des signaux RF partout où les humains se trouvent, en particulier lorsque d'autres sources telles que l'énergie solaire et thermique sont indisponibles ou limitées. L'un des principaux défis de la conception d'un collecteur d'énergie RF est sa sensibilité, qui correspond à la puissance RF minimale disponible nécessaire pour garantir la puissance de sortie à un niveau spécifique. Cette thèse contribue à ce sujet. Dans notre premier prototype intégré, nous introduisons, analysons et mettons en œuvre un nouveau convertisseur RF-DC. Le convertisseur développé est conçu et optimisé pour les applications IoT à ultra-basse puissance et biomédicales portables. Le redresseur interconnecté proposé compense la tension de seuil des transistors en utilisant des techniques de compensation de polarisation dynamique et statique. Ensuite, nous présentons un modèle analytique et des expressions du redresseur basés sur les équations des transistors MOSFET, permettant l'optimisation du redresseur en fonction du nombre d'étages et du dimensionnement des transistors, améliorant la sensibilité et la plage de puissance d'entrée du convertisseur. La méthode proposée permet d'optimiser les redresseurs différentiels à couplage croisé (DCC) jusqu'à leur limite de basse tension. Pour atteindre une large gamme de puissance d'entrée, la sensibilité du redresseur et l'efficacité à très faible puissance d'entrée doivent être maximisées ; par conséquent, nous proposons un modèle approprié pour le fonctionnement à basse tension/basse puissance qui permet d'effectuer l'optimisation du redresseur à de tels niveaux de puissance. En utilisant cette stratégie de conception, la sensibilité et le rendement de conversion d'énergie (RCE) mesurés à de faibles niveaux de puissance d'entrée surpassent les valeurs comparables rapportées dans les travaux précédents. Les RERF rapportées précédemment se sont principalement concentrées sur une seule source RF.