Presentation Information
[C-12-34]A Fundamental Study on an Adaptive Rectifier for RF Energy Harvester Using Nonvolatile Memory Devices
〇Gen Suzuki1, Masanori Natsui1, Takahiro Hanyu1 (1. Tohoku University)
Keywords:
rectifier,RF Energy Harvest,Magnetic Tunnel Junction
IoT機器の普及に伴い，環境中に存在するRF電力を利用してセンサ端末等を自律的に動作させるRFエナジーハーベスティング技術が注目されている。RFエナジーハーベスタでは，入力電力が環境条件により大きく変動するため，広い入力電力範囲において高い電力変換効率を維持する整流回路が重要である。CCDD整流回路とDickson整流回路を入力電力に応じて切り替えるDual-Topology構成は，低入力電力領域と高入力電力領域の双方で高効率動作を実現できる有効な手法である。一方で，プロセスおよび温度ばらつきにより両整流回路の電力変換効率特性が変化し，最適な切替点が変動するため，固定しきい値による制御では常に最大効率の動作点を選択することが困難である。本稿では，不揮発記憶素子であるMTJ素子を用いて切替しきい値を保持・調整する適応型RFエナジーハーベスタ用整流器を提案する。提案回路では，出力電圧と基準電圧を比較することで整流モードを制御し，MTJ素子の記憶状態に応じて基準電圧を段階的に変更する。これにより，PTばらつきに応じて事前に最適化された切替条件を保持し，CCDD整流回路とDickson整流回路のPCE交点の変動に追従したモード選択が可能となる。65 nm CMOSプロセスを用いた評価により，低入力電力領域ではCCDD整流回路，高入力電力領域ではDickson整流回路が高いPCEを示し，Dual-Topology構成によるPDR拡張の有効性を確認した。また，PTばらつきにより最適切替点が変動することを確認し，MTJ素子を用いた適応的なしきい値制御が，ばらつきに対する頑健性向上およびシステム全体のエネルギー効率改善に有用である可能性を示した。