Energy harvesting wireless optical microsystems

Bu tez, milimetre ölçekli kablosuz, bataryasız akıllı otonom mikrosistem tasarımı bağlamında verimli enerji toplama ve veri iletimi sorunlarını tek bir ışık saçan diyot (LED) kullanarak çözülmesini kapsamaktadır. Savımızın ispatı olarak, LED ile optik olarak güç toplayan, toplanan güç ile bir yük pompası çalıştırarak sabit bir cihaz kimlik bilgisini optik olarak ileten bir tasarım sunulmaktadır. Bunu takiben, sensör tasarımı için elzem olan temel analog yapı taşlarının, entegre CMOS fotovoltaik hücreler kullanılması halinde olacağın aksine, gerilim yükseltmeye gereksinim duymaksızın doğrudan LED gerilimiyle çalışabileceğini ispatlamak için bir sıcaklık sensör devresi, varolan tasarıma eklenmiştir. Son olarak enerji verimliliği yüksek yeni bir optik veri iletim mimarisi geliştirilmiş, yeni, çok düşük güç ve enerji harcayan bir sıcaklık sensörü ile birleştirilmiştir. Evirici tabanlı, kapasitör anahtarlamalı gerilim yükselten verici, voltaj yükseltici katlar kullanılmasına gereksinim duymadan, doğrudan LED'den gelen akım ile kapasitörlerini doldurmakta, 1 nJ/bit ile laboratuvar imkanlarında yapılmış bir alıcıya 10 cm mesafeden veri aktarabilmektedir. Sıcaklık sensörü 3 µW'tan az güç harcamakta, dijital sapma doğrultumu ve uyarlanabilir tam-kısmi çevrim algoritması ile çevrim başına düşen enerji kullanımını 0.6 nJ-3 nJ aralığından 0.15 nJ-0.75 nJ aralığına indirgemektedir. Sistem toplamda 6 µW güç harcamaktadır ve 0.1 mm2 alanlı bir LED ile gün ışığı altında çalışmaya uygundur. Bahsi geçen üç tasarım da UMC 0.18 um CMOS üretim süreci için tasarlanmış ve laboratuvarda test edilmiştir.