Kablosuz vücut sensörağları için tam entegre milivat termoelektrik enerji toplama arayüz devresi tasarımı

Wireless body sensor networks have drawn significant attention for providing out-of-hospital diagnosis and remote abnormality monitoring, which are vitally important for millions of people suffering from chronic diseases. Batteries powering these sensor networks hurt their mobility and longevity due to their bulkiness and down-time during charging or replacement. Therefore, this study focuses on thermoelectric energy harvesting from body heat, and targets eventual replacement of batteries by generating power levels above 1 mW using a fully integrated interface circuit component. The 180nm standard CMOS circuit, designed using Cadence IC design suite, contains the first optimized implementation of a previously developed quadrupling oscillator concept, a charge-pump based DC-DC converter, and a maximum power point tracking circuitry. Simulations using the electrical model of a commercial TEG module show that the DC-DC converter is capable of up to 1.5 mW output power, and 2 V output voltage, with 37% interface circuit efficiency when the TEG voltage is 500 mV. Minimum input voltage for the converter startup is found as 92 mV in the post-layout simulations. The interface circuit simulations with MPPT achieve 1.24 mW output power and 1.5 V output voltage for the TEG voltage of 500 mV. In the corresponding circumstance, the interface circuit efficiency is recorded as %20. The optimized interface circuit can be utilized to power up WBSN and enables batteryless sensor network operations.Kablosuz vücut sensörü ağlarımilyonlarca kronik rahatsızlığa sahip insanın hastane dışı tanı ve anormal durumların izlenmesi amacıyla oldukça önem kazanmıştır. Bu sensör ağlarına güç veren piller, hantalyapılarıve sınırlı enerji depolama yetenekleri nedeniyle ağlarınhareketlilikve ömürlerine zarar verir. Bu nedenle bu tezçalışması vücut sıcaklığı ve termoelektrik jeneratörlerden yararlanıp nihai olarak bataryaların yerini almayıhedefleyen tamamen entegre birarayüz devresinden 1 mW üzerinde bir çıkış gücü elde etmeyi amaçlar. Cadence IC dizayn yazılımı kullanılarak tasarlanan standart 180nm CMOS devresiönceden dizayn edilengiriş voltajını dört katına çıkaran bir osilatör konsepti, şarj pompası temelli bir DC-DC dönüştürücü ve bir maksimum güç takibi devresinden oluşur.Mevcut bir termoelektrik jenaratör (TEJ)elektriksel modeli kullanılarak elde edilen simülasyon verilerine göre, DC-DC dönüştürücü 500 mV TEJvoltajında 37% verimlilik ile 2V çıkış voltajı ve1.50mW çıkış gücü sağlayabilir. Dönüştürücünün minimum başlangıçvoltajıtasarım sonrası simülasyonlarda92mV olarak bulunmuştur. DC-DC dönüştürücü ve MPPT devresinden oluşan tamamen özerk arayüz devresi 500 mV TEJ voltajı ile 1.5V çıkış voltajı ve 1.24 mW çıkış gücü sağlar. Aynı koşullarda, arayüz devresi verimliliği %20 olarak kaydedilmiştir.Optimize edilen arayüz devresi rahatlıklakablosuz vücut sensör ağlaraını aktive etmek için kullanılabilir ve bataryasız sensör devrelerinin operasyonunu etkinleştirebilir.M.S. - Master of Scienc