高速和射频
电路有何差异？
什么是射频电路？跟着频率的升高，相应的电磁波波长变得可与分立电路元件的尺度比较较时，电路上的导线、电阻、电容和电感这些元件的电呼应开端偏移其抱负频率特性。一般将射频界说在30 MHz～4 GHz频段，比射频高的频率称为微波。
一个数字体系的时钟频率本身或许很高，现已处于射频规模内，或许其时钟频率不够高，但其谐波频率却落在射频规模内。所以，一个高速体系，因其信号存在高频成分，电路上的元件出现散布参数特性，互连体系表现出传输线效应。所以，在规划高速电路时，应具有射频微波常识是很有必要的。
但高速体系和射频体系存在不同，首要表现在：
· 射频体系一般处理模仿信号，而高速体系是针对数字信号而言；
· 射频体系一股是窄带的，而高速体系掩盖从直流开端的很宽频带；
· 射频信号靠信号的起伏和相位传达信息，一般从频域进行剖析；而高速信号靠波形传达信息，一般从时域进行剖析
射频能量搜集的作业原理剖析
能量搜集是完成低功耗电子器材（如无线传感器）长时刻免保护作业的一项关键技能。经过捕获环境中的剩余能量（如照明、温差、振荡和无线电波（射频能量）），彻底可以让低功耗电子器材正常作业。在这些微功率动力中，来自射频发射器的能量具有共同的优势，包含随间隔改变可猜测和共同的功率，然后答应能量搜集器远离动力的捆绑。
环境射频能量现在可以从全球数十亿个无线发射器取得，包含移动电话、手持无线电设备、移动基站以及电视/无线播送台等。捕获这类能量的才干有助于创立新的无电池设备，并答应电池供电设备经过无线办法完成点滴式充电。除了环境射频能量外，还有一种办法是运用专门的发射器发送功率，这能使无线电源体系供给更高的功能。在许多运用中这是首选的解决计划，但本钱比较高。政府法规一般将运用免答应频带的无线电设备输出功率限制为4W有用全向辐射功率（EIRP），就像射频标签（RFID）问询器那样。作为比照，根据模仿技能的前期移动电话的最大发射功率为3.6W，而Powercast公司的新款TX91501发射器功率为3W。
环境射频（RF）能量搜集有个显着吸引人的当地，即搜集的是彻底“免费的”能量。尽管具有这种才干的设备在充电时可以移动，但许多射频能量搜集计划要求运用指向已知动力（如移动基站）的定向天线。在移动电话范畴的运用远景是可以搜集满足多的环境射频能量来与移动手机的待机功耗相匹配。假如或许的话，那么移动电话将具有接连的待机才干，而不只仅是几天时刻。尽管这种特别运用现在还不有用，但许多体系级要素的聚集正在推进合适其它运用的环境射频能量搜集计划。这些要素包含低功耗元件不断遍及、有更多的发射器作为动力、无源射频搜集器的射频灵敏度进步以及低等效串联电阻（ESR）双层电容（也称为超级电容）的推行。
比方微控制器等低功耗电子元件的制造商正在竭尽全力地下降元件功耗，一起进步功能。来自这些公司的数据手册和其它行销广告都在有意宣扬几个纳安级的待机电流，以及可以从电压不到1V的电池进行升压的片上DC/DC转化器。其它元件（如传感器等）被越来越多地规划成有助于下降整体体系功耗的无源器材。这对无电池设备来说特别重要。经过充沛的实时能量搜集，无电池设备可以接连作业，但假如能量太低，就有必要先储存起来，直到满足坚持一次作业周期。跟着元件功率水平的下降，由能量搜集技能供电的体系可以作业得愈加频频。
无线电发射器的数量，特别是用于移动基站和手机的发射器数量正在不断添加。据ABI Research公司和iSupply公司估量，移动手机用户数量近期现已超越50亿，ITU估量其间有10亿多是移动宽带用户。此外还有很多的Wi-Fi路由器以及比方笔记本电脑等无线终端设备。在一些城市环境中，有或许检测到数百个Wi-Fi接入点。在短间隔规模内，比方同一房间内，可以从发射功率为50mW至100mW的典型Wi-Fi路由器中搜集到细小的能量。在更长间隔的情况下，需求运用具有更高增益的更长天线才干真实搜集到来自移动基站和无线播送塔的射频能量。2005年，Powercast公司在距一个小型5kW AM播送电台1.5英里（大约2.4公里）的当地成功演示了环境能量搜集的完成。
无源射频接收器或射频能量搜集器材（如Powercast公司的P2110 Powerharvester接收器）作业时的射频输入电平要大于等于-11dBm。进步射频灵敏度答应在距射频能量源更远的间隔规模内完成射频至直流（RF/DC）电源转化，但跟着间隔的添加，可用功率将下降，充电时刻将延伸。低漏电流的能量存储技能十分重要，特别是在输入功率十分低时，这样才干最大极限地减小搜集到能量的丢失，使能量搜集进程尽或许高效。
射频能量搜集器的一个重要功能是在宽规模的条件下正常作业的才干，包含输入功率和输出负载电阻的改变。例如，Powercast的射频能量搜集元件无需额外的耗能电路来完成最大功率点盯梢（MPPT），而这是将太阳能转化为电能等其它能量搜集技能不可或缺的。Powercast元件可以在很宽的作业规模内坚持较高的射频至直流转化功率，因而具有跨运用和OEM设备的扩展性。可以习惯多频带或宽带频率规模并且支撑主动频率调谐的射频能量搜集电路可以进一步进步输出电能，也因而能扩展移动性，简化装置。Powercast元件选用规范50Ω输入阻抗规划，不只有利于缩短规划时刻，并且支撑运用现成的天线。
图1显现了Powercast P2110 Powerharvester接收器在多个频段的功能，包含中心频率为915MHz的工业-科学-医疗（ISM）频段。
图1：图中曲线显现了P2110 Powerharvester模块在三种ISM频段作业时射频输入功率与转化功率的联系。
存储运用能量搜集技能捕获到的能量有几种办法，包含传统的可再充电电池、新式的薄膜电池和电容。在曩昔20年中，锂（锂离子）电池、镍氢电池（NiMH）和薄膜电池都有了长足的开展。跟着能量密度的进步和封装尺度的缩小，这些产品已被成功地用于长时刻地坚持微功率传感器设备作业。这些产品的缺陷是，就像一次性电池那样，可再充电电池也有有限的寿数和充电次数，终究必需求替换。这正是许多职业需求考虑和研讨能量搜集与替代功能量存储计划（如超级电容）的原因。
传统的超级电容或众所周知的电化学双层电容器（EDLC）在2.5V或5V时具有数百欧姆的ESR值，这种电容在能量储藏运用中现已有30多年的运用前史了，包含用作各种消费设备（如录像机、收音机和其它电子体系）时钟的后备能量。这些时钟在低电压下作业时耗费电流不到10μA，在许多电路的实时时钟（RTC）运用中也有运用。这些低功耗运用发现，EDLC器材是有必要被频频替换的电池与在有用封装（如钮扣电池）下无法供给满足电荷存储的静电/电解电容之间的极好折衷产品。
针对客户的要求，在曩昔10年中业界开发出了低ESR的EDLC电容。这种电容可以在高脉冲功率运用中的挨近5V电压条件下供给数安的电流。这种EDLC电容体积小，ESR值低（2OmΩ至50mΩ），容量大（6.8mF至1F），额外作业电压规模是2.5V至20V。这些电容可以供给许多运用要求的数安培的高电流脉冲，比方无线条码扫描机、智能抄表体系以及许多类型的GSM/GPRS蜂窝运用。这些低ESR元件现在还规划用于微功率能量搜集体系等新式运用，因为它们具有两种共同功能：低漏电流和低ESR。现在这些电容现已替代其它电容或其它小型电池成为这类运用的首选。例如AVX公司的BestCap元件就具有低ESR、低漏电流和高电流脉冲特性，十分合适环境能量搜集运用。它们不只具有很小的ESR值，并且具有不到几个微安的低漏电流。
图2是EDLC电容的横截面图。从图中可以看到两个由电解液包围着的纳米颗粒活性碳层，电解液中心则有一个“阻隔”层。这两个碳层与集电极相触摸，并由集电极将电流输送到外部。这两个碳层由两个串联电容组成，因而命名为双层电容或DLC。因为电容内的电荷载体实际上处于离子态，因而运用了术语电化学DLC（或EDLC）。这张图也显现了简略的原理，其间电荷首要会集在集电极-碳接口。电容（C）直接正比于有用面积（A），并反比于这些电荷（或C a A/d）之间的阻隔间隔（d）。双层电容的正负电荷之间的距离在纳米规模，这正是EDLC电容容量如此大的原因（因为这个距离要比静电电容的电荷距离小好几个数量级）。
图2：电化学双层电容（EDLC）的横截面图。
根据含水电解液的BestCap器材运用质子（一种最小的离子）作为电荷载体。与运用较大离子的其它超级电容技能比较，这种电容规划办法可完成每单位有用面积更低的ESR。因为其本身规划完成了更小的漏电流，BestCap架构也具有更高的可靠性。这种技能还可以在相同封装内构建不同的电容，终究可以在同一封装尺度下灵敏地完成不同的额外电压。这种封装内部不需求外部平衡。
环境中的无线电波数量十分巨大，特别是在人口稠密的城市内，并且频率规模越来越大，功率水平越来越高。假如这种自在活动的射频能量可以被有用和高效地搜集，那么这些无线电波就可以成为一种共同且广泛可用的微动力。数量不断添加的无线发射器将导致射频功率密度和可用性日渐进步。专用功率发射器将进一步使可完成、可猜测的无线电源解决计划成为或许。跟着电子元件功耗的继续下降、无源射频接收器灵敏度的进步以及低ESR双层超级%&&&&&%功能的改善，经过射频能量搜集办法完成无绳充电的有用性运用将不断移风易俗。
