(英文) 2.4 GHz RF Energy Harvesting Rectifier Chip With Harmonic Backscattering Detection Capability
wave Applications、RF Wireless Power for Low Power Applications、Microwave Biomedical applications，
在這些時間，我看到各國的演講方式和精彩的內容，聽到各式各樣口音，尤其對日本來的講者的口 音最為特別，也發現並不是每位講者的英文口說都很流利，讓我更有信心，最後會議是 RF and Microwave ICs 也是我要上台報的會議，在我演講結束後，雖然台下觀眾沒有舉手問問題，但主席 有發問給我空間表達，剛好問的問題有所準備，因此順利答完下台，聽完一整天的會議使我的知識 又往前了一大步。
二、與會心得
此次出國參加 APMC，了解到除了專業知識還有許多專業知識需學習外，英語的表達仍需多 加練習，但由另一個角度看，因為微波領域分為主動電路和被動電路研究，其涵蓋甚廣，這次出國 發表的經驗可以讓我了解在國際上，不僅專業知識要充足，即使自己的研究沒有涵蓋，仍需盡力去 了解，充實自己在專業領域的廣度，更重要的是要有英語口說能力，並且勇於主動舉手發問、表達 自己觀點，因為是第一次出國，心中難免產生不安和激動，但在整個會議的過程中，看到各國來的 新手或老手，大家都是做好準備把知識分享出來，使我開闊視野吸收到了不少知識，很感恩有一次 這樣的經驗。
三、發表論文全文或摘要
Chiao-Chieh Yang, Dong-Yan Li and Tzuen-Hsi Huang, " 2.4 GHz RF Energy Harvesting Rectifier Chip With Harmonic Backscattering Detection Capability," in 2019 IEEE Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), Singapore, 2019.
本次發表論文為我們設計了一個 2.4 GHz 射頻能量收集整流器晶片，該晶片可以通過反向散射二 次諧波信號進行識別。對於傳統的射頻能量整流器，反向散射諧波通常被視為可用能量的損失部分。
與傳統的整流器不同，我們提出了一種集成整流器電路設計，同時結合了能量收集和諧波位置檢測功 能。該整流器在位置檢測模式下工作時具有較強的反向散射諧波，而在能量收集模式下則具有更好的 功率轉換效率（PCE）。
圖1. 具有諧波反向散射位置檢測功能的能量收集器的架構圖
所提出的能量收集器的框圖如圖1 所示。假定將直流輸出電壓施加到 PMOS 開關的柵極以連接或 斷開二次諧波諧振器。 整流器最初處於位置檢測模式，由於輸出電壓為 0 V，因此 PMOS 開關處於導 通狀態，較強的二次諧波被反向散射。 隨著基波信號的充電，輸出電壓逐漸飽和，然後整流器進入能 量收集模式，因為PMOS 開關關閉，反向散射的二次諧波變得更低，並且能量收集電路的 PCE 增大。
採用的2.4 GHz 能量收集整流器電路由三級 FGCC 整流器和一對可開關控制的並聯 LC 諧振器構成，
如圖2.所示。通過在第一級 FGCC 整流器中使用可開關控制的並聯 LC 諧振器， 開關 Msw1 / Msw2 的 截止電阻大於Mp1 / Mp2。 它確保幾乎沒有信號流過開關，因此整流器在能量搜尋模式下可以獲得更 高的PCE。 在開始時，當 Mp1 / Mp2 打開時，部分輸入功率將分配給諧振電路，以增強位置檢測模式 下的二次諧波反向散射。
圖2. 二次諧波 LC 諧振器集成的 2.4 GHz 整流器的電路
為了公平地評估能量收集整流器電路設計的優勢和性能，我們提出了兩個 FOM 作為整流器電路 性能的評估指標，以進行公平的比較。 通過考慮整流器的最大 PCE（百分比）和輸出電壓為 1 V 時的 靈敏度（以mW 為單位）來設置第一個 FOM（FOM1）。儘管通常將靈敏度標識為系統開始向其提供的 最小輸入功率在工作中，可能很難獲得有用的輸出電壓 Vout 來驅動一般的晶片正常工作。 因此，我 們建議Vout = 1 V 時的輸入功率為靈敏度，因為許多當前的低功率電路都設計有大約 1V 的電源電壓。
此外，我們新引入了第二個FOM（FOM2）的輸入功率範圍（IPR）。 考慮到各向同性 RF 發射源 的最大發射功率為 1 W，並且接收器使用 2.15 dBi 定向增益的半波長偶極天線。 根據 Friis 的傳輸公 式，在遠場輻射假設下，當傳輸距離是波長的10 倍時，接收機可以接收到約 0.1 mW（即-10 dBm）。
因此，對於所需的輸出負載，我們將有效IPR（以 dB 為單位）定義為 PCE = 10％的最小輸入功率與-10 dBm 的輸入功率之間的功率範圍。
圖3.（a）和（b）分別示出了在能量收集模式和位置檢測模式下的 PCE 的測量結果。顯然，可 以在能量收集模式下獲得更好的PCE。 在能量收集模式下，當輸入功率為-7.2 dBm 並且負載為 10k Ω時，最大PCE 達到 72％。 當負載為 100kΩ時，在-19.4 dBm 輸入功率下，峰值 PCE 為 60％。 圖 4.顯示了能量搜尋模式下的輸出電壓，當輸入功率為-7.2 dBm，負載為 10kΩ時，輸出電壓為 1.2V。
圖5. 顯示出了隨著開關的柵極電壓增加的二次諧波功率變化，當輸入功率為+5 dBm 時，整流器可以 提供接近40 dB 的二次諧波信號功率差用於位置檢測，當輸入功率為-5 dBm 時，其檢測差仍約為 20 dB，相對於 100kΩ負載，測得的輸入功率範圍為 14 dB。 表一總結了這項工作與以前的論文[1]-[3]
之間的電路性能比較。 量測到整流器晶片的 FOM1 和 FOM2 分別為 39.97 和 54.97 dB。
圖3. 測量整流器的 PCE 在（a）能量收集模式和（b）位置檢測模式下
𝐹𝑂𝑀1 = 𝜂𝑚𝑎𝑥(%) − Sensitivity(dBm)@ 𝑉𝑜=1 V
𝐹𝑂𝑀2 = 𝜂𝑚𝑎𝑥(%) − Sensitivity(dBm)@ 𝑉𝑜=1 V + range of input power(dB) @𝜂 > 10%, 𝑃𝑖𝑛< −10 𝑑𝐵𝑚
圖4. 在能量收集模式下測得的整流器輸出電壓
圖5. 在 100kΩ負載下具有可調 PMOS 開關柵極偏置的二次諧波的測量輸出功率
表一. 電路性能比較
本次設計之晶片照相圖如圖6.，採用 TSMC 90 nm 製程，面積為 1.26mm × 0.65mm。測試版 PCB 照相圖如圖7.，使用 FR4 (two-layer)板材量測，面積為 50 mm × 82.5 mm。
圖6. 晶片照相圖
圖7. PCB 照相圖
四、建議 (無)
五、攜回資料名稱及內容
研 討 會 會 議 議 程 及 相 關 論 文 資 料 的 隨 身 碟( 大 會 開 放 與 會 人 員 直 接 由 網 站 下 載 壓 縮 檔 案 http://www.apmc2019.org/)
六、其他 (無)
科技部補助專題研究計畫出席國際學術會議心得報告
日期：109 年 10 月 23 日
一、參加會議經過
此出國報告書為本人參加 IEEE MTT-S (微波理論及技術協會) 在英國倫敦舉辦的 IEEE 2019 無線能量傳輸研討會 (Wireless Power Transfer Conference, WPTC2019)的學習心得。事實上，今年 的WPTC 大會是與 IEEE PELS Workshop on Emerging Technology: Wireless Power 合辦, 大會名稱 或稱Wireless Power Week (WPW 2019)。此次會議舉辦日期為 6/17~6/21 五天，地點位於英國倫敦 的IET London: Savoy Place。本人於 6/16(日) 於台北桃園國際機場搭乘飛機至泰國曼谷機場再轉飛 英國倫敦希斯洛機場都並搭乘地鐵到下榻的飯店(Kyoto Garden Palace)以便於參加 6/17 早上開始舉 行的Short Course。之後，參加接續四天的研討會議議程。因會議結束後適逢周末，故安排個人行 程拜訪英國利物浦大學電機系周佳峰老師並參觀他的研究室。隨後在周一時間返回倫敦參觀大英 博物館，並於 6/25(二) 搭機返回台灣。這之間的插曲是適逢國內長榮航空的罷工事件，所以改搭 中華航空公司的飛機回到台灣。下列照片是大會於閉幕儀式時邀請與會人士上台照相的相片，我是 站在照片最後排最右側第三位(旁邊有人舉手)。
計畫編號 MOST 107－2221－E－006－200－MY2
計畫名稱 2.4-/24-GHz 雙頻共存感測器接收機射頻前端電路之整合設計
(英文) IEEE 2019 Wireless Power Transfer Conference (WPTC2019) 發表題目
(中文) 應用於無線傳能 IC 設計之微機電蜂巢型電感電磁輻射抑制 (英文) EMI Suppression of MEMS Honeycomb-Shaped Inductor on Oscillators for Wireless-Powered IC Design
附件六
(大會閉幕照片)
第一天參加的 Short Course 的地點在倫敦帝國學院(Imperial College London)，共計有十個講題。
這十個講題分別是: Practical Rectenna Design, Multi-band Rectenna Data for Radio Frequency Energy, Enviroment aware battery-less IOT Frontend, Battery-less UWB indoor location is the way forward for industry 4.0, How to detect position of user to keep high beam efficiency on wireless power transfer, Optimize, Learn and Prototype wireless communications and power transfer, Combining backscatter communication with WPT, the new wireless power communication paradigm, Inductive resonant WPT:
design equations for different operative regimes, Analytical and numerical design of non-static WPT system, and Wireless grid interation of EVs for V2G application。整天的課程，個人覺得每一場都獲益匪淺。
特別是這些議題對於射頻獵能的議題皆有實質的助益。
如上說明，WPW 2019 包含了兩個協會的會議，並分為四個 Tracks 進行。此四個 Tracks 分 別 是: Track 1 (WoW1/ WPTC1): Technologies for Wireless Power ； Track 2 (WoW2/WPTC2):
Applications of Wireless Power Transfer and Energy Harvesting ； Track 3 (WPTC3): Transmitters, Receivers, Circuits and Systems for Wireless Power Transfer and Energy Harvesting ； Track 4 (WoW3/WPTC4): Devices, Systems and Technologies Related to Wireless Power Transfer and Energy Harvesting。由於本人的研究興趣與專長還是偏向於射頻獵能技術(RF Energy Harvesting Technology) 方面，所以除了大會將兩個協會共邀的重要演講外，我還是選擇參加WPTC 的 Sessions 為主。也 就是說以相對傳能能量小於 5W 的研究為分水嶺。大功率者如大會這次的重點技術為汽車充電技 術，小功率者如手機充電技術。我則參加偏重於小功率傳輸的議題。換言之，本人參加的Sessions 有: Systems for power and data transfer, Novel rectifier solutions, Wearable and biomedical systems, Microwave power converters, …等等。其中，個人覺得有幾場的邀請演講是給自己印象最深刻的，
如: Witricity 公司的 CEO, Alex Gruzen, 演講的 Wireless Charging: Driving EV Adoption and the Autonomous Future 和 Raython 公司的 Hooman Kazemi 演講的 Millimeter Wave Wireless Power Transmission-Technologies and Applications。
在我們實驗室的論文發表方面，此次我們的論文是互動式海報展示與討論(編號: WPP83)。時 間是在大會期間週四的下午。由於這篇論文主要是探討微機電蜂巢型電感對於壓控振盪器的 EMI 抑制效果對無線傳能IC 的展示，相對於其他研究學者而言可能比較陌生，所以會場上詢問的問題 僅有兩人。但我也盡可能地介紹論文的想法內容。另一方面，趁此機會我也拜訪了會場中做 RF Energy Harvesting 的研究者，詢問他們對於如何評估整流晶片的效率? 對於現有學術論文報告晶 片整流效率的公式看法。但獲得的答案是大部分說是要我注意整體系統的效率。此外，我也瀏覽了 所有在會場張貼的海報，看到部分國外學生的研究成果其實也満豐富的。
最後，這次出國會後的個人行程是到利物浦大學電機系拜訪周佳峰老師的研究室參觀行程。除 了有機會跟他的指導學生對談及展示他的研究(無線傳能)成品外，也參觀了實驗室。印象最深刻的 就是實驗室除了一般實驗室有量測室外，還有一間頗大的微波散射實驗室，可測試一般汽車的微波 散射的響應。利物浦大學亦有產出諾貝爾的得獎者。當然，兼具有古老建築及現代建築的大學校園，
最後，這次出國會後的個人行程是到利物浦大學電機系拜訪周佳峰老師的研究室參觀行程。除 了有機會跟他的指導學生對談及展示他的研究(無線傳能)成品外，也參觀了實驗室。印象最深刻的 就是實驗室除了一般實驗室有量測室外，還有一間頗大的微波散射實驗室，可測試一般汽車的微波 散射的響應。利物浦大學亦有產出諾貝爾的得獎者。當然，兼具有古老建築及現代建築的大學校園，