Powercast P2110B 915 MHz RF Powerharvester® Receiver：实现无电池设备的能量收集

在电子设备不断小型化和智能化的今天，无电池设备的能量供应成为了一个关键问题。Powercast的P2110B 915 MHz RF Powerharvester® Receiver为解决这一问题提供了一个有效的方案。本文将详细介绍这款设备的特点、功能和应用，以及在设计过程中需要注意的事项。

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一、产品概述

P2110B是一款RF能量收集设备，它能够将RF信号转换为DC电源。该设备采用紧凑的SMD封装，为无电池、微功率设备提供RF能量收集和电源管理功能。它将RF能量转换为DC并存储在电容器中，当电容器达到充电阈值时，P2110B将电压提升到设定的输出电压水平并启用电压输出；当电容器上的电荷下降到低电压阈值时，电压输出关闭。此外，还可以使用微处理器优化P2110B的功率使用，并从该组件获取其他数据，以改善整个系统的运行。

二、产品特点

1. 高转换效率

能够转换低电平RF信号，适用于长距离应用，这使得它在不同的环境中都能有效地收集能量。

2. 稳定的电压输出

可提供高达5.5V的稳压输出，并且最大输出电流可达50mA，能够满足大多数微功率设备的需求。

3. 接收信号强度指示

具备RSSI功能，可以提供所收集能量的指示，方便用户了解设备的工作状态。

4. 无需外部RF组件

内部匹配到50欧姆，简化了设计过程，降低了成本。

5. 宽RF工作范围

可在低至 -12 dBm的输入功率下工作，并且工作温度范围为 -40°C至85°C，适用于工业环境。

6. 可外部复位

便于微处理器进行控制，增加了系统的灵活性。

7. 符合RoHS标准

环保且安全，符合现代电子产品的要求。

三、应用领域

1. 无电池无线传感器

可用于工业监测、智能电网、国防、建筑自动化、石油和天然气等领域，实现数据的无线传输和监测。

2. 电池充电

适用于硬币电池和薄膜电池的充电，延长电池的使用寿命。

3. 低功率电子设备

为各种低功率电子设备提供稳定的电源。

四、技术参数

1. 绝对最大额定值

参数	额定值	单位
RF输入功率	23	dBm
RF IN到GND	0	V
D SET到GND	6	V
RESET到GND	6	V
V CAP到GND	2.3	V
V OUT到GND	6	V
V OUT电流	100	mA
工作温度范围	-40 至 85	°C
存储温度范围	-40 至 140	°C

2. 规格参数

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
RF特性 - 输入功率频率	RF IN		-12, 902		10, 928	dBm, MHz
DC特性 - 输出电压、输出电流、V CAP最大值、V CAP最小值、信号强度、升压效率、最大INT电流	V MIN, D OUT, I OUT, V MAX, V OUT	RF IN = 0dBm, I OUT = 20mA	2.0	1.25, 1.02, 275, 3.3, 85, 0.1	5.5, 50	%, mA, V, mA, V, V, mV
数字特性 - RESET输入高、D SET输入高、INT输出高			1.8, V MIN	1	V MAX	V, V, V
时序特性 - D SET延迟、RESET延迟、RESET脉冲宽度			20	50, 6.6		μs, μs, ns

五、功能描述

1. RF输入

RF输入是来自天线的不平衡输入，可以使用任何标准或定制的50Ω天线。P2110B在902 - 928MHz频段内进行了优化，但在该频段外也能工作，只是效率会降低。对于直流短路的天线，需要在天线串联一个高Q值的直流阻断电容器。

2. 存储电容器选择

P2110B需要在VCAP引脚连接一个外部存储电容器，电容器的大小决定了VOUT引脚可用的能量。建议电容器的漏电流在1.2V时小于1μA，ESR小于200mΩ。较小的电容器充电速度快，但工作周期短；较大的电容器充电速度慢，但工作周期长。可以使用公式 (C = 15 V{OUT } I{OUT } t_{ON }) 估算所需的最小电容值。

3. RSSI操作

当DSET引脚被驱动为高电平时，收集到的直流功率将被引导到内部感测电阻，相应的电压将提供给Dout引脚。在50μs的稳定时间后，可以读取Dout引脚的电压。如果不使用RSSI功能，DOUT和DSET引脚应保持未连接状态。

4. 数据检索

使用Dout和DSET引脚可以从为P2110B供电的RF发射器收集数据。如果RF场由通过调制其幅度进行通信的发射器提供，P2110B可以读取数据。需要使用运算放大器对电压进行放大，并将其提供给能够读取发射器提供的数据模式的设备。

5. RESET功能

RESET功能允许在存储电容器达到较低阈值VMIN之前关闭VOUT的电压，从而节省能量并缩短充电时间。该功能可以由微控制器实现。如果不使用RESET功能，RESET引脚应保持未连接状态。

6. 中断功能

中断功能提供一个数字指示，表明VOUT引脚存在电压或电流。INT引脚可用于更复杂的系统，作为外部中断将设备（如微控制器）从深度睡眠模式唤醒。如果不使用INT功能，INT引脚应保持未连接状态。

7. 输出电压设置

P2110的直流输出电压预设为3.3V，但可以通过添加外部电阻来调整。降低输出电压时，可使用公式 (R = frac{1 M(V{OUT } - 1.21)}{(3.32 - V{OUT })}) 计算从VSET到VOUT的电阻；增加输出电压时，可使用公式 (R = frac{1.21 M}{(V_{OUT } - 3.32)}) 计算从VSET到GND的电阻。

六、布局考虑

1. RFIN馈线

应设计为50Ω的走线，并尽可能短，以减少馈线损耗。不同电路板配置的50Ω馈线（CPWG）推荐尺寸如下：	材料	厚度（H）	走线宽度（S）	间距（W）
FR4 (ε r = 4.2)	62	50	9
FR4 (ε r = 4.2)	31	50	20

2. GND引脚

RFIN引脚两侧的GND引脚应通过接收器下方焊盘旁边的过孔连接到PCB接地平面。

3. VSET引脚

连接到VSET引脚的电阻应尽可能靠近该引脚，并且不应在该引脚添加外部电容。

4. Dout引脚

Dout引脚可能包含低电平模拟电压信号，如果连接长走线，可能需要在A/D转换器旁边添加额外的滤波电容。

5. VCAP引脚

从VCAP到存储电容器的走线应尽可能短，宽度大于20mils，以减少走线的串联电阻。

七、总结

Powercast的P2110B 915 MHz RF Powerharvester® Receiver是一款功能强大的RF能量收集设备，具有高转换效率、稳定的电压输出和宽工作范围等优点。在设计过程中，需要根据具体的应用需求选择合适的存储电容器，合理设置输出电压，并注意布局考虑，以确保设备的性能和稳定性。你在使用这款设备时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。