本发明涉及一种采用直流压泵技术的无线能量接收机及其控制方法。为无线能量接收机加入直流压泵模块来实现能量接收灵敏度的改善。直流压泵模块，通常包含若干开关与电容CT。加入直流压泵模块之后，通过对开关的交替控制，使得电容CT上的电压交替叠加在整流器的起点电压上，抬高后续每一级的直流电位，从而在同样输入能量的情况下，所述无线能量接收机可获得更高的输出电压，提高了能量接收灵敏度。本发明还通过添加主控模块，提供了直流压泵模块电容CT的初始电压及开关控制信号，并维持了电路的运行稳定。
1.一种采用直流压泵技术的无线能量接收机，其特征在于，包含天线、无源增益模块、级联的若干个整流器、直流压泵模块、主控模块；
各级整流器的耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接本级中直流电位耦合管的源极、充电管的栅极和漏极；
第一级整流器的直流电位耦合管的栅极和漏极相连后接地；其他各级整流器的直流电位耦合管的栅极和漏极相连后，与前一级整流器的充电管的源极连接；
最后一级整流器的充电管的源极输出电压Vout，还通过电容CLOAD接地；除最后一级外的其他各级整流器的充电管的源极，经对应于本级的第一电容后，与直流压泵模块中对应于本级的第一开关、第二开关分别连接，通过第一开关接地，通过第二开关连接直流压泵模块的电容CT后接地；
所述主控模块为电容CT提供初始及后续充电电流，并为直流压泵模块提供初始开关控制信号。
2.如权利要求1所述的无线能量接收机，其特征在于，
任意一级整流器中的第一开关和第二开关，由相反的低频开关控制信号控制；任意一级整流器中的第一开关，和与之相邻一级整流器中的第二开关，由相同的低频开关控制信号控制而联动。
3.如权利要求2所述的无线能量接收机，其特征在于，
所述直流压泵模块中各级的第一开关、第二开关交替控制，使得电容CT上的电压交替叠加在各整流器的起点电压上，抬高后续每一级的直流电位。
4.如权利要求1或3所述的无线能量接收机，其特征在于，所述主控模块包含镜像整流器、启动模块、开关控制电路；
所述镜像整流器与所述无线能量接收机的最后一级整流器并联，为所述直流压泵模块的电容CT提供初始及后续充电电流，并为所述启动模块提供持续的能量来源；
所述启动模块接收来自所述镜像整流器的能量，为所述直流压泵模块提供初始开关控制信号；
所述开关控制电路设有迟滞比较器，控制电容CT、电容CLOAD、启动模块中的电容的充放电时序，使得电容CT的电位及所述直流压泵模块的开关控制信号均达到启动直流压泵模块的条件。
5.如权利要求4所述的无线能量接收机，其特征在于，所述开关控制电路设有四个迟滞比较器、或逻辑单元、与逻辑单元、开关S5~S14；所述启动模块包含第一振荡器、第二振荡器、电荷泵、电容Cs；
所述镜像整流器的耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接该镜像整流器的直流电位耦合管的源极、充电管的栅极和漏极；
该镜像整流器的充电管的源极通过串联的开关S10、S8连接第一振荡器的输入端；第一振荡器的输出端连接电荷泵的输入端；电荷泵的输出端连接电容Cs后接地，还通过开关S14连接第二振荡器，由第二振荡器输出第一、第二低频开关控制信号；
该镜像整流器的直流电位耦合管的栅极和漏极，还通过开关S9连接到无线能量接收机中最后一级整流器的直流电位耦合管的栅极和漏极；
开关S6接入在电荷泵的输出端与第一迟滞比较器的输入端之间，开关S6的控制端与第四迟滞比较器的输出端连接；第一迟滞比较器的输出端连接或逻辑单元的一个输入端，还与或逻辑单元的输出端一起连接开关S7的控制端；开关S7接入在第二迟滞比较器的输入端与开关S10、S8的连接节点之间；或逻辑单元的输出端还分别连接开关S8的控制端、与逻辑单元的一个输入端；
第四迟滞比较器的输出端还分别连接或逻辑单元的另一个输入端、开关S5的控制端；电荷泵的输出端还通过开关S5分别连接第三迟滞比较器的输入端、第四迟滞比较器的输入端，电荷泵的输出端还通过开关S5、S11连接至最后一级整流器的充电管的源极；最后一级整流器的充电管的源极通过开关S11、第二电容（C3）接地，还通过开关S12连接电容CLOAD和输出电压Vout；第三迟滞比较器的输出端分别连接开关S11、S12的控制端；
第二迟滞比较器的输出端分别连接开关S10的控制端、开关S9的控制端、与逻辑单元的另一个输入端；与逻辑单元的输出端分别连接开关S14的控制端、开关S13的控制端；开关S13接入在直流压泵模块的各第二开关与电容CT之间；电容CT与开关S13连接的节点，进一步接到开关S8、S10之间。
6.如权利要求1所述的无线能量接收机，其特征在于，
所述直流电位耦合管、充电管，分别使用绝缘栅场效应晶体管。
7.一种采用直流压泵技术的无线能量接收机的控制方法，适用于权利要求5所述采用直流压泵技术的无线能量接收机，其特征在于，各级整流器和镜像整流器中的直流电位耦合管，将前级整流器压泵后的输出电位提供给后级的直流电位VA，提高后级输出电压；各整流器的耦合电容Cc，将交流信号Vrec耦合至本级的充电管的输入端；
对无线能量接收机设有启动模式，其是第二电容（C3）上的电位升高至第一电位之前的系统工作模式：其中，最后一级和镜像整流器并联后与之前的各级整流器级联，第二电容（C3）、电容CT同时充电；当电容CT充电至第二电位后，驱动第一振荡器和电荷泵对电容Cs充电；当电容Cs上的电位上升至第一迟滞比较器的上升反转电位后，第一迟滞比较器输出有效电位，控制开关S7闭合，第二迟滞比较器进入系统；
同时第一迟滞比较器的输出电位与第四迟滞比较器的输出经或逻辑控制开关S8关断，当电容CT上的电位再次达到第二迟滞比较器的上升反转电位后，第二迟滞比较器输出有效电位，控制开关S9、S10关断，同时第二迟滞比较器的输出信号与开关S8的控制信号经与逻辑控制开关S13、S14闭合，使能直流压泵模块；
在直流压泵模块使能后，电容CT、电容Cs上的电位持续降低；电容CT为系统提供直流电源、电容Cs驱动第二振荡器为直流压泵模块提供第一、第二低频开关控制信号；当电容CT上的电位下降至第二迟滞比较器的下降反转电位后，第二迟滞比较器输出有效信号控制开关S9、S10闭合，S13关断，对电容CT重新充电；当电容Cs上的电位下降至第一迟滞比较器的下降反转电位后，第一迟滞比较器输出有效信号控制开关S7、S14关断，开关S8、S9、S10闭合，对电容Cs重新充电；重复上述过程，直至第二电容（C3）上的电位升高至第三迟滞比较器和第四迟滞比较器的上升反转电位后，第三迟滞比较器输出有效信号控制开关S11关断、S12闭合，开始对电容CLOAD充电，第四迟滞比较器输出有效信号控制开关S5闭合、开关S6、S8关断，由第二电容（C3）驱动第二振荡器为直流压泵模块提供第一、第二低频控制信号，并关断启动模块、结束启动模式。
8.如权利要求7所述无线能量接收机的控制方法，其特征在于，
对无线能量接收机设有主要模式；当第二电容（C3）上的电位上升至第三迟滞比较器和第四迟滞比较器的上升反转电位后，系统进入主要模式；
其中，直流压泵模块的第一、第二低频控制信号由第二电容（C3）驱动第二振荡器产生；
当第二电容（C3）上的电位下降至第三迟滞比较器的下降反转电位后，第三迟滞比较器输出有效信号控制开关S11闭合、S12关断，第二电容（C3）被重新充电；在此过程中，由于第三迟滞比较器的下降反转电位高于第四迟滞比较器的下降反转电位，使得第四迟滞比较器的下降反转功能不会被使能，保持输出同一有效信号控制开关S5持续闭合、开关S6、S8持续关断，使启动模式在主要模式中不会重启；
当电容CT上的电位下降至第二迟滞比较器的下降反转电位后，第二迟滞比较器输出有效信号控制开关S9、S10闭合，S13关断，对电容CT重新充电；重复上述过程，直至电容CLOAD被充电至1V完成无线能量接收过程。
9.如权利要求7所述的无线能量接收机的控制方法，其特征在于，
第一开关的初始状态为闭合，第二开关的开关初始状态为关断，开关S6、S8、S9、S10、S11的初始状态为闭合，开关S5、S7、S12、S13的初始状态为关断。
采用直流压泵技术的无线能量接收机及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于模拟电路技术领域，具体涉及一种采用直流压泵技术的无线能量接收机及其控制方法。
背景技术
[0002] 近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器、健康监测仪等电子设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也不美观可靠，且容易磨损。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样既造成了浪费，也形成了对环境的污染。
[0003] 而在特殊场合下，譬如矿井和石油开采中，传统输电方式在安全上存在隐患。孤立的岛屿、工作于山头的基站，很难采用架设电线的传统配电方式。在上述情形下，无线输电便愈发显得重要和迫切，因而它被《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。在无线输电方面，我国目前的研究起步较晚，但发展较快。
[0004] 根据能量传输过程中中继能量形式的不同，无线能量接收机通常有几种类型：磁耦合式、电耦合式、电磁辐射式(如太阳辐射)、机械波耦合式(如超声)。其中，磁耦合式是目前(21世纪初)研究最为火热的一种无线电能传输方式，是将高频电源加载到发射线圈，使发射线圈在电源激励下产生高频磁场，接收线圈在此高频磁场作用下，耦合产生电流，实现无线电能传输。根据输入能量的大小不同，磁耦合式无线能量接收机又可分为强场无线能量接收机和弱场无线能量接收机。
[0005] 在现有的技术中，多数无线能量接收机实现1V电压输出时仍然需要-20dBm[1]至-32dBm[2]的输入能量。还有一些研究，在无线能量接收机后增加升压式直流-直流转换器，在相同输入能量下，可以获得更高的输出电压，即提高了灵敏度(约为-36dBm[3])；然而这些研究通常用到微亨级的电感，降低了能量接收的速度，增大了系统体积。
[0006] [1]T Le，K Mayaram，T Fiez."用于被动供电传感器网络的高效远场射频能量收集，Efficient far-field radio frequency energy harvesting for passively powered sensor networks[J]，"IEEE J.Solid-State Circuits(IEEE固态电路杂志)，43(5)，pp.1287-1302，May 2008.
[0007] [2]S Oh，D D Wentzloff."一种采用130nm CMOS工艺的、灵敏度为-32dBm的射频能量收集器，A-32dBm sensitivity RF power harvester in 130nm CMOS[C]，"IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium(IEEE射频集成电路研讨会)，July 2012.
[0008] [3]K R Sadagopan，J Kang，Y Ramadass等."一种用于WiFi供电传感器节点的具有纳瓦特升压转换器和天线-整流器谐振的厘米级2.4-GHz无线能量收集器，A cm-Scale 2.4-GHz Wireless Energy Harvester With NanoWatt Boost Converter and Antenna-Rectifier Resonance for WiFi Powering of Sensor Nodes[J]，"IEEE J.Solid-State Circuits(IEEE固态电路杂志)，53(12)，pp.3396-3406，December 2018.
发明内容
[0009] 本发明的目的是提供一种采用直流压泵技术的无线能量接收机及其控制方法，直流压泵技术用以提高无线能量接收机的灵敏度。
[0010] 为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种采用直流压泵技术的无线能量接收机，包含天线、无源增益模块、级联的若干个整流器、直流压泵模块、主控模块；
[0011] 各级整流器的耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接本级中直流电位耦合管的源极、充电管的栅极和漏极；
[0012] 第一级整流器的直流电位耦合管的栅极和漏极相连后接地；其他各级整流器的直流电位耦合管的栅极和漏极相连后，与前一级整流器的充电管的源极连接；
[0013] 最后一级整流器的充电管的源极输出电压Vout，还通过电容CLOAD接地；除最后一级外的其他各级整流器的充电管的源极，经对应于本级的第一电容后，与直流压泵模块中对应于本级的第一开关、第二开关分别连接，通过第一开关接地，通过第二开关连接直流压泵模块的电容CT后接地；
[0014] 所述主控模块为电容CT提供初始及后续充电电流，并为直流压泵模块提供初始开关控制信号。
[0015] 可选地，任意一级整流器中的第一开关和第二开关，由相反的低频开关控制信号控制；任意一级整流器中的第一开关，和与之相邻一级整流器中的第二开关，由相同的低频开关控制信号控制而联动。
[0016] 可选地，所述直流压泵模块中各级的第一开关、第二开关交替控制，使得电容CT上的电压交替叠加在各整流器的起点电压上，抬高后续每一级的直流电位。
[0017] 可选地，所述主控模块包含镜像整流器、启动模块、开关控制电路；
[0018] 所述镜像整流器与所述无线能量接收机的最后一级整流器并联，为所述直流压泵模块的电容CT提供初始及后续充电电流，并为所述启动模块提供持续的能量来源；
[0019] 所述启动模块接收来自所述镜像整流器的能量，为所述直流压泵模块提供初始开关控制信号；
[0020] 所述开关控制电路设有迟滞比较器，控制电容的充放电时序(如控制电容CT、CLOAD、Cs、C3，下文详述)，使得电容CT的电位及所述直流压泵模块的开关控制信号均达到启动直流压泵模块的条件。
[0021] 可选地，所述开关控制电路设有四个迟滞比较器、或逻辑单元、与逻辑单元、开关S5～S14；所述启动模块包含第一振荡器、第二振荡器、电荷泵、电容Cs；
[0022] 所述镜像整流器的耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接该镜像整流器的直流电位耦合管的源极、充电管的栅极和漏极；
[0023] 该镜像整流器的充电管的源极通过串联的开关S10、S8连接第一振荡器的输入端；第一振荡器的输出端连接电荷泵的输入端；电荷泵的输出端连接电容Cs后接地，还通过开关S14连接第二振荡器，由第二振荡器输出第一、第二低频开关控制信号；
[0024] 该镜像整流器的直流电位耦合管的栅极和漏极，还通过开关S9连接到无线能量接收机中最后一级整流器的直流电位耦合管的栅极和漏极；
[0025] 开关S6接入在电荷泵的输出端与第一迟滞比较器的输入端之间，开关S6的控制端与第四迟滞比较器的输出端连接；第一迟滞比较器的输出端连接或逻辑单元的一个输入端，还与或逻辑单元的输出端一起连接开关S7的控制端；开关S7接入在第二迟滞比较器的输入端与开关S10、S8的连接节点之间；或逻辑单元的输出端还分别连接开关S8的控制端、与逻辑单元的一个输入端；
[0026] 第四迟滞比较器的输出端还分别连接或逻辑单元的另一个输入端、开关S5的控制端；电荷泵的输出端还通过开关S5分别连接第三迟滞比较器的输入端、第四迟滞比较器的输入端，电荷泵的输出端还通过开关S5、S11连接至最后一级整流器的充电管的源极；最后一级整流器的充电管的源极通过开关S11、第二电容(C3)接地，还通过开关S12连接电容CLOAD和输出电压Vout；第三迟滞比较器的输出端分别连接开关S11、S12的控制端；
[0027] 第二迟滞比较器的输出端分别连接开关S10的控制端、开关S9的控制端、与逻辑单元的另一个输入端；与逻辑单元的输出端分别连接开关S14的控制端、开关S13的控制端；开关S13接入在直流压泵模块的各第二开关与电容CT之间；电容CT与开关S13连接的节点，进一步接到开关S8、S10之间。
[0028] 可选地，所述直流电位耦合管、充电管，分别使用绝缘栅场效应晶体管。
[0029] 本发明的另一个技术方案是提供一种采用直流压泵技术的无线能量接收机的控制方法，适用于上述采用直流压泵技术的无线能量接收机；
[0030] 各级整流器和镜像整流器中的直流电位耦合管，将前级整流器压泵后的输出电位提供给后级的直流电位VA，提高后级输出电压；各整流器的耦合电容Cc，将交流信号Vrec耦合至本级的充电管的输入端；
[0031] 对无线能量接收机设有启动模式，其是第二电容(C3)上的电位升高至第一电位之前的系统工作模式：
[0032] 其中，最后一级和镜像整流器并联后与之前的各级整流器级联，第二电容(C3)、电容CT同时充电；当电容CT充电至第二电位后，驱动第一振荡器和电荷泵对电容Cs充电；当电容Cs上的电位上升至第一迟滞比较器的上升反转电位后，第一迟滞比较器输出有效电位，控制开关S7闭合，第二迟滞比较器进入系统；
[0033] 同时第一迟滞比较器的输出电位与第四迟滞比较器的输出经或逻辑控制开关S8关断，当电容CT上的电位再次达到第二迟滞比较器的上升反转电位后，第二迟滞比较器输出有效电位，控制开关S9、S10关断，同时第二迟滞比较器的输出信号与开关S8的控制信号经与逻辑控制开关S13、S14闭合，使能直流压泵模块；
[0034] 在直流压泵模块使能后，电容CT、电容Cs上的电位持续降低；电容CT为系统提供直流电源、电容Cs驱动第二振荡器为直流压泵模块提供第一、第二低频开关控制信号；当电容CT上的电位下降至第二迟滞比较器的下降反转电位后，第二迟滞比较器输出有效信号控制开关S9、S10闭合，S13关断，对电容CT重新充电；当电容Cs上的电位下降至第一迟滞比较器的下降反转电位后，第一迟滞比较器输出有效信号控制开关S7、S14关断，开关S8、S9、S10闭合，对电容Cs重新充电；重复上述过程，直至第二电容(C3)上的电位升高至第三迟滞比较器和第四迟滞比较器的上升反转电位后，第三迟滞比较器输出有效信号控制开关S11关断、S12闭合，开始对电容CLOAD充电，第四迟滞比较器输出有效信号控制开关S5闭合、开关S6、S8关断，由第二电容(C3)驱动第二振荡器为直流压泵模块提供第一、第二低频控制信号，并关断启动模块、结束启动模式。
[0035] 可选地，对无线能量接收机设有主要模式；当第二电容(C3)上的电位上升至第三迟滞比较器和第四迟滞比较器的上升反转电位后，系统进入主要模式；
[0036] 其中，直流压泵模块的第一、第二低频控制信号由第二电容(C3)驱动第二振荡器产生；当第二电容(C3)上的电位下降至第三迟滞比较器的下降反转电位后，第三迟滞比较器输出有效信号控制开关S11闭合、S12关断，第二电容(C3)被重新充电；在此过程中，由于第三迟滞比较器的下降反转电位高于第四迟滞比较器的下降反转电位，使得第四迟滞比较器的下降反转功能不会被使能，保持输出同一有效信号控制开关S5持续闭合、开关S6、S8持续关断，使启动模式在主要模式中不会重启；
[0037] 当电容CT上的电位下降至第二迟滞比较器的下降反转电位后，第二迟滞比较器输出有效信号控制开关S9、S10闭合，S13关断，对电容CT重新充电；重复上述过程，直至电容CLOAD被充电至1V完成无线能量接收过程。
[0038] 可选地，开关S1、S4、S6、S8、S9、S10、S11的初始状态为闭合，开关S2、S3、S5、S7、S12、S13的初始状态为关断。
[0039] 本发明涉及弱场磁耦合式能量接收机，为了以更小的输入能量获得足够高(通常为1V)的输出电压，提供了一种直流压泵技术，以获得小体积(无电感)、高灵敏度的无线能量接收机。本发明采用直流压泵技术后，使得在同样输入能量的情况下，输出电压得到了提高，从而增加了无线能量接收机的灵敏度。
附图说明
[0040] 图1为一种含有2级整流器的采用直流压泵技术的无线能量接收机。
[0041] 图2为一种含有3级整流器的采用直流压泵技术的无线能量接收机。
[0042] 图3为带有启动模块的采用直流压泵技术的无线能量接收机。
具体实施方式
[0043] 本发明提供一种直流压泵技术，用来提高无线能量接收机的灵敏度；所述的灵敏度，定义为可以获得1V输出电压的最小输入能量。
[0044] 本发明提供一种采用直流压泵技术的无线能量接收机，包含天线、无源增益、级联的若干个整流器，还添设有一个直流压泵模块；所述直流压泵模块包含若干开关与电容CT，通过对开关的交替控制，使得电容CT上的电压交替叠加在整流器的起点电压上，抬高后续每一级的直流电位，从而在同样输入能量的情况下，该无线能量接收机可获得更高的输出电压，提高了能量接收灵敏度。
[0045] 本发明还提供了一种带有启动模块的采用直流压泵技术的无线能量接收机，包含采用直流压泵技术的无线能量接收机及主控模块。其中，主控模块为直流压泵模块的电容CT提供初始及后续充电电流，并为直流压泵模块提供初始开关控制信号。
[0046] 主控模块包含启动模块、镜像整流器，以及若干带有迟滞比较器的开关控制电路。所述镜像整流器与所述采用直流压泵技术的无线能量接收机的最后一级整流器并联，为所述直流压泵模块的电容CT提供初始及后续充电电流，并为所述启动模块提供持续的能量来源；所述启动模块接收来自所述镜像整流器的能量，为所述直流压泵模块提供初始开关控制信号；带有迟滞比较器的开关控制电路，控制电容的充放电时序，使得电容CT的电位及所述直流压泵模块的开关控制信号均达到启动直流压泵模块的条件。
[0047] 带有启动模块的采用直流压泵技术的无线能量接收机，工作模式分为启动模式与主要模式：
[0048] 启动模式时，镜像整流器结合带有迟滞比较器的开关控制模块为直流压泵模块的电容CT提供初始充电电流，并驱动启动模块为直流压泵模块的开关控制信号输出提供初始能量；
[0049] 主要模式时，带有迟滞比较器的开关控制电路结合镜像整流器，在直流压泵模块的电容CT上的电压降低到一定程度时，为CT提供恢复电位的充电电流，并为直流压泵模块的开关控制信号输出提供持续能量。
[0050] 图1为采用直流压泵技术的无线能量接收机的电路，无线能量接收机包含天线、无源增益模块、级联的整流器、直流压泵模块；本例含有2级整流器，通过添加直流压泵模块进行输出电压的提升。
[0051] 其中，D1、D3是一组绝缘栅场效应晶体管，按功能将其称为直流电位耦合管；D2、D4是另一组绝缘栅场效应晶体管，按功能将其称为充电管(为其后续电路充电，最终将接收到的能量存储至输出电容CLOAD上)。
[0052] 第一级整流器的耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接直流电位耦合管D1的源极、充电管D2的栅极和漏极；直流电位耦合管D1的栅极和漏极相连后接地；充电管D2的源极，接第二级整流器的直流电位耦合管D3的栅极和漏极(连接点的输出电位VA)，还通过电容C1连接直流压泵模块。
[0053] 第二级整流器的耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接直流电位耦合管D3的源极、充电管D4的栅极和漏极(连接点的直流电位VS)；充电管D4的源极输出电压Vout，还通过电容C2接地。
[0054] 直流压泵模块包含电容CT，由低频开关控制信号 对应控制的第一开关、第二开关，第一级整流器的电容C1通过第一开关接地，还通过串联的第二开关及电容CT接地。
电容CT与第二开关连接的节点处电压为Vc。
[0055] 图1进一步示出输出电位VA、直流电位VS的波形。可以发现，当不采用直流压泵技术时，Vs＝VA+Vrec；而当采用直流压泵技术时，Vs＝Vc+VA+Vrec，因此在相同输入能量下，可获得更高的输出电压Vout。
[0056] 图2为采用直流压泵技术的无线能量接收机的电路，无线能量接收机包含天线、无源增益模块、级联的整流器、直流压泵模块；本例含有3级整流器，其中设置的D1、D3、D5为一组绝缘栅场效应晶体管，按功能将其称为直流电位耦合管；D2、D4、D6为另一组绝缘栅场效应晶体管，按功能将其称为充电管。直流电位耦合管D1、D3、D5，可将前级整流器的输出电位VA提供给后级的直流电位VS，以提高后级输出电压；各级整流器的耦合电容Cc，可将交流信号Vrec耦合至充电管D2、D4、D6的输入端。充电管为其后续电路充电，最终将接收到的能量存储至输出电容CLOAD上。
[0057] 第一级整流器的耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接直流电位耦合管D1的源极、充电管D2的栅极和漏极(连接点的直流电位VS1)；直流电位耦合管D1的栅极和漏极相连后接地(连接点的输出电位VA1)；充电管D2的源极，接第二级整流器的直流电位耦合管D3的栅极和漏极(连接点的输出电位VA2)，还通过电容C1连接直流压泵模块。
[0058] 第二级整流器的耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接直流电位耦合管D3的源极、充电管D4的栅极和漏极(连接点的直流电位VS2)；充电管D4的源极，接第三级整流器的直流电位耦合管D5的栅极和漏极(连接点的输出电位VA3)，还通过电容C2连接直流压泵模块。
[0059] 第三级整流器的耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接直流电位耦合管D5的源极、充电管D6的栅极和漏极(连接点的直流电位VS3)；充电管D6的源极输出电压Vout，还通过电容CLOAD接地。
[0060] 直流压泵模块包含电容CT，开关S1、S2、S3、S4，其中开关S1、S3根据低频开关控制信号 联动，开关S2、S4根据低频开关控制信号 联动；第一级整流器的电容C1通过开关S1接地，还通过串联的开关S2及电容CT接地；第二级整流器的电容C2通过开关S4接地，还通过串联的开关S3及电容CT接地。电容CT与开关S2、S3连接的节点处电压为Vc。
[0061] 图2中进一步示出第二级、第三级的直流电位VS2、VS3的波形，和电位随控制信号周期性变化的VA2’、VA3’波形。
[0062] 不增加直流压泵技术的传统结构中VS2、VS3的波形分别一直为直流电位为VA2、VA3的交流波；从本发明中VS2、VS3的波形图可以看出，增加直流压泵技术后VS2、VS3的直流电位周期性压泵提高VC，可使VS2、VS3分别驱动的充电管D4、D6提供更高的电位给电容C2、CLOAD，即在相同输入能量和相同输出电容CLOAD下提高了输出电容CLOAD上的能量，提高了无线能量接收机的灵敏度。
[0063] VA2’、VA3’是直流压泵正常工作时的输出电位VA2、VA3。不增加直流压泵技术的传统结构中VA2’、VA3’的波形分别一直为直流电位为VA2、VA3的直线；从本发明中VA2’、VA3’的波形图可以看出，增加直流压泵技术后VA2’、VA3’的直流电位周期性压泵提高VC，使VS2、VS3的直流电位周期性同步压泵增加VC，以实现对无线能量接收机灵敏度的优化功能。
[0064] VS2＝VA2’+Vrec，VS3＝VA3’+Vrec。因为增加直流压泵技术，使VA2’、VA3’周期性压泵增加VC，进而使VS2、VS3的直流电位周期性压泵提高Vc，使在输入能量和输出电容相同时，无线能量接收机获得更高的输出电位。控制时序为交替时序，体现后级与前级的电位高低的时刻相反。
[0065] 图3显示了带有启动模块的采用直流压泵技术的无线能量接收机的一般实现。仍以含有3级整流器的无线能量接收机为例进行说明，所述无线能量接收机中天线、无源增益模块、级联的整流器、直流压泵模块各自包含的元器件及相互的连接关系与图2中的大致相同，不一一赘述。
[0066] 与上述采用直流压泵技术的无线能量接收机连接的主控模块，包含镜像整流器、启动模块，和带有四个迟滞比较器的开关控制电路。第四整流器是第三级整流器的镜像整流器，该第四整流器包含耦合电容Cc、直流电位耦合管D7、充电管D8，其中耦合电容Cc一端连接无源增益模块获得交流信号Vrec，另一端分别连接直流电位耦合管D7的源极、充电管D8的栅极和漏极(连接点的直流电位VS4)，充电管D8的源极连接开关控制电路中的开关S10。直流电位耦合管D7的栅极和漏极(连接点的输出电位VA4)，还通过开关控制电路中的开关S9连接到第三级整流器的直流电位耦合管D5的栅极和漏极。
[0067] 启动模块包含第一振荡器、第二振荡器、电荷泵、电容Cs。其中，第一振荡器通过开关控制电路中串联的开关S8、S10连接到第四整流器的充电管D8的源极；第一振荡器通过电荷泵连接电容Cs后接地，还通过该电荷泵连接开关控制电路中的开关S14进而与第二振荡器连接，由第二振荡器输出低频开关控制信号
[0068] 开关控制电路包含第一、第二、第三、第四迟滞比较器、或逻辑单元、与逻辑单元、开关S5～S14。其中，开关S6接入在电荷泵的输出端(即电荷泵连接开关S14、电容Cs的节点位置)与第一迟滞比较器的输入端之间，开关S6的控制端与第四迟滞比较器的输出端连接。第一迟滞比较器的输出端连接或逻辑单元的一个输入端，还与或逻辑单元的输出端一起连接开关S7的控制端；开关S7接入在第二迟滞比较器的输入端与开关S10、S8的连接节点之间；或逻辑单元的输出端还分别连接开关S8的控制端、与逻辑单元的一个输入端。
[0069] 第四迟滞比较器的输出端还分别连接或逻辑单元的另一个输入端、开关S5的控制端；电荷泵的输出端还通过开关S5分别连接第三迟滞比较器的输入端、第四迟滞比较器的输入端，电荷泵的输出端还通过开关S5、S11连接至第三级整流器的充电管D6的源极。充电管D6的源极通过开关S11、电容C3接地，还通过开关S12连接电容CLOAD和输出电压Vout。第三迟滞比较器的输出端分别连接开关S11、S12的控制端。
[0070] 第二迟滞比较器的输出端分别连接开关S10的控制端、开关S9的控制端、与逻辑单元的另一个输入端。与逻辑单元的输出端分别连接开关S14的控制端、开关S13的控制端。该开关S13接入在直流压泵模块的开关S2和S3连接节点与电容CT之间，电容CT与开关S13连接(即与开关S2、S3连接)的节点处电压VC，进一步接到开关S8、S10之间。
[0071] 以下以如图3为例，说明上述带有启动模块的采用直流压泵技术的无线能量接收机的工作模式：
[0072] 直流电位耦合管D1、D3、D5和D7，可将前级整流器的输出电位提供给后级的直流电位VA，以提高后级输出电压。各整流器的耦合电容Cc，可将交流信号Vrec耦合至充电管D2、D4、D6、D8的输入端。
[0073] 第一迟滞比较器：上升阶段使能反转电压Vth1_up为0.8V，下降阶段使能反转电压Vth1_dn为0.5V；
[0074] 第二迟滞比较器：上升阶段使能反转电压Vth2_up为0.3V，下降阶段使能反转电压Vth2_dn为0.2V；
[0075] 第三迟滞比较器：上升阶段使能反转电压Vth3_up为0.8V，下降阶段使能反转电压Vth3_dn为0.5V；
[0076] 第四迟滞比较器：上升阶段使能反转电压Vth4_up为0.8V，下降阶段使能反转电压Vth4_dn为0.3V。上述关于各迟滞比较器的上升反转电压、下降反转电压的具体数值，可根据需要进行设计调整，此处仅作为示例。
[0077] 开关S1、S4、S6、S8、S9、S10、S11的初始状态为闭合，开关S2、S3、S5、S7、S12、S13的初始状态为关断。
[0078] 启动模式：
[0079] 启动模式定义为电容C3上的电位升高至一定电位(0.8V)之前的系统工作模式。该工作模式下，第一、第二整流器级联，第三、第四整流器并联后与第一、第二整流器级联，此时，电容C3、CT同时充电。当CT充电至一定电位(～0.2V)后，驱动第一振荡器和电荷泵对电容Cs充电。当电容Cs上的电位上升至第一迟滞比较器的上升反转电位(Vth1_up～0.8V)后，第一迟滞比较器输出有效电位，控制开关S7闭合，第二迟滞比较器进入系统；同时第一迟滞比较器的输出电位与第四迟滞比较器的输出经或逻辑控制开关S8关断，当电容CT上的电位再次达到一定电位(Vth2_up～0.3V)，第二迟滞比较器输出有效电位，控制开关S9、S10关断，同时第二迟滞比较器的输出信号与开关S8的控制信号经与逻辑控制开关S13、S14闭合，使能直流压泵技术。在直流压泵技术使能后，电容CT、Cs上的电位会持续降低。由于CT直接为系统提供直流电源、Cs仅驱动第二振荡器为直流压泵技术提供低频开关控制信号 因此Cs上的电位下降速度低于CT上的电位下降速度。当CT上的电位下降至第二迟滞比较器的下降反转电位(Vth2_dn～0.2V)后，第二迟滞比较器输出有效信号控制开关S9、S10闭合，S13关断，对CT重新充电。当Cs上的电位下降至第一迟滞比较器的下降反转电位(Vth1_dn～0.5V)后，第一迟滞比较器输出有效信号控制开关S7、S14关断，S8、S9、S10闭合，对电容Cs重新充电。重复上述过程，直至电容C3上的电位升高至第三迟滞比较器和第四迟滞比较器的上升反转电位(Vth3_up～0.8V，Vth4_up～0.8V)后，第三迟滞比较器输出有效信号控制开关S11关断、S12闭合，开始对电容CLOAD充电，第四迟滞比较器输出有效信号控制开关S5闭合、开关S6和S8关断，由电容C3驱动第二振荡器为直流压泵技术提供低频控制信号 并关断启动
模块、结束启动模式。
[0080] 主要模式：
[0081] 当电容C3上的电位上升至第三迟滞比较器和第四迟滞比较器的上升反转电位(Vth3_up～0.8V，Vth4_up～0.8V)后，系统进入主要模式。在该工作模式下，直流压泵技术的低频控制信号 由电容C3驱动第二振荡器产生。当电容C3上的电位下降至第三迟
滞比较器的下降反转电位(Vth3_dn～0.5V)后，第三迟滞比较器输出有效信号控制开关S11闭合、S12关断，由于低频的第二振荡器消耗的能量小于直流压泵系统传输至电容C3的能量，因此，电容C3被重新充电。在此过程中，由于第三迟滞比较器的下降反转电位(Vth3_dn～
0.5V)高于第四迟滞比较器的下降反转电位(Vth4_dn～0.3V)，因此第四迟滞比较器的下降反转功能不会被使能，保持输出同一有效信号控制开关S5持续闭合、S6和S8持续关断，即启动模式在主要模式中不会重启。当电容CT上的电位下降至第二迟滞比较器的下降反转电位(Vth2_dn～0.2V)后，第二迟滞比较器输出有效信号控制开关S9、S10闭合，S13关断，对CT重新充电。重复上述过程，直至电容CLOAD被充电至1V完成无线能量接收过程。
[0082] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
