In Chapter 1, a resonant current-mode receiver is studied to charge low-voltage batteries wirelessly for supplying medical implantable systems. To increase efficiency, the root-mean-square (RMS) current in the LC tank of the receiver (RX) is reduced by using a voltage-boosted current-mode (VBCM) receiver. This receiver combines the conventional current-mode receiver with a switched-capacitor converter to boost the voltage instantaneously at the switching node ($V_X$) of coil in the RX. Owing to the suggested technique, the receiver directly charges a low-voltage battery while maintaining a small RMS current without using a complex voltage regulator. The receiver achieves an efficiency as high as 84.7 % with a 1.1 V battery while operating at the resonant frequency ($f_{reso}$) of 6.78 MHz. The power delivered to the output ($P_O$) is in the range from 1.5 mW to 50 mW. The VBCM receiver was fabricated by 180 nm CMOS technology with a total active area of 0.22 $mm^2$.
In Chapter 2, the energy harvesting interface circuit is introduced for a wind-driven triboelectric generator (WD-TEG). To extract power from the WD-TEG maximally and deliver power to the output (battery) efficiently, a rectifier-reusing bias-flip (RRBF) and a multi-phase adaptive-controlled switched-capacitor converter (ACSCC) are developed. In the RRBF, switch controller for bias-flip is easily implemented by reusing low-side switches of the rectifier. The ACSCC delivers power to the battery efficiently by reducing switching loss including overlap loss. Furthermore, the ACSCC maintains a rectifier voltage ($V_{RECT}$) as high as a breakdown voltage ($V_{BR}$) of switch by adaptive conversion control and multi-phase operation to extract more power from the WD-TEG even if the battery voltage is varied from 2.7 V to 4.2 V. Owing to these circuits, the delivering power to the output is 238 $\mu$W and maximum power delivering efficiency of the ACSCC is 79.3 %. The chip is fabricated in 0.18 $\mu$m BCD process.
1장에서는 저전압 배터리를 사용하는 의료용 이식 시스템에서 무선으로 배터리 충전을 위한 공진 전류 모드 수신기를 연구하였다. 효율을 높이기 위해 전압 증가형 전류 모드 수신기를 사용하여 수신기 (RX)의 LC 탱크에서 발생하는 큰 RMS (Root-Mean-Square) 전류를 감소시켰다. 이 수신기는 코일의 스위칭 노드 ($V_X$)의 전압을 순간적으로 높이기 위해, 기존의 전류 모드 수신기와 스위치드 커패시터 컨버터를 결합하여 제안된 방식으로 제어된다. 제안 된 기술로 인해 수신기는 복잡한 전압 변환기를 사용하지 않고도 작은 RMS 전류를 유지하면서 저전압 배터리를 직접 충전한다. 수신기는 6.78MHz의 공진 주파수 ($f_{reso}$)에서 동작하며, 1.1 V 의 낮은 전압 배터리로 전력을 전달함에도 불구하고, 84.7 %의 높은 효율을 달성한다. 출력으로 전달되는 전력의 범위는 1.5 mW에서 50 mW이고, 전압 증가형 전류 모드 수신기는 180 nm CMOS 공정을 사용하여 설계되었다.
2장에서는 바람으로 동작하는 마찰대전 발전기에서 에너지 수확을 위한 인터페이스 회로를 제안하였다. 사용된 마찰대전 발전기에서 최대 전력을 추출하고 출력 (배터리)으로 높은 효율을 유지한 상태로 전력을 전달하기 위해, 정류기를 재사용하는 바이어스-플립 및 다중 위상 적응형 스위치드-커패시터 변환기를 설계하였다. 정류기를 재사용하는 바이어스-플립에서는 정류기의 로우 사이드 스위치 (low-side switches)를 재사용함으로써, 바이어스-플립을 위한 스위치 컨트롤러를 쉽게 구현했다. 다중 위상 적응형 스위치드-커패시터 변환기는 전력 스위치에서 발생하는 중첩 손실을 포함한 스위칭 손실을 줄임으로써, 배터리로 높은 효율을 유지한 상태로 전력을 공급한다. 또한 다중 위상 적응형 스위치드-커패시터 변환기는 적응형 변환 제어 및 다중 위상 동작을 통해, 배터리 전압이 2.7 V에서 4.2 V까지 변동 되더라도 스위치의 항복 전압 ($V_{BR}$)만큼 정류기 전압 ($V_{RECT}$)을 높게 유지하여, 바람으로 동작하는 마찰대전 발전기로부터 더 많은 전력을 추출한다. 출력으로의 전달 전력은 238 $\mu$W이며, 변환기의 최대 전력전달 효율은 79.3 % 이다. 제안된 에너지 수확회로는 0.18 $\mu$m BCD 공정을 사용하여 설계되었다.
