In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  3, S ep 2019,  pp.  1 3 9 8 ~1 4 0 9   ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 3.pp1398-1409          1398     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   3.3V DC ou tp ut at-16dBm sensit ivity and 77%   PCE rectifier for  RF energ y harvesting       A s t r ie  N u r asy e i l a  Fi f i e   A s li 1 , Yan Chiew  W ong 2    1  M i cro  a n d  Nano   E l ectro nic ,  Research  G rou p ,  Centre  f o r  T e l ecom m unicatio n, Research an d  In n o vati on ,  M a l a ysi a     1, 2   Fa ku lti   Ke jur u te ra a n  Ele k t ro n i k d a n  Ke ju ru te r a a n  Ko m pu te r,  U niv er siti Tekni k al Mal a y s i a Me laka, Malays i a       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Oct  2 5 ,  2 018  Re vise d Jan  1 2 , 2019   Ac ce p t ed  M ar 5 , 2 0 19      Thi s   p ape r   p r e sents  a  high  v olt a ge  c onv e rsion  at   h igh  sensitiv i ty  R F   energy   harv est i ng   s y s te m   f o r  IoT  app l i catio n s .  T h e  harves ti ng  syst e m   c om pri s es  bu lk -to-sou r ce  ( B T M O S )  diff erent i a l -d riv e   b ased   r ectifi e r  to   p r oduce  a   hi gh   ef fici ency  R F  en ergy  h a rves tin g  s y stem.  L o w - p a ss   u p w ard   im ped a n ce   m a tch i ng   n et work  i s  ap pl ied   at  t he  r ect ifier  input   t o   in crease  t h e  sensitivity  a n d  o u tp ut  v o lta ge .   Du a l -o xide - t h i c k ne ss  t ra n s ist o rs  a re   u se d   i n   th e  recti f i e r  circu i t   t o   m ain t ain   t h e  power  e fficien cy  a t  each  s t a ge  o f   the  r ecti f ier.  T h e   s y s t e m   i s   d e s i g n e d  u s i n g  0 . 1 8 µ m   S i l t e r r a  R F   i n   d e e p  n - w e l l   p r o c ess  technology  a nd  achieves  4.07 V  ou tpu t   a t  -16 d Bm  s ens itivi t y   wi t h ou t  the   need   o f   com p l e x  a u xi li ary  co ntrol  circu i t  and   DC-D C  charg e -p um p  c i r c u i t .   Th e sy s t em is   targ eted  f or u rban  env iron m e n t .   K eyw ord s :   BT M O S   D i ffe re nt ia l-dri v e  re cti f i e r   High efficienc y   Hi gh  se n si ti v ity  RF  e nergy  har v e s ti n g  sys tem   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Yan   C h i e w   Wo ng ,     M i c r o a nd N a n o  Elec t ron i c   R e sea r ch  G roup,  C e n t r e for Te lecom m u n ic at ion,  Resea rch  a nd  In no va tio n,   F a kult i  K e j u r u t e r aa n Elek tro n i k  da n  K e j uru t e r aan  K om put e r ,  U n i v ersi ti   T e k ni ka l Ma la ysia   M ela k a,  H a ng Tua h  Jaya , 76 1 0 0   D uri a n  Tu n g g a l ,   Mela ka ,  M a la ysia.   Em ail:  ycw o ng @u tem . edu. my       1.   I N TR OD U C TI O N    I n   r ece nt  y e a r s ,   muc h   a tt e n tio n  ha s  bee n   p l a ce d  on  the  Inter n e t   o f  Th ings  ( I o T)  t ec h n o l og y.  I oT   re fe rs  t o   t h e  v a st   n et wo rk   o f   p h y s i cal   d evi c e s   t h a t  a r e  c onn e c t e d   t o  t h e  i n t e r n et  v ia  b u i l t -i n  se nsors,  s o f tw a r e  and  nec e ssar y   e lectr o n i c  c i rcui ts  a l l ow in g   the  de vice s  to  s e n d ,   r ec e i ve   a n d   ex ch ang e   d at a   [1 ,  2 ] .  Th e  ‘Thi ng s’,  for   exam ple  home   app l i a nc es  a r e   p u t   i n t o  h o me   n e t w o rk   a nd   can  b e   con t ro l l e d   b y  us i ng  vo ice ,   rem o te con tro l  or sma r tph one via  t he in t er ne t .  In lar g e-sc ale   d e p loym en t are a  suc h as Sm a r t  C i t i es, bi lli o n s o f   sens ors  a r e  ne ede d   t o  c ontro l  t h e   ‘T h i n g s’.  These  w i rele ss  se ns or  n o d es   a re   norm a l l y  pow e r ed  by  ba tter i es   w h ic h  ar e  k n o w n  for   i t s  l i mi ted  l i fe t i me   a n d   t he  u se  o f  ba tter i e s   i n   l a rg e   a r ea   n et wo r k   a re  n ot   p ra ct i cal   a s  i t   in vol ves  the  c o st  o f  p u rc hase,   m a inta i n   a n d   d is pose  of  l a r ge   a m o u n t   of   b att e ri es  [ 3 ] .  Th e r e  are   al so   f e w   c a s e s   wh e r e   th e  app l i c at io n  o f   b atte ri es  a re   n o t   f e a si b l e  su c h   a s  d e v ic e  t h a t   i s  use d   t o  mo n i tor  a   s t ruc t ure   or   t he   env i ro nm en t  (e. g .  vo lcan o)  d u e   t o  t h e  nee d   o f  re cha r g i ng  or  r e p lac i n g   t he   b at t e ry.  A s   t he   a l t erna t i ve   s o l ut io n   to t he  lim ita ti o n s of  b a t teries,   e n erg y  ha r ves t i ng sy st e m   i s  us ed to  p o w e r  t h e   IoT  device s.   Ene r g y   h ar ve sti n g  is  a   p roc e ss  of  h arne ssi ng  e n e r g y   fro m   a m bie n t   e nvir onm en t  a n d   con v e r ts  t h e   ene r g y   i nt o  el ectric i t y   t o  p o w er   e lectric a l  or   e l e ctr o n i c  d e vic e s   [ 4].  En er gy  from  su n lig ht,  v i brati o n ,   r adio   fre que nc y  (RF )   [ 4,   5 ]   a nd  e t c .   i s  ca ptur ed ,  to  b e   use d   d irec t l y   o r  ac cu mu l a t e d   an d  st o r ed   i n   a   st o r age  com p o n e n t  l i k e   a   b atter y   o r  a  ca paci t o r  for  a  per i o d   o f  tim e  fo r   late r  u s e .   R F   e n ergy   h as  v ery  le ss  p o w e r   den s i t y  com p a r e d   t o othe r  en ergy  s o urce s  a n d   ca n  be   e a s il y inte g r ate d   i nt o  a  sma ll  c h ip  m akin g  i t   s ui ta ble   for   IoT  a p p l i c a t io ns  [ 6].  F u rther m ore ,   R F   ene r gy   i s  a v a ila ble   for  a lmos t  e v eryw he re  a n d   a ny t i me   t ha nk s  t o   t he   grow i n g  o f   r ad io   w a v e  so urc e s  suc h   a s   w i r e less  LA N   transm itter s   ( W i - F i )  [ 7 ] ,   T V  [ 5 ,  7 - 9 ] ,  F M / A M   r a d i o ,   mobi le  b ase   st ati o ns  [ 5,   9 ]   a n d   m o b i l e   d e v i c es  [ 5].   RF   e nerg y  i s   a  for m   o f  di ffe r e nt i a l  a l te r n at i n g   c u r r e n t   (AC)  s o u r c e s  an d  re ct i f i e r  i s   r eq ui re d  to   c onv e r t   th e   d i ff e r en t ia l  si gna l  ca p t ur e d   by  a n te n n a  in to  s in g l e   di r e c t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       3.3V D C   out pu t at- 1 6 d Bm   se n s itiv i t y  a n d  7 7 %  PCE re cti f ie r  f o r  RF … ( A str i e  N u rasye ila  Fif i e A s l i )  1 399 curr ent  (D C).  The  o u t p u t  o f   r e c tif i e r  w ill  be   p asse d  t o   f ew   c ir cui t s  t o   f o r m  a   rel i ab l e   out put   b e f o r e   t h e  o u tp ut  signa l   can  b e  use d   f or  e lec t r o n i c  c i rcui ts.  D u e   to  l ow   d ens ity  o f   t he  h a r ves t ed  R F   source   f rom   a m bien t  env i ro nm en t,  it  is  i mpor ta n t   t o  a c h i e v e  a n   e ne rgy   ha rv ester   sy s tem   w i t h   h i g h  se nsi t i v it y.  T h i s  pape r  i s   orga nize d  a s   f oll o w s :  S e c tio n  2  disc usses  p r inc i p l e  o f   R F   e n erg y  har v es t i n g   s yst e m  an d   re vi e w s  the  pre v io us   des i g n s  of  r ec ti fier   f or   e ne rgy  har v es t i ng.   S e c ti on  3  in t r od uce s  t h e   a r chi t ec t u re   a n d   char acter i s t i c   of  t he  pro pose d   s ys t e m.   S e c ti o n   4   p re sents  t h e   s i m u l a tio n  re s u l t s  and  d i sc ussio n s   o f  t h e  prop os ed  c i r c u i t s  fo l l ow ed   by t h e  co ncl u s i on   i n S e cti on 5 .       2.   RF ENERGY  HARVESTING   WO R K ING PRINCIPLE AND   D ESI G N REVIE W    3. 1.   R e c t ifier   F i gure  1  s h ow s  t h e   typ i ca l  RF   e nerg y  ha r v es tin g  sys t em .  RF   e n e r gy  is   capt u re d  by  a n t e n n a  a n d   con v er t e d  i n t o   D C  vo l t a g e   by   r ec t i f i e r .  Typ i ca ll y,  t he   o ut p u t   v olta ge   p ro duc e d   b y   rec t i f ier   is  s m a ll  an d   dec r ea se s  a s   t he  s e n sit i v i ty  i ncre ases  d u e   t o  the   na tur e   o f  a n t e n na  t ha t  c a p t u r es  v er y  sma ll  ener g y   [ 6].  Th e r efo r e,  i mp ed an ce   m at chi n g   i s   a pp li ed   b e t ween   t h e   a n t enn a   a n d  re ct ifi e r  t o   p ro vide   m a x i m u m   e n e rgy   trans f e r  t o  t h e   cir c u it [10- 12].   The   se ns i tiv it y of re c t i fi e r   d et e r mi n e s th e   cap abi l ity  o f   a re ct ifi e r  to  b e op era t ed  w h en  v e r y  sma l l   e n erg y   i s  ava ila b l e   in  t he   s ur rou n d i ng.   H ig h  se n s it iv it y  a l l o w s   e ffic i ent  transm issi on  of  ene r g y   a t  gr eat er   d is ta nce s   f r o m   RF  s o u rc es   [ 1 3 ].  D ue   t o  t h e  sm al l   out put   vol t a g e   p rod u c e d   b y   re cti f i e r,  D C- D C   c ha rge  p u m p  i s   u se d   to   b o o s t s  t h e  out pu t   v o lta ge  t o  a  h i ghe r   u sa b l e  vol t a g e   l e v el  [ 7 ,   1 4 ] .  Th e  vo lt ag e  the n   i s  re g u la te d  b y   v ol t a ge  r e gula t or   t o   pro v i d e  a  s t a b l e   D C  v o l t a ge   t ha t  is  i n d e p en de nt   t o  i n pu t   vo l t ag e  a n d   load current .   The  ef ficiency  o f  recti f ier  is   c r i t i ca l  i n   d e s ign i ng  RF   e n e rgy  ha r v est i n g   s y s te m.   H ig h  effi c i e n cy   re ct i f i e r  re du ces  p o w e r   d i ssi pa t e d  du ring   t h e   R F - DC  c onv ersi on .   R ec t i fier  e ffic ienc y  is  d efi n e d   by  the   pow e r   con v er sio n   e ffi c ienc y  (P CE)  f actor  a s  in  ( 1)   w here   P loss  i s   t he   c o nduc t i o n   pow e r   l osse s  i n   t he  r e c t i fier.   The   efficie n c y   d ep e n d s   o n  thres h ol d  v o l t ag e   ( V th),  c ha nne l  re sis t a n ce  ( r o n ),  l ea ka ge  c urrent  a n d   c ur ren t   d ri ve   ca pab i lit y  o f   r e c tif i e r  [6] .   L o w   V th,  ron,   l eaka g e  c u r r ent  a nd  hi gh   d ri v i ng   c ap abi l i t y   r ed u c e   th e   vo lt a g e   d r op  a c ro ss t h e   re ct if i e r, t h u s i n creas in g   th e e ffi cie n c y .     P C E, η%  =  P out P in  =   P out P out  +   P los s  ×  100     (1 )           F i gur e 1.  RF   e n er g y  har ves ting  sy stem       The  low  V th   a nd  leaka g e  cu r r ent  c a n  be   achie ve d  b y   a p p l y in g  d i ffer e n t i a l -d ri ve  r ect ifier   (D D R )  circ u i t  as  s h o w n  i n   F ig ure   2.   D D R   c onsis ts  o f  4  tran sis t or s  w i t h  cross - c onne cte d   g at e  struc t ure   to  f orm   a   com p l i m e n t ar y   bri d ge  r ec ti fie r .  The   ga te   o f  tr ans i s t ors  is   a cti v e ly  b iase d   by   d i f fere n tia l  mode   s i g na l  at   t w o   no des,  V x  an d  V y   [ 1 5 ].   W hen   V x   i s  p o si tive ,   M n2   a nd  M p1  a r e  i n   f o r w a r d   b i a s  a n d  a c t  a s   s m a l l   o n - r e s i s t a n c e   ca usin g  the  V th   o f  t h e  de v i c e s   to  d ecr ease   effect i v el y  [1 5].   The  tra n sist ors   w ill  t u rn-o n  w h e n   V x  rea c he s  t h e  V th .  O n   t he  o th er   h a n d,  a s  V y   i s  n e ga t i ve,  M n1   a nd  M p2  a r e   i n   r e v e r s e   b i a s  c a u s i n g  t h e  V th   o f   t h e  t r ansi sto r s  to  incre a se,   reduc in g  t h e  re verse   lea k a g e  c u rre nt .   The  di ffe re nt ia l   s i gn a l   a pp li ed   a t   both   of  t h e   i n put   o f   rec t i f i e r   all o w s   bot h  l o w   V th   a nd   l e a kage   c urre n t   t o  be   a c h ie v e d  sim u l t a n eo us l y ,   i n cre a si ng  th e   ef fi ci e n c y   a nd  sens iti vi ty.   Th e  o u tp ut   v o lta ge  p r o duces   b y  D D R  is   d e f i n ed   a s  i n  ( 2 )  w h e r e  V RF   i s  t h e  i n pu t  AC  s ig n a l  and  V drop  is the  v o lt age   lo ss ac ross  the  t r a ns istor  dur in g circ u it  opera ti o n .     V D C , o ut  = 2V RF V dr op  ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   139 8   – 1 409  1 400     Figure 2.  Dif f e rential-dr ive rectifier  (D DR)      3. 2.   Desi g n   r ev i e w   Th ere   a r e  f e w  t y p e s  of   r e c ti fi er  a rc h i t e ctu r es  h av e  b e en   p ro po s e d   f or   t he   a p p lica tio n  of   R F   e n erg y   h a rv est i ng .  Fo r  ex a m p l e,  D i c k s on   m ul tip li e r   o r  al so   kno wn   a s   vo l t a g e  mul t i p l i er  h as  b een  u se d  by  [1 6]  a s   show n  i n   F ig u r e  3  to  c on ver t   t he   R F   sig n a l   i nt o  D C .  In  o rde r   t o   a c h i e ve  h i g h  sens i tiv i t y   r ec tif i e r,  a ll  of  t he   t r a n si st o r s   u s ed   i n  t h e  re cti f i e r  are   o p e ra t e d  in   w eak   i nv ersi o n.   O ne   p ar a l l e l  i n d u c t or   o r   a  shu n t   i nd uc tor  i s   app l ied   be tw e e n  the  a n ten n a   a n d   t h e  r ect i f ier  to  w ork  a s   vol ta g e  boo sti n g   ci rcui t  to   f u r th e r   i n c re ase  th e   sens iti vi ty.   Th e  re cti f ier  is  d e s i gne d  w i t h   f e w   t y p es  o f  tr an si s t ors  in cl u d e  ze ro  V th   t ransistor  (ZVT) ,   zero  V th   trans i s t or   w ith   t h i ck   o x i de   ( ZV TD G ) ,  low   V th   t r a ns ist o r  ( L V T ),   norm a l  V th   t r a ns i s t o r  ( N F ET)   a nd  3. 3V   I /O   trans i s t or   w it h  t h ic k  o x i d e  (N FE T33)  r ecti f i e r s   w ith  d if fere nt  num bers  o f  stages  t o  di ffe rent iate  t he  e f f ec t s   o f  the  V th   t o  the  sens i t i v i t y.   A t  -22.1 d Bm  a n d   10 - s t a ges  w i t h   Z V T   t ec h n i q ue,   the  re ct ifi e r  able  t o  pro d u ce  a n   ou tpu t   v o l t a ge   o f  1V .   -32.1d Bm  s e n si t i vit y   i s  ac h i e v e d   a t  5 0 -st a g e s   r e c t i fi er  w it h   LVT  t e c hni que   a nd  pro duc i n g   1V   o u t pu t  vol ta ge . A l t h o u g h  the  rec tif i e r ha s   ver y  hi gh   s en si t i v i t y , t h e   out pu t   ho we v e r i s   s ma ll   a nd  no t  a d e qua te  t o  s u p p l y   e l e c t r o n i c  c i rc u it  t h a t   r eq uires  3.3V   s u pp ly  v o lta g e .  It  a lso   ha s   t o o  ma n y   s tage s  w h ic h  con s um ed  l a r g e   a rea   a n d   spa ce.   A nothe r  w a y  to   i nc rea s e  to  o u t pu t   v o l t a g e  is  b y  incr eas i n g   t h e   l o ad   h o w eve r   th i s   m ig h t   g re atl y   d e c re ases  t he  e fficie n c y   c on si deri ng  lar g e  v ol ta ge  l oss   expe rie n ce d  b y   t he  r ecti f ier  as  t he   numbe r of s tag e   i ncre ases a s show n by  (3).     V ou t  =  2 N (V RF V dr op )   (3)          F i gure   3.  D ick s on m u lti pl ier  [1 6]      D .   K arolak   pr opose d   a n  e nha nce  vol ta ge   m ul t i pl ier   circu i t   by  imp l em en t i n g   b u l k- bi a s e d   o r  d ynam i c   thres h o l d  MO SF ET  (D TMO S )  to  t he  r ect i f ier  to  r ed uce   t h e  V th   o f  th e   t r a n si st o r   t hu s   dec r ea si ng   t h e   v olt a g e   lo ss  a cross  t h e   re ctifier  [1 7].  T h e   re ctif i e r  is   c a s c a de d  t o   3 - sta g e  t o   i nc re a s e  the  o u t pu t   vol tage .  A t   9 0 0 MH z   a n d   -2 .3dBm  se n s i t i v ity ,  t h e  re c t i f i e r  p r oduce d   a n   o u tp ut   o f  1 . 2 V   w i t h   4 8 %   po we r  ef f i ci en cy .  In   D TM OS  trans i s t or ,  the  bu l k   w hic h   u s u al ly  c o n n ecte d   t o  t h e  so urc e   in  c onv en tio nal   t r a n si sto r   i s  c o nn ect e d   t o   t h e  g a t e   or  t he  d ra in  o f  t h e   tran sis t o r ,  a s   s how n  i n   F ig ure   5.  T hi s  h a s  forc in g  t h e   bo d y -t o-so urce   v o l t a ge  ( V bs )  t o   b e   e q u a l   to   g a t e-to -sou rc e  vo lt ag e  (V gs ) .   W he n  V gs  =   V bs  =   0 ,   t h e   V th   i s  hi gh ,  ca u s in g  the   l e ak ag e   cu rre n t  t o   reduc e.   W he n  V gs  =  V bs  =   V ma x   ( ampl it ude   o f  i npu t  sig n a l ),   t he  s our ce  and  the   s u b s t r ate  is  i n  forw a r d  b i as  forc in g  the V th   t o dr op.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       3. 3V  D C  ou t p u t   at- 1 6 d Bm  sen s i tiv i t y  an d 7 7 %   PCE  rect ifier for RF  … (Astr i e  Nurasyeila Fifie Asli)  1 401 Al t h oug h  DTM O S  t r a n si sto r   h as  l o w   V th ,  it s  oper a tin g  v o l t a ge  h o w ever   i s  lim ite d  to   i ts   V th   [ 1 8 ,  1 9 ] .  Th is  i s  due  t o  exc e ss ive  in cre a se  i n  lea k a g e  curre nt  w hen   the  a p p lie d  vo l t a g e   ex c eeds  t h e  V th   [1 8,   19] .   T h is   ty pe  o f   r e ct if ie r   a l so  i ntr o d u c e s   l ar ge   v olta ge   d r op  a c r o ss  t he   r ec t i fier   a s  the  sta g e  of  t h e   r e c ti f i e r   i ncr ease s .  F u r t her   i n cr e a si ng  in  l oa d  r e sis t or   o r   sta g e   of   t he   r ec ti fie r   t o  i n cre a se  t he  o u t put  w i l l   g re at ly   d e c re ase  t h e   e f f i cie n c y   m akin g  i t   n o t   s u i ta ble  f o r   hi gh  se nsit i v it y  w i t h   l a r g e   o ut put  v olt a g e  rec ti fi e r .           F i gur e   4.   D TMO S   vol t a ge  m ult i pl ier   [1 7]           (a)         ( b )     Fig u r e 5 .  (a)  BTMOS  an d   (b ) DTMOS  t r an sis t o r s      Y. C.  W o n g   a l so  h ad  pr o p o se d  an  e n h anc e d   D i c ks on  vo lta g e  m ul tip l i er   r ec tif i e r   by  a p p l y i ng   u l t r a - l ow   pow e r   ( U L P )   d i o de  [ 2 0 ] .   U LP   d i ode   c omp o s es  o f   a  pa i r   o f  P M O S   a n d   N M O S  t r a n s i s t o r s  w h e r e  t h e   g a t e   o f   P M O S   t r a nsi s t o r   i s   c o nnec t e d   t o  t h e  so ur c e   o f   N M O S   t r a ns istor   a n d   v ic e  ve r s a.   T he  body  o f   t he  N MO S   is   c o n n ec ted  to  t he   l ow est  po t e ntia l  n o d e   w h i l e   t h e  b o dy  of   P MO S   i s  conn ec t e d  t o   t he   h i ghe st  p o t e n tia l   no de .   The   str u c t ur e  of  t he  U LP   d i ode   i s  sh ow n  i n   F igur e   6.   A s  th e   d i o de   i s  p o s iti ve ly  b iased,   b o t h  t h e  N M O S   a nd  P M OS  t ran s is to r s   a r e   o p e rat e   i n   fo rward   bias  w ith   f o r w a rd   c u r r e nt  s im ila r   to   t he   c o nve n tiona l   MO S   d i ode .   I n   r e ver s e   bias  o p e r a t i on,   t he   s o u r ce  ter m ina l s  of  b o t h  tr a n s i stor s  ar e   con n ec t e d  toge the r   a n d   t he  t r a ns i s tor s   a r e   ope r a ted  i n   s u b t h r e sh o l d   r e gion.   A s  t h e  r e v e r s e   vo l t a g e  i n cr e a s ed,   the  c u r r e nt   i nc r e a s e s   w ith  t he   i ncr e ase  i n   dr ai n- to- s our ce   v olta ge  ( V ds ) .   A s  the   cu t- off  of  V gs   i nc r ease ,   t he   c ur r e nt  t hen   de cr e a ses  e x p o n e n t ia lly   r e duc in g  the  le akage   c u r r ent  and  ma in ta in i n g  a  g ood  for w a r d  cur re n t .   At  9 00M Hz   o p e ra t i ng   f requ en cy ,   t h e  pr opose d   3 - s t a ge  D ic ks o n   m ul t i p lier   w i t h   U LP   d iode   p r o d u ces   0 . 2 14 V   ou t p u t   a t   - 1 0d B m   s e n s iti v i t y   w ith     1 7 . 74 %   eff i ci en cy .           F i gur e   6.   U ltr a- low   pow er   ( ULP )   d i o de   [ 20]     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   139 8   – 1 409  1 402 An ot h e r  i m p r o v e ment   o n   vo lt ag e   mul t i p l i e r   p erf o rman ce   h as   b een   m a d e  [ 2 1 ] .  5 - s t a g e  v o l t a g e   mu l tip l i e r  th at  o p e rat e s  a t   900 M H z  a n d   50Ω   i npu t   sou r c e   a re   u se d  in  t he   r esea ch  w or k.  T he  out p u t   of  t he   rec t i f i e r i s   c o n n ec te d   t o   a   v ol tage   r e g ul a t or  t o gener a te  a  co n st ant   D C   o utpu t   vol t a g e .  DTM O S - t y p e   t ransi s t o r  is  u se d  i n   t he  r e c tifier  t o   r e duce   t h e  V th .  A   sh un t   i ndu c t or  a n d   a   s e ri e s   i n d u c t o r  as  s ho wn   i n   F i gu re  7   a re  con n ec ted   bet w ee n  the   a n t e nna   a nd   t he  r e c ti fier  t o  inc r ea se  t h e   s e n s i t i vi ty  o f  the   c i r c u i t .   T he  r e c tif i e r  pro duce s   a n  o u tp ut  v o l t a ge  b etw e e n   1 .8V   to  2 V   at  - 18d Bm  w ith  1 8 .0 8%  e ffic ie nc y.   A   volta ge  l i m iter   i s   app l ied   be tw ee n  the   r ect ifier   a n d   the   vol ta g e   r egu l a t or  t o   a v o i d  the   tra n s i s t ors  i n   t he  r e g u l a t or   f rom   br eaki ng  dow n.  A s  t h e   r e cti f ier  sta r ts  t o  opera t e ,  t h e  ou tpu t   v ol ta ge   o f   t he   r ect ifie r   incre a ses  sl o w ly  u nt il  i t   a c h ie ve d  the  des i red  o u t pu t   v o l tage.   The  o u t p ut  v ol t a ge  i s  t h e n   r eg u l ate d  by  the  prop ose d   v o l ta ge   r egula t or.   V e ry   l ow   e ffi c i en cy  i s   exp e ct ed  to   b e   ach i e v e d   b y   t hi s   re ct i f i e r t o  g ene rat e  t h e  3 .3 V DC  vol t a g e  d ue  t o   t h e l a rg e   vo lt ag e   dro p  a cross the   re ctifi e r  duri ng  circ u i t  ope rat i o n .            F i gur e 7.  S hu n t   a nd se ries i n d u ct or  i m p eda n c e   m a t c h i n g  fo r  RF EH  [21]       F i gure  8  s h o w s  the  DDR  s chem at ic  [ 2 2 ] .  The  rec t i f i e r  i s   c ascade d  t o   5 -sta ge   a n d   ope rates  a t   915M H z .  An  o ff-chip  ser i es   i nduc tor  is   a pplied  at  t he  r ectifier ’s  i np u t   t o  reso na te   t he  c apac ita nce  from   t he   rec t i f i e r  an d  b oos ts  t he   qua l i t y   f a c t o r  (Q -f a c t o r )  in  o rder  t o  ac h i e v e  h i g h   e ff i c ie nc y  re cti f ier.   A t  -3d B m  sens iti vi ty,   t h e   r ecti f ier  ac h i e v e s   6 6%  pow e r   e ff icie nc y  a n d  pr od u c es  4 V   DC  o ut pu t  vol t a g e .  In   c o m pa ri son   w ith t he pr e v i o u s re ctif i e r di s c usse d i n  t his s ecti o n, this pro p o s ed   r ec ti fi e r  p rod u c es b e t t e r e f f i ci en c y  an d  h i g h  ou tpu t   v ol t a ge .  The   o u t p u t   v o ltage   i s  a d e qua te  t o  p o w e r  low - p o w er  e l e ct r o n i c  d e v i ce s.  T h e   s en si t i vi t y   how e v e r   i s  l o w ,   a nd  the   c i rcui t  w i ll  no t  b e   a bl e  t o   oper a te  w he n  ve ry   lit t l e   RF   s i g n a l   i s   a va ilab l e   in  t he  su rro un ding .  I n cre a si n g   th e   l o ad   r e s i s to r  ab l e   t o   in cre a se  t h e   se ns i t i v i t y  h o w e ver  t h is  c o s ts  t he  pow e r   efficie n c y .   Th e   r ecti f ier   is  d e s i g ne d  u s i n g  s t an da rd  0 . 35µm   pr o c e s s   t e c h nol ogy .  Hi gh   outp u t   v o lt a g e  gene ra ted  by  t h i s   r ectifier   m i g h t   d am ag in g   t h e   de vic e   b eca use  t he   o ut pu t  ha s  e x cee ded  t h e   tra n si st or’s  brea k dow n vo l t age  [2 2].           F i gure   8.  D iffe rent ial-dr ive   ba se d re ctifier  [2 2]      A .   K .  Mo gha d d am   prop ose d   a   d o u b l e   rai l   d i f fere n tia l - drive   rec t ifie r  w ith  a n  en h a n ce  D T MO S   bo dy   bia s in g  tec hni q u e  a s   s h o w n   i n   F i gure   9   a n d   F i gur e  1 0   [ 23] .  In  t his  rec tif i e r,  t he  b u l k  of  t he  P MO S   t r ansistors  (P 1  –  P 4 )  are   dy nam i c a l ly  b i a se d  w i t h   p o s it ive   D C   vol ta ge   a n d   t he   b u l k  o f   t he  N MO S   tra n s i st ors  (N 1  –   N 4 )  are   con n e c te d  to  t he  s o u rc e.  T he   p os iti ve  a nd  ne gat i v e  r a i l s  i n   t he  d ou b l e-r a il  rec tif i e r  pro duc e  a  sym m e tric  ou tpu t  D C vo lt a g e. F or   t he po s i t i v e rai l   t he b ul k   o f  t h e   P M O S   i s  c o n n ect ed   t o   DC in  w hi le   f or  t he   n e g a t i v e   ra il   the b u l k  of the PMOS   i s  c o n n ecte d  t o  DC out .  Th e   rec t i f i e r  op e r at es  a t   953M Hz  fre qu en cy   a nd   a c h i e v e s  6 9 . 5 %   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       3.3V D C   out pu t at- 1 6 d Bm   se n s itiv i t y  a n d  7 7 %  PCE re cti f ie r  f o r  RF … ( A str i e  N u rasye ila  Fif i e A s l i )  1 403 efficie n c y   a t  5. 2d Bm   s e n si t i v ity  a n d   2 k Ω   l oa d  re sis t a n ce .  A   m a x imum   o f  3.5V   o ut p u t  v o lta ge  i s  pr o duc ed  a t  th i s   s e n sit i v it y   a nd  ef ficie n c y .   A ltho ugh  the   re ctifier  h a s  g o o d  p o w e r   effi cienc y   a nd  a b le   t o  gene rate s  3.5V   o u t p ut   v olt a g e ,  t h e  se nsi t i v it y   ho wev e r  is  t oo   l o w .  In   o rd er  t o   o bta i n  h i gher  ou tp ut  v olta ge   a t  hi g h er   sens iti vi ty,   large r   l o a d  resi s t or   i s  requ ire d .   H o w e v e r,   f urt h er   i ncre as i n g  in  l oa d   resis t ance   r e duc es  t he   efficiency.   Further m or e,  D T M O S   t ransis tor  ha s  low e r  V th   a nd  lea k age  c u r r ent  th us  p r ovi di n g   b e t t e r  efficie n c y   w he n  c o mpa r e d   t o   t h e   c onve n t i o nal  b u l k -t o-so urc e   t ra nsis tor.  H ow eve r ,  this   a bi lit y  is  l imi t ed  b y   the  trans i s t or ’s  V th   a s  D T MO S   tra n si s t or’s  bod y  c u rr ent  i n c r ea ses  exc e ss ive l y  whe n   V gs   e x c e e d s  t h e  V th  [ 1 8 ,   19].  G e ne ratin g lar g e D C   vol tage  at  h i g h e r  sens i t i vi t y  w il l gre at ly dec rea s e the  re ctifi e r’s  e ffi c ien c y.         (a)  (b)   F i gure  9.  ( a) P o s it i v e   a nd (b)   N e ga tive   D D R  w ith l ow er  DC F e e d i n g   Body  Bi a sing  Te c hn i q u e  [ 23 ]          F i gur e 1 0 .   3-S t age  Dou b le- R a il DDR [2 3 ]       3.   PROPO S E D  RF  E N ERGY  H ARVESTING SYSTE M    3. 1.   Dual-gat e-th ick n ess  diffe rentia l -dr i ve r ect ifier  D u e   t o   t he   a bi li ty  o f  d i f f er en ti a l - d ri ve  b a s e d   r ec tifier   pr o v i d i n g   b o t h  l o w   V t h  a n d  l e a k a g e   c u r r e n t   si m u lta ne ous l y ,  the  pro p o sed   r ecti f ier   is  d e s i gne d  b y   i m p lem e nt in g  b u l k -t o-so uce   (B TMO S )   di ffe r e nt ia l- dri v e  ba se d  rec tifie r  ca scad e d   i n   to   6 -s tage   t o  a c h ieve   h i g h  D C   o u t pu t  v o l t a g e  a t   h ig h  sens iti vi t y .   Ty pica l l y ,   the   re ct ifier  i s   d e s ig ne d  by   u s i n g   t hin- o x i de   t rans istor  as   i t  has  sm al l   c h a n nel   le ngt h,   r o n   an d  f a st   s w itc hin g   spee d  w h i c h  a r e  ver y   i mp ort a nt  i n   a c h i e v i n g   h i gh   e ff i c i e ncy   r e c tifier .   H ow ever ,  t h e   p h y s ica l   a b i l i ty   a n d   st r u c t ure  of  t hi s tra n sis t or is li m i te d b y  the  v olta ge o pe rat i o n s u ch  t ha t   i t s  gate a n d  dra in vo l t a ge  a re  lim ite d t o   1.8V   o nly  [2 4].   F u r t he r  i n c r ea sin g   i n  o p era tin g  vo l t a g e  ap p lie d   t o   th is  t ra n s is to r  m a y  cause   t o  p o o r   trans i s t or s'  p erforma n ce  and  brea k d ow n.    F o r hi g h  v olta ge   o pe rat i o n , thic k- o x ide   tran sis t or  s h o u l d   b e us ed.   Th ick- ox i d e trans i s t o r s have   m uch  th i c ker  ga te -o xide -la y er   a n d   l o n g e r   c ha nn e l   l en g t h  a l low i n g   i t  t o   o pe ra te  a t  muc h   h ig her   v o lta ge   t han  t h e   th in- oxi de  ( be t w ee n  3.3V   t o  5V )  [22] .  It  h a s   l ow e r   s pee d   p e r for m a nc e  w h e n   c om pare d  to  t he  t hi n  o x i d e   but   has l o w e r lea k age   cur r ent w h ic h i s  bene f i c ia l in m ain t a i ni n g  th e  effi c i e n cy of the  rect if ie r.    Th e  p r op o s ed  r ec t i f i e r  i s   d iv id e d   i nto   t w o  part s   as   s ho wn  i n  Fi g u r e  11 .  Th e  fi rs t   th re e  st ag es  a re  d e si gn ed   b y  usin g  th e   th in -ox i d e   t ra n s i s t o rs  a nd   t h e   n ext   t h re e   s t a ges   ar e  de si g n ed   b y   usin g  t h ic k-ox i d e   trans i s t or s.   B o t h ty pes of   t ra n s is tors  a re used   i n  th i s pr o pose d   c i rc u i t   to   ach i e v e  b et t e r  ef fi ci en cy   a t   ea ch  s t a g e   of  t he   r e c t i fier   s inc e   t h i n-o x i d e  a n d   t h ick-o x i d e  t r ans i st ors  h av e   t h e  b e st   p e rfo rman c e   a t   l o wer  v o l t ag e  and  hi ghe r vo lta ge  oper a tio n  respe c tive l y.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   139 8   – 1 409  1 404     F i gure   1 1 .  Pr opose d  d iffe ren t ial- drive   re ct i f ie r       3. 2.   Low - p a ss u p war d   m atch in g n e t w or k   I n   i deal   c ase  where  t h e  sys t em   i s  loss l e ss ,   m a xim u m  voltage  i s  tra n s f er red  from   t he  s ource   t o  t h e   rec t i f i e r,   r e s ult i n g   h ig h  se ns it iv ity   s ystem .   P rac t ic a lly,   t h e   i m pe danc e   of  t he  s ource   a n d   r ecti f ier   im pe da nc e  i s   no t  the   s a me   a nd  v o l t a g e  l o ss e s   a re  p r e sente d   i n  th e   c i rc ui t   [2 5].   If  s ourc e   re sista n c e   i s  h i g h er   t ha n  t h e   m a in   circ u i t,   m ost  p o w e r  ends  u p  bei n g  r e flec te d   at  t he   s o u r ce.   T o  f orce   t he   r ecti f ier   i m peda nc e  to  b e  e qua l  as  t he   source ,  low - pa ss  u p w a rd  m at chi n g  ne tw or k   is  u se d  t o   d e live r   a   p um pe d - up  vo ltage   from  the   so ur ce   t o  t h e  rec t i f i e r.   T he   c i r cu it   i s  sa i d   t o  a c hie v e  m a x i mum   po w e r  transfe r  w h e n   t h e   r ectifier   im p e danc e  i s   e q u a l s  t o   t he   source   r e s ista n c e  (R S )  as  s ho w n   i n  ( 4 )  w h ere   Z S   i s  the   s o urc e   i m p eda n ce and Z R * i s   t he  c omple x   c on j u gate o f  the r ect ifier . R _R E C T  and  jX _RECT   i s  t h e   r ectifi e r re sista n ce  a nd re acta n ce  respe c tive l y.     Z S =  Z R * ,  Z R *  =  R _R EC T  +  j X _R EC T  ( 4 )     Low - pass u p w a rd  m atc h i n g   n e tw ork   sh i f ts   u pw a r d the   imp e dance   o f  R _RE C T  to be i d en t i c a l  a s   t he R S .  F i gure   12(a)  s how s  th e  m o d e ll ing  d i a g ra m  of  D D R   a n d   i t s   r esista nc e  a n d  r eac tance   w ith  a   l ow - p as s  upw ar d   L-m a tchi n g   n e t w o rk.  S i nc e  t h e  rec tif i e r  main ly  c om p o ses   of  t ra n s i st ors,   its  r ea cta n c e   t y p i ca ll y  co ns i s t s   o f  ca paci ta nce   whic h  car ries  t he  n e g at i v e  re acta n c e   ( C _REC T )  [25].   To  e lim ina t e  th i s   n ega t i v e  r eac t a nce,   a   pos it ive  re acta n c e   i s  nee d ed.   Thi s   i s  s h ow n  i n   F ig ure   1 2 (b) .   T h e  i n d u c t or,  L _REC T *  w h ic h  has  p o s i t i v e   rea c tanc e,   w ill   r esonate  t he   n ega t ive   re actan c e   o f  t h e  C _  RE CT   l e a vi ng  on ly  t he   i d e n t ical   s ourc e   a nd  re cti f ier  resistances.          (a)         (b)    F i gure  12.  ( a )  D D R ’s re s i s tan c e a nd c a pac i ta n c e  mode l   w i th  l o w - pass  up w a rd m atchin g   ne tw ork,  ( b) D D R ’s  resista n ce  a nd  ca paci ta nc e m ode l w i t h  im p e d a n c e   m a t c h in g  netw or k  an d r e sona tin g  ind u c t or ,  L _REC T *      The   m a tc hi ng   c irc u it  co ns ists  o f  para lle l  ca paci ta nce   (X P )   a nd  se ries   i n duc ta n c e  (X S )  and  see s   term ina tio ns  w it h   o n l y  R S   a n d   l oad  re si s t or  ( R L )  present.   T he   qua l i t y   f a c t or   ( Q - fa ctor),   X S   a nd  X P  c a n   b e   ca l c u l a t e d   a s  i n   ( 5),   ( 6 )  and  (7)  respec tiv e l y.   A s  sh ow n  in  F ig ure   1 2 ( b ),  X S   i s  in   s eries  w i t h   L _R ECT *.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       3.3V D C   out pu t at- 1 6 d Bm   se n s itiv i t y  a n d  7 7 %  PCE re cti f ie r  f o r  RF … ( A str i e  N u rasye ila  Fif i e A s l i )  1 405 Th e r efo r e,  t h e   t ot al   p o s it i v e   re ac t a nce ,   X S_ T o t a l   is  c a l cu la te d  a s   i n  ( 8 )  w h er e  f S   i s  t h e  sou r ce   fre qu en cy,  C P  i s   the c a pa c i tor  in par al lel,  L S  i s t h e  i ndu c t o r  i n s e r i e s  a n d   X L_RECT  i s  t h e  i nduc t a n c e   of L _REC T *.     Q f act or  = R S R _R E C T 1  ( 5 )     X P  =  R S Q fa ct o r  =  1 2π f S C P  ( 6 )     X S  =  Q f act or R _R EC T  =  2 π f S L S    ( 7 )     X S_ T o t a l  =  X S  +  X L_ RECT    ( 8 )       4.   RESULT S   A N D  ANALY S IS    The   c i rc u it  is  d es ig ne d  usi n g   0.1 8 µ m   S ilte rra   R F   C M O S   i n  dee p   n -w ell  tec h n o l o gy.  T h e   s ys tem   is   des i g n e d   t o  m a tc h  a  5 0 Ω   s our ce  impe danc e   at  9 0 0 M H z   i np u t   f re q u e nc y   t h a t   i s  ca pa ble   to   p r o duc e  a t   l e a s t   3 . 3 V   D C   vol t a g e   a t   mini mum  o f   - 15dBm  s e n s i t iv i t y .   R F   d eep   n -w e l l  tr ans i stor   t y p e   i s   u se d  in  t he   r e c tif ier  circ u i t  to  i s o lat e   t he su b stra te  o f  the   N M O S  f r o m  i t s or i g i n   s u bs trate   t o  for m  a   bulk-so urc e   t r a nsist o r.    4.1.   Pr o p o s e d  r ec t i fi er  The   perfor m a n ces  o f  the  pro p o se d  re cti f ier  c i rc u i t   a r e  sh ow n  in   F i g ur e  13  a nd  14   f or  s ch em atic  a n d   pos t - l a y o u t   s i m ulat i o n   r e spe c ti ve ly.  T h e  re ctif ier  ac hie v e s   t he   h i g h e st   P C E   o f   78 .7 6%  w it h  3 . 904V  o utp u t  vo lta ge   f or  p r e -lay ou t  s i m u la t i o n   a n d   77. 07 %  o f   P CE   w i t h   4 . 0 6 7 V   o ut pu t  vol tag e   f o r   p o s t - l a yo ut   s imu l ati o n  at - 16 dBm   sen s i tiv it y.           F i gur e 1 3 .   P C E  (%) and  V O U T (V ) vs.  P i n (dBm )  – pre - layo u t           F i gur e 1 4 .   P C E  (%), I OU T (µA )  a nd V O U T( V )  vs.  P i n   ( dBm)  – post- l a yo ut      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   139 8   – 1 409  1 406 4.2.    Im p e d an c e  match in g  I n   i m p e d anc e   m a t chi n g  ne t w or k,  r efl e c t i o n  c o effic i e n t   (Γ )  or  a l so  k n o w n   a s  S 1 1   de te rm i n e s   how   muc h   p ow er   i s  refl e c te d  fr o m   t he   a n t en na   o r  the  sourc e .   R e f lec t i o n   c o e f f i c i e n t   i s  t h e  r a t i o  o f   t h e   s i g n a l   reflect ed  f r o m  the  loa d   t o  t h e  inc i den t   s ig na l   and  can  b e  ca l c u la te d   a s   i n   ( 9 )   w h e r e   Z L   a nd  Z S   a r e   t he   l oa d  an d   so u r c e  i mp e d an c e s  resp e c ti vel y . Th e  h igh e r  t h e re fl ecti o n   co eff i c i e nt ,  t h e b e tt er  t h e   m a t ch  be t we en  th e  so u r ce  to  t he   t er mina t i o n   c irc u i t .  Th e  vo lt age  s t an d i n g   w ave  ra t i o  (VS WR)  is  a   m e a sure  o f  h o w   w e l l  a  tra n sm ission   l i n e  i s   m at ch ed   t o   th e   l o ad .  VSW R   c a n   b e  c a l c ul at e d   a s  i n   ( 1 0 )   [2 6] .  As  d i s cuss ed  i n  S e c t io n  3. 2 ,   l o w -pa s s   upw ar d   im ped a nc e  m a tch i ng   n etw o r k   a s  sh ow n  i n   F i g ure   15(a)   i s  a p p l ie d  a t   t he   i n p u t  of  r e c t i fier  t o  t r ansfe r   ma ximum   i npu t  pow e r   f r o m   t h e  s o urce   t o  th e  r ecti f ier .   F ro m  F i gu re  15(a ) ,  the   tota l   i n pu t   im peda nc e   (Z in )  i s   defi ne d   a s  Z in    X L  + X C  and X L     L  a nd X C  =  1 / C .   L   a nd C are   the   i n d u c t or  a nd  c a pac i t o r va lue s  a nd   i s  the   an g u lar  fre que nc y.   R ew r i t i n g   t he  e qua tio n,   Z in   c a n   b e   d e fine d  a s   i n  (1 1)  a n d   t he   m at chi n g  n e tw ork  c a n  be  rec onfi gure d   a s  sh ow n  i n   F i g ure   1 5 (b) .   I t   sho u l d  be   n ote d   t h a t  ( 11)   i s  t h e   ge ne ral  e qua ti on  t o   r e p r e sent  t h e   i n p u t   i mp ed a n ce .  Th e   re a l   r ea ct an ce   d ep e n d s   o n   t h e   t r a n si st o r s  mo d e l s   a n d   si zi ng   a n d   i s   c a l cul a te d   t h ro ugh  S- paramet e r (S P )  ana l y si s   in  C ad e n ce .    Γ        ( 9 )     VSW R   | | | |     (10)    Z in  =   1 2 L +  1 2 L +  C   (11)           (a )   (b )     F i gur e 1 5 .   (a) S i ng l e  a nd  (b) differ e n t i a l  end   l ow -pass u p w a rd  m a tchi ng  ne tw ork       F r om  t he  s che m atic  s im u l a tion,   t he  t ota l   i np u t   i m p e d a n c e   o f  t h e   r e c t i f i e r  w i th out   t he   m a t ch i ng  netw ork  is  e q u al s  t o   27. 9 9   –   j 1 6 2 4 .   B y   a pp l y i ng  t h e  e q uat i on  fr om  ( 5 )   unti l   ( 8)  a n d   (11),  the   to ta l   idea l  in duc t o r   a n d   c a p aci t o r  va l u es   w ou l d   b e  ar ou nd   1 4 5 .8nH   a n d   3 . 1 5 p F   re spe c ti ve ly.  Wit h   t he  m a t c h i n g  c i rcui t,  the  rec t i f ie r  a c hie v e s   t he  5 0Ω  s our ce  re si s t anc e   w it h  v e ry  s ma l l   re actanc e   a n d   o b t a i ne d  h i gh  r e flec t i o n   coe f fic i e n t  val u e  as   s how n  i n   F igur e  1 6 .  Idea l  in d u ct or  a nd   c a p a c it o r   a re   e l e ct r o ni c   co mp on en ts  w h e re  n o   para sitic   e lem e nt s  are   c ons i d ere d .  In  p ra c t i c e,   p ara s it ic  e lem e n t s  e x i s t  in  t he se   c om po ne nt s  a n d   t h e  tot a l   in duc t o r   a n d   c a pac i t o r  va lue s   m ig h t   b e  d i ffe r ent  from  t h e   ide a l   c om po ne nt s.  I n  IC  d e s ign   i n d u str y ,  i n duc t o r  con t a i ne d  ver y   h i g h  pa rasi t i c   capa c i t a n ce   d ue   t o  its  p h y si ca l  s tr uc ture   t ha t   us ual l y   i s  form ed  f rom   the   to p   me tal  e l em en ts .  Thus,  a   fi ne  t une   o f  in d u ct o r   a nd  ca pa c i t o r   sh o u l d  be  d o n e   t o  m a tc h  the   re ctifier  im ped a nc e  w ith  t he   s our c e   r e s i s tanc e.   I n  th is  p ro pos ed  c i r cu it ,   the   m a tch i n g   ne t w ork  is  r ea liz e d   on-c h i p   a n d   t h e   ca paci t o r  a n d  i n d u c t or  a re  b uil t   f r o m  M I M  ca paci t o r  a n d  asym me t rical  s qua re  i n d u ct or   ( w ith  o pt i m iz ed  Q - f a c t o r).  T h e   p os t - l a y out   p ro pose d   r ec ti fi er  a ch i e v e d   th e   h i gh es t  S 11  w h e n   t he   o n-c h i p   i n duc t o r  an d  c a p a c i t o r   val u es   a r e   a t   4 0 .82 7 n H   a nd  1 . 055 5pF   r espe ctive l y  a n d   the   i m pe da n c e ,   Z 1 1   a nd   S 11  a r e   sho w n  i n   F i gure   1 7 .   Th e   l a you t  of  t he  p ropo sed  rec t i f i e r  a n d   o n - ch ip   m a t chi n g   n e t w o rk  h as  a   t o t a l   c ore   are a   o f  148 6. 1µm   x  11 7 8 .1µ m   a s  show n  in   F i g u r e  18.   T a b le  1   c om pare s  the   pe rform anc e  of  t he  p r opose d   r e c t i f i e r   w i t h   t h e   prev io us r esea rch  works           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       3.3V D C   out pu t at- 1 6 d Bm   se n s itiv i t y  a n d  7 7 %  PCE re cti f ie r  f o r  RF … ( A str i e  N u rasye ila  Fif i e A s l i )  1 407       F i gur e 1 6 .   Z11   and S 11 P r e - la yo ut  D D R   w ith  i mpe d a n ce  m atch i n g           F i gure   1 7 .   Z11   a nd S 11  P o st-l ayo u t  D D R   w i t h  o n - c hi p im pe danc e m a t ch ing          F i gur e 1 8 .   P r opos ed D D R   a n d  im p eda n c e   m a t c h ing  core  la y o u t       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.