專利名稱：使用無線電力的通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下描述涉及使用無線電カ進(jìn)行通信。
背景技術(shù)：
為了解決傳統(tǒng)電池的有限容量和包括便攜式裝置的各種裝置的有線供電的不便等，已進(jìn)行了對于無線電カ傳輸?shù)难芯俊＿@種研究主要關(guān)注于近場無線電カ傳輸。近場無線電カ傳輸指的是，發(fā)送線圈與接收線圈之間的距離與在操作頻率的波長相比時充分小的情況。使用諧振特性的無線電力發(fā)送和接收系統(tǒng)可包括用于提供電カ的源和用于接收電カ的目標(biāo)。在發(fā)送和接收無線電カ的過程中，源和目標(biāo)可共享控制信息。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)ー個總體方面，ー種使用無線電力的通信裝置可包括控制器，被配置為確定在目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振；調(diào)制器，被配置為基于相互諧振是否發(fā)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。所述通信裝置還可包括充電器，被配置為使用通過相互諧振的電カ對電容器進(jìn)行充電；電カ傳遞單元，被配置為將存儲在電容器中的電カ傳遞到負(fù)載；開關(guān)控制器，被配置為基于控制器的確定，控制將電容器連接到充電器或連接到電カ傳遞單元的開關(guān)，其中，目標(biāo)諧振器包括所述電容器。開關(guān)控制器可控制開關(guān)將電容器連接到充電器，從而產(chǎn)生相互諧振。所述通信裝置還可包括充電器，被配置為使用通過相互諧振的電カ對電感器和電容器進(jìn)行充電；電力傳遞單元，被配置為將存儲在電感器和電容器中的電カ傳遞到負(fù)載；開關(guān)控制器，被配置為基于控制器的確定，控制將電容器連接到電カ傳遞單元的開關(guān)，其中，目標(biāo)諧振器包括電感器和電容器?？刂破骺筛淖兡繕?biāo)諧振器的諧振頻率，然后在預(yù)定的時間段內(nèi)俘獲存儲在目標(biāo)諧振器中的電力。所述的通信裝置還可包括解調(diào)器，被配置為響應(yīng)于相互諧振的終止而基于存儲在目標(biāo)諧振器中的電カ的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)?？刂破骺煽刂圃谠粗C振器與目標(biāo)諧振器之間發(fā)生的相互諧振的時序。所述通信裝置還可包括包絡(luò)檢測器，被配置為檢測施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。包絡(luò)檢測器可響應(yīng)于所述電流或所述電壓的輸入而從用于檢測包絡(luò)的模擬電路的輸出獲取包絡(luò)。包絡(luò)檢測器可包括下轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中的ー個與從電流或電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)采樣的信號相乘來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號；變換器，被配置為使用離散傅里葉變換(DFT)或快速傅里葉變換(FFT)將經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號變換為頻域信號；濾波單元，被配置為通過將低通濾波應(yīng)用于所述頻域信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號；逆變換器，被配置為使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。包絡(luò)檢測器可包括變換器，被配置為使用DFT或FFT將從所述電流或所述電壓ADC采樣的信號變換為頻域信號；循環(huán)移動器，被配置為循環(huán)移動所述頻域信號預(yù)定頻率；濾波單元，被配置為通過將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)循環(huán)移動的信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號；逆變換器，被配置為使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。包絡(luò)檢測器可包括下轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中一個與從所述電流或所述電壓進(jìn)行ADC采樣的信號相乘來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號；濾波單元，被配置為通過使用時域的卷積將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的 信號。根據(jù)另ー總體方面，ー種使用無線電力的通信裝置可包括接收器，被配置為通過源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振從目標(biāo)諧振器接收數(shù)據(jù)；解調(diào)器，被配置為基于存儲在源諧振器中的電カ的量對所述數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。所述通信裝置還可包括電カ充電器，被配置為使用從電源裝置提供的電カ對源諧振器進(jìn)行充電；調(diào)制器，被配置為控制存儲在源諧振器中的電カ的量，并基于電カ的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。所述通信裝置還可包括控制器，被配置為控制源諧振器的充電時間。解調(diào)器可通過將在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間發(fā)生相互諧振時存儲在源諧振器中的電カ的量與當(dāng)源諧振器與目標(biāo)諧振器之間不發(fā)生相互諧振時存儲在源諧振器中的電力的量相比較，來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)器可基于在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間是否發(fā)生相互諧振來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。所述通信裝置還可包括包絡(luò)檢測器，被配置為檢測施加到源諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。解調(diào)器可通過將檢測的包絡(luò)與預(yù)定值相比較來確定在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間是否發(fā)生相互諧振，并基于是否發(fā)生相互諧振來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。包絡(luò)檢測器可響應(yīng)于所述電流或所述電壓的輸入而從用于檢測包絡(luò)的模擬電路的輸出獲取包絡(luò)。包絡(luò)檢測器可包括下轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中的一個與從電流或電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)采樣的信號相乘來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號；變換器，被配置為使用離散傅里葉變換(DFT)或快速傅里葉變換(FFT)將經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號變換為頻域信號；濾波單元，被配置為通過將低通濾波應(yīng)用于所述頻域信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號；逆變換器，被配置為使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。包絡(luò)檢測器可包括變換器，被配置為使用DFT或FFT將從所述電流或所述電壓ADC采樣的信號變換為頻域信號；循環(huán)移動器，被配置為循環(huán)移動所述頻域信號預(yù)定頻率；濾波單元，被配置為通過將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)循環(huán)移動的信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號；逆變換器，被配置為使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。包絡(luò)檢測器可包括下轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中的ー個與從電流或電壓ADC采樣的信號相乘來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號；濾波單元，被配置為通過使用時域的卷積將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號。根據(jù)另ー總體方面，ー種使用無線電力的通信系統(tǒng)可包括控制器，被配置為確定在目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振；調(diào)制器，被配置為基于相互諧振是否發(fā)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制；接收器，被配置為通過源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振從目標(biāo)諧振器接收數(shù)據(jù)；解調(diào)器，被配置為基于存儲在源諧振器中的電カ的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。根據(jù)另ー總體方面，ー種使用無線電力的通信方法，所述方法可包括如下步驟確定在目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振；基于是否發(fā)生相互諧振對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。根據(jù)另ー總體方面，ー種使用無線電力的通信方法，所述方法可包括如下步驟通 過源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振，從目標(biāo)諧振器接收數(shù)據(jù)；基于存儲在源諧振器中的電カ的量，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。根據(jù)以下詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求，其它特征和方面將變得清楚。


圖I是示出電カ輸入?yún)g元和電カ發(fā)送単元通過電容器和開關(guān)單元被物理地隔離以及接收器和電カ輸出単元通過另ー電容器和另ー開關(guān)單元被物理地隔離的使用無線電力的通信系統(tǒng)的等效電路圖。圖2是示出電カ充電器和發(fā)送器通過開關(guān)被物理地隔離以及充電器和電カ輸出単元通過另ー開關(guān)被物理地隔離的使用無線電力的通信系統(tǒng)的等效電路圖。圖3是示出使用無線電力的、強稱合(strongly couple)的發(fā)送系統(tǒng)的自然響應(yīng)^natural responseノ 的曲線。圖4是示出使用無線電力的、弱f禹合(weakly couple)的發(fā)送系統(tǒng)的自然響應(yīng)的曲線。圖5是示出使用無線電力的通信系統(tǒng)中的接收端的配置的框圖。圖6是示出使用無線電力的通信系統(tǒng)中的發(fā)送端的配置的框圖。圖7是示出在使用無線電力的通信系統(tǒng)中由發(fā)送端(Tx)發(fā)送的數(shù)據(jù)和由接收端(Rx)接收的數(shù)據(jù)的曲線。圖8是示出在利用通過電容器的電壓充電的、使用無線電力的通信系統(tǒng)中通過相互諧振將數(shù)據(jù)從接收端發(fā)送到發(fā)送端的示圖。圖9是示出利用電流充電的、使用無線電力的通信系統(tǒng)中通過相互諧振將數(shù)據(jù)從接收端發(fā)送到發(fā)送端的示圖。圖10是示出施加到在使用無線電力的通信系統(tǒng)中的強耦合的源諧振器和目標(biāo)諧振器的能量的變化的曲線。圖11是示出施加到在使用無線電力的通信系統(tǒng)中的弱耦合的源諧振器和目標(biāo)諧振器的能量的變化的曲線。圖12是示出用于檢測包絡(luò)的模擬電路的示圖。
圖13是示出在使用無線電力的通信系統(tǒng)中施加到弱耦合的源諧振器電壓的自然響應(yīng)和所述自然響應(yīng)的包絡(luò)的曲線。圖14是示出施加到在使用無線電力的通信系統(tǒng)中的弱耦合的源諧振器的電壓的自然響應(yīng)在頻域的曲線。圖15A和圖15B是示出在使用無線電力的通信系統(tǒng)中通過數(shù)字處理檢測包絡(luò)的示圖。貫穿附圖和詳細(xì)描述，除非另有描述，相同附圖標(biāo)號將被理解為指示相同元件、特征和結(jié)構(gòu)。為了清楚、示出和方便，可夸大這些元件的相對大小和描繪。
具體實施例方式提供以下描述以幫助讀者獲得在此描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的全面理解。因此，這里描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的各種改變，修改和等效物將被建議給本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員。描述的處理步驟和/或操作的過程是示例，但是，操作和/或操作的順序不限于在此闡述的內(nèi)容，并且除必需以特定順序進(jìn)行的步驟和/或操作之外，所述操作和/或操作的順序可如本領(lǐng)域所公知的被改變。此外，為了更加清楚和簡潔，可省略對公知功能和結(jié)構(gòu)的描述。根據(jù)一方面的使用無線電力的通信系統(tǒng)可應(yīng)用于使用無線電カ傳輸?shù)母鞣N系統(tǒng)。例如，所述通信系統(tǒng)可被用于在諸如蜂窩電話、無線電視(TV)等的使用無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)中的發(fā)送端與接收端之間交換控制信息和其它類型的信息。另外，所述通信系統(tǒng)可應(yīng)用于生物健康護(hù)理領(lǐng)域，因此，所述通信系統(tǒng)可被用于遠(yuǎn)程地將電カ發(fā)送到插入到身體的裝置，或可被用于無線發(fā)送電力到用于測量心跳的繃帶類型裝置。根據(jù)另一方面的使用無線電力的通信系統(tǒng)可應(yīng)用于不包括電源的信息存儲裝置的遠(yuǎn)程控制。所述通信系統(tǒng)可應(yīng)用于將用于驅(qū)動裝置的電カ遠(yuǎn)程地提供給信息存儲裝置的系統(tǒng)以及用于無線下載存儲于信息存儲裝置中的信息的系統(tǒng)。使用無線電力的通信系統(tǒng)可通過將來自電源裝置的能量存儲于源諧振器并斷開電連接到電源裝置和源諧振器的開關(guān)來產(chǎn)生信號，從而引起源諧振器的自諧振。當(dāng)與自諧振的源諧振器的諧振頻率具有相同的諧振頻率的目標(biāo)諧振器充分接近源諧振器，以與所述源諧振器耦合吋，在所述源諧振器與目標(biāo)諧振器之間可發(fā)生相互諧振(mutualresonance) 0源諧振器可指示從電源裝置提供能量的諧振器，目標(biāo)諧振器可指示接收通過相互諧振傳遞的能量的諧振器。圖I示出電カ輸入單元110和電カ發(fā)送單元120通過電容器C1和開關(guān)單元130被物理地隔離以及接收器140和電カ輸出単元150通過電容器C2和開關(guān)單元160被物理地隔離的、使用無線電カ的通信系統(tǒng)的等效電路圖。參照圖I，使用無線電力的通信系統(tǒng)可對應(yīng)于具有源和目標(biāo)的源-目標(biāo)配置。使用無線電力的通信系統(tǒng)可包括對應(yīng)于源的無線電カ發(fā)送裝置和對應(yīng)于目標(biāo)的無線電カ接收裝置。無線電カ發(fā)送裝置可包括電カ輸入單元110、電カ發(fā)送單元120和開關(guān)130。電カ輸入單元Iio可使用電源裝置將能量存儲于電容器C1中。開關(guān)單元130可將電容器C1連接到電カ輸入?yún)g元110，同時能量被存儲于電容器C1中，開關(guān)單元130可將電容器C1與電力輸入單元110斷開連接，從而電容器C1可被連接到電カ發(fā)送単元120，同時存儲于電容器C1中的能量被釋放。因此，開關(guān)単元130可防止電容器C1同時連接到電カ輸入?yún)g元110和電カ發(fā)送單元120。電カ發(fā)送單元120可將電磁能量傳輸?shù)浇邮掌?40。電カ發(fā)送單元120的發(fā)送線圈L1可通過與接收器140的接收線圈120的相互諧振來傳輸電力。發(fā)送線圈L1與接收線圈L2之間發(fā)生的相互諧振的程度可受到互感系數(shù)(mutual inductance)M影響。電カ輸入單兀110可包括輸入電壓Vdc、內(nèi)部電阻器Rin和電容器C1,電カ發(fā)送單兀120可包括反映與電カ發(fā)送単元120相應(yīng)的物理特性的基本電路元件R1A1和C1,開關(guān)單元130可包括ー個或多個開關(guān)。有源裝置可被用作開關(guān)，以執(zhí)行閉合(ON)和斷開(OFF)功能。將理解，R表不電阻分量，L表不電感分量,C表不電容分量。與一部分輸入電壓對應(yīng)的、跨過電容器C1的電壓可由Vin表示。無線電カ接收裝置可包括接收器140、電カ輸出単元150和開關(guān)單元160。接收器 140可從電カ發(fā)送單元120接收電磁能量。接收器140可將接收的電磁能量存儲到連接的電容器中。開關(guān)單元160可將電容器C2連接到接收器140，同時將能量存儲到電容器C2中，開關(guān)單元160可將電容器C2與接收器140斷開連接，從而電容器C2可被連接到電カ輸出單元150，同時存儲在電容器C2中的能量被傳遞到負(fù)載。開關(guān)單元160可防止電容器C2同時連接到接收器140和電カ輸出單元150。接收器140的接收線圈L2可通過與電力發(fā)送單元120的發(fā)送線圈L1的相互諧振來接收電力。使用接收的電力，連接到接收線圈L2的電容器C2可被充電。如示出的，電カ輸出單元150可將充入到電容器C2的電カ傳遞到電池?？蛇x擇地，電カ輸出單元150可將電カ傳遞到負(fù)載或目標(biāo)裝置，來代替電池。接收器140可通過反映與接收器140相應(yīng)的物理特性來包括電路元件R2、L2和C2,電カ輸出単元150可包括電容器C2和電池，開關(guān)單元160可包括ー個或多個開關(guān)。與由接收線圈L2接收的能量的一部分對應(yīng)的、跨過電容器C2的電壓可由Vtjut表示。如前所述，尤其當(dāng)與使用阻抗匹配的傳統(tǒng)方案相比時，用于通過物理地隔離電力輸入單元Iio與電カ發(fā)送單元120以及接收器140與電カ輸出單元150來傳輸電力的諧振器_離(RI resonator isolation)系統(tǒng)可具有顯著優(yōu)點。在一些情況下，由于電カ可從直流(DC)源直接提供給源諧振器，因此可不使用功率放大器。并且，在一些情況下，由于在接收端從存儲在電容器中的電カ俘獲能量，因此可不使用通過整流器的整流。由于可不使用阻抗匹配，因此，傳輸效率對于發(fā)送端與接收端之間的距離的改變可能不敏感。RI系統(tǒng)可被容易地擴大到使用無線電力的通信系統(tǒng)，且包括多個發(fā)送端和多個接收端。圖2是示出電カ充電器210和發(fā)送器230通過開關(guān)被物理地隔離以及充電器240和電カ輸出単元260通過另ー開關(guān)被物理地隔離的使用無線電力的通信系統(tǒng)的等效電路圖。參照圖2，使用無線電力的通信系統(tǒng)可對應(yīng)于具有源和目標(biāo)的源-目標(biāo)配置。使用無線電力的通信系統(tǒng)可包括對應(yīng)于源的無線電カ發(fā)送裝置和對應(yīng)于目標(biāo)的無線電カ接收裝置。無線電カ發(fā)送裝置可包括電カ充電器210、控制器220和發(fā)送器230。電カ充電器210可包括電源裝置Vin和電阻器Rin。源諧振器(即，發(fā)送器230)可包括電容器C1和電感器U。發(fā)送器230可通過源諧振器與目標(biāo)諧振器(B卩，充電器240)之間的相互諧振來發(fā)送存儲在源諧振器中的能量?？刂破?20可被配置為將開關(guān)閉合(ON)以將電カ從電カ充電器210提供給源諧振器。電源裝置Vin可將電壓施加到電容器C1,且可將電流施加到電感器L10響應(yīng)于無線電カ發(fā)送裝置達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，施加到電容器C1的電壓可變?yōu)椤?”，且流過電感器L1的電流可具有值Vin/Rin。在穩(wěn)定狀態(tài)，電感器L1可通過施加的電流被充電。當(dāng)在穩(wěn)定狀態(tài)下，存儲在源諧振器中的電カ達(dá)到預(yù)定值時，控制器220可斷開開關(guān)。預(yù)定值的信息可被設(shè)置在控制器220中。電カ充電器210與發(fā)送器230可相互隔離。源諧振器可初始化電容器C1與電感器L1之間的自諧振。存儲在源諧振器中的能量可通過基于互感系數(shù)M 270的源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振被傳遞到目標(biāo)諧振器。源諧振器的諧振頻率可等于目標(biāo)諧振器的諧振頻率f2。

fl = f2無線電カ接收裝置可包括充電器240、控制器250和電カ輸出単元260。目標(biāo)諧振器可包括電容器C2和電感器l2。當(dāng)在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間發(fā)生相互諧振時，源諧振器可與電源裝置Vin隔離，目標(biāo)諧振器可與負(fù)載和電容器4隔離。目標(biāo)諧振器的電容器C2和電感器L2可通過相互諧振被充電。控制器250可斷開開關(guān)，以對目標(biāo)諧振器進(jìn)行充電。當(dāng)開關(guān)在斷開狀態(tài)時，源諧振器的諧振頻率可基本等于目標(biāo)諧振器的諧振頻率，并且可發(fā)生相互諧振。響應(yīng)于充入到目標(biāo)諧振器的電カ達(dá)到預(yù)定值，控制器250可閉合開關(guān)。預(yù)定值的信息可被設(shè)置于控制器250中。當(dāng)開關(guān)被閉合吋，電容器Q可被連接到目標(biāo)諧振器，且目標(biāo)諧振器的諧振頻率f2’可被改變。


因此，源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振可被終止。當(dāng)與f2相比，f2’充分小時，考慮目標(biāo)諧振器的Q(品質(zhì))因素，相互諧振通道可停止存在。電カ輸出単元260可將存儲于電容器C2和電感器L2中的電カ傳遞到負(fù)載。電カ輸出單兀260可以以適合于負(fù)載的方案來傳遞電力。當(dāng)充入到目標(biāo)諧振器的電カ具有小于預(yù)定值的值時，控制器250可斷開開關(guān)。充電器240可通過源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振來對目標(biāo)諧振器進(jìn)行充電。當(dāng)源諧振器與目標(biāo)諧振器之間發(fā)生相互諧振時，開關(guān)不會被閉合。因此，可防止開關(guān)的連接引起的傳輸效率的降低。當(dāng)在充入到電容器的能量被傳遞的情況下，圖2的模擬電路與的圖I的等效電路相比時，可以更容易控制俘獲存儲于目標(biāo)諧振器中的能量的時間點。當(dāng)傳遞充入電容器中的能量的方案可俘獲存儲在電容器中的能量時，通過改變諧振頻率來俘獲能量的方案可俘獲存儲在目標(biāo)諧振器的電感器和電容器中的能量，所以可增強俘獲能量的時間點的自由程度。圖3示出使用無線電力的強耦合的傳輸系統(tǒng)的自然響應(yīng)。使用無線電力的傳輸系統(tǒng)可對應(yīng)于具有源和目標(biāo)的源-目標(biāo)配置。源可通過調(diào)整存儲在源諧振器中的能量的量來發(fā)送數(shù)據(jù)。源可使用量化的能量來發(fā)送數(shù)據(jù)。目標(biāo)可基于通過相互諧振存儲在目標(biāo)諧振器中的能量的量來接收數(shù)據(jù)。目標(biāo)可接收映射到量化的能量的數(shù)據(jù)。目標(biāo)可通過調(diào)整存儲在目標(biāo)諧振器中的能量的量來發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，目標(biāo)可將用于發(fā)送數(shù)據(jù)的、存儲于目標(biāo)諧振器中的能量的量控制為小于從源接收的能量的量，其原因在于在使用無線電力的傳輸系統(tǒng)中的目標(biāo)可基于接收來自源的能量，而不是接收來自単獨的電源裝置的能量的供應(yīng)。通過調(diào)整從源諧振器到目標(biāo)諧振器感應(yīng)的能量的量來調(diào)制數(shù)據(jù)的方法可被稱作感應(yīng)的能量調(diào)制方案。在感應(yīng)的能量調(diào)制方案中，隨著源與目標(biāo)之間的距離的増加，由目標(biāo)發(fā)送到源的數(shù)據(jù)中發(fā)生錯誤的概率可増加。在使用相互諧振的無線電カ傳輸系統(tǒng)中，隨著源與目標(biāo)之間的距離增加，能量的傳輸效率可急劇降低。目標(biāo)可接收從源發(fā)送的、量急劇減少的能量。在一些示例中，目標(biāo)可能需要比從源接收的能量的量大的能量的量，以將不包括錯誤的數(shù)據(jù)發(fā)送到源。由于目標(biāo)僅從源接收能量，所以由目標(biāo)發(fā)送的數(shù)據(jù)中發(fā)生錯誤的概率可増加。 拍現(xiàn)象(beat phenomeon)可指示根據(jù)兩個信號的頻率之差組合的信號的振幅的變化。隨著當(dāng)源與目標(biāo)之間的距離增加時，拍現(xiàn)象可能不會發(fā)生。在源與目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆柍掷m(xù)時間(symbol duration)之內(nèi)，存儲在源諧振器中的能量或存儲在目標(biāo)諧振器中的能量可能不會被全部釋放。由于能量保持在源諧振器中，所以從目標(biāo)接收的數(shù)據(jù)中可發(fā)生錯誤。相似地，由于能量保持在目標(biāo)諧振器中，所以從源接收的數(shù)據(jù)中可能發(fā)生錯誤?？赏ㄟ^可作為距離的函數(shù)的耦合系數(shù)k來確定耦合的程度。因此，隨著源與目標(biāo)之間的距離增加，k可減小。圖3示出源和目標(biāo)強耦合的情況。參照圖3，INPUT表示從源諧振器發(fā)送的電力，OUTPUT表示傳遞到目標(biāo)諧振器的電力。當(dāng)強耦合發(fā)生時，可發(fā)生INPUT值和OUTPUT值周期性地增加和減小的拍現(xiàn)象。圖4示出使用無線電力的弱耦合的發(fā)送系統(tǒng)的自然響應(yīng)。圖4示出源和目標(biāo)弱耦合的情況。參照圖4，INPUT表示從源諧振器發(fā)送的電力，OUTPUT表示傳遞到目標(biāo)諧振器的電カ。當(dāng)弱耦合發(fā)生吋，不會發(fā)生INPUT值和OUTPUT值周期性的増加和減小的拍現(xiàn)象。因此，在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量的量可減少。因此，在數(shù)據(jù)傳輸符號持續(xù)時間內(nèi)，存儲在源諧振器中的能量和存儲在目標(biāo)諧振器中的能量可能不會被全部釋放。當(dāng)源和目標(biāo)使用感應(yīng)的能量調(diào)制方案時，在數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生錯誤的機會可能相對聞。圖5示出在使用無線電力的通信系統(tǒng)中的接收端的配置。在根據(jù)本發(fā)明的一方面的使用無線電力的通信系統(tǒng)中，接收端可被稱作使用無線電カ的通信裝置。使用無線電カ的通信裝置可表示在使用無線電カ的通信系統(tǒng)中的接收無線電カ的接收端。參照圖5，使用無線電力的通信系統(tǒng)(S卩，接收端)可包括充電器510、開關(guān)控制器520、電カ傳遞單元530、控制器540、調(diào)制器550、解調(diào)器560和包絡(luò)檢測器570。接收端的目標(biāo)諧振器可包括電感器和電容器。充電器510可通過相互諧振，使用電カ來對目標(biāo)諧振器的電感器和目標(biāo)諧振器的電容器進(jìn)行充電。控制器540可以以符號持續(xù)時間為單位確定在目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振。如這里所使用的，符號持續(xù)時間可表示用于發(fā)送一條數(shù)據(jù)信息的時間段。例如，符號持續(xù)時間可表示用于發(fā)送ー比特的時間段。當(dāng)自諧振的目標(biāo)諧振器與按相同諧振頻率自諧振的源諧振器之間的距離小于預(yù)定值時，可發(fā)生相互諧振。控制器540可控制電容器與電感器之間的連接，使得目標(biāo)諧振器與源諧振器可以在相同諧振頻率進(jìn)行自諧振。控制器540可通過改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率來控制是否發(fā)生與源諧振器的相互諧振。根據(jù)控制器540的確定，目標(biāo)諧振器可在預(yù)定符號持續(xù)時間內(nèi)與源諧振器相互諧振，并且可在另ー符號持續(xù)時間內(nèi)與源諧振器不進(jìn)行相互諧振?？刂破?40的確定可依賴由接收端發(fā)送的數(shù)據(jù)。例如，對于期望被發(fā)送的數(shù)據(jù)10111，控制器540可進(jìn)行確定以命令目標(biāo)諧振器當(dāng)“ I ”被發(fā)送時與源諧振器進(jìn)行相互諧振，且可進(jìn)行確定以命令目標(biāo)諧振器當(dāng)“O”被發(fā)送時與源諧振器不進(jìn)行相互諧振?？刂破?40可進(jìn)行確定以命令目標(biāo)諧振器當(dāng)“ I”被發(fā)送時與源諧振器不進(jìn)行相互諧振，且可進(jìn)行確定以命令目標(biāo)諧振器當(dāng)“O”被發(fā)送時與源諧振器進(jìn)行相互諧振?？梢灶A(yù)先確定“I”的發(fā)送還是“O”的發(fā)送對應(yīng)于在接收端發(fā)生的目標(biāo)諧振器與源諧振器之間的相互諧振。控制器540可控制源諧振器與目標(biāo)諧振器之間發(fā)生的相互諧振的時序?？刂破?540可在符號持續(xù)時間內(nèi)控制相互諧振時序，并根據(jù)相互諧振時序的程度來區(qū)別地發(fā)送數(shù)據(jù)。在一些示例中，在利用通過充電器充電的、使用無線電力的通信系統(tǒng)中，開關(guān)控制器520可基于控制器540的確定來控制將電容器連接到充電器510或電カ傳遞單元530的開關(guān)的閉合和斷開狀態(tài)。利用通過充電器充電的、使用無線電力的通信系統(tǒng)可具有如圖I中示出的配置。開關(guān)控制器520可控制開關(guān)將電容器連接到充電器510，從而產(chǎn)生相互諧振。電カ傳遞單元530可將存儲在電容器中的電カ傳遞到負(fù)載。例如，開關(guān)控制器520可控制開關(guān)將電容器連接到負(fù)載。在其他示例中，在利用通過電流充電的、使用無線電力的通信系統(tǒng)中，開關(guān)控制器520可基于控制器540的確定來控制將充電器510連接到電カ傳遞單元530的開關(guān)的閉合和斷開狀態(tài)。利用電流充電的、使用無線電力的通信系統(tǒng)可具有圖2中示出的配置。開關(guān)控制器520可斷開連接充電器510和電カ傳遞單元530的開關(guān)，以產(chǎn)生相互諧振。電カ傳遞單元530可將存儲在電感器和電容器中的電カ傳遞到負(fù)載。例如，開關(guān)控制器520可閉合連接充電器510和電カ傳遞單元530的開關(guān)。控制器540可以以符號持續(xù)時間為單位改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率?？刂破?40通過將附加電容器連接到目標(biāo)諧振器來改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率。當(dāng)多個電容器包括在目標(biāo)諧振器中時，控制器540可通過電カ地斷開預(yù)定電容器來改變諧振頻率。在改變諧振頻率之后，控制器540可在預(yù)定時間段內(nèi)俘獲存儲在目標(biāo)諧振器中的電力?？刂破?40可基于俘獲的電カ的量來識別由目標(biāo)諧振器接收的數(shù)據(jù)?？刂破?40可控制開關(guān)控制器520將俘獲的電カ傳遞到負(fù)載。調(diào)制器550可基于在目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振來對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制器550可在發(fā)生相互諧振的情況以及不發(fā)生相互諧振的情況的二者下分配數(shù)據(jù)。在一些示例中，可從控制器540提供數(shù)據(jù)。調(diào)制器550可根據(jù)目標(biāo)諧振器與源諧振器之間的相互諧振的時序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。例如，調(diào)制器550可根據(jù)相互諧振的持續(xù)時間對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。
解調(diào)器560可以以符號持續(xù)時間為單位基于存儲在目標(biāo)諧振器中的電カ的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。在發(fā)送端，源可以以符號持續(xù)時間為單位通過調(diào)整存儲在源諧振器中的電力的量來對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。解調(diào)器560可以以符號持續(xù)時間為單位對與存儲于目標(biāo)諧振器中的電カ的量匹配的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。存儲的電カ與數(shù)據(jù)的映射關(guān)系可被預(yù)設(shè)在控制器540中。發(fā)送端與接收端之間可共享映射關(guān)系的信息。例如，可通過從施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)采樣來檢測存儲在目標(biāo)諧振器中的電カ的量。電カ的量的精確檢測可包括與目標(biāo)諧振器的諧振頻率相比充分快速的ADC采樣率。相對快速的ADC采樣率可表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相對大的功耗，且可引起能量傳輸效率和數(shù)據(jù)傳輸效率取決于ADC采樣率和量化比特的數(shù)量。包絡(luò)檢測器570可使用適當(dāng)快速的ADC采樣率，且可精確地檢測存儲在目標(biāo)諧振器中的電カ的量。包絡(luò)檢測器570可檢測施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。例如，包絡(luò)檢測器570可使用用于檢測包絡(luò)的模擬電路。用于檢測包絡(luò)的模擬電路可接收施加到目
標(biāo)諧振器的電流的輸入或施加到目標(biāo)諧振器的電壓的輸出，并輸出所述電流或所述電壓的包絡(luò)。包絡(luò)檢測器570可包括下轉(zhuǎn)換單元570、變換器573、循環(huán)移動器575、濾波單元577和逆變器579。下轉(zhuǎn)換單元571可通過將諧振頻率的預(yù)定信號的波形中的一個與從施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓進(jìn)行ADC采樣的信號相乗，來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號。在該示例中，預(yù)定信號波形可包括諧振頻率的正弦波形、余弦波形和指數(shù)波形。下轉(zhuǎn)換方案可使用通信中通常使用的方案。例如，下轉(zhuǎn)換單元571可將ADC采樣的信號下轉(zhuǎn)換到基帶。變換器573可使用余弦傅里葉變換(DFT)或快速傅里葉變換(FFT)將經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號變換為頻域信號。濾波単元577可通過將低通濾波應(yīng)用于頻域信號，來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號。諧波分量可指示包括在頻域信號中的噪聲分量。逆變換器579可使用逆DFT或逆FFT，將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。變換的時域信號可表示施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。變換器573可使用DFT或FFT，將從施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓進(jìn)行ADC采樣的信號變換為頻域信號。循環(huán)移動器575可循環(huán)移動頻域信號預(yù)定頻率。例如，循環(huán)移動器575可將頻域信號循環(huán)移動到基帯。循環(huán)移動器575可將頻域信號循環(huán)移動預(yù)定頻率，從而便于通過濾波單元577的濾波。濾波單元577可通過將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)循環(huán)移動的信號，來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號。逆變換器579可使用逆DFT或逆FFT，將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。在該示例中，變換的時域信號可表示施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。下轉(zhuǎn)換單元571可通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中的一個與從施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓進(jìn)行ADC采樣的信號相乘，來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號。濾波單元577可通過使用時域的卷積將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號，來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號。除時域之外，濾波單元577可在頻域中執(zhí)行低通濾波。去除了諧波分量的信號可表示施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。包絡(luò)檢測器570可使用數(shù)字域的各種信號處理方案來檢測施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。
圖6示出在使用無線電力的通信系統(tǒng)中的發(fā)送端的配置。在根據(jù)本發(fā)明的一方面的使用無線電力的通信系統(tǒng)中，發(fā)送端可被稱為使用無線電カ的通信裝置。使用無線電カ的通信裝置可表示在使用無線電カ的通信系統(tǒng)中的發(fā)送無線電カ的發(fā)送端。參照圖6，使用無線電力的通信系統(tǒng)(即，發(fā)送端)包括電カ充電器610、控制器620、接收器630、調(diào)制器640、解調(diào)器650和包絡(luò)檢測器660。電カ充電器610可使用來自 電源裝置的電カ來對源諧振器進(jìn)行充電?？刂破?20可在符號持續(xù)時間內(nèi)調(diào)整存儲在源諧振器中的電カ的量?？筛鶕?jù)存儲在源諧振器中的電カ的量來有區(qū)別地分配數(shù)據(jù)?？刂破?20可在符號持續(xù)時間內(nèi)控制源諧振器的充電時間。存儲在源諧振器中的電カ的量可根據(jù)源諧振器的充電時間而改變。接收器630可通過源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振來接收數(shù)據(jù)。存儲在源諧振器中的能量的衰減可根據(jù)是否發(fā)生與目標(biāo)諧振器的相互諧振而改變。由于當(dāng)發(fā)生相互諧振時源諧振器與目標(biāo)諧振器交換能量，所以當(dāng)與不發(fā)生相互諧振的情況相比較時，存儲在源諧振器中的能量的衰減的改變可以大。由于當(dāng)不發(fā)生相互諧振時，源諧振器可能不會將能量傳遞到目標(biāo)諧振器，所以存儲在源諧振器中的能量可根據(jù)自然衰減而衰減。接收器630可基于是否發(fā)生相互諧振來接收分配的數(shù)據(jù)。調(diào)制器640可控制存儲在源諧振器中的電カ的量，并基于存儲在源諧振器中的電力的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。數(shù)據(jù)可基于存儲的電カ的量而被分配。數(shù)據(jù)與存儲的電力的量之間的映射關(guān)系可被預(yù)設(shè)在控制器620中。解調(diào)器650可基于是否在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間發(fā)生相互諧振來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。例如，在接收端的目標(biāo)可將發(fā)生相互諧振的情況設(shè)置為“ I ”，將不發(fā)生相互諧振的情況設(shè)置為“0”，并且可發(fā)送數(shù)據(jù)，例如，10111。解調(diào)器650可通過識別是否發(fā)生源諧振器的相互諧振，來對數(shù)據(jù)10111進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)器650可基于存儲在源諧振器中的電カ的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。存儲在源諧振器中的電カ的量可根據(jù)在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間是否發(fā)生相互諧振而改變。解調(diào)器650可以以符號持續(xù)時間為單位，基于存儲在源諧振器中的電カ的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)器650可以識別在發(fā)生相互諧振時存儲在源諧振器中的電カ的量與在不發(fā)生相互諧振時存儲在源諧振器中的電カ的量之差，并可基于所述識別對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)器650可基于存儲在源諧振器中的電カ的改變的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。例如，存儲的電カ的改變量在發(fā)生相互諧振時可能會相對大，而在不發(fā)生相互諧振時可能不會相對大。解調(diào)器650可基于目標(biāo)諧振器與源諧振器之間的相互諧振的時序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)器650可根據(jù)相互諧振的持續(xù)時間對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)?？赏ㄟ^從施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓進(jìn)行ADC采樣，來識別是否發(fā)生目標(biāo)諧振器與源諧振器之間的相互諧振。精確識別可包括與源諧振器的諧振頻率相比充分快速的ADC采樣率。相對快速的ADC采樣率可表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相對大的功耗，且可引起能量傳輸效率和數(shù)據(jù)傳輸效率依賴于ADC采樣率和量化比特的數(shù)量。包絡(luò)檢測器660可使用適當(dāng)快速的ADC采樣率，且可以通過檢測的包絡(luò)精確地識別是否發(fā)生相互諧振。包絡(luò)檢測器660可檢測施加到源諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。解調(diào)器650可通過將檢測的包絡(luò)與預(yù)定值相比較，來確定目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振，且可基于是否發(fā)生相互諧振來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)器650可通過比較以符號持續(xù)時間為單位檢測的包絡(luò)的衰減來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。例如，當(dāng)檢測的包絡(luò)的衰減相對大時，解調(diào)器650可確定發(fā)生了相互諧振，并且當(dāng)檢測的包絡(luò)的衰減相對小時，解調(diào)器650可確定沒有發(fā)生相互諧振。包絡(luò)檢測器660可使用用于檢測包絡(luò)的模擬電路。用于檢測包絡(luò)的模擬電路可接收施加到源諧振器的電流的輸入或施加到源諧振器的電壓的輸入，并輸出所述電流或所述電壓的包絡(luò)。包絡(luò)檢測器660可通過數(shù)字域中的信號處理來檢測包絡(luò)。在該示例中，包絡(luò)檢測器660可包括下轉(zhuǎn)換單兀661、變換器663、循環(huán)移動器665、濾波單兀667和逆變換器669。下轉(zhuǎn)換單元661可通過將諧振頻率的預(yù)定信號的波形中的一個與從施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓進(jìn)行ADC采樣的信號相乗，來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號。例如，預(yù)定信號波形 可包括諧振頻率的正弦波形、余弦波形和指數(shù)波形。下轉(zhuǎn)換方案可使用通信中通常使用的方案。變換器663可使用DFT或FFT將下轉(zhuǎn)換的信號變換到頻域。濾波單元667可通過將低通濾波應(yīng)用于頻域信號，來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號。諧波分量可指示包括在頻域信號中的噪聲分量。逆變換器669可被配置為使用逆DFT或逆FFT，將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。例如，變換的時域信號可表示施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。變換器663可使用DFT或FFT，將從施加到源諧振器的電流或電壓ADC采樣的信號變換為頻域信號。循環(huán)移動器665可循環(huán)移動頻域信號預(yù)定頻率。例如，循環(huán)移動器665可將頻域信號循環(huán)移動到基帯。循環(huán)移動器665可將頻域信號循環(huán)移動預(yù)定頻率，從而促進(jìn)通過濾波單元667的濾波。濾波單元667可通過將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)循環(huán)移動的信號，來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號。逆變換器669可使用逆DFT或逆FFT，來將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。變換的時域信號可表示施加到源諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。下轉(zhuǎn)換單元661可通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中的一個與從施加到源諧振器的電流或電壓進(jìn)行ADC采樣的信號相乘，來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號。濾波單元667可通過使用時域的卷積將低通濾波應(yīng)用于下轉(zhuǎn)換的信號，來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號。除時域之夕卜，濾波單元667可在頻域中執(zhí)行低通濾波。例如，去除了諧波分量的信號可表示施加到源諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。包絡(luò)檢測器660可使用數(shù)字域的各種信號處理方案，來檢測施加到源諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。圖7示出在使用無線電力的通信系統(tǒng)中由發(fā)送端Tx發(fā)送的數(shù)據(jù)和由接收端Rx接收的數(shù)據(jù)。參照圖7，發(fā)送端Tx可通過調(diào)整存儲在源諧振器中的能量來發(fā)送數(shù)據(jù)，接收端Rx可基于存儲在目標(biāo)諧振器中的能量接收數(shù)據(jù)?？稍诎l(fā)送端Tx與接收端Rx之間預(yù)先確定n+1個能量等級，并且可對于ー個或多個能量等級分配數(shù)據(jù)。發(fā)送端Tx可在單個符號持續(xù)時間內(nèi)發(fā)送log(n+l)比特信息。存儲在源諧振器中的能量可通過源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振被傳遞到目標(biāo)諧振器。Ts表示源諧振器準(zhǔn)備相互諧振所使用的時間段，且可對應(yīng)于圖I的將電容器連接到源諧振器所使用的時間段，且可對應(yīng)于圖2的斷開連接電源裝置和源諧振器的開關(guān)所使用的時間段。在??；與Tp-Tf之間的時間段期間，存儲在源諧振器中的全部能量可被傳遞到目標(biāo)諧振器。在Tp-Tf的時間點，接收端Rx可終止目標(biāo)諧振器的相互諧振，且可基于存儲在目標(biāo)諧振器中的能量對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。圖8示出在利用通過電容器充電的、使用無線電力的通信系統(tǒng)中通過相互諧振將數(shù)據(jù)從接收端發(fā)送到發(fā)送端。參照圖8，發(fā)送端可通過將電壓施加到電容器Cl來對電容器Cl充電，且可通過包括電容器Cl和電感器LI的源諧振器對存儲在電容器Cl中的電カ進(jìn)行放電。發(fā)送端可通過開關(guān)SWl來控制充電和放電。源諧振器可通過與目標(biāo)諧振器的耦合，將存儲在電容器Cl中的電カ傳遞到目標(biāo)諧振器。耦合可指示相互諧振。源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的耦合可受到互感系數(shù)M影響。
·
目標(biāo)諧振器可包括電感器L2和電容器C2。目標(biāo)諧振器可通過耦合來從源諧振器接收電力。因此，電感器L2和電容器C2可被充電。接收端可俘獲存儲在電容器C2中的電力，且將電力傳遞到負(fù)載。接收端可通過開關(guān)SW2控制耦合和俘獲。接收端可斷開連接到電感器L2的開關(guān)SW2以使開關(guān)SW2被連接到負(fù)載，從而終止與源諧振器的耦合。發(fā)送端可以在單個符號持續(xù)時間控制開關(guān)SW1，以執(zhí)行充電和放電。例如，接收端可通過控制開關(guān)SW2來確定是否執(zhí)行耦合。在接收端和發(fā)送端的放電的時間點之前，接收端可確保用于同步發(fā)送端和接收端的稱合時間的同步邊緣(synchronization margin)。接收端可以以符號持續(xù)時間為單位執(zhí)行耦合操作810，且可執(zhí)行俘獲操作820。接收端可根據(jù)耦合是否執(zhí)行，對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制且發(fā)送數(shù)據(jù)。由于存儲在源諧振器中的電カ的自然響應(yīng)可根據(jù)耦合是否執(zhí)行而具有不同波形，所以接收端可基于耦合是否執(zhí)行來對由接收端發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。圖9示出在利用電流充電的、使用無線電力的通信系統(tǒng)中通過相互諧振將數(shù)據(jù)從接收端發(fā)送到發(fā)送端。參照圖9，發(fā)送端可通過將電流施加到電感器LI來對電感器LI進(jìn)行充電，并且可在穩(wěn)定狀態(tài)通過包括電容器Cl和電感器LI的源諧振器對存儲在電感器LI中的電カ進(jìn)行放電。發(fā)送端可通過開關(guān)SWl控制充電和放電。源諧振器可通過與目標(biāo)諧振器的耦合，將存儲在電感器LI中的電カ傳遞到目標(biāo)諧振器。所述耦合可指示相互諧振。源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的耦合可受到互感系數(shù)M影響。目標(biāo)諧振器可包括電感器L2和電容器C2。目標(biāo)諧振器可通過耦合來從源諧振器接收電力。因此，電感器L2和電容器C2可被充電。接收端可俘獲存儲在電感器和電容器C2中的電力，且將所述電カ傳遞到負(fù)載。接收端可通過開關(guān)SW2控制耦合和俘獲。接收端可閉合開關(guān)SW2，以將電容器Q連接到目標(biāo)諧振器，這可改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率，從而與源諧振器的耦合可被終止。發(fā)送端可以在單個符號持續(xù)時間控制開關(guān)SW1，以執(zhí)行充電和放電。例如，接收端可通過控制開關(guān)SW2來確定是否執(zhí)行耦合。在接收端和發(fā)送端的放電的時間點之前，接收端可確保用于同步發(fā)送端和接收端的耦合時間的同步邊緣。接收端可以以符號持續(xù)時間為単位執(zhí)行耦合910，且可執(zhí)行俘獲920。接收端可根據(jù)耦合是否被執(zhí)行來調(diào)制數(shù)據(jù)以及發(fā)送數(shù)據(jù)。由于存儲在源諧振器中的電カ的自然響應(yīng)可根據(jù)耦合是否被執(zhí)行而具有不同的波形，所以發(fā)送端可基于耦合是否被執(zhí)行對由接收端發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。圖10示出施加到在使用無線電力的通信系統(tǒng)中的強耦合的源諧振器和目標(biāo)諧振器的能量的變化。在發(fā)送(TX)端，施加到源諧振器的信號在源諧振器與目標(biāo)諧振器強耦合的情況和在源諧振器與目標(biāo)諧振器沒有耦合的情況之間可具有不同的波形。在接收(RX)端，施加到目標(biāo)諧振器的信號在源諧振器與目標(biāo)諧振器強耦合的情況和源諧振器與目標(biāo)諧振器沒有耦合的情況之間可具有顯著不同的波形。RX端可基于耦合是否被執(zhí)行對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，TX端可將與耦合被執(zhí)行的情況對應(yīng)的信號波形和與耦合沒有被執(zhí)行的情況對應(yīng)的信號波形相比較，并且可基于比較結(jié)果對由RX端發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。圖11示出施加到在使用無線電カ的另一通信系統(tǒng)中的彼此弱耦合的源諧振器和目標(biāo)諧振器的能量的變化。 在TX端，施加到源諧振器的信號在源諧振器與目標(biāo)諧振器弱耦合的情況和在源諧振器與目標(biāo)諧振器沒有耦合的情況之間可具有不同的波形。在RX端，施加到目標(biāo)諧振器的信號在源諧振器與目標(biāo)諧振器弱耦合的情況和在源諧振器與目標(biāo)諧振器沒有耦合的情況之間可具有顯著不同的波形。RX端可基于耦合是否被執(zhí)行對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，TX端可將與耦合被執(zhí)行的情況對應(yīng)的信號波形和與耦合沒有被執(zhí)行的情況對應(yīng)的信號波形相比較，并且可基于比較結(jié)果對由RX端發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。圖12示出用于檢測包絡(luò)的模擬電路。參照圖12，根據(jù)一方面的用于檢測包絡(luò)的模擬電路可包括ニ極管1210、電容器1220和負(fù)載1230。例如，用于檢測包絡(luò)的模擬電路可接收施加到源諧振器的電流的輸入或施加到源諧振器的電壓的輸入，且可輸出施加到源諧振器的電流的包絡(luò)或施加到源諧振器的電壓的包絡(luò)。用于檢測包絡(luò)的模擬電路可接收施加到目標(biāo)諧振器的電流的輸入或施加到目標(biāo)諧振器的電壓的輸入，且可輸出施加到目標(biāo)諧振器的電流的包絡(luò)或施加到目標(biāo)諧振器的電壓的包絡(luò)。除圖12中示出的模擬電路之外，可使用被配置為用于檢測包絡(luò)的各種電路。圖13示出在使用無線電力的通信系統(tǒng)中的、施加到弱耦合的源諧振器的電壓的自然響應(yīng)和所述自然響應(yīng)的包絡(luò)的曲線。圖13中的曲線示出當(dāng)在源諧振器與目標(biāo)諧振器可弱耦合的條件下，源諧振器與目標(biāo)諧振器耦合時的施加到源諧振器的電壓的自然響應(yīng)信號1320和自然響應(yīng)信號1320的包絡(luò)1340，并示出當(dāng)源諧振器與目標(biāo)諧振器沒有耦合時的施加到源諧振器的電壓的自然響應(yīng)信號1310和自然響應(yīng)信號1310的包絡(luò)1330。所述耦合可指示相互諧振。相對高的采樣率可被用于通過在自然響應(yīng)信號1310和自然響應(yīng)信號1320的ADC采樣來確定耦合是否被執(zhí)行。發(fā)送端可從按相對低的比率采樣的信號檢測包絡(luò)1330和包絡(luò)1340，并將采樣的比率與預(yù)定值相比較，從而更有效地確定耦合是否被執(zhí)行。發(fā)送端可將包絡(luò)1330與包絡(luò)1340相比較，從而確定耦合是否被執(zhí)行。施加到源諧振器的電壓的波形以及施加到源諧振器的電流的波形的ー個示例示出在圖13中。存儲在源諧振器中的能量的量可具有相似的包絡(luò)形式。圖14示出施加到在使用無線電力的通信系統(tǒng)中的弱耦合的源諧振器的電壓在頻域的自然響應(yīng)。參照圖14，示出了通過FFT圖13的自然響應(yīng)信號被轉(zhuǎn)換為頻域信號的結(jié)果。圖15A和圖15B示出在使用無線電力的通信系統(tǒng)中通過數(shù)字處理來檢測包絡(luò)。圖15A示出通過將正弦波形、余弦波形和指數(shù)波形中的一個與圖14的頻域信號組合而被下轉(zhuǎn)換的頻域信號。使用無線電力的通信系統(tǒng)可通過將LPF應(yīng)用于下轉(zhuǎn)換的頻域信號來去除諧波分量。使用無線電力的通信系統(tǒng)可對時域信號中去除了諧波分量的信號進(jìn)行逆變換，并計算時域的包絡(luò)。圖15B示出通過對去除了諧波分量的頻域信號執(zhí)行IFFT而計算的包絡(luò)。使用無線電力的通信系統(tǒng)可從當(dāng)與目標(biāo)諧振器的耦合沒有發(fā)生時施加到源諧振器的電壓的自然響應(yīng)信號1510以及當(dāng)與目標(biāo)諧振器的耦合發(fā)生時施加到源諧振器的電壓的自然響應(yīng)信號1520，通過數(shù)字處理來計算包絡(luò)1530和包絡(luò)1540。 在一些實施例中，可使用硬件組件、軟件組件或硬件組件和軟件組件的組合來實施在此描述的単元和其它元件。例如，可使用ー個或多個通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C(例如，處理器、控制器和邏輯運算單元、數(shù)字信號處理器、微計算機、可編程場陣列、可編程邏輯單元、微處理器或能夠以定義的方式響應(yīng)并執(zhí)行指令的任意其它裝置)來實施處理裝置。處理裝置可運行操作系統(tǒng)(OS)和在OS上運行的ー個或多個軟件應(yīng)用。響應(yīng)于軟件的運行，處理裝置還可訪問、存儲、操作、處理和創(chuàng)建數(shù)據(jù)。為了簡化的目的，處理裝置的描述被用作單個，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解處理裝置可包括多個處理元件和多種的處理元件。例如，處理裝置可包括多個處理器，或一個處理器和一個控制器。另外，可以進(jìn)行不同處理配置，例如，并行處理器。軟件可包括計算機程序、一條代碼、指令或它們的ー些組合，以單獨或一起命令或配置處理裝置以所期望的操作。軟件和數(shù)據(jù)可以被永久或臨時地實現(xiàn)在任意類型的機器、部件、物理或虛擬儀器、計算機存儲介質(zhì)或裝置，或能夠提供命令或數(shù)據(jù)或可被處理裝置解釋的傳播信號波。軟件還可分布于由聯(lián)網(wǎng)的計算機系統(tǒng)，從而軟件以分布式方式被存儲和執(zhí)行。具體地講，軟件和數(shù)據(jù)可被一個或多個計算機可讀記錄介質(zhì)存儲。計算機可讀記錄介質(zhì)可包括可存儲其后可被計算機系統(tǒng)或處理裝置讀取的數(shù)據(jù)的任意數(shù)據(jù)存儲裝置。計算機可讀記錄介質(zhì)的示例包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤、光數(shù)據(jù)存儲裝置。此外，實施例所屬領(lǐng)域的程序員可基于和使用在此提供的附圖的流程圖以及框圖及其對應(yīng)描述，容易的構(gòu)建用于實現(xiàn)在此公開的示例實施例的功能程序、代碼和代碼段。上面已描述了多個示例。然而，應(yīng)該理解可進(jìn)行各種修改。例如，如果描述的技術(shù)以不同的順序執(zhí)行和/或如果描述的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、裝置或電路中的部件以不同的方式組合和/或被其它部件或其等同物替代或補充，則可以實現(xiàn)合適的結(jié)果。因此，其它實施包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用無線電力的通信裝置，所述通信裝置包括 控制器，被配置為確定在目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振； 調(diào)制器，被配置為基于相互諧振是否發(fā)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。
2.如權(quán)利要求I所述的通信裝置，還包括 充電器，被配置為使用通過相互諧振的電力對電容器進(jìn)行充電； 電力傳遞單元，被配置為將存儲在電容器中的電力傳遞到負(fù)載； 開關(guān)控制器，被配置為基于控制器的確定，控制將電容器連接到充電器或連接到電力傳遞單元的開關(guān)， 其中，目標(biāo)諧振器包括電容器。
3.如權(quán)利要求2所述的通信裝置，其中，開關(guān)控制器控制開關(guān)將電容器連接到充電器，從而產(chǎn)生相互諧振。
4.如權(quán)利要求I所述的通信系統(tǒng)，還包括 充電器，被配置為使用通過相互諧振的電力對電感器和電容器進(jìn)行充電； 電力傳遞單元，被配置為將存儲在電感器和電容器中的電力傳遞到負(fù)載； 開關(guān)控制器，被配置為基于控制器的確定，控制將電容器連接到電力傳遞單元的開關(guān)， 其中，目標(biāo)諧振器包括電感器和電容器。
5.如權(quán)利要求4所述的通信裝置，其中，控制器改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率，然后在預(yù)定的時間段內(nèi)俘獲存儲在目標(biāo)諧振器中的電力。
6.如權(quán)利要求I所述的通信裝置，還包括 解調(diào)器，被配置為響應(yīng)于相互諧振的終止而基于存儲在目標(biāo)諧振器中的電力的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。
7.如權(quán)利要求I所述的通信裝置，其中，控制器控制在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間發(fā)生的相互諧振的時序。
8.如權(quán)利要求I所述的通信裝置，還包括 包絡(luò)檢測器，被配置為檢測施加到目標(biāo)諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。
9.如權(quán)利要求8所述的通信裝置，其中，包絡(luò)檢測器，響應(yīng)于所述電流或所述電壓的輸入而從用于檢測包絡(luò)的模擬電路的輸出獲取包絡(luò)。
10.如權(quán)利要求8所述的通信裝置，其中，包絡(luò)檢測器包括 下轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中的一個與從電流或電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC采樣的信號相乘來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號； 變換器，被配置為使用離散傅里葉變換DFT或快速傅里葉變換FFT將經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號變換為頻域信號； 濾波單元，被配置為通過將低通濾波應(yīng)用于所述頻域信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號; 逆變換器，被配置為使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。
11.如權(quán)利要求8所述的通信裝置，其中，包絡(luò)檢測器包括 變換器，被配置為使用DFT或FFT將從所述電流或所述電壓進(jìn)行ADC采樣的信號變換為頻域信號； 循環(huán)移動器，被配置為循環(huán)移動所述頻域信號預(yù)定頻率；濾波單元，被配置為通過將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)循環(huán)移動的信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號； 逆變換器，被配置為使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。
12.如權(quán)利要求8所述的通信裝置，其中，包絡(luò)檢測器包括 下轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中一個與從所述電流或所述電壓進(jìn)行ADC采樣的信號相乘來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號； 濾波單元，被配置為通過使用時域的卷積將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號。
13.一種使用無線電力的通信裝置，所述通信裝置包括 接收器，被配置為通過源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振從目標(biāo)諧振器接收數(shù)據(jù)； 解調(diào)器，被配置為基于存儲在源諧振器中的電力的量對所述數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。
14.如權(quán)利要求13所述的通信裝置，還包括 電力充電器，被配置為使用從電源裝置提供的電力對源諧振器進(jìn)行充電； 調(diào)制器，被配置為控制存儲在源諧振器中的電力的量，并基于電力的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。
15.如權(quán)利要求14所述的通信裝置，還包括 控制器，被配置為控制源諧振器的充電時間。
16.如權(quán)利要求13所述的通信裝置，其中，解調(diào)器通過將在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間發(fā)生相互諧振時存儲在源諧振器中的電力的量與當(dāng)源諧振器與目標(biāo)諧振器之間不發(fā)生相互諧振時存儲在源諧振器中的電力的量相比較，來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。
17.如權(quán)利要求13所述的通信裝置，其中，解調(diào)器基于在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間是否發(fā)生相互諧振來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。
18.如權(quán)利要求13所述的通信裝置，還包括 包絡(luò)檢測器，被配置為檢測施加到源諧振器的電流或電壓的波形的包絡(luò)。
19.如權(quán)利要求18所述的通信裝置，其中，所述解調(diào)器通過將檢測的包絡(luò)與預(yù)定值相比較來確定在源諧振器與目標(biāo)諧振器之間是否發(fā)生相互諧振，并且基于是否發(fā)生相互諧振來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。
20.如權(quán)利要求18所述的通信裝置，其中，包絡(luò)檢測器響應(yīng)于所述電流或所述電壓的輸入而從用于檢測包絡(luò)的模擬電路的輸出獲取包絡(luò)。
21.如權(quán)利要求18所述的通信裝置，其中，包絡(luò)檢測器包括 下轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中的一個與從電流或電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC采樣的信號相乘來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號； 變換器，被配置為使用離散傅里葉變換DFT或快速傅里葉變換FFT將經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號變換為頻域信號； 濾波單元，被配置為通過將低通濾波應(yīng)用于所述頻域信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號; 逆變換單元，被配置為使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。
22.如權(quán)利要求18所述的通信裝置，其中，包絡(luò)檢測器包括變換器，被配置為使用DFT或FFT將從所述電流或所述電壓ADC采樣的信號變換為頻域信號； 循環(huán)移動器，被配置為循環(huán)移動所述頻域信號預(yù)定頻率； 濾波單元，被配置為通過將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)循環(huán)移動的信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號； 逆變換器，被配置為使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。
23.如權(quán)利要求18所述的通信裝置，其中，包絡(luò)檢測器包括 下轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過將諧振頻率的預(yù)定信號波形中的一個與從電流或電壓ADC采樣的信號相乘來產(chǎn)生下轉(zhuǎn)換的信號； 濾波單元，被配置為通過使用時域的卷積將低通濾波應(yīng)用于經(jīng)下轉(zhuǎn)換的信號來產(chǎn)生去除了諧波分量的信號。
24.一種使用無線電力的通信系統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)包括 控制器，被配置為確定在目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振； 調(diào)制器，被配置為基于相互諧振是否發(fā)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制； 接收器，被配置為通過源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振從目標(biāo)諧振器接收數(shù)據(jù)； 解調(diào)器，被配置為基于存儲在源諧振器中的電力的量對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。
25.一種使用無線電力的通信方法，所述方法包括如下步驟 確定在目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振； 基于是否發(fā)生相互諧振對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。
26.一種使用無線電力的通信方法，所述方法包括如下步驟 通過源諧振器與目標(biāo)諧振器之間的相互諧振，從目標(biāo)諧振器接收數(shù)據(jù)； 基于存儲在源諧振器中的電力的量，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。
全文摘要
公開了一種使用無線電力的通信系統(tǒng)。提供了用于使用無線電力執(zhí)行通信的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個總體方面，一種使用無線電力的通信裝置可包括控制器，被配置為確定在目標(biāo)諧振器與源諧振器之間是否發(fā)生相互諧振；調(diào)制器，被配置為基于相互諧振是否發(fā)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。
文檔編號H02J7/00GK102843170SQ20121021303
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者權(quán)義根, 金尚駿 申請人:三星電子株式會社