本發(fā)明一般涉及無線充電系統(tǒng)，以及更具體地，涉及在無線充電系統(tǒng)內(nèi)解調(diào)通信的方法。

背景技術(shù)：

隨著數(shù)量不斷增長的人投入使用不斷增長的數(shù)量和種類的移動電話、平板電腦、相機(jī)、手持游戲控制臺、插電式混合動力以及純電動車輛、電驅(qū)動無人機(jī)和其它飛機(jī)以及相關(guān)產(chǎn)品，如今已遍及世界大部分地區(qū)廣泛使用的移動電子產(chǎn)品可能會看到普及率的進(jìn)一步增加。

通過需要每隔一定間隔再充電的電池或類似的能量存儲裝置對大部分這些產(chǎn)品進(jìn)行供電?，F(xiàn)有無線再充電系統(tǒng)相對于需要將移動產(chǎn)品插入到具有電源線的電氣插口中的較傳統(tǒng)的系統(tǒng)提供了潛在優(yōu)勢(例如更方便)。然而，無線充電系統(tǒng)可以從與成本和尺寸減少有關(guān)的附加改進(jìn)中受益。而且，無線充電系統(tǒng)的最近改進(jìn)允許一些裝置用作為功率發(fā)送器和功率接收器兩者，允許裝置之間的充電共享。因此，還可以成本效益好地支持用作為充電源和充電沉(sink)兩者的無線充電系統(tǒng)的小型實(shí)現(xiàn)方式是合乎需要的。

附圖說明

本發(fā)明以示例的方式進(jìn)行說明，以及并不限于所附的附圖，其中類似的參考標(biāo)記指示類似的元件。圖中的元件是為了簡化和清楚性而示出，以及并不需要按尺寸繪制。例如，層和區(qū)域的厚度出于清楚性目的可能被放大。

圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的無線功率傳輸系統(tǒng)的示意框圖；

圖2A和2B是分別說明(a)用于幅移鍵控(ASK)的解調(diào)器電路和(b)用于頻移鍵控(FSK)的解調(diào)器電路的示意電路圖；

圖3是說明圖1的功率傳輸系統(tǒng)的功率發(fā)送器的示意框圖；

圖4是用于校準(zhǔn)脈沖寬度調(diào)制器以周期性對無線功率信號進(jìn)行采樣的過程 的頂級流程圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的濾波算法的頂級流程圖；

圖6是示出數(shù)據(jù)時鐘、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以及雙相編碼數(shù)據(jù)之間的關(guān)系的時序圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的解調(diào)步驟的頂級流程圖；

圖8是示出圖1的功率傳輸系統(tǒng)的功率接收器的示意框圖；以及

圖9是用于根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的圖1的功率傳輸系統(tǒng)的模擬功率信號縮放和整形電路的示意電路圖。

具體實(shí)施方式

這里公開了本發(fā)明的詳細(xì)說明性實(shí)施例。然而，這里公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅是代表性的為了描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本發(fā)明可以以許多替換形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)當(dāng)理解為僅限于這里給出的實(shí)施例。此外，這里使用的術(shù)語僅是為了描述特定的實(shí)施例，而不是意圖限制本發(fā)明的示例性實(shí)施例。

如這里所使用的，單數(shù)形式“一(a，an)”和“該(the)”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確給出相反的指示。還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“包含”和/或“包括”指示存在所述及的特征、步驟或者組件，但是并不排除存在或者附加一個或多個其他特征、步驟或者組件。還應(yīng)當(dāng)注意的是，在一些替代實(shí)現(xiàn)中，所述及的功能/動作可以不以附圖中表述的順序出現(xiàn)。例如，連續(xù)出現(xiàn)的兩張圖實(shí)際上可能大體上同時地執(zhí)行，或者可能有時以相反的順序執(zhí)行，取決于所涉及的功能/動作。

在一個實(shí)施例中，本發(fā)明是一種在包括功率發(fā)送器和功率接收器的無線充電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的方法，其中功率發(fā)送器中的初級線圈將功率信號無線發(fā)送到功率接收器中的次級線圈，其中功率發(fā)送器和功率接收器中的一個用于恢復(fù)使用雙相數(shù)字編碼方案調(diào)制到功率信號上的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，該方法包括：(a)使用模擬電路處理與無線充電系統(tǒng)的第一線圈中的電壓相對應(yīng)的模擬信號，以產(chǎn)生處理的模擬信號，其中第一線圈是初級線圈和次級線圈中的一個，(b)對處理的模擬信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生數(shù)字采樣序列，(c)通過對數(shù)字采樣序列應(yīng)用兩個或更多個不同的轉(zhuǎn)換檢測濾波器，在數(shù)字采樣序列中檢測與雙相數(shù)字編碼方案相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換，以及(d)解碼檢測的轉(zhuǎn)換以恢復(fù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

在一個實(shí)施例中，本發(fā)明是一種在包括功率發(fā)送器和功率接收器的無線充 電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的方法，其中功率發(fā)送器中的初級線圈將功率信號無線發(fā)送到功率接收器中的次級線圈，其中功率發(fā)送器和功率接收器中的一個用于恢復(fù)使用雙相數(shù)字編碼方案調(diào)制到功率信號上的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，該方法包括：(a)使用模擬電路處理與無線充電系統(tǒng)的第一線圈中的電壓相對應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生處理的模擬信號，其中第一線圈是初級線圈和次級線圈中的一個，(b)對處理的模擬信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生數(shù)字采樣序列，(c)通過對數(shù)字采樣序列應(yīng)用兩個或更多個不同的轉(zhuǎn)換檢測濾波器，檢測數(shù)字采樣序列中與雙相數(shù)字編碼方案關(guān)相聯(lián)的轉(zhuǎn)換，以及(d)解碼檢測的轉(zhuǎn)換以恢復(fù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中(c)和(d)在無線充電系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)的微控制器單元(MCU)中實(shí)現(xiàn)，該節(jié)點(diǎn)可運(yùn)行在功率發(fā)送器模式或功率接收器模式，其中當(dāng)該節(jié)點(diǎn)運(yùn)行在功率發(fā)送器模式時，(i)該功率信號是ASK調(diào)制的功率信號且(ii)該MCU實(shí)現(xiàn)(c)和(d)以從ASK調(diào)制的功率信號恢復(fù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，以及，當(dāng)該節(jié)點(diǎn)運(yùn)行在功率接收器模式時，(i)該功率信號是FSK調(diào)制的功率信號，且(ii)MCU實(shí)現(xiàn)(c)和(d)以從FSK調(diào)制的功率信號恢復(fù)出二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

在一個實(shí)施例中，本發(fā)明是包括功率發(fā)送器和功率接收器的無線充電系統(tǒng)中的功率發(fā)送器，其中功率發(fā)送器中的初級線圈將功率信號無線發(fā)送到功率接收器中的次級線圈，其中功率發(fā)送器和功率接收器中的一個用于恢復(fù)使用雙相數(shù)字編碼方案調(diào)制到功率信號上的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，該方法包括：(a)使用模擬電路處理與無線充電系統(tǒng)的第一線圈中的電壓相對應(yīng)的模擬信號，以產(chǎn)生處理的模擬信號，其中第一線圈是初級線圈和次級線圈中的一個，(b)對處理的模擬信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生數(shù)字采樣序列，(c)通過對數(shù)字采樣序列應(yīng)用兩個或更多個不同的轉(zhuǎn)換檢測濾波器，檢測數(shù)字采樣序列中與雙相數(shù)字編碼方案相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換，以及(d)解碼檢測的轉(zhuǎn)換以恢復(fù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

在一個實(shí)施例中，本發(fā)明是包括功率發(fā)送器和功率接收器的無線充電系統(tǒng)中的功率接收器，其中功率發(fā)送器中的初級線圈將功率信號無線發(fā)送到功率接收器中的次級線圈，其中功率發(fā)送器和功率接收器中的一個用于恢復(fù)使用雙相數(shù)字編碼方案調(diào)制到功率信號上的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，該方法包括：(a)使用模擬電路處理與無線充電系統(tǒng)的第一線圈中的電壓相對應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生處理的模擬信號，其中第一線圈是初級線圈和次級線圈中的一個，(b)對處理的模擬信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生數(shù)字采樣序列，(c)通過對數(shù)字采樣序列應(yīng)用兩個或更多 個不同的轉(zhuǎn)換檢測濾波器，檢測數(shù)字采樣序列中與雙相數(shù)字編碼方案相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換，以及(d)解碼檢測的轉(zhuǎn)換以恢復(fù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

無線電源協(xié)會(WPC)是最大的無線充電團(tuán)體之一，其已經(jīng)開發(fā)了稱為Qi的無線充電標(biāo)準(zhǔn)。Qi標(biāo)準(zhǔn)定義了將要用于低功率無線裝置充電的感應(yīng)功率耦合的類型以及控制通信協(xié)議。Qi標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建了功率發(fā)送器和功率接收器之間的互操作性。Qi標(biāo)準(zhǔn)的更多細(xì)節(jié)可以在“System Description Qi Wireless Power Transfer，Volume II：Medium Power”版本0.9，無線電源協(xié)會，2015年1月(此處，稱之以“Qi標(biāo)準(zhǔn)”)中獲得，通過引用將其全部內(nèi)容并入于此。

Qi標(biāo)準(zhǔn)使用線圈到線圈的耦合接口用于從發(fā)送器中的初級線圈將功率傳送到接收器中的次級線圈。

Qi標(biāo)準(zhǔn)的一個關(guān)鍵特征是促進(jìn)提供功率傳送的相同線圈到線圈接口上的通信信令控制。

當(dāng)前，符合Qi的無線裝置使用幅移鍵控(ASK)調(diào)制以方便從功率接收器到功率發(fā)送器的單向控制通信。在物理層級上，使用負(fù)載調(diào)制進(jìn)行從功率接收器到功率發(fā)送器的控制通信。這意味著功率接收器將從功率發(fā)送器抽取的功率量在兩個離散級別之間進(jìn)行切換(注意這些級別不是固定的，而是依賴于所傳送的功率量)。實(shí)際的負(fù)載調(diào)制方法作為功率接收器的一種設(shè)計(jì)選擇。電阻式和電容式方案都是可能的。負(fù)載調(diào)制ASK方法被稱為反向散射(backscatter)ASK調(diào)制。

最近，WPC Qi組已經(jīng)致力于中功率標(biāo)準(zhǔn)，其另外使用頻移鍵控(FSK)調(diào)制促進(jìn)從功率發(fā)送器到功率接收器的單向控制通信。

在物理層級上，使用FSK調(diào)制完成從功率發(fā)送器到功率接收器的通信。這意味著功率發(fā)送器在兩個離散頻率(注意，這些頻率并不是固定的，而是依賴于發(fā)送消息時的工作頻率)之間改變其向功率接收器提供功率的頻率。

在任一情況下，在邏輯層級上，通信協(xié)議利用包含將要發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)的短消息序列。這些消息包含在分組中，分組被以簡單串行數(shù)字成幀格式發(fā)送，所述格式包含前綴碼(preamble)。

可以同時執(zhí)行ASK和FSK調(diào)制兩者來實(shí)現(xiàn)功率發(fā)送器和接收器之間的雙向通信；然而，在很多情況下，由于接收器和發(fā)送器之間的通信的發(fā)送和響應(yīng)特性，ASK和FSK被交替地使用。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的無線功率傳輸系統(tǒng)100的示意框圖。

無線功率傳輸系統(tǒng)100包括功率發(fā)送器105以及功率接收器110。功率發(fā)送器105和功率接收器110經(jīng)由線圈到線圈接口162感應(yīng)耦合，線圈到線圈接口162包括發(fā)送器/初級線圈165和接收器/次級線圈170。

實(shí)際上，發(fā)送器線圈165和接收器線圈170分別被物理地放置在功率發(fā)送器105和功率接收器170的外殼內(nèi)。例如，功率發(fā)送器105可以處于為在桌面上放置而設(shè)計(jì)的充電墊盤設(shè)備內(nèi)部，而功率接收器110可以嵌入在智能電話或平板電腦內(nèi)。在操作中，容納線圈165/170的裝置被彼此相鄰放置，并被設(shè)置使得發(fā)送器線圈165和接收器線圈170通常非?？拷冶慌帕?定向以使裝置之間的功率和通信信號傳輸最大化。

線圈到線圈接口162將頻率和幅度調(diào)制的復(fù)合信號從接收器110攜載到發(fā)送器105，其中在圖1中復(fù)合信號由以下來表示：功率信號185，表示從發(fā)送器105傳送到接收器110的功率；FSK信號175，表示從發(fā)送器105通信到接收器110的數(shù)據(jù)；以及ASK信號180，表示從接收器110發(fā)送到發(fā)送器105的數(shù)據(jù)。該復(fù)合信號是基于FSK信號175對功率信號185的頻率進(jìn)行調(diào)制以及基于ASK信號180使用反向散射調(diào)制來對功率信號185的幅度進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果。應(yīng)理解：(i)在功率發(fā)送器105和功率接收器110之間不存在歐姆電連接，以及(ii)圖1中表示FSK信號175、ASK信號180以及功率信號185的箭頭僅僅被提供用于便于說明這些無線信號的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，這些無線信號都通過線圈到線圈接口162無線傳送。

功率發(fā)送器105包括發(fā)送器控制電路115，其控制功率逆變器電路120和FSK調(diào)制器電路125。功率發(fā)送器105還包括功率信號縮放電路130和ASK解調(diào)器電路135。

功率接收器110包括功率整流器電路150、控制電路140和ASK調(diào)制器電路145。功率整流器電路150向控制電路140提供整流的電壓，控制電路又控制ASK調(diào)制器電路145。功率接收器110還包括功率信號縮放和整形電路155以及FSK解調(diào)器電路160。

功率發(fā)送器105典型地在固定位置處被插入到電氣插口中，并包括(內(nèi)部或外部)AC到DC轉(zhuǎn)換器/整流器(未示出)，其從AC插口提供用于功率發(fā)送器105的操作的內(nèi)部DC電源。替代地或附加地，功率發(fā)送器105可以包括諸 如大容量電池的內(nèi)部DC電壓源。不論哪種情況，功率逆變器120用于在功率發(fā)送器控制電路115的控制下，將DC源轉(zhuǎn)變?yōu)樗m宜頻率的AC，以用于跨線圈到線圈接口162發(fā)送。

功率接收器110包括功率整流器150，其接收經(jīng)由線圈到線圈接口162發(fā)送的功率信號185并將接收的AC電壓轉(zhuǎn)換回DC，以用于在功率接收器電路110中使用以及為負(fù)載(未示出)(諸如，蜂窩/智能電話或平板電腦中的電池)供電。

功率發(fā)送器105還包括FSK調(diào)制器125，其從控制電路115接收狀態(tài)/控制數(shù)據(jù)，使用FSK調(diào)制對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，并通過基于FSK信號175調(diào)制功率信號185的頻率，而將FSK信號175與功率信號185結(jié)合地跨線圈到線圈接口162發(fā)送。

功率接收器110內(nèi)的功率信號縮放和整形電路155對來自次級線圈170的FSK信號175進(jìn)行提取、縮放和整形，并將恢復(fù)的FSK信號傳遞到FSK解調(diào)器電路160，F(xiàn)SK解調(diào)器電路160對恢復(fù)的FSK信號進(jìn)行解調(diào)并將解調(diào)的數(shù)據(jù)傳遞到功率接收器控制電路140。

在功率接收器110內(nèi)，控制電路140將接收器狀態(tài)/控制信息發(fā)送到ASK調(diào)制器電路145，在這里接收器狀態(tài)/控制信息經(jīng)由功率信號185的ASK調(diào)制(示出為ASK信號180)被發(fā)送到功率信號縮放電路130，功率信號縮放電路130對來自初級線圈165的ASK信號180進(jìn)行提取和縮放并將恢復(fù)的ASK信號傳遞到ASK解調(diào)器電路135，ASK解調(diào)器電路135對恢復(fù)的ASK信號進(jìn)行解調(diào)并將解調(diào)的數(shù)據(jù)傳遞到功率發(fā)送器105的控制電路115。

幅移鍵控是相對簡單的調(diào)制方案。在ASK調(diào)制中，功率信號載波的頻率和相位保持恒定，而幅度是變化的。信息位(bit)通過功率信號載波的幅度變化進(jìn)行通信。有時ASK也被稱為2ASK，這是因?yàn)檎{(diào)制信號可以僅采用兩個邏輯電平：0或1。

功率接收器110使用反向散射ASK調(diào)制與功率發(fā)送器105通信。出于該目的，功率接收器110(以及更具體地，ASK調(diào)制器電路145)將從接收的功率信號中提取的功率量在表示邏輯1和邏輯0的兩個電平之間進(jìn)行調(diào)制。功率發(fā)送器105中的ASK解調(diào)器電路135檢測作為通過初級線圈165的電流和/或跨初級線圈165的電壓的調(diào)制的ASK信號180。

功率發(fā)送器105使用FSK調(diào)制與功率接收器110進(jìn)行通信。出于該目的， 功率發(fā)送器105中的FSK調(diào)制器電路125對功率信號185的頻率進(jìn)行調(diào)制，并且通過接收器110中的FSK解調(diào)器電路160檢測該頻率的變化。

圖2A和2B是示意電路圖，其分別示出：a)如在現(xiàn)有技術(shù)的功率發(fā)送器中可能發(fā)現(xiàn)的ASK解調(diào)器電路200A，和b)如在現(xiàn)有技術(shù)的功率接收器中可能發(fā)現(xiàn)的FSK解調(diào)器電路200B。

在成本敏感的無線充電系統(tǒng)的背景下，所利用的許多的分立組件(包括邏輯門和運(yùn)算放大器)尤其代表了這些電路的昂貴的實(shí)現(xiàn)方式。

圖2A的ASK解調(diào)器電路200A包括次級線圈輸入和輸出抽頭210、電壓縮減電路220、整流和DC濾波器電路230、低通濾波器電路240、電平比較器電路250、分壓器252以及通信輸出255。

結(jié)合微控制器使用ASK解調(diào)器電路200A的ASK解調(diào)操作的細(xì)節(jié)可在Freescale Semiconductor的應(yīng)用說明(Application Note)AN4701“Demodulating Communication Signals of a Qi-Compliant Low-Power Wireless Charger Using MC56F8006 DSC，”Rev.0，03/2013(此處的“AF4701”)中得到，通過引用將其全部內(nèi)容并入于此。

圖2B的FSK解調(diào)器電路200B包括第一整形電路265、脈沖觸發(fā)器電路270、二階帶通濾波器275、第二整形電路280以及時鐘同步器電路285。

在操作中，第一整形電路265從與功率接收器(未示出)的接收線圈(未示出)相關(guān)聯(lián)的縮減電路(未示出)接收FSK調(diào)制的輸入260。第一整形電路265通過有效地將正弦波的低和高擺幅(excursion)箝位或限制到特定限制，將縮放的正弦波FSK調(diào)制的輸入260整形為矩形波信號，由此變?yōu)榉叫稳コǚ搴筒ü取?/p>

隨后脈沖觸發(fā)器電路270輸出與從第一整形電路265輸出的矩形波信號的每個上升沿和每個下降沿相關(guān)聯(lián)的脈沖，產(chǎn)生追蹤原始FSK調(diào)制的輸入260的頻率調(diào)制的脈沖序列。隨后將該變頻脈沖序列饋送到二階帶通濾波器275中，在這里與調(diào)制的邏輯1相關(guān)聯(lián)的較高頻率以比與調(diào)制的邏輯0相關(guān)聯(lián)的較低頻率多的幅度通過。通過第二整形電路280將帶通濾波器275的輸出閾值處理(thresholded)為二進(jìn)制信號，其隨后與系統(tǒng)時鐘進(jìn)行同步以恢復(fù)原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確表示。盡管該電路是某種程度上有效的，但由于噪聲和邊緣調(diào)制，該電路遭受基于恢復(fù)的信號中的毛刺的位的錯誤否定(false negative)和錯誤肯定 (false positive)檢測的影響。

圖3是示出包括ASK信號180的恢復(fù)和解調(diào)的圖1的功率發(fā)送器105中的操作的示意框圖。尤其是，圖3示出了初級線圈165、功率信號縮放電路130、功率逆變器120以及微控制器單元(MCU)320，該單元實(shí)現(xiàn)圖1的控制器115以及ASK解調(diào)器135。

MCU 320包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)330、控制器335、多通道脈沖寬度調(diào)制器(PWM)337以及存儲器340，連同計(jì)時器、通用IO、若干UART以及其它支持功能和外部設(shè)備(未示出)。

在操作中，控制器335指示PWM 337輸出信號345，信號345控制功率逆變器120的操作以實(shí)現(xiàn)：將功率逆變器120的DC輸入轉(zhuǎn)換為方波功率輸出350，當(dāng)被驅(qū)動通過初級線圈165的有效電感時，產(chǎn)生正弦功率信號。根據(jù)Qi標(biāo)準(zhǔn)，功率輸出350具有大約100kHz到205kHz的頻率。初級線圈165將無線信號352發(fā)射到圖1的功率接收器110的次級線圈170。注意，盡管技術(shù)上ASK解調(diào)過程中并不涉及功率逆變器120，但是該功率逆變器負(fù)責(zé)產(chǎn)生功率輸出350，導(dǎo)致由接收器110的次級線圈170接收的無線信號352，最終對無線信號352施加ASK調(diào)制。因此在解調(diào)的背景下描述功率逆變器120的操作是有指導(dǎo)意義的。

可以采用許多不同的功率逆變器電路來實(shí)現(xiàn)功率逆變器120。在Freescale Semiconductor的應(yīng)用說明AN4705“Low-Power Wireless Charger Transmitter Design Using MC56F8006 DSC”Rev.0，03/2013(此處稱為“AN4705”)的3.1節(jié)中描述了一種實(shí)現(xiàn)方式，通過引用將其全部內(nèi)容并入于此。

此外，描述PWM337在(a)經(jīng)由功率逆變器120產(chǎn)生功率信號350以及(b)在解調(diào)期間對調(diào)制的功率信號360進(jìn)行采樣兩者中所起的作用有助于理解根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的PWM 337的雙重功用。

功率接收器110使用符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的反向散射ASK調(diào)制來調(diào)制無線信號352。反向散射ASK調(diào)制通過在次級線圈170中提取電流改變發(fā)送的初級線圈165中的正弦波的幅度，由此根據(jù)Qi標(biāo)準(zhǔn)中調(diào)用的雙相數(shù)字編碼方案將數(shù)據(jù)編碼到無線信號352上。

雙相編碼是編碼邏輯1和0的方法，其中邏輯0通過在位周期中間沒有轉(zhuǎn)換來表征，而邏輯1通過在位周期的中間附近的低到高轉(zhuǎn)換或由高到低轉(zhuǎn)換來 表征。數(shù)字反向散射ASK調(diào)制的位率(bit rate)是2kbps+/-4％。在AN4701中可以找到ASK編碼方案的更多細(xì)節(jié)。

在功率接收器110中執(zhí)行的反向散射ASK調(diào)制導(dǎo)致初級線圈165中的電壓信號的幅度中高值和低值之間的不小于250mV的偏差。

通過功率信號縮放電路130經(jīng)由輸入355接收初級線圈165中的電壓信號，在這里將電壓信號縮減到MCU 320的ADC 330可接受的標(biāo)度(例如，0到5伏)內(nèi)的范圍中的電壓。ADC 330接收代表初級線圈電壓信號的縮減的電壓信號360，其攜載ASK調(diào)制。由PWM 337的輸出365(例如，同步的輸出)控制ADC 330的采樣。校準(zhǔn)PWM 337以周期性地在功率信號的每個周期在其峰值處或非常接近其峰值地對縮減的初級線圈電壓信號進(jìn)行采樣。周期采樣頻率可以被鎖定為初級線圈功率信號的頻率(例如，107kHz)。

在一些實(shí)施例中，例如，對于高頻初級線圈功率信號，為使得能夠使用較慢的ADC，PWM 337可以被編程為每n個功率信號的周期(例如，n＝2，3，4，...)對功率信號的峰值進(jìn)行采樣。

ADC 330的輸出被控制器335捕獲并被由控制器335執(zhí)行的一個或多個濾波算法進(jìn)行處理，以確定與根據(jù)雙相編碼方案的邏輯1或0的發(fā)送對應(yīng)的信號中的轉(zhuǎn)換何時最可能出現(xiàn)?？刂破?35與存儲器340通信以存儲和重新獲取與濾波算法相關(guān)聯(lián)的中間值以及與來自接收器110的ASK調(diào)制的數(shù)據(jù)信號180相關(guān)聯(lián)的最終解碼位值兩者。

圖4是用于校準(zhǔn)圖3的PWM 337以使能ADC 330使用觸發(fā)點(diǎn)掃描策略周期性地基本上在其峰值處對縮放的電壓信號360(在此也被稱為功率信號360)進(jìn)行采樣的校準(zhǔn)過程400的頂層級流程圖。該過程在步驟410開始，由與正弦功率信號循環(huán)或周期的起始相對應(yīng)的開始信號觸發(fā)。該開始信號可以是PWM輸出信號345的分量，其對應(yīng)于對用來實(shí)現(xiàn)功率逆變器120的全橋式逆變器的四條腿(leg)中的一個的控制(更多細(xì)節(jié)請參見AN4705)。在替代實(shí)施例中，開始信號可以是與功率信號的循環(huán)定時相關(guān)聯(lián)的其它信號(例如，與功率信號相關(guān)聯(lián)的由低到高過零檢測器的輸出)。

在步驟420中，控制器335在存儲器340中：(i)將Peak_Value(峰_值)變量和Peak_Time(峰值_時間)變量初始化為0以及(ii)將Test_Time(測試_時間)變量初始化為-TimeStep(時間步長)，使得當(dāng)Test_Time之后在步驟430 中首次遞增時，Test_Time將相對于后繼的功率信號循環(huán)的開始等于時間0。

在步驟430中，ADC 330采樣功率信號360，以及控制器335(i)將采樣在存儲器340中存儲為Test_Value(測試_值)變量以及(ii)以TimeStep值與全循環(huán)延遲(Period(周期)，即一個完整的功率信號循環(huán)的持續(xù)時間)之和來遞增Test_Time變量。TimeStep值是被設(shè)置為與時間增量對應(yīng)的常量，該時間增量典型地等于大約功率信號周期的1/10(1/10^th)或1/20(1/20^th)，使得能夠?qū)β市盘?60進(jìn)行足夠高分辨率的采樣。

注意，如由將常量值Period加到Test_Time值所指示的，每個后續(xù)的采樣是在一個完整的功率信號循環(huán)加上TimeStep的遞增以后的時刻執(zhí)行的。以該方式這樣做是為了避免需要使用非?？斓腁DC來確定功率信號的峰值出現(xiàn)的時間。不是在單個循環(huán)上以TimeStep逐步執(zhí)行，而是ADC 330以TimeStep更深入到每個相繼的循環(huán)中地對功率信號360采樣。假設(shè)功率信號360上有低的抖動，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與在單個循環(huán)內(nèi)采樣多次相同的結(jié)果，但允許使用慢得多的ADC的操作。特別地，在校準(zhǔn)期間，ADC采樣率將比ADC 330的正常操作頻率稍低。

注意，在一些實(shí)施例中，可以減去而不是加上TimeStep，使得每個后續(xù)的采樣可以在一個完整周期減去一個TimeStep以后的時刻執(zhí)行，由此采樣頻率可比功率信號頻率稍高。

在步驟440中，執(zhí)行測試以查看Test_Value是否大于Peak_Value。如果不大于，則過程繼續(xù)進(jìn)行到步驟460，這將在下面進(jìn)一步描述。

如果如由步驟440的測試所確定的，Test_Value大于Peak_Value，則在步驟450中，使用較大值Test_Value來更新Peak_Value，并且使用Test_Time的值來更新Peak_Time。

在步驟460中，執(zhí)行測試以查看校準(zhǔn)過程是否完成。特別地，通過將Test_Time與特定Calib_Period(校準(zhǔn)_周期)值相比較來執(zhí)行測試以確定是否達(dá)到校準(zhǔn)周期的末尾。例如，Calib_Period可以是用于系統(tǒng)的常量，被設(shè)置為功率信號360的循環(huán)時間的P倍，其中P是循環(huán)被劃分成的TimeStep持續(xù)時間采樣的數(shù)量。如果TimeStep值被設(shè)置為功率信號周期的1/10，則P＝10，以及以Qi標(biāo)準(zhǔn)為例，Calib_Period可以被設(shè)置為1/107kHz或9.3微秒(usec)×10＝93微秒。在這種情況下，將對于功率信號360的10個周期執(zhí)行測試。替代地， 可以將實(shí)際采樣限制到僅僅功率信號循環(huán)的正相位，以減少在其中已知不出現(xiàn)峰值的功率信號360相位中錯誤的峰值檢測的可能性。在一些實(shí)施例中使用該技術(shù)以在校準(zhǔn)和/或操作期間進(jìn)一步減少采樣率(例如，降低2倍)。此外，在一些實(shí)施例中，在校準(zhǔn)和/或操作期間，不需要在功率信號的每個循環(huán)對峰值進(jìn)行采樣，而是可以替代地每隔一個循環(huán)、每三個循環(huán)、每四個循環(huán)或每k個循環(huán)來執(zhí)行采樣，只要在每個位周期獲得足夠數(shù)量的采樣以解析位編碼方案的轉(zhuǎn)換信息。

如果步驟460的測試確定校準(zhǔn)過程沒有完成，則過程繼續(xù)，在步驟430中獲取功率信號360的新的采樣。如果步驟460的測試確定校準(zhǔn)過程完成，則校準(zhǔn)過程在步驟470結(jié)束。

注意，假設(shè)每次校準(zhǔn)過程不能產(chǎn)生相同的準(zhǔn)確偏移，則校準(zhǔn)過程400可以重復(fù)數(shù)次來確定其中峰值出現(xiàn)的到功率信號360的循環(huán)中的時間偏移的更可靠的值。在一些情況下，可以替代使用平均時間偏移值來克服峰值時間校準(zhǔn)中的抖動。

在一些實(shí)施例中，可以使用附加的時序算法以得到功率信號360的峰值出現(xiàn)的到循環(huán)中的時間偏移的值。這樣的附加時序算法例如可以丟棄在其中峰值被預(yù)期的區(qū)域以外的采樣，以消除錯誤肯定。

在一些實(shí)施例中，用于該偏移確定的校準(zhǔn)序列可以在操作期間周期性地重復(fù)或按需要重復(fù)，以確定“最佳”偏移值，例如通過平均處理，其可以可選地包括丟棄任何無關(guān)的偏移值。一旦確定較好的偏移值，就使用該偏移值對PWM 337的輸出信號365進(jìn)行編程，以用于在正常操作期間觸發(fā)ADC 330。在正常操作期間，對于功率信號360的每個循環(huán)，PWM輸出信號365被用于觸發(fā)ADC 330以在其峰值處對功率信號360進(jìn)行采樣，以用于在作為圖3的ASK信號解調(diào)的一部分的平均算法中使用。

在一些實(shí)施例中，在校準(zhǔn)之后以及在操作期間，如果采樣的峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)在將預(yù)期為有效低或高峰值的范圍外，則可以將該采樣的峰值丟棄和/或可以使用在前的或之后的有效峰值代替之。該丟棄處理可以操作地被用作為ASK信號解調(diào)中有效的第一濾波算法(可能與其它技術(shù)結(jié)合)。

在一些實(shí)施例中，如果從有效范圍檢測出了過多峰值，則可以重新運(yùn)行校準(zhǔn)過程400以確保系統(tǒng)對功率信號360在其真實(shí)峰值處進(jìn)行采樣。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的第二濾波算法500的頂層級流程圖。該算法在步驟510開始。在步驟520中，捕獲功率信號360的N個采樣，并將N個采樣的平均值存儲在變量AVG[old](AVG[舊])中。接下來，在步驟530中，捕獲接下來的N個采樣值，并將平均值存儲在變量AVG[new](AVG[新])中。

在測試550中，計(jì)算AVG[new]與AVG[old]之間差值的絕對值，并將其與特定的轉(zhuǎn)換閾值進(jìn)行比較。轉(zhuǎn)換閾值典型地被設(shè)置為大約200mV，其對應(yīng)于符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中的反向散射ASK調(diào)制方案中在低和高之間期望的幅度差值。如果差值大于閾值，則在步驟560中記錄該轉(zhuǎn)換，且在ASK調(diào)制中使用的雙相編碼的解碼中使用轉(zhuǎn)換的時間。如果差值不大于閾值，則在步驟540中，將在AVG[new]中存儲的值復(fù)制到變量AVG[old]中，且過程在步驟530中繼續(xù)。算法繼續(xù)，直到在步驟550中檢測到了轉(zhuǎn)換，或該過程以其它方式被中斷。

圖6是示出數(shù)據(jù)時鐘610、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號620以及雙相編碼的數(shù)據(jù)信號630之間的關(guān)系的時序圖600。注意，在雙相編碼方案中，通過在位周期中間不存在任何轉(zhuǎn)換來對零進(jìn)行編碼。因此，其可能對應(yīng)于功率信號的高電平幅度調(diào)制(例如，640)或低電平幅度調(diào)制(例如，650)。轉(zhuǎn)換的不存在或存在允許ASK解調(diào)器135確定位是否為零。

進(jìn)一步地，如果通過具有低電平幅度(例如，在圖6的650處)的位周期中間不存在轉(zhuǎn)換來對邏輯0進(jìn)行編碼，則通過在它們的位周期中間的由高到低的轉(zhuǎn)換(例如，在655處)對一個或多個接下來的邏輯1值進(jìn)行編碼。因此，檢測的在這樣的邏輯0之后的由低到高轉(zhuǎn)換可以作為無效狀態(tài)被丟棄。類似地，將通過由低到高的轉(zhuǎn)換(例如，在675處)對在被編碼為高電平(例如，在670處)的在邏輯0(例如，在665處)之后的邏輯1(例如，在660處)進(jìn)行編碼。因此，在該位周期中間附近檢測的由高到低的轉(zhuǎn)換可以作為無效的被丟棄。忽略這些無效轉(zhuǎn)換可以被認(rèn)為是可以應(yīng)用于解調(diào)過程中的第三濾波算法。

可以應(yīng)用到功率信號360的ADC采樣的、對確定雙相編碼調(diào)制中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換特別有效的第四濾波算法是滑動窗口加權(quán)平均，由以下示例性算法表示：

數(shù)據(jù)_平均(i)＝K×數(shù)據(jù)_平均(i-1)+(1-K)×數(shù)據(jù)_新，

其中K是可調(diào)系數(shù)值(典型地被設(shè)置為大約0.9)，其對移動平均(runing average)賦予比新的采樣更高的權(quán)重。在實(shí)際中，該第四濾波器將基于位周期中采樣的數(shù)量和K的值相當(dāng)緩慢地追蹤數(shù)據(jù)。這對于以下是有用的：使來自數(shù) 據(jù)的任何噪聲尖峰平滑以及允許清楚地確定數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)換的出現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施例，將該第四濾波算法與圖5的至少第二濾波算法相結(jié)合。注意，對于N的較小的所選值，第二濾波算法可以被認(rèn)為相當(dāng)接近地追蹤功率信號360的變化，而第四濾波算法可以被看作為更慢地或類似地帶有較大延遲地追蹤功率信號360的變化。

因此，當(dāng)功率信號360從高電平轉(zhuǎn)換到低電平時，緊接地在功率信號360的有效轉(zhuǎn)換之后應(yīng)觀察到第二濾波器的結(jié)果比第四濾波器結(jié)果更低，這是因?yàn)榈谒臑V波器結(jié)果將延遲功率信號360(即，在其中過沖下降)，而較快的/更緊密追蹤的第二濾波器結(jié)果將保特更接近于功率信號360的實(shí)際下降值。可以通過以下將這些事實(shí)組合濾波算法使用：通過將測試限制到剛好在期望的轉(zhuǎn)換時間之前或剛好在其之后，以及使用來自在期望的轉(zhuǎn)換時間兩側(cè)的兩個濾波器的信息，來消除毛刺以免觸發(fā)對轉(zhuǎn)換檢測的錯誤肯定或錯誤否定。

換言之，在組合的濾波方法中，第二和第四濾波算法必須同意(剛好在轉(zhuǎn)換點(diǎn)之前以及剛好在轉(zhuǎn)換點(diǎn)之后兩者)特定檢測的轉(zhuǎn)換已經(jīng)出現(xiàn)。

此外，由結(jié)合第二和第四濾波算法確定的轉(zhuǎn)換的方向可用于與第三濾波算法相結(jié)合以進(jìn)一步移除無效狀態(tài)從免起被檢測。

最后，在第五濾波算法中，檢測的轉(zhuǎn)換的定時可用于確定其有效性。由于在雙相編碼中，對于編碼的邏輯0，有效轉(zhuǎn)換僅可能基本上出現(xiàn)在位周期的邊沿處，而對于編碼的邏輯1，基本上出現(xiàn)在位周期的開始和中間，所以可以使用該信息幫助系統(tǒng)忽略不在期望的時間處出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，結(jié)合濾波算法1-4產(chǎn)生具有很低檢測錯誤可能性的解調(diào)/解碼技術(shù)。

在各種實(shí)施例中，兩個或更多個以上濾波算法可以被結(jié)合和/或用于ASK調(diào)制的或FSK調(diào)制的數(shù)據(jù)的解碼。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的解調(diào)步驟700的頂層級流程圖。該過程在步驟710開始。在步驟720中，首先使用模擬電路(諸如在ASK解調(diào)情況下的功率信號縮放電路130)對功率信號進(jìn)行處理。

在步驟730中，周期性地捕獲功率信號以產(chǎn)生一系列的數(shù)字采樣。例如，在ASK解調(diào)的情況下，圖3中的MCU320的ADC 330可以被用于對功率信號縮放電路130的輸出360進(jìn)行采樣，輸出360已經(jīng)被用于產(chǎn)生功率信號的縮減 的表示。該采樣過程將導(dǎo)致一系列數(shù)字采樣被捕獲，所述數(shù)字采樣具有代表典型地在0到5伏特之間的電壓的值。

在步驟740，將一個或多個數(shù)字濾波算法應(yīng)用到一系列數(shù)字采樣，以確定功率信號調(diào)制中的由低到高和由高到低轉(zhuǎn)換，這些轉(zhuǎn)換對應(yīng)于在ASK或FSK解調(diào)期間功率信號上的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的雙相編碼。(例如，可能將先前所述的第二和第四濾波算法結(jié)合來處理數(shù)字采樣，以確定功率信號中的轉(zhuǎn)換)。

在步驟750中，使用轉(zhuǎn)換信息來幫助確定經(jīng)由功率信號的調(diào)制發(fā)送的原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)。如果過程700運(yùn)行在發(fā)送器中，則過程700將被用于對ASK調(diào)制的數(shù)據(jù)流進(jìn)行解調(diào)，而如果過程700運(yùn)行在接收器中，則過程700將被用于對FSK調(diào)制的數(shù)據(jù)流進(jìn)行解調(diào)。

圖8是示出在FSK信號175的恢復(fù)和解調(diào)中所涉及的圖1的功率接收器110中的操作的示意框圖。特別地，圖8示出圖1的次級線圈170、電壓縮減電路820、過零檢測器830、以及實(shí)現(xiàn)圖1的FSK解調(diào)器電路160和控制器140的MCU 840。電壓縮減電路820和過零檢測器830是圖1中的功率信號縮放和整形電路155的一部分。

MCU 840包括計(jì)時器850、控制器860以及存儲器870，連同計(jì)數(shù)器、通用IO、UART、ADC以及其它支持功能和外部設(shè)備(未示出)。

在操作中，F(xiàn)SK調(diào)制的無線功率信號875由次級線圈170接收，以及電壓被電壓縮減電路820分接(880)和縮減(例如，到0與5V之間)，并經(jīng)由連接器885被饋送到過零檢測器830。

在過零檢測器830中，將縮減的功率信號整形為方波信號，其上升和下降沿分別可被用作為功率信號的由低到高轉(zhuǎn)換時間以及由高到低轉(zhuǎn)換時間的指示器。

可以測量對應(yīng)的轉(zhuǎn)換之間的時間，例如，輸出890的連續(xù)的由低到高轉(zhuǎn)換之間的時間(或替代地，連續(xù)的由高到低轉(zhuǎn)換之間的時間)以確定功率信號的周期(例如，對于107kHz操作頻率的功率信號，通常是9.3微秒)。

在該實(shí)施例中，將輸出890的每個上升沿饋送到計(jì)時器850的觸發(fā)輸入，且上升沿之間的周期(即，功率信號的瞬時周期)被捕獲作為一系列的數(shù)字采樣。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的圖1的模擬功率信號縮放和整形電路155 的示意電路圖。模擬功率信號縮放和整形電路155包括圖8的電壓縮減電路820和圖8的過零檢測器830。

在操作中，電壓縮減電路820附接到功率接收器110的次級線圈170，并將功率信號電壓(880)縮減到用于由過零檢測器830使用可接受的電平(885)。過零檢測器830接收縮減的功率信號885，以及當(dāng)其在其輸入處遇到由低到高過零時將其輸出890驅(qū)高至Vdd軌(rail)，以及當(dāng)其在其輸入處遇到由高到低過零時驅(qū)動其輸出890至地。這導(dǎo)致次級線圈170的功率信號的縮減和方形表示890，其可以直接用作為至MCU 840的計(jì)時器850的輸入。通過以這種方式處理次級線圈信號，可以將MCU的電路(該MCU通常是支持接收器110的其它控制特征所需的)用于大部分FSK解調(diào)，由于通過MCU實(shí)現(xiàn)的濾波器，除了提供了提高的可靠性和檢測精度兩者之外，還提供了用于實(shí)現(xiàn)FSK解調(diào)的外部分立模擬電路的消減的?？傊c對應(yīng)的圖2B的現(xiàn)有技術(shù)的模擬電路相比，與FSK解調(diào)相關(guān)聯(lián)的圖9的分立模擬電路155具有少得多的組件。類似地，與對應(yīng)的圖2A的現(xiàn)有技術(shù)的電路相比，與ASK解調(diào)相關(guān)聯(lián)的分立模擬電路(即圖1和3中的功率信號縮放電路130)具有少得多的組件。

注意，在由電壓縮減電路820和過零檢測器830對FSK調(diào)制的功率信號進(jìn)行處理，以及使用信號890的上升或下降沿作為到計(jì)時器電路850中的輸入之后，產(chǎn)生了一系列的數(shù)據(jù)采樣。這些表示連續(xù)的上升過零之間的持續(xù)時間的數(shù)據(jù)采樣具有以下格式，其中：由較小值的數(shù)字采樣表示高的頻率，以及由較大值的數(shù)字采樣表示低的頻率。因此，可以利用之前討論的(在ASK解調(diào)示例的上下文中)相同的濾波算法(例如，濾波算法1-5)對該系列數(shù)字采樣進(jìn)行進(jìn)一步處理，以移除毛刺并最小化調(diào)制中的變換檢測上的錯誤肯定和錯誤否定。

如之前討論的，可以將圖7的一般解調(diào)過程700應(yīng)用于FSK解調(diào)。

例如，考慮根據(jù)圖8的FSK解調(diào)的本發(fā)明的實(shí)施例，在步驟710中開始過程之后，在步驟720中，F(xiàn)SK調(diào)制的無線功率信號875由次級線圈170接收，并隨后由諸如電壓縮減電路820和過零檢測器電路830的模擬電路進(jìn)行處理。

在步驟730中，周期性地捕獲功率信號以產(chǎn)生一系列的數(shù)字采樣。在FSK解調(diào)的情況下，在MCU 840內(nèi)，由計(jì)時器850產(chǎn)生數(shù)字采樣，計(jì)時器850測量在過零檢測器830的輸出的連續(xù)上升沿之間的時間周期。這些測量的周期由控制器860捕獲(例如，通過中斷服務(wù)例程)，并在存儲器870內(nèi)被存儲為數(shù)字采 樣的陣列或系列(例如，在循環(huán)緩沖區(qū)中)。

在步驟740中，將一個或多個數(shù)字濾波算法應(yīng)用到數(shù)字采樣的系列，以確定功率信號調(diào)制中與在FSK解調(diào)期間功率信號上的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的雙相編碼相對應(yīng)的由低到高和由高到低的轉(zhuǎn)換。

通過控制器860將數(shù)字濾波算法(諸如之前關(guān)于ASK解調(diào)描述的第2和第4數(shù)字濾波算法)應(yīng)用到存儲器870中存儲的數(shù)字采樣，以確定功率信號中轉(zhuǎn)換的出現(xiàn)，并將結(jié)果存儲回存儲器870中。

在步驟750中，使用轉(zhuǎn)換信息來幫助確定經(jīng)由功率信號調(diào)制發(fā)送的原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)。如果過程700運(yùn)行在接收器110中，則其將被用于對FSK調(diào)制的數(shù)據(jù)流進(jìn)行解調(diào)。在這種情況下，控制器860從存儲器870重新獲取轉(zhuǎn)換信息并將與雙相編碼相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換規(guī)則應(yīng)用到數(shù)據(jù)以恢復(fù)原始發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

因此，應(yīng)當(dāng)明白，圖7的頂層解調(diào)過程700可同樣較好地被應(yīng)用于FSK解調(diào)和ASK解調(diào)兩者。

注意，一些裝置將被設(shè)計(jì)成支持雙向功率傳送。在這些裝置中，過程700是特別有益的，這是由于可以相當(dāng)大地節(jié)省成本和降低復(fù)雜度地來將過程700用于解調(diào)ASK調(diào)制的信號(對于發(fā)送器模式)以及FSK調(diào)制的信號(對于接收器模式)兩者。

盡管在此參考特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，在不脫離以下權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的范圍的前提下，可作出各種修改和改變。因此，說明書和附圖應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性的而非限制的意義，以及所有這些修改意圖被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在此關(guān)于特定實(shí)施例描述的任何益處、優(yōu)點(diǎn)或問題的解決方案不應(yīng)被解釋為任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、必需的、必要的特征或元件。