首页 / 专利库 / 电子零件及设备 / 放大器 / 求和放大器 / 无线电力传输中的阻抗改变检测

无线电传输中的阻抗改变检测

阅读:1017发布:2020-10-09

专利汇可以提供无线电传输中的阻抗改变检测专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且示范性 实施例 是针对无线电 力 传送。来自传输天线的 能量 耦合到传输器上的内部 信号 。阻抗测量 电路 通过比较所述耦合的内部信号来产生阻抗指示信号,所述阻抗指示信号用于指示所述耦合的内部信号之间的阻抗差。 控制器 对所述阻抗指示信号进行取样且响应于所述阻抗指示信号的改变而确定数字信令值。所述阻抗测量电路测量所述内部信号的量值差、所述内部信号的 相位 差及由耦合于RF信号与所述传输天线之间的 放大器 消耗的电力的改变中的一者或一者以上。传输器响应于射频(RF)信号而通过传输天线产生电 磁场 ,以在所述传输天线的近场内产生耦合模式区。,下面是无线电传输中的阻抗改变检测专利的具体信息内容。

1.一种用于检测反向链路信令的方法,其包含:
将前向链路信号定向地耦合到响应于所述前向链路信号的反向链路信号,其中所述前向链路信号包含RF信号输入到传输信号输出的可操作耦合;
测量所述前向链路信号与所述反向链路信号之间的阻抗差;及
响应于所述阻抗差的改变而确定数字信令值。
2.根据权利要求1所述的方法,其进一步包含:
以近场辐射的耦合频率产生所述RF信号输入;及
发射所述传输信号输出以产生所述近场辐射的耦合模式区以供耦合到接收器装置上的接收天线。
3.根据权利要求1所述的方法,其中:
所述测量所述阻抗差包含:
确定所述前向链路信号与所述反向链路信号之间的相位差;及
确定所述前向链路信号与所述反向链路信号之间的量值差;且
所述确定所述数字信令值是响应于所述相位差的改变及所述量值差的改变。
4.根据权利要求3所述的方法,其中:
所述测量所述阻抗差进一步包含检测由放大器消耗的电的改变,所述放大器耦合于所述RF信号输入与所述传输信号输出之间;且
所述确定所述数字信令值进一步是响应于由所述放大器消耗的电力的所述改变。
5.根据权利要求4所述的方法,其进一步包含:
确定所述相位差的导数、所述量值差的导数,及电力的所述改变的导数;
使用数据转变训练序列以:
选择所述导数中的一者作为具有最高电力的信号;且
计算具有所述最高电力的所述信号的自适应阈值;且
所述确定所述数字信令值包括将后续数据转变与所述自适应阈值相比较。
6.根据权利要求5所述的方法,其中使用所述训练序列计算所述自适应阈值包含:
将具有所述最高电力的所述信号的所述训练序列的预定数目个峰值的值求和;
将平均尾部值确定为具有所述最高电力的所述信号在所述预定数目个峰值之后的时间偏移处的平均值;及
将所述预定数目个峰值的总和与所述平均尾部值平均。
7.根据权利要求3所述的方法,其中所述确定所述数字信令值包含计算距离,所述距离包含所述阻抗差的平方与所述量值差的平方的总和的平方根。
8.一种无线电力传输器,其包含:
定向耦合器,其具有耦合于RF信号输入与传输信号输出之间的前向链路,及耦合于第一端口与第二端口之间的反向链路;
阻抗测量电路,其具有可操作地耦合到所述第一端口的第一输入、可操作地耦合到所述第二端口的第二输入,且用于产生阻抗指示信号以指示所述前向链路与所述反向链路之间的阻抗差;及
控制器,其用于对所述阻抗指示信号进行取样且响应于所述阻抗指示信号的改变而确定数字信令值。
9.根据权利要求8所述的无线电力传输器,其进一步包含:
传输天线,其用于发射所述传输信号输出以产生近场辐射的耦合模式区以供耦合到接收器装置上的接收天线;及
信号产生器,其用于以所述近场辐射的耦合频率产生所述RF信号输入。
10.根据权利要求8所述的无线电力传输器,其中所述阻抗测量电路包含:
相位确定器,其具有可操作地耦合到所述第一端口的第一输入、可操作地耦合到所述第二端口的第二输入,及用于指示所述前向链路与所述反向链路之间的相位差的相位输出;及
量值确定器,其具有可操作地耦合到所述第一端口的第一输入、可操作地耦合到所述第二端口的第二输入,及用于指示所述前向链路与所述反向链路之间的量值差的量值输出;且
其中所述控制器进一步用于对所述相位输出及所述量值输出进行取样且响应于所述相位输出的改变及所述量值输出的改变而确定所述数字信令值。
11.根据权利要求10所述的无线电力传输器,其中所述阻抗测量电路进一步包含:
放大器,其可操作地耦合于所述信号产生器与所述定向耦合器之间;及负载感测电路,其可操作地耦合到所述放大器以用于检测由所述放大器消耗的电力的改变;且
其中所述控制器进一步用于对电力的所述改变进行取样且在响应于所述相位输出的改变及所述量值输出的改变确定所述数字信令值时包含电力的所述改变。
12.根据权利要求11所述的无线电力传输器,其中所述控制器进一步用于:
确定所述相位输出的导数、所述量值输出的导数,及电力的所述改变的导数;
使用数据转变训练序列以:
选择所述导数中的一者作为具有最高电力的信号;且
计算具有所述最高电力的所述信号的自适应阈值;及
通过将后续数据转变与所述自适应阈值相比较来确定所述数字信令值。
13.根据权利要求12所述的无线电力传输器,其中所述控制器进一步用于通过以下操作来计算所述自适应阈值:
将具有所述最高电力的所述信号的所述训练序列的预定数目个峰值的值求和;
将平均尾部值确定为具有所述最高电力的所述信号在所述预定数目个峰值之后的时间偏移处的平均值;及
将所述预定数目个峰值的总和与所述平均尾部值平均。
14.根据权利要求10所述的无线电力传输器,其中所述控制器进一步用于通过计算距离来确定所述数字信令值,所述距离包含所述阻抗差的平方与所述量值差的平方的总和的平方根。
15.一种用于检测反向链路信令的设备,其包含:
用于将前向链路信号定向地耦合到响应于所述前向链路信号的反向链路信号的装置,其中所述前向链路信号包含RF信号输入到传输信号输出的可操作耦合;
用于测量所述前向链路信号与所述反向链路信号之间的阻抗差的装置;及用于响应于所述阻抗差的改变而确定数字信令值的装置。
16.根据权利要求15所述的设备,其进一步包含:
用于以近场辐射的耦合频率产生所述RF信号输入的装置;及
用于发射所述传输信号输出以产生所述近场辐射的耦合模式区以供耦合到接收器装置上的接收天线的装置。
17.根据权利要求15所述的设备,其中:
所述用于测量所述阻抗差的装置包含:
用于确定所述前向链路信号与所述反向链路信号之间的相位差的装置;及用于确定所述前向链路信号与所述反向链路信号之间的量值差的装置;且所述用于确定所述数字信令值的装置是响应于所述相位差的改变及所述量值差的改变。
18.根据权利要求17所述的设备,其中:
所述用于测量所述阻抗差的装置进一步包含用于检测由放大器消耗的电力的改变的装置,所述放大器耦合于所述RF信号输入与所述传输信号输出之间;且所述用于确定所述数字信令值的装置进一步是响应于由所述放大器消耗的电力的所述改变。
19.根据权利要求18所述的设备,其进一步包含:
用于确定所述相位差的导数、所述量值差的导数及电力的所述改变的导数的装置;
用于使用数据转变训练序列进行以下操作的装置:
选择所述导数中的一者作为具有所述最高电力的信号;且
计算具有所述最高电力的所述信号的自适应阈值;且
所述用于确定所述数字信令值的装置包括将后续数据转变与所述自适应阈值相比较。
20.根据权利要求19所述的设备,其中所述用于使用所述训练序列计算所述自适应阈值的装置包含:
用于将具有所述最高电力的所述信号的所述训练序列的预定数目个峰值的值求和的装置;
用于将平均尾部值确定为具有所述最高电力的所述信号在所述预定数目个峰值之后的时间偏移处的平均值的装置;及
用于将所述预定数目个峰值的总和与所述平均尾部值平均的装置。
21.根据权利要求17所述的设备,其中所述用于确定所述数字信令值的装置包含用于计算距离的装置,所述距离包含所述阻抗差的平方与所述量值差的平方的总和的平方根。
22.一种用于检测反向链路信令的方法,其包含:
将RF信号输入耦合到传输信号输出且将耦合端口非定向地耦合到所述传输信号输出以产生与所述传输信号输出成比例的耦合输出;
产生与所述耦合输出相关的感测电压
测量所述RF信号输入与所述感测电压之间的阻抗差;及
响应于所述阻抗差的改变而确定数字信令值。
23.根据权利要求22所述的方法,其进一步包含:
以近场辐射的耦合频率产生所述RF信号输入;及
发射所述传输信号输出以产生所述近场辐射的耦合模式区以供耦合到接收器装置上的接收天线。
24.根据权利要求22所述的方法,其中:
所述测量所述阻抗差包含确定所述RF信号输入与所述感测电压之间的相位差;且所述确定所述数字信令值是响应于所述相位差的改变。
25.根据权利要求22所述的方法,其中:
所述测量所述阻抗差包含:
确定所述RF信号输入与所述感测电压之间的相位差;及
确定所述RF信号输入与所述感测电压之间的量值差;且
所述确定所述数字信令值是响应于所述相位差的改变及所述量值差的改变。
26.根据权利要求25所述的方法,其中:
所述测量所述阻抗差进一步包含检测由放大器消耗的电力的改变,所述放大器耦合于所述RF信号输入与所述传输信号输出之间;且
所述确定所述数字信令值进一步是响应于由所述放大器消耗的电力的所述改变。
27.根据权利要求26所述的方法,其进一步包含:
确定所述相位差的导数、所述量值差的导数,及电力的所述改变的导数;
使用数据转变训练序列以:
选择所述导数中的一者作为具有最高电力的信号;且
计算具有所述最高电力的所述信号的自适应阈值;且
所述确定所述数字信令值包括将后续数据转变与所述自适应阈值相比较。
28.根据权利要求27所述的方法,其中使用所述训练序列计算所述自适应阈值包含:
将具有所述最高电力的所述信号的所述训练序列的预定数目个峰值的值求和;
将平均尾部值确定为具有所述最高电力的所述信号在所述预定数目个峰值之后的时间偏移处的平均值;及
将所述预定数目个峰值的总和与所述平均尾部值平均。
29.根据权利要求25所述的方法,其中所述确定所述数字信令值包含计算距离,所述距离包含所述阻抗差的平方与所述量值差的平方的总和的平方根。
30.一种无线电力传输器,其包含:
非定向耦合器,其可操作地耦合于RF信号输入与传输信号输出之间且包括用于产生与所述传输信号输出成比例的耦合输出的耦合端口;
参考电路,其可操作地耦合于所述耦合输出与接地之间以用于产生与所述传输信号输出的振幅相关的感测电压;
阻抗测量电路,其具有可操作地耦合到所述RF信号输入的第一输入、可操作地耦合到所述感测电压的第二输入,及用于指示所述RF信号输入与所述传输信号输出之间的阻抗差的阻抗指示信号;及
控制器,其用于对所述阻抗指示信号进行取样且响应于所述阻抗指示信号的改变而确定数字信令值。
31.根据权利要求30所述的无线电力传输器,其进一步包含:
传输天线,其用于发射所述传输信号输出以产生近场辐射的耦合模式区以供耦合到接收器装置上的接收天线;及
信号产生器,其用于以所述近场辐射的耦合频率产生所述RF信号输入。
32.根据权利要求30所述的无线电力传输器,其中:
所述阻抗测量电路包含相位确定器,所述相位确定器具有可操作地耦合到所述RF信号输入的第一输入、可操作地耦合到所述感测电压的第二输入,及用于指示所述RF信号输入与所述感测电压之间的相位差的相位输出;且
所述控制器进一步用于对所述相位输出进行取样且响应于所述相位输出的改变而确定所述数字信令值。
33.根据权利要求30所述的无线电力传输器,其中所述阻抗测量电路包含:
相位确定器,其具有可操作地耦合到所述RF信号输入的第一输入、可操作地耦合到所述感测电压的第二输入,及用于指示所述RF信号输入与所述感测电压之间的相位差的相位输出;及
量值确定器,其具有可操作地耦合到所述RF信号输入的第一输入、可操作地耦合到所述感测电压的第二输入,及用于指示所述RF信号输入与所述感测电压之间的量值差的量值输出;且
其中所述控制器进一步用于对所述相位输出及所述量值输出进行取样且响应于所述相位输出的改变及所述量值输出的改变而确定所述数字信令值。
34.根据权利要求33所述的无线电力传输器,其中所述阻抗测量电路进一步包含:
放大器,其可操作地耦合于所述信号产生器与所述定向耦合器之间;及负载感测电路,其可操作地耦合到所述放大器以用于检测由所述放大器消耗的电力的改变;且
其中所述控制器进一步用于对电力的所述改变进行取样且在响应于所述相位输出的改变及所述量值输出的改变而确定所述数字信令值时包含电力的所述改变。
35.根据权利要求34所述的无线电力传输器,其中所述控制器进一步用于:
确定所述相位输出的导数、所述量值输出的导数,及电力的所述改变的导数;
使用数据转变训练序列以:
选择所述导数中的一者作为具有最高电力的信号;且
计算具有所述最高电力的所述信号的自适应阈值;且
通过将后续数据转变与所述自适应阈值相比较来确定所述数字信令值。
36.根据权利要求35所述的无线电力传输器,其中所述控制器进一步用于通过以下操作来计算所述自适应阈值:
将具有所述最高电力的所述信号的所述训练序列的预定数目个峰值的值求和;
将平均尾部值确定为具有所述最高电力的所述信号在所述预定数目个峰值之后的时间偏移处的平均值;及
将所述预定数目个峰值的总和与所述平均尾部值平均。
37.根据权利要求33所述的无线电力传输器,其中所述控制器进一步用于通过计算距离来确定所述数字信令值,所述距离包含所述阻抗差的平方与所述量值差的平方的总和的平方根。
38.一种用于检测反向链路信令的设备,其包含:
用于将RF信号输入耦合到传输信号输出且将耦合端口非定向地耦合到所述传输信号输出以产生与所述传输信号输出成比例的耦合输出的装置;
用于产生与所述耦合输出相关的感测电压的装置;
用于测量所述RF信号输入与所述感测电压之间的阻抗差的装置;及
用于响应于所述阻抗差的改变而确定数字信令值的装置。
39.根据权利要求38所述的设备,其进一步包含:
用于以近场辐射的耦合频率产生所述RF信号输入的装置;及
用于发射所述传输信号输出以产生所述近场辐射的耦合模式区以供耦合到接收器装置上的接收天线的装置。
40.根据权利要求38所述的设备,其中:
所述用于测量所述阻抗差的装置包含确定所述RF信号输入与所述感测电压之间的相位差;且
所述用于确定所述数字信令值的装置是响应于所述相位差的改变。
41.根据权利要求38所述的设备,其中:
所述用于测量所述阻抗差的装置包含:
用于确定所述RF信号输入与所述感测电压之间的相位差的装置;及
用于确定所述RF信号输入与所述感测电压之间的量值差的装置;且
所述用于确定所述数字信令值的装置是响应于所述相位差的改变及所述量值差的改变。
42.根据权利要求41所述的设备,其中:
所述用于测量所述阻抗差的装置进一步包含用于检测由放大器消耗的电力的改变的装置,所述放大器耦合于所述RF信号输入与所述传输信号输出之间;且所述用于确定所述数字信令值的装置进一步是响应于由所述放大器消耗的电力的所述改变。
43.根据权利要求42所述的设备,其进一步包含:
用于确定所述相位差的导数、所述量值差的导数及电力的所述改变的导数的装置;
用于使用数据转变训练序列进行以下操作的装置:
选择所述导数中的一者作为具有最高电力的信号;且
计算具有所述最高电力的所述信号的自适应阈值;且
所述用于确定所述数字信令值的装置包括将后续数据转变与所述自适应阈值相比较。
44.根据权利要求43所述的设备,其中所述用于使用所述训练序列计算所述自适应阈值的装置包含:
用于将具有所述最高电力的所述信号的所述训练序列的预定数目个峰值的值求和的装置;
用于将平均尾部值确定为具有所述最高电力的所述信号在所述预定数目个峰值之后的时间偏移处的平均值的装置;及
用于将所述预定数目个峰值的总和与所述平均尾部值平均的装置。
45.根据权利要求41所述的设备,其中所述用于确定所述数字信令值的装置包含用于计算距离的装置,所述距离包含所述阻抗差的平方与所述量值差的平方的总和的平方根。

说明书全文

无线电传输中的阻抗改变检测

[0001] 根据35U.S.C.§119主张优先权
[0002] 本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张以下美国临时专利申请案的优先权:
[0003] 2009年1月22日申请的名为“无线电力接收器与传输器之间的信令(SIGNALING BETWEEN WIRELESS POWER RECEIVERS AND TRANSMITTERS)”的美国临时专利申请案61/146,584。
[0004] 2009年2月10日申请的名为“用于无线充电系统的信令技术(SIGNALING TECHNIQUES FOR A WIRELESS CHARGING SYSTEMS)”的美国临时专利申请案61/151,473。
[0005] 2009年5月11日申请的名为“用于无线电力的阻抗改变检测(IMPEDANCE CHANGE DETECTION FOR WIRELESS POWER)”的美国临时专利申请案61/177,148。

技术领域

[0006] 本发明大体来说涉及无线充电,且更具体地说,涉及与检测传输器装置中的归因于可能定位于无线电力系统中的接收器装置而产生的阻抗改变有关的装置、系统及方法。

背景技术

[0007] 通常,例如无线电子装置的每一电池供电装置需要其自己的充电器及电源,所述电源通常为交流电(AC)电力插座。当许多装置需要充电时,此有线配置变为使用不便的。
[0008] 正开发在传输器与耦合到待充电的电子装置的接收器之间使用空中或无线电力传输的方法。这些方法大体上分成两类。一类是基于传输天线与待充电的装置上的接收天线之间的平面波辐射(也称为远场辐射)的耦合。接收天线收集辐射电力且将其整流以用于对电池充电。天线大体上具有谐振长度以便改善耦合效率。此方法遭遇以下事实:电力耦合随着天线之间的距离迅速衰退,因此合理距离(例如,小于1到2米)上的充电变得困难。另外,因为传输系统辐射平面波,所以如果不经由滤波进行适当控制,则无意的辐射可能干扰其它系统。
[0009] 用于无线能量传输技术的其它方法是基于嵌入于(例如)“充电”垫子或表面中的传输天线与嵌入于待充电的电子装置中的接收天线(加上整流电路)之间的电感性耦合。此方法的缺点在于:传输天线与接收天线之间的间距必须非常接近(例如,在几毫米内)。
但是此方法不具有同时对相同区域中的多个装置充电的能力,此区域通常非常小且需要用户准确地将装置定位到特定区域。
[0010] 归因于在电力的无线传输的过程中发生的损耗,效率在无线电力传送系统中具有重要性。因为无线电力传输常常不如有线传送有效,所以效率在无线电力传送环境中具有甚至更大的意义。
[0011] 结果,当试图将电力提供到一个或一个以上充电装置时,需要待充电的装置与无线电力传输器通信。另外,需要适应于归因于接收器阻抗改变而在传输器处发生的阻抗改变的方法及设备。附图说明
[0012] 图1展示无线电力传送系统的简化框图
[0013] 图2展示无线电力传送系统的简化示意图。
[0014] 图3展示用于本发明的示范性实施例中的环形天线的示意图。
[0015] 图4为根据本发明的示范性实施例的传输器的简化框图。
[0016] 图5为根据本发明的示范性实施例的接收器的简化框图。
[0017] 图6A及图6B展示接收电路的用于提供反向链路信令的部分的简化示意图。
[0018] 图7A到图7C展示传输电路的用于确定传输天线处的阻抗改变的部分的简化示意图。
[0019] 图8A到图8C说明具有传输天线且包括放置于相对于所述传输天线的各种位置中的接收器的主机装置。
[0020] 图9A到图9C为展示响应于接收器相对于传输天线的各种放置的在传输器处所确定的阻抗特性的曲线图。
[0021] 图10说明简单二进制信令协议。
[0022] 图11说明差分曼彻斯特编码协议。
[0023] 图12说明由传输器确定的一些实例转变的差分相位、差分量值及差分电流
[0024] 图13为用于基于传输器处的阻抗改变确定来自接收器的信令的程序的简化流程图

具体实施方式

[0025] 词语“示范性”在本文中用以意谓“充当实例、例子或说明”。本文中经描述为“示范性”的任一实施例未必解释为比其它实施例优选或有利。
[0026] 下文结合附加图式所阐述的详细描述意在作为对本发明的示范性实施例的描述,且并不意在表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意谓“用作实例、例子或说明”,且未必应解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述出于提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的而包括特定细节。对于所属领域的技术人员来说将显而易见,可在无这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中,以框图形式展示众所周知的结构及装置,以便避免混淆本文中所呈现的示范性实施例的新颖性。
[0027] 词语“无线电力”在本文中用以意谓在不使用物理电磁导体的情况下在从传输器到接收器之间传输的与电场磁场电磁场或其它者相关联的任何形式的能量。
[0028] 图1说明根据本发明的各种示范性实施例的无线传输或充电系统100。将输入电力102提供到传输器104以供产生用于提供能量传送的辐射场106。接收器108耦合到辐射场106,且产生输出电力110以供耦合到输出电力110的装置(未图示)存储或消耗。传输器104与接收器108两者隔开距离112。在一示范性实施例中,根据相互谐振关系来配置传输器104与接收器108,且当接收器108的谐振频率与传输器104的谐振频率非常接近时,当接收器108定位于辐射场106的“近场”中时,传输器104与接收器108之间的传输损耗为最小的。
[0029] 传输器104进一步包括用于提供用于能量传输的装置的传输天线114,且接收器108进一步包括用于提供用于能量接收的装置的接收天线118。根据应用及待与其相关联的装置来设定传输天线及接收天线的大小。如所陈述,有效能量传送通过将传输天线的近场中的大部分能量耦合到接收天线而非以电磁波形式将大部分能量传播到远场而发生。当处于此近场中时,可在传输天线114与接收天线118之间产生耦合模式。天线114及118周围的可发生此近场耦合的区域在本文中称作耦合模式区。
[0030] 图2展示无线电力传送系统的简化示意图。传输器104包括振荡器122、功率放大器124及滤波器及匹配电路126。所述振荡器经配置以产生所要频率,所述所要频率可响应于调整信号123来调整。振荡器信号可由功率放大器124以响应于控制信号125的放大量来放大。可包括滤波器及匹配电路126以滤除谐波或其它非所要的频率且使传输器104的阻抗与传输天线114匹配。
[0031] 接收器108可包括匹配电路132及整流器及切换电路134以产生DC电力输出以对电池136(如图2中所展示)充电或对耦合到接收器的装置(未图示)供电。可包括匹配电路132以使接收器108的阻抗与接收天线118匹配。接收器108与传输器104可在单独通信信道119(例如,蓝牙、紫蜂(zigbee)、蜂窝式等)上通信。
[0032] 如图3中所说明,示范性实施例中所使用的天线可经配置为“环形”天线150,其在本文中也可称作“磁性”天线。环形天线可经配置以包括空气磁心或物理磁心(例如,体磁心)。空气磁心环形天线可能更可容许放置于所述磁心附近的外来物理装置。此外,空气磁心环形天线允许其它组件放置于磁心区域内。另外,空气磁心环可更易于使得能够将接收天线118(图2)放置于传输天线114(图2)的平面内,在所述平面中,传输天线114(图2)的耦合模式区的电力可更大。
[0033] 如所陈述,传输器104与接收器108之间的有效能量传送在传输器104与接收器108之间的匹配或接近匹配的谐振期间发生。然而,即使传输器104与接收器108之间的谐振不匹配时,也可以较低效率传送能量。能量传送通过将来自传输天线的近场的能量耦合到驻留于建立了此近场的邻域中的接收天线而非将能量从传输天线传播到自由空间中而发生。
[0034] 环形天线或磁性天线的谐振频率是基于电感及电容。环形天线中的电感大体上仅为由环产生的电感,而大体上将电容添加到环形天线的电感以在所要谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性实例,可将电容器152及电容器154添加到天线以产生一产生谐振信号156的谐振电路。因此,对于较大直径的环形天线来说,诱发谐振所需的电容的大小随着环的直径或电感增加而减小。此外,随着环形天线或磁性天线的直径增加,近场的有效能量传送面积增加。当然,其它谐振电路也是可能的。作为另一非限制性实例,电容器可平行放置于环形天线的两个端子之间。另外,一般所属领域的技术人员将认识到,对于传输天线,谐振信号156可为到环形天线150的输入。
[0035] 本发明的示范性实施例包括在处于彼此的近场中的两个天线之间耦合电力。如所陈述,近场为在天线周围的存在电磁场但可能并不远离所述天线传播或辐射的区域。其通常限定于接近所述天线的物理体积的体积。在本发明的示范性实施例中,磁型天线(例如,单环形天线及多匝环形天线)用于传输(Tx)天线系统与接收(Rx)天线系统两者,这是因为与电型天线(例如,小型偶极天线)的电近场相比,磁型天线的磁近场振幅倾向于较高。此允许所述对天线之间的潜在较高耦合。此外,还预期“电”天线(例如,偶极天线及单极天线)或磁性天线与电天线的组合。
[0036] Tx天线可在足够低的频率下且在天线大小足够大的情况下操作,以在显著大于较早所叙述的远场及电感性方法所允许的距离的距离下实现到小型接收天线的良好耦合(例如,>-4dB)。如果Tx天线的大小经正确设定,则当将主机装置上的接收天线放置于受驱动Tx环形天线的耦合模式区内(即,在近场中)时,可实现高耦合平(例如,-1到-4dB)。
[0037] 此外,示范性实施例还可包括用于无线能量传输技术的方法,其是基于嵌入于(例如)“充电”垫子或表面中的传输天线与嵌入于待充电的电子装置中的接收天线(加上整流电路)之间的电感性耦合。
[0038] 图4为根据本发明的示范性实施例的传输器200的简化框图。传输器200包括传输电路202及传输天线204。大体上,传输电路202通过提供引起产生传输天线204四周的近场能量的振荡信号来将RF电力提供到传输天线204。作为实例,传输器200可在13.56MHz ISM频带下操作。
[0039] 示范性传输电路202包括固定阻抗匹配电路206,其用于将传输电路202的阻抗(例如,50欧姆)与传输天线204匹配;及低通滤波器(LPF)208,其经配置以将谐波发射减少到防止耦合到接收器108(图1)的装置的自干扰的水平。其它示范性实施例可包括不同滤波器拓扑(包括(但不限于)使特定频率衰减同时使其它频率通过的陷波滤波器),且可包括自适应阻抗匹配,其可基于可测量的传输度量(例如,到天线的输出电力或由功率放大器汲取的DC电流)而变化。传输电路202进一步包括功率放大器210,其经配置以驱动如由振荡器212(在本文中也称作信号产生器)确定的RF信号。传输电路可由离散装置或电路组成,或者可由集成组合件组成。来自传输天线204的示范性RF电力输出可为约2.5到8.0瓦。
[0040] 传输电路202进一步包括控制器214,控制器214用于在针对特定接收器的传输阶段(或工作循环)期间启用振荡器212,用于调整所述振荡器的频率,且用于调整输出电力电平以实施通信协议(用于经由相邻装置所附接的接收器与相邻装置交互)。控制器214还用于确定传输天线204处的归因于耦合模式区中的改变(归因于放置于其中的接收器)的阻抗改变。
[0041] 传输电路202可进一步包括负载感测电路216,其用于检测作用中接收器在由传输天线204产生的近场附近的存在与否。作为实例,负载感测电路216监视流动到功率放大器210的电流,所述电流受作用中接收器在由传输天线204产生的近场附近的存在与否的影响。对功率放大器210上的加载的改变的检测是由控制器214监视,其用于确定是否启用振荡器212以传输能量从而与作用中接收器通信。
[0042] 传输天线204可经实施为天线带,其具有经选择以使电阻性损耗保持为低的厚度、宽度及金属类型。在常规实施方案中,传输天线204可大体上经配置以与较大结构(例如,桌子、垫子、灯或其它不太便携的配置)相关联。因此,传输天线204大体上将不需要“匝”以便具有实用尺寸。传输天线204的示范性实施方案可为“电学上小的”(即,波长的分率)且经调谐以通过使用电容器界定谐振频率来在较低的可用频率下谐振。在传输天线204相对于接收天线来说在直径上或边长上(如果是正方形环)可能较大(例如,0.50米)的示范性应用中,传输天线204将未必需要大量匝数来获得合理电容。
[0043] 传输器200可聚集及追踪关于可与传输器200相关联的接收器装置的行踪及状态的信息。因此,传输器电路202可包括连接到控制器214(在本文中也称作处理器)的存在检测器280、封闭式检测器290,或其组合。控制器214可响应于来自存在检测器280及封闭式检测器290的存在信号而调整由放大器210递送的电力的量。传输器可接收经由许多电源的电力,许多电源例如是用以转换存在于建筑物中的常规AC电力的AC/DC转换器(未图示)、用以将常规DC电源转换成适合于传输器200的电压的DC/DC转换器(未图示),或可接收直接来自常规DC电源(未图示)的电力。
[0044] 作为非限制性实例,存在检测器280可为运动检测器,其用以感测插入于传输器的覆盖区域中的待充电的装置的初始存在。在检测之后,可将传输器接通且可使用由装置接收的RF电力来以预定方式触发接收装置上的开关,这又引起传输器的驱动点阻抗的改变。
[0045] 作为另一非限制性实例,存在检测器280可为一检测器,其能够(例如)通过红外线检测、运动检测或其它合适手段检测人类。在一些示范性实施例中,可能存在限制传输天线可在特定频率下传输的电力的量的规则。在一些状况下,这些规则意在保护人类免受电磁辐射。然而,可能存在传输天线放置于人类未占据的或人类很少占据的区域(例如,车库、厂区、车间,及其类似者)中的环境。如果这些环境无人类,则可能可准许增加传输天线的高于标称电力限制规则的电力输出。换句话说,控制器214可响应于人类存在而将传输天线204的电力输出调整到管制水平或更低水平,且当人类在距传输天线204的电磁场管制距离之外时,将传输天线204的电力输出调整到高于管制水平的水平。
[0046] 作为非限制性实例,封闭式检测器290(在本文中也可称作封闭式隔间检测器或封闭式空间检测器)可为例如感测开关的装置,其用于确定外罩何时处于关闭或打开状态中。当传输器处于为封闭状态的外罩中时,可增加传输器的电力电平。
[0047] 在示范性实施例中,可使用传输器200借以不会无限地保持接通的方法。在此状况下,传输器200可经编程以在用户确定的时间量之后切断。此特征防止传输器200(尤其是功率放大器210)在其周边的无线装置完全充好电之后长时间运作。此事件可归因于用以检测从中继器或接收线圈发送的指示装置完全充好电的信号的电路的故障。为了防止传输器200在另一装置放置于其周边的情况下自动地切断,可仅在检测到其周边缺乏运动的设定周期之后激活传输器200自动切断特征。用户可能能够确定不活动时间间隔,且在需要时改变所述不活动时间间隔。作为非限制性实例,所述时间间隔可比在假定特定类型的无线装置最初完全放电的情况下对所述装置完全充电所需的时间间隔长。
[0048] 图5为根据本发明的示范性实施例的接收器300的简化框图。接收器300包括接收电路302及接收天线304。接收器300进一步耦合到装置350以用于将所接收的电力提供到装置350。应注意,将接收器300说明为在装置350外部,但其可集成到装置350中。大体来说,能量是无线地传播到接收天线304且接着经由接收电路302而耦合到装置350。
[0049] 接收天线304经调谐以在与传输天线204(图4)的频率相同的频率下或接近相同的频率下谐振。接收天线304可与传输天线204类似地设定尺寸,或可基于相关联装置350的尺寸来不同地设定大小。作为实例,装置350可为具有小于传输天线204的长度的直径的直径或长度尺寸的便携型电子装置。在此实例中,接收天线304可经实施为多匝天线,以便减小调谐电容器(未图示)的电容值且增加接收天线的阻抗。作为实例,接收天线304可放置于装置350的实质圆周周围,以便将天线直径最大化并减少接收天线的环匝(即,绕组)的数目及绕组间电容。
[0050] 接收电路302提供与接收天线304的阻抗匹配。接收电路302包括电力转换电路306,其用于将所接收的RF能源转换成供装置350使用的充电电力。电力转换电路306包括RF/DC转换器308且还可包括DC/DC转换器310。RF/DC转换器308将在接收天线304处所接收的RF能量信号整流成非交流电力,而DC/DC转换器310将经整流的RF能量信号转换成与装置350兼容的能量电位(例如,电压)。预期各种RF/DC转换器,包括部分及全整流器、调节器、桥接器、倍加器以及线性及切换转换器。
[0051] 接收电路302可进一步包括切换电路312,其用于将接收天线304连接到电力转换电路306或者用于将电力转换电路306断开。将接收天线304与电力转换电路306断开不仅中止对装置350的充电,而且还改变传输器200(图2)所“看到”的“负载”。
[0052] 如上文所揭示,传输器200包括负载感测电路216,负载感测电路216检测提供到传输器功率放大器210的偏压电流的波动。因此,传输器200具有用于确定接收器何时存在于传输器的近场中的机制。
[0053] 当多个接收器300存在于传输器的近场中时,可能需要对一个或一个以上接收器的加载及卸载进行时间多路复用以使其它接收器能够更有效地耦合到传输器。也可遮蔽接收器以便消除到其它附近接收器的耦合或减少附近传输器上的加载。接收器的此“卸载”在本文中也称为“遮蔽”(cloaking)。此外,如下文更完全地解释,由接收器300控制且由传输器200检测的卸载与加载之间的此切换提供从接收器300到传输器200的通信机制。另外,一协议可与所述切换相关联,所述协议使得能够将消息从接收器300发送到传输器
200。作为实例,切换速度可为约100微秒。
[0054] 在示范性实施例中,传输器与接收器之间的通信指代装置感测及充电控制机制而非常规双向通信。换句话说,传输器使用所传输的信号的开/关键控,以调整近场中的能量是否可用。接收器将这些能量改变解译为来自传输器的消息。从接收器侧来说,接收器使用接收天线的调谐与去谐来调整正从近场接收到的电力的量。传输器可检测来自近场的所使用的电力的此差,且将这些改变解译为来自接收器的消息。
[0055] 接收电路302可进一步包括用以识别所接收的能量波动的信令检测器及信标电路314,所述能量波动可对应于从传输器到接收器的信息性信令。此外,信令及信标电路314还可用以检测减少的RF信号能量(即,信标信号)的传输并将所述减少的RF信号能量整流成标称电力以用于唤醒接收电路302内的未供电或耗尽电力的电路,以便配置接收电路302以用于无线充电。
[0056] 接收电路302进一步包括处理器316,其用于协调本文中所描述的接收器300的处理(包括对本文中所描述的切换电路312的控制)。接收器300的遮蔽也可在其它事件(包括检测到将充电电力提供到装置350的外部有线充电源(例如,壁式/USB电力))发生后即发生。除了控制接收器的遮蔽之外,处理器316还可监视信标电路314以确定信标状态并提取从传输器发送的消息。处理器316还可为获得改善的性能而调整DC/DC转换器310。
[0057] 在一些示范性实施例中,接收电路320可用(例如)所要电力电平、最大电力电平、所要电流电平、最大电流电平、所要电压电平及最大电压电平的形式用信号向传输器发出电力要求。基于这些电平及从传输器接收的电力的实际量,处理器316可调整DC/DC转换器310的操作以用调整电流电平、调整电压电平或其组合的形式调节其输出。
[0058] 在传输器与接收器之间建立通信链路可能是有用的,以使得可将充电状态信息以及装置识别及控制信息(当一个以上装置在同时接收电荷时)从接收器中继到传输器。此通信链路应为双向的以最有效地操作,因为传输器可能需要将指令发送到接收器,同时接收器单元以预定方式发送回信息。存在用于实现此目的的众多方法。
[0059] 一种特别有效的通信方法是通过带内传输器及接收器负载调制,所述调制可由另一装置来感测。带内意谓信息完全在分配用于无线充电的频率信道内交换。也就是说,大体来说,不存在在不同频率下操作且将数据辐射到自由空间中的外部无线电链路是需要的。外部无线电链路的添加将影响无线充电系统的大小、成本及复杂性,且还将很可能导致空中无线电传输及干扰问题。带内信令避免这些问题。然而,在实施带内负载调制时,存在有效地且正确地检测负载阻抗的改变的问题。对于从接收器到传输器装置的信令(反向链路信令)特别是此情况。为了确保经发送的数据得到正确地接收,需要一种稳健的信号检测方法。
[0060] 前向方向(即,传输器到接收器)上的信令是直接的,因为每一装置在接收来自传输器的大信号。反向方向(即,接收器到传输器)上的信令可能更成问题。一些方案(例如,接收器阻抗的调制)可用以改变由传输器看见的电压驻波比(VSWR)或反向损耗,但检测传输器电力、电压或电流的改变可能有困难,因为常常难以预测装置的给定配置、定向及接收器设计将对所述参数有何影响。举例来说,如果装置非常接近线圈的边缘,或如果装置放置得太接近另一装置,则一系统(其中在信令期间装置引起阻抗的改变以使得电力增加)可能会变得降低。此使得反向信号的解码困难,甚至无法解码。另外,如果在信令期间仅相位改变,则基于量值的感测方案将不会最优地起作用,甚至不起作用。同样,如果在反向信令尝试期间仅量值改变,且传输器仅检测到相位的改变,则将难以检测信号,甚至无法检测信号。
[0061] 图6A及图6B展示接收电路的用于提供反向链路信令的部分的简化示意图。这些反向链路信令电路经展示为用于通过调谐及去谐接收天线而提供信令的可能电路的实例。用于通过接收天线调谐提供到传输器的反向链路信令的许多其它电路是可能的且预期其在本发明的范畴内。
[0062] 图6A中的电路包括接收天线304、谐振电路330A及耦合于接收天线304与谐振电路330A之间的去谐开关S1A。谐振电路330A包括电感器L1A及电容器C1A且经配置以在去谐开关S1A闭合时在特定频率下谐振,且接收天线304是通过特定频率下或接近特定频率的电磁辐射来激励。
[0063] 二极管D1及电容器C2充当整流器以提供大致恒定的DC输出信号309,DC输出信号309用于将电力提供到接收器装置(未图示)以用于充电、供电或其组合。接收器可通过断开去谐开关S1A以去谐(即,遮蔽)接收天线或闭合去谐开关S1A以调谐(即,解除遮蔽)接收天线来提供到传输器的反向信令。
[0064] 图6B中的电路包括接收天线304、谐振电路330B及去谐开关S1B。谐振电路330A包括电感器L1B及电容器C1B且经配置以在去谐开关S1B断开时在特定频率下谐振,且接收天线304是由特定频率下或接近特定频率的电磁辐射来激励。去谐开关S1B耦合于电感器L1B与电容器C1B之间且耦合到接地,以使得谐振电路在去谐开关S1B闭合时短路或经配置以在去谐开关S1B断开时谐振。
[0065] 二极管D1及电容器C2充当整流器以提供大致恒定的DC输出信号309,DC输出信号309用于将电力提供到接收器装置(未图示)以用于充电、供电或其组合。
[0066] 接收器可通过闭合去谐开关S1B以去谐(即,遮蔽)接收天线或断开去谐开关S1B以调谐(即,解除遮蔽)接收天线来提供到传输器的反向信令。
[0067] 遮蔽信号、信标信号及用于产生这些信号的电路的一些其它示范性实施例的细节可见于以下美国实用专利申请案中:2008年10月10日申请的名为“经由接收天线阻抗调制的反向链路信令(Reverse link signaling via receive antenna impedance modulation)”的美国实用专利申请案12/249,873;2008年10月10日申请的名为“无线充电系统的传输功率控制(Transmit power control for a wireless charging system)”的美国实用专利申请案12/249,861;及2008年10月10日申请的名为“无线电力环境中的信令充电(Signaling charging in wireless power environment)”的美国实用专利申请案12/249,866;所有这些申请案的全文以引用的方式并入本文中。
[0068] 图7A到图7C展示传输电路的用于确定传输天线处的阻抗改变(其可归因于反向链路信令)的部分的简化示意图。可确定这些阻抗改变归因于以下改变:递送到传输天线的电流的改变、所产生的信号与所传输的信号之间的相位的改变、所产生的信号与所传输的信号之间的振幅的改变,或其组合。
[0069] 图7A展示传输电路的用于执行传输器与接收器之间的消息接发的部分的简化示意图。在本发明的一些示范性实施例中,可在传输器与接收器之间启用用于通信的装置。在图7A中,功率放大器210驱动传输天线204以产生辐射场106。功率放大器受正以传输天线204的所要频率振荡载波信号220驱动。传输调制信号224可用以控制功率放大器210的输出。
[0070] 传输电路可通过使用功率放大器210上的开/关键控过程来向接收器发送信号。换句话说,当传输调制信号224被断言时,功率放大器210将在传输天线204上向外驱动载波信号220的频率。当传输调制信号224被否定时,功率放大器将不在传输天线204上向外驱动任何频率。
[0071] 图7A的传输电路还包括负载感测电路216,其将电力供应到功率放大器210且产生接收信号235输出。在负载感测电路216中,电阻器Rs上的电压降产生于电力输入信号226与到功率放大器210的电力供应228之间。由功率放大器210消耗的电力的任何改变将引起电压降的改变,电压降的改变将由差分放大器230放大。当传输天线处于与接收器中的接收天线的耦合模式中时,由功率放大器210汲取的电流的量将改变。换句话说,如果传输天线210不存在耦合模式谐振,则驱动辐射场所需的电力将为第一量。如果存在耦合模式谐振,则由功率放大器210消耗的电力的量将上升(因为大量电力耦合到接收天线中)。因此,接收信号235可指示耦合到传输天线204的接收天线的存在,且还可检测从接收天线发送的信号。另外,接收器电流汲取的改变(归因于遮蔽及解除遮蔽)将可在传输器的功率放大器电流汲取中观测到,且此改变可用以检测来自接收天线的信号。
[0072] 图7A的传输电路还包括控制器214,其用于对接收信号235进行取样以基于由功率放大器210汲取的电流的差来确定来自接收器的信令,如下文更完全地解释。
[0073] 在图7B中,功率放大器210驱动非定向耦合器260,非定向耦合器260驱动传输天线204以产生辐射场106。功率放大器210受来自正以传输天线204的所要频率振荡的振荡器212上的载波信号220(在本文中也称作RF信号)驱动。传输调制信号224可用以控制功率放大器210的输出。
[0074] 参考电路270产生参考信号,所述参考信号与传输天线204的传输信号相关,但具有类似于到功率放大器210的输入的振幅的较低振幅。因此,参考电路可将振幅减小(例如)约25dB。在图7B的示范性实施例中,参考电路270为一包括电阻器R1及电阻器R2的简单分压器
[0075] 非定向耦合器260提供隔离,因此参考电路270从所传输的信号汲取有限电力且减少对所传输的信号的干扰。非定向耦合器260可能比定向耦合器更容易实施,定向耦合器对于图7B的示范性实施例来说不必要,因为不需要区别前向信号与反向信号。
[0076] 在相位比较器280中比较参考电路270的输出(参考信号275)与RF信号220,以确定所述两个信号之间的相位差。作为一可能实例,逻辑可用于相位比较。相位差信号282经由模/数(A/D)转换器而耦合到控制器214,模/数(A/D)转换器可为单独的(未图示)或与控制器214集成。
[0077] 在示范性实施例中,为了在无线充电系统中实现高端对端效率(E2EE),可能需要使用高效率切换型的功率放大器210。这些功率放大器(PA)210未必为线性型放大器,但可基本上作为驱动调谐电路负载的开关操作。因而,其输入信号为方波脉冲串,或为非常接近方波脉冲串的驱动信号。这些输入驱动信号可用作相位比较信号检测方案的相位参考。
[0078] 因此,到切换PA210的驱动信号用作参考,且与振幅减小的隔离的传输器输出信号(即,参考信号275)相比,以使得其电平可与RF信号220的电平相比,且比较所述两个信号之间的相位差。作为一可能的实例,使用逻辑门作为相位比较的一种可能的实施方案。
[0079] 因为传输天线驱动信号将随着接收器负载在负载调制下变化而变化,所以可通过传输器侧上的适当装置检测此变化。值得注意的是,可检测传输器驱动信号的相位的改变。在示范性实施例中,控制器214可用比传输信号的速率快得多的速率对相位差信号282进行取样且计算连续样本之间的距离。因此,归因于接收器的阻抗的显著改变的相位改变可由控制器214来确定以指示来自接收器装置的信令。
[0080] 在示范性实施例中,当接收器装置未经遮蔽时,驱动信号与传输器输出之间的相位关系变得异相,例如达约10度异相。当接收器负载经遮蔽时,传输器输出中呈现的阻抗可变化显著量。当接收器装置经遮蔽时(相对于接收器装置经解除遮蔽时来说),此变化将显现为RF信号220与参考信号275之间的相位改变。
[0081] 传输器还可包括用以缓冲(且可能放大)参考信号275的缓冲器290。来自缓冲器290的量值信号292可经由模/数(A/D)转换器而耦合到控制器214,模/数(A/D)转换器可为单独的(未图示)或与控制器214集成。
[0082] 如同相位差,因为传输天线驱动信号将随着接收器负载在负载调制下变化而变化,所以可通过传输器侧上的适当装置检测此变化。值得注意的是,有可能检测到传输器驱动信号的振幅的改变。在示范性实施例中,控制器214可用比传输信号的速率快得多的速率对量值信号292进行取样。因此,归因于接收器的阻抗的显著改变的量值改变可由控制器214来确定以指示来自接收器装置的信令。
[0083] 如下文更完全地解释,在一些示范性实施例中,可在确定来自接收器的信令时组合相位改变与量值改变。此外,可包括上文参看图7A所论述的电流改变以及相位改变及量值改变。
[0084] 在示范性实施例中,无线充电系统也可训练其自身以通过以应大于信令速率的重复速率监视相位及振幅来了解接收器何时经负载调制。因此,可对信号执行平均且可将因此所获得的信息存储于存储器中,且使用所述信息与最新传入的数据样本比较。信号的平均可用以减小错误率。
[0085] 图7B的示范性实施例不需要前向信号信息与反射信号信息两者,以及伴随的定向耦合器及前向及反射振幅检测电路。此外,虽然可使用传输器驱动信号的振幅变化,但不必要进行所述操作。
[0086] 在图7C中,功率放大器210驱动定向耦合器265,定向耦合器265驱动传输天线204以产生辐射场106。功率放大器210受来自正以传输天线204的所要频率振荡的振荡器212上的载波信号220(在本文中也称作RF信号)驱动。传输调制信号224可用以控制功率放大器210的输出。
[0087] 定向耦合器265提供输入侧(在端口266与端口267之间)与隔离侧(在端口268与269之间)之间的隔离,因此检测电路从所传输的信号汲取有限电力且减少对所传输的信号的干扰。因此,使反向信号与前向信号隔离且提供反向信号量值及相位的指示。
[0088] 在一些示范性实施例中,隔离侧上的前向端口及反向端口(分别为268及269)可耦合到检测器(分别为272及274)以将所接收的RF信号改变成按量值改变的DC信号。可通过差分放大器295减去这些量值信号,以作为量值信号297给出返回路径损耗。由控制器214经由A/D转换器对量值差信号297进行取样,A/D转换器可为单独的(未图示)或与控制器214集成。
[0089] 在其它示范性实施例中,检测器(272及274)可能不存在且差分放大器295可比较信号268与269上的RF信号以确定量值差信号297。控制器可用相对高速率对量值差信号297进行取样且使用常规滤波算法提取DC量值。
[0090] 相位比较器285可耦合到前向端口268及反向端口269以确定前向信号与反向信号之间的相位差。作为一可能实例,逻辑门可用于相位比较。来自相位比较器285的相位差信号287经由A/D转换器而耦合到控制器214,A/D转换器可为单独的(未图示)或与控制器214集成。此外,在一些示范性实施例中,可在相位差信号287与量值信号297之间共享单一A/D转换器。
[0091] 传输天线驱动信号将随着接收器负载在负载调制下变化而变化,可通过传输器侧上的适当装置检测此变化。值得注意的是,有可能检测传输器驱动信号的量值及相位的改变。在示范性实施例中,控制器214可用比传输信号的速率快得多的速率对量值信号297及相位差信号287进行取样。因此,归因于接收器的阻抗的显著改变的量值改变、相位改变或其组合可由控制器214来确定以指示来自接收器装置的信令。
[0092] 在一些示范性实施例中,可因此将返回路径损耗的量值及相位差转化成复数阻抗平面的两个正交轴,且间接地表示负载的复数阻抗。在示范性实施例中,在信令期间,接收器采取行动以实质上改变其阻抗。此将反映在量值改变、相位改变或其组合中。控制器214周期性地对负载的复数阻抗进行取样,且测量每一连续点之间的距离“d”。在示范性实施例中,经由下式来计算距离“d”:
[0093] 距离=sqrt((mag1-mag2)2+(ph1-ph2)2)
[0094] 其中mag1及/ph1为第一测量的量值及相位,且mag2及ph2为第二测量的量值及相位。当距离超过一个或一个以上样本的阈值时,传输器将认识到所述改变为来自接收器的信号。在许多无线电力系统中,接收器装置在耦合模式区中的特定放置可影响如由传输器检测的反向链路信令的电力、振幅及相位。
[0095] 图8A到图8C说明具有传输天线204且包括放置于相对于所述传输天线204的各种位置中的接收器装置的主机装置150。出于简单起见,本文中仅论述两个接收器装置,但也预期多个装置的使用在本发明的教示的范畴内且一般所属领域的技术人员将显而易见对这些的修改
[0096] 展示接收器装置(520及530)放置于传输天线204的耦合模式区内。虽然未说明,但接收器装置(520及530)可包括接收天线304及接收电路302(如图5中所展示)。在图8A到图8C中,主机装置510经说明为充电垫子,但其可集成到家具或建筑元件(例如,墙、天花板及地板)中。此外,主机装置510可为例如具有内建式传输器的手提包、背包或公文包的物品。或者,主机装置可为特别设计用于用户输送接收器装置(520及530)且对接收器装置(520及530)充电的便携型传输器(例如,充电包)。
[0097] 如本文中所使用,“共面”意谓传输天线与接收天线具有大致对准的平面(即,具有指向大致相同方向的表面法线)且传输天线的平面与接收天线的平面之间无距离(或有小距离)。如本文中所使用,“共轴”意谓传输天线与接收天线具有大致对准的平面(即,具有指向大致相同方向的表面法线)且所述两个平面之间的距离不为零,且此外,传输天线与接收天线的表面法线大致沿着相同向量延伸,或所述两个法线成阶梯形。
[0098] 共面放置可具有相对高的耦合效率。然而,耦合可视接收天线相对于传输天线放置的位置而变化。举例来说,在传输环形天线外部的共面放置点可能不像在传输环内部的共面放置点那样有效地耦合。此外,在传输环内但在相对于环的不同位置处的共面放置点可具有不同耦合效率。
[0099] 共轴放置可具有较低耦合效率。然而,可通过使用中继器天线来改善耦合效率,例如2008年10月10日申请的名为“用于放大的无线充电区的方法及设备(METHOD AND APPARATUS FOR AN ENLARGED WIRELESS CHARGING AREA)”的美国实用专利申请案12/249,875中所描述的,所述申请案的内容的全文以引用的方式并入本文中。
[0100] 图8A说明一种其中两个接收器装置(520及530)以靠近传输天线204的中心大致对称的方式(例如,通过远离传输天线的周边约相同距离)定位的情况。在图8B中,接收器装置(520与530)彼此远离地放置但距传输天线204的周边约相同距离。图8C说明一种其中接收器装置(520与530)相对于传输天线204不同地定位的情况。
[0101] 在多个接收器装置的情况下,520可能会影响530的反向链路信令,且反之亦然。此外,接收器装置520及530可不同地耦合到传输天线(归因于天线设计或在充电区中的放置)且因此传输天线可检测到不同的电力量改变、量值改变及相位改变。
[0102] 图9A到图9C为展示响应于接收器相对于传输天线的各种放置的在传输器处所确定的阻抗特性的曲线图。在图9A中,当接收器正在进行反向链路信号发送时,接收器在第一位置处的放置产生第一结果。线910A说明信令的相位差且线912A说明信令的量值差。线922A展示如上文关于图7C所概述的距离确定的计算,且线920A展示为距离计算结果的一阶导数(first derivative)的德塔计算。
[0103] 在图9B中,当接收器在进行反向链路信号发送时,接收器在第二位置处的放置产生第二结果。线910B说明信令的相位差,且线912B说明信令的量值差。线922B展示如上文关于图7C所概述的距离确定的计算,且线920B展示为距离计算结果的一阶导数的德耳塔计算。
[0104] 在图9C中,无接收器在进行反向链路信号传输。结果,线910C说明相对恒定相位差且线912C说明相对恒定量值差。线922C展示距离确定的计算,其大致保持接近零。
[0105] 本发明的示范性实施例可靠地识别用于无线电力传送的传输器的量值差、相位差及PA电流的变化,其中这些变化是通过切换(遮蔽)被充电的接收装置的天线负载而产生。检测正经充电的装置中的天线负载状态的能力形成实施正经充电的装置与传输器之间的二进制通信协议的基础。事实上,可将信息位“0”及“1”映射成接收天线的负载改变,接收天线的负载改变又诱发在传输器处所看见的电流及阻抗的变化。
[0106] 本发明的示范性实施例是针对用于解调耦合模式区的反向链路中所传输的位的简单但仍稳健的方式。若干不同信号可用以首先识别最可靠的一个信号,且接着从选定信号提取信息位。虽然此特定实施例经修整以用于差分曼彻斯特编码协议,但其可经容易地修改以也与其它编码系统一起操作。
[0107] 无线充电系统的性质使得这些变化的大小不可预测且这些变化在信号之间不相关,即,虽然一信号经历大变化,但其它信号可能未必经历大变化。可通过处理多个这些参数(而非单一参数)来实现信息位的改善解码。
[0108] 本发明的示范性实施例是针对可靠地检测由于在接收器处所执行的遮蔽操作而产生的在传输天线处所看见的阻抗的改变或PA电流的变化。所述两种状态(遮蔽(ON)或不遮蔽(OFF))产生三个物理可观测量的变化:如在传输天线处所看见的PA电流电平、量值差及相位差。这些为与这些信号变化的检测相关联的若干挑战。
[0109] 这些量中的每一者的稳态值并非为确定性的,因为其可能随耦合模式区中的接收器位置及其它附近接收器而变。由遮蔽/解除遮蔽切换产生的变化可随时间而改变且可用随机方式在信号之间不同。为了解决这些问题,本发明的示范性实施例利用传输器处的多个信号(尤其是PA电流、量值差,及相位差)。
[0110] 确切地说,随着时间而计算上文所叙述的参数的导数。假定信号的导数对其平均值不敏感,则在确定“1”或“0”之间的差时不考虑信号的稳态值。
[0111] 本发明的示范性实施例识别最可靠信号源(即,经历最大变化的信号源)且利用此“优选”信号来解码位流。将过程划分成2个阶段:
[0112] 1)自同步;及
[0113] 2)用于位解码的阈值估计。
[0114] 两个阶段均经由观测横跨序列的最初几个位的训练序列而进行。
[0115] 同步程序指代传输接收时序的正确对准,以便正确识别所传输的位序列的初始边界与结束边界。在示范性实施例中,同步程序利用曼彻斯特码的性质,其中每个位展现位间隔中间的转变。
[0116] 图10说明简单二进制信令协议。在此协议中,“一”通过信号1020上的“高”指示且“零”通过信号1020上的“低”指示。通过此简单信令,一长串“零”或一长串“一”可产生不存在信号转变的长间隔,此可使得传输器与接收器之间的同步困难。
[0117] 图11通过展示时钟1110、数据1120及经编码的数据1130来说明差分曼彻斯特编码协议。曼彻斯特编码为用以编码同步位流的时钟与数据且保证数据流上的连续转变的同步时钟编码技术。在此技术中,待传输的实际二进制数据并不以逻辑1及0的序列发送。相反,将所述位翻译成具有诸多优点的稍微不同格式。差分曼彻斯特编码使用转变的存在与否来指示逻辑值。在许多状况下,检测转变可能不如检测高电平或低电平易出错。
[0118] 因为仅转变的存在是重要的,所以极性不重要。换句话说,如果信号反相,则差分式编码方案将同样地起作用。在图11中,“一”位通过使信号的前半部分等于先前位的信号的后半部分来指示(即,在位时间的开始处不发生转变)。另一方面,“零”位通过使信号的前半部分与先前位的信号的后半部分相反来指示(即,“零”位通过位时间的开始处的转变来指示)。对于“一”与“零”两者,在位时间的中间始终存在转变(无论是从高到低还是从低到高)。
[0119] 因此,在差分曼彻斯特编码中,“一”通过位时间内的一次转变表示且“零”通过位时间内的两次转变表示。颠倒方案是可能的,其中“零”通过一次转变表示且“一”通过两次转变表示。
[0120] 在本发明的示范性实施例中,消息的开始处的训练序列用以使位边界同步且确定位边界,并用以确定三个不同信号的信号强度。视实施例而定,训练序列可能为不同数目个位且可以不同间隔发生。在一示范性实施例中,每一数据字节之前有包括两个位的训练序列。
[0121] 图12说明由传输器确定的训练序列期间的一些实例转变的差分相位1230、差分量值1240及差分电流1220。这些信号通过对应取样的信号的导数来确定。结果,通过具有衰减尾部(decaying tail)的峰值表示转变。线1210指示转变之间的中间点。因此,仅作为实例,可将线1210视为位边界且可将靠近位边界的中间所展示的转变视为表示一系列四个“一”,其中在位边界的中间具有单一转变。
[0122] 或者,可将线1210视为可能的转变之间的边界。因此,两个连续线1210界定一位边界。在此状况下,展示两个位,其可使用交替编码,其中所述两个位通过“1”(其包括每一位两次转变)表示。结合图13论述图12的额外细节。
[0123] 图13为用于基于传输器处的阻抗改变确定来自接收器的信令的程序的简化流程图。导数计算1310用以提取在电流、量值及相位中所诱发的变化,所述变化分别表示为ΔIsc、Δmag(Z)及ΔPh(Z)。假定:对于差分曼彻斯特码,位信息位于每一位的转变的数目中且并不在其正负号上,导数的量值可用于阈值估计与位周期检测过程两者。
[0124] 在块1312中通过使用等式max{abs[ΔIsc],abs[Δmag(Z)]abs[ΔPh(Z)]实现同步。其中,在等于训练序列的时间跨度上评估最大值。
[0125] 分别在操作块1320M、1320P及1320I中独立地处理差分电流、差分量值及差分相位中的每一者。出于清晰起见,未展示操作块1320P及1320I的细节,但所述细节与操作块1320M的细节相同。一旦实现同步,就识别如通过图12中的线1210表示的每一信号的在图13中表示为片(S1、S2、S3、S4)的4位间隔的边界。此切片操作简化峰值搜寻操作,因为其确保每一片中仅存在一峰值。将每一信号的能量计算为相对于每一片来说的峰值的总和(例如,图12中的差分电流1220的A+B+C+D)。块1350M、1350P及1350I分别展示差分电流、差分量值及差分相位中的每一者的能量计算结果。
[0126] 具有最高能级的信号(例如,图12中的差分电流1220)为被视为最可靠的信号且在块1352中选择其用于检测。
[0127] 自适应阈值可用以区别在一位间隔期间发生的转变的数目,因为变化的宽度可随时间而改变。可将所述自适应阈值计算为:
[0128] TH=1/2(A+B+C+D+tail_avg)
[0129] 其中tail_avg=在所述四个符号上平均的距中央峰值的偏移处所评估的信号振幅。在图12中,通过如展示在差分电流1220的衰减尾部上的星号来界定此偏移。此tail_avg参数给出可被接受为转变的较低能级的估计。在图12中,将偏移界定为在峰值样本之后的第二个样本。然而,在其它取样率的情况下,可使用不同样本。此外,可将偏移水平界定为峰值的百分比,而不是距峰值的特定时间延迟。操作块1354指示四个转变中的每一者的尾部值的确定。
[0130] 操作块1356指示四个尾部值的平均值的计算。在图12中,此平均值将为星号点的平均高度,其为大约17。操作块1358指示自适应阈值的计算。
[0131] 最后,在操作块1360中,将自适应阈值与接受阈值(TH_acc)相比较,所述接受阈值用以验证系统不处于空值状态中(其中无接收器实际上在进行信号发送且可能错误地检测到仅噪声状态)。如果自适应阈值小于接受阈值,则停止信号的处理且不进行提取信号的尝试。如果自适应阈值大于或等于接受阈值,则处理继续且控制器通过比较选定参数的差分值与自适应阈值以确定何时已发生转变来提取后续数据位。每当差分值超过自适应阈值时,定义转变。
[0132] 周期性地重复此程序,以确保在任何给定时间点,识别具有最高变化的信号。因此,关于哪个参数用于检测的不确定性得以解决。
[0133] 总之,反向链路通信情况下的两个问题为:
[0134] 1)对于PA电流、量值差及相位差,观测到非确定性、非零DC信号值;及[0135] 2)传输器处的由负载切换诱发的参数变化在信号之间不相关且可随时间而变化。
[0136] 本发明的示范性实施例(基于绝对导数)实际上对每一信号的特定DC偏移值不敏感。此外,通过若干参数的同时处理自适应地识别最强信号。通过比较其导数的绝对值与自适应阈值来执行检测。
[0137] 所属领域的技术人员应理解,可使用多种不同技艺及技术中的任一者来表示信息及信号。举例来说,可通过电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示可能贯穿上述描述而参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。
[0138] 所属领域的技术人员应进一步了解,结合本文中所揭示的示范性实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及算法步骤可经实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的此互换性,上文已大体在功能性方面描述了各种说明性组件、块、模块、电路及步骤。将此功能性实施为硬件还是软件视特定应用及强加于整个系统的设计约束而定。所属领域的技术人员可对于每一特定应用以变化的方式实施所描述的功能性,但这些实施决策不应被解释为会引起偏离本发明的示范性实施例的范畴。
[0139] 结合本文中所揭示的示范性实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块及电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可为微处理器,但在替代例中,处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。也可将处理器实施为计算装置的组合,例如,DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器,或任何其它此配置。
[0140] 结合本文中所揭示的示范性实施例所描述的方法或算法的步骤可直接体现于硬件中、由处理器执行的软件模块中,或所述两者的组合中。软件模块可驻留于随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。将示范性存储媒体耦合到处理器,以使得所述处理器可从所述存储媒体读取信息,并可将信息写入到所述存储媒体。在替代例中,存储媒体可与处理器形成一体。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代例中,处理器及存储媒体可作为离散组件驻留于用户终端中。
[0141] 在一个或一个以上示范性实施例中,可用硬件、软件、固件或其任何组合来实施所描述的功能。如果用软件来实施,则可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码存储于计算机可读媒体上或在计算机可读媒体上传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与通信媒体(通信媒体包括促进计算机程序从一处到另一处的传送的任何媒体)两者。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。作为实例且非限制,此计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置,或可用于以指令或数据结构的形式载运或存储所要的程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。又,将任何连接适当地称为计算机可读媒体。举例来说,如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或例如红外线、无线电及微波的无线技术而从网站服务器或其它远程源传输软件,则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电及微波的无线技术包括在媒体的定义中。如本文中所使用的磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能盘(DVD)、软磁盘及蓝光(blu-ray)光盘,其中磁盘通常磁性地再现数据,而光盘通过激光光学地再现数据。上述的组合也应包括在计算机可读媒体的范畴内。
[0142] 提供所揭示的示范性实施例的先前描述以使得任何所属领域的技术人员能够制造或使用本发明。对于所属领域的技术人员来说,对这些示范性实施例的各种修改将容易显而易见,且可在不偏离本发明的精神或范畴的情况下将本文中所定义的一般原理应用于其它实施例。因此,本发明不意在限于本文中所展示的实施例,而应符合与本文中所揭示的原理及新颖特征一致的最宽范畴。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈