無線電力傳輸中的阻抗改變檢測的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無線電力傳輸中的阻抗改變檢測。示范性實施例是針對無線電力傳送。來自傳輸天線的能量耦合到傳輸器上的內(nèi)部信號。阻抗測量電路通過比較所述耦合的內(nèi)部信號來產(chǎn)生阻抗指示信號，所述阻抗指示信號用于指示所述耦合的內(nèi)部信號之間的阻抗差?？刂破鲗λ鲎杩怪甘拘盘栠M(jìn)行取樣且響應(yīng)于所述阻抗指示信號的改變而確定數(shù)字信令值。所述阻抗測量電路測量所述內(nèi)部信號的量值差、所述內(nèi)部信號的相位差及由耦合于RF信號與所述傳輸天線之間的放大器消耗的電力的改變中的一者或一者以上。傳輸器響應(yīng)于射頻(RF)信號而通過傳輸天線產(chǎn)生電磁場，以在所述傳輸天線的近場內(nèi)產(chǎn)生耦合模式區(qū)。
【專利說明】無線電力傳輸中的阻抗改變檢測
[0001]分案申請的相關(guān)信息
[0002]本申請是申請?zhí)枮镻CT/US2010/021876，申請日為2010年I月22日，最早 優(yōu)先權(quán)日:為2009年I月22日，發(fā)明名稱為“無線電力傳輸中的阻抗改變檢測”的PCT申請進(jìn)入國家階段后申請?zhí)枮?01080005307.0的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
[0003]根據(jù)35 U.S.C.§ 119豐張優(yōu)先權(quán)
[0004]本申請案根據(jù)35 U.S.C.§ 119(e)主張以下美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán):
[0005]2009年I月22日申請的名為“無線電力接收器與傳輸器之間的信令(SIGNALINGBETWEEN WIRELESS POWER RECEIVERS AND TRANSMITTERS) ” 的美國臨時專利申請案61/146，584。
[0006]2009年2月10日申請的名為“用于無線充電系統(tǒng)的信令技術(shù)(SIGNALINGTECHNIQUES FOR A WIRELESS CHARGING SYSTEMS) ” 的美國臨時專利申請案 61/151，473。
[0007]2009年5月11日申請的名為“用于無線電力的阻抗改變檢測(MPEDANCE CHANGEDETECT1N FOR WIRELESS POWER) ” 的美國臨時專利申請案 61/177，148。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0008]本發(fā)明大體來說涉及無線充電，且更具體地說，涉及與檢測傳輸器裝置中的歸因于可能定位于無線電力系統(tǒng)中的接收器裝置而產(chǎn)生的阻抗改變有關(guān)的裝置、系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0009]通常，例如無線電子裝置的每一電池供電裝置需要其自己的充電器及電源，所述電源通常為交流電(AC)電力插座。當(dāng)許多裝置需要充電時，此有線配置變?yōu)槭褂貌槐愕摹?br> [0010]正開發(fā)在傳輸器與耦合到待充電的電子裝置的接收器之間使用空中或無線電力傳輸?shù)姆椒?。這些方法大體上分成兩類。一類是基于傳輸天線與待充電的裝置上的接收天線之間的平面波輻射(也稱為遠(yuǎn)場輻射)的耦合。接收天線收集輻射電力且將其整流以用于對電池充電。天線大體上具有諧振長度以便改善耦合效率。此方法遭遇以下事實:電力耦合隨著天線之間的距離迅速衰退，因此合理距離(例如，小于I到2米)上的充電變得困難。另外，因為傳輸系統(tǒng)輻射平面波，所以如果不經(jīng)由濾波進(jìn)行適當(dāng)控制，則無意的輻射可能干擾其它系統(tǒng)。
[0011]用于無線能量傳輸技術(shù)的其它方法是基于嵌入于(例如)“充電”墊子或表面中的傳輸天線與嵌入于待充電的電子裝置中的接收天線(加上整流電路)之間的電感性耦合。此方法的缺點在于:傳輸天線與接收天線之間的間距必須非常接近(例如，在幾毫米內(nèi))。但是此方法不具有同時對相同區(qū)域中的多個裝置充電的能力，此區(qū)域通常非常小且需要用戶準(zhǔn)確地將裝置定位到特定區(qū)域。
[0012]歸因于在電力的無線傳輸?shù)倪^程中發(fā)生的損耗，效率在無線電力傳送系統(tǒng)中具有重要性。因為無線電力傳輸常常不如有線傳送有效，所以效率在無線電力傳送環(huán)境中具有甚至更大的意義。
[0013]結(jié)果，當(dāng)試圖將電力提供到一個或一個以上充電裝置時，需要待充電的裝置與無線電力傳輸器通信。另外，需要適應(yīng)于歸因于接收器阻抗改變而在傳輸器處發(fā)生的阻抗改變的方法及設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1展示無線電力傳送系統(tǒng)的簡化框圖。
[0015]圖2展示無線電力傳送系統(tǒng)的簡化示意圖。
[0016]圖3展示用于本發(fā)明的示范性實施例中的環(huán)形天線的示意圖。
[0017]圖4為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的傳輸器的簡化框圖。
[0018]圖5為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的接收器的簡化框圖。
[0019]圖6A及圖6B展示接收電路的用于提供反向鏈路信令的部分的簡化示意圖。
[0020]圖7A到圖7C展示傳輸電路的用于確定傳輸天線處的阻抗改變的部分的簡化示意圖。
[0021 ] 圖8A到圖SC說明具有傳輸天線且包括放置于相對于所述傳輸天線的各種位置中的接收器的主機裝置。
[0022]圖9A到圖9C為展示響應(yīng)于接收器相對于傳輸天線的各種放置的在傳輸器處所確定的阻抗特性的曲線圖。
[0023]圖10說明簡單二進(jìn)制信令協(xié)議。
[0024]圖11說明差分曼徹斯特編碼協(xié)議。
[0025]圖12說明由傳輸器確定的一些實例轉(zhuǎn)變的差分相位、差分量值及差分電流。
[0026]圖13為用于基于傳輸器處的阻抗改變確定來自接收器的信令的程序的簡化流程圖。

【具體實施方式】
[0027]詞語“示范性”在本文中用以意謂“充當(dāng)實例、例子或說明”。本文中經(jīng)描述為“示范性”的任一實施例未必解釋為比其它實施例優(yōu)選或有利。
[0028]下文結(jié)合附加圖式所闡述的詳細(xì)描述意在作為對本發(fā)明的示范性實施例的描述，且并不意在表示可實踐本發(fā)明的僅有實施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語“示范性”意謂“用作實例、例子或說明”，且未必應(yīng)解釋為比其它示范性實施例優(yōu)選或有利。所述詳細(xì)描述出于提供對本發(fā)明的示范性實施例的透徹理解的目的而包括特定細(xì)節(jié)。對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見，可在無這些特定細(xì)節(jié)的情況下實踐本發(fā)明的示范性實施例。在一些例子中，以框圖形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)及裝置，以便避免混淆本文中所呈現(xiàn)的示范性實施例的新穎性。
[0029]詞語“無線電力”在本文中用以意謂在不使用物理電磁導(dǎo)體的情況下在從傳輸器到接收器之間傳輸?shù)呐c電場、磁場、電磁場或其它者相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量。
[0030]圖1說明根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實施例的無線傳輸或充電系統(tǒng)100。將輸入電力102提供到傳輸器104以供產(chǎn)生用于提供能量傳送的輻射場106。接收器108耦合到輻射場106，且產(chǎn)生輸出電力110以供耦合到輸出電力110的裝置(未圖示)存儲或消耗。傳輸器104與接收器108兩者隔開距離112。在一示范性實施例中，根據(jù)相互諧振關(guān)系來配置傳輸器104與接收器108，且當(dāng)接收器108的諧振頻率與傳輸器104的諧振頻率非常接近時，當(dāng)接收器108定位于福射場106的“近場”中時，傳輸器104與接收器108之間的傳輸損耗為最小的。
[0031]傳輸器104進(jìn)一步包括用于提供用于能量傳輸?shù)难b置的傳輸天線114，且接收器108進(jìn)一步包括用于提供用于能量接收的裝置的接收天線118。根據(jù)應(yīng)用及待與其相關(guān)聯(lián)的裝置來設(shè)定傳輸天線及接收天線的大小。如所陳述，有效能量傳送通過將傳輸天線的近場中的大部分能量耦合到接收天線而非以電磁波形式將大部分能量傳播到遠(yuǎn)場而發(fā)生。當(dāng)處于此近場中時，可在傳輸天線114與接收天線118之間產(chǎn)生耦合模式。天線114及118周圍的可發(fā)生此近場耦合的區(qū)域在本文中稱作耦合模式區(qū)。
[0032]圖2展示無線電力傳送系統(tǒng)的簡化示意圖。傳輸器104包括振蕩器122、功率放大器124及濾波器及匹配電路126。所述振蕩器經(jīng)配置以產(chǎn)生所要頻率，所述所要頻率可響應(yīng)于調(diào)整信號123來調(diào)整。振蕩器信號可由功率放大器124以響應(yīng)于控制信號125的放大量來放大?？砂V波器及匹配電路126以濾除諧波或其它非所要的頻率且使傳輸器104的阻抗與傳輸天線114匹配。
[0033]接收器108可包括匹配電路132及整流器及切換電路134以產(chǎn)生DC電力輸出以對電池136(如圖2中所展示)充電或?qū)︸詈系浇邮掌鞯难b置(未圖示)供電?？砂ㄆヅ潆娐?32以使接收器108的阻抗與接收天線118匹配。接收器108與傳輸器104可在單獨通信信道119(例如，藍(lán)牙、紫蜂(zigbee)、蜂窩式等)上通信。
[0034]如圖3中所說明，示范性實施例中所使用的天線可經(jīng)配置為“環(huán)形”天線150，其在本文中也可稱作“磁性”天線。環(huán)形天線可經(jīng)配置以包括空氣磁心或物理磁心(例如，鐵氧體磁心)?？諝獯判沫h(huán)形天線可能更可容許放置于所述磁心附近的外來物理裝置。此外，空氣磁心環(huán)形天線允許其它組件放置于磁心區(qū)域內(nèi)。另外，空氣磁心環(huán)可更易于使得能夠?qū)⒔邮仗炀€118 (圖2)放置于傳輸天線114 (圖2)的平面內(nèi)，在所述平面中，傳輸天線114 (圖2)的耦合模式區(qū)的電力可更大。
[0035]如所陳述，傳輸器104與接收器108之間的有效能量傳送在傳輸器104與接收器108之間的匹配或接近匹配的諧振期間發(fā)生。然而，即使傳輸器104與接收器108之間的諧振不匹配時，也可以較低效率傳送能量。能量傳送通過將來自傳輸天線的近場的能量耦合到駐留于建立了此近場的鄰域中的接收天線而非將能量從傳輸天線傳播到自由空間中而發(fā)生。
[0036]環(huán)形天線或磁性天線的諧振頻率是基于電感及電容。環(huán)形天線中的電感大體上僅為由環(huán)產(chǎn)生的電感，而大體上將電容添加到環(huán)形天線的電感以在所要諧振頻率下產(chǎn)生諧振結(jié)構(gòu)。作為非限制性實例，可將電容器152及電容器154添加到天線以產(chǎn)生一產(chǎn)生諧振信號156的諧振電路。因此，對于較大直徑的環(huán)形天線來說，誘發(fā)諧振所需的電容的大小隨著環(huán)的直徑或電感增加而減小。此外，隨著環(huán)形天線或磁性天線的直徑增加，近場的有效能量傳送面積增加。當(dāng)然，其它諧振電路也是可能的。作為另一非限制性實例，電容器可平行放置于環(huán)形天線的兩個端子之間。另外，一般所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，對于傳輸天線，諧振信號156可為到環(huán)形天線150的輸入。
[0037]本發(fā)明的示范性實施例包括在處于彼此的近場中的兩個天線之間耦合電力。如所陳述，近場為在天線周圍的存在電磁場但可能并不遠(yuǎn)離所述天線傳播或輻射的區(qū)域。其通常限定于接近所述天線的物理體積的體積。在本發(fā)明的示范性實施例中，磁型天線(例如，單匝環(huán)形天線及多匝環(huán)形天線)用于傳輸(Tx)天線系統(tǒng)與接收(Rx)天線系統(tǒng)兩者，這是因為與電型天線(例如，小型偶極天線)的電近場相比，磁型天線的磁近場振幅傾向于較高。此允許所述對天線之間的潛在較高耦合。此外，還預(yù)期“電”天線(例如，偶極天線及單極天線)或磁性天線與電天線的組合。
[0038]Tx天線可在足夠低的頻率下且在天線大小足夠大的情況下操作，以在顯著大于較早所敘述的遠(yuǎn)場及電感性方法所允許的距離的距離下實現(xiàn)到小型接收天線的良好耦合(例如，>-4dB)。如果Tx天線的大小經(jīng)正確設(shè)定，則當(dāng)將主機裝置上的接收天線放置于受驅(qū)動Tx環(huán)形天線的耦合模式區(qū)內(nèi)(即，在近場中)時，可實現(xiàn)高耦合水平(例如，-1到-4dB)。
[0039]此外，示范性實施例還可包括用于無線能量傳輸技術(shù)的方法，其是基于嵌入于(例如)“充電”墊子或表面中的傳輸天線與嵌入于待充電的電子裝置中的接收天線(加上整流電路)之間的電感性耦合。
[0040]圖4為根據(jù)本發(fā)明的不范性實施例的傳輸器200的簡化框圖。傳輸器200包括傳輸電路202及傳輸天線204。大體上，傳輸電路202通過提供引起產(chǎn)生傳輸天線204四周的近場能量的振蕩信號來將RF電力提供到傳輸天線204。作為實例，傳輸器200可在13.56MHzISM頻帶下操作。
[0041]示范性傳輸電路202包括固定阻抗匹配電路206，其用于將傳輸電路202的阻抗(例如，50歐姆)與傳輸天線204匹配；及低通濾波器(LPF) 208，其經(jīng)配置以將諧波發(fā)射減少到防止耦合到接收器108 (圖1)的裝置的自干擾的水平。其它示范性實施例可包括不同濾波器拓?fù)?包括(但不限于)使特定頻率衰減同時使其它頻率通過的陷波濾波器)，且可包括自適應(yīng)阻抗匹配，其可基于可測量的傳輸度量(例如，到天線的輸出電力或由功率放大器汲取的DC電流)而變化。傳輸電路202進(jìn)一步包括功率放大器210，其經(jīng)配置以驅(qū)動如由振蕩器212(在本文中也稱作信號產(chǎn)生器)確定的RF信號。傳輸電路可由離散裝置或電路組成，或者可由集成組合件組成。來自傳輸天線204的示范性RF電力輸出可為約2.5到8.0瓦。
[0042]傳輸電路202進(jìn)一步包括控制器214，控制器214用于在針對特定接收器的傳輸階段(或工作循環(huán))期間啟用振蕩器212，用于調(diào)整所述振蕩器的頻率，且用于調(diào)整輸出電力電平以實施通信協(xié)議(用于經(jīng)由相鄰裝置所附接的接收器與相鄰裝置交互)?？刂破?14還用于確定傳輸天線204處的歸因于耦合模式區(qū)中的改變(歸因于放置于其中的接收器)的阻抗改變。
[0043]傳輸電路202可進(jìn)一步包括負(fù)載感測電路216，其用于檢測作用中接收器在由傳輸天線204產(chǎn)生的近場附近的存在與否。作為實例，負(fù)載感測電路216監(jiān)視流動到功率放大器210的電流，所述電流受作用中接收器在由傳輸天線204產(chǎn)生的近場附近的存在與否的影響。對功率放大器210上的加載的改變的檢測是由控制器214監(jiān)視，其用于確定是否啟用振蕩器212以傳輸能量從而與作用中接收器通信。
[0044]傳輸天線204可經(jīng)實施為天線帶，其具有經(jīng)選擇以使電阻性損耗保持為低的厚度、寬度及金屬類型。在常規(guī)實施方案中，傳輸天線204可大體上經(jīng)配置以與較大結(jié)構(gòu)(例如，桌子、墊子、燈或其它不太便攜的配置)相關(guān)聯(lián)。因此，傳輸天線204大體上將不需要“匝”以便具有實用尺寸。傳輸天線204的示范性實施方案可為“電學(xué)上小的”(即，波長的分率)且經(jīng)調(diào)諧以通過使用電容器界定諧振頻率來在較低的可用頻率下諧振。在傳輸天線204相對于接收天線來說在直徑上或邊長上(如果是正方形環(huán))可能較大(例如，0.50米)的示范性應(yīng)用中，傳輸天線204將未必需要大量匝數(shù)來獲得合理電容。
[0045]傳輸器200可聚集及追蹤關(guān)于可與傳輸器200相關(guān)聯(lián)的接收器裝置的行蹤及狀態(tài)的信息。因此，傳輸器電路202可包括連接到控制器214 (在本文中也稱作處理器)的存在檢測器280、封閉式檢測器290，或其組合?？刂破?14可響應(yīng)于來自存在檢測器280及封閉式檢測器290的存在信號而調(diào)整由放大器210遞送的電力的量。傳輸器可接收經(jīng)由許多電源的電力，許多電源例如是用以轉(zhuǎn)換存在于建筑物中的常規(guī)AC電力的AC/DC轉(zhuǎn)換器(未圖示)、用以將常規(guī)DC電源轉(zhuǎn)換成適合于傳輸器200的電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器(未圖示)，或可接收直接來自常規(guī)DC電源(未圖示)的電力。
[0046]作為非限制性實例，存在檢測器280可為運動檢測器，其用以感測插入于傳輸器的覆蓋區(qū)域中的待充電的裝置的初始存在。在檢測之后，可將傳輸器接通且可使用由裝置接收的RF電力來以預(yù)定方式觸發(fā)接收裝置上的開關(guān)，這又引起傳輸器的驅(qū)動點阻抗的改變。
[0047]作為另一非限制性實例，存在檢測器280可為一檢測器，其能夠(例如)通過紅外線檢測、運動檢測或其它合適手段檢測人類。在一些示范性實施例中，可能存在限制傳輸天線可在特定頻率下傳輸?shù)碾娏Φ牧康囊?guī)則。在一些狀況下，這些規(guī)則意在保護人類免受電磁輻射。然而，可能存在傳輸天線放置于人類未占據(jù)的或人類很少占據(jù)的區(qū)域(例如，車庫、廠區(qū)、車間，及其類似者)中的環(huán)境。如果這些環(huán)境無人類，則可能可準(zhǔn)許增加傳輸天線的高于標(biāo)稱電力限制規(guī)則的電力輸出。換句話說，控制器214可響應(yīng)于人類存在而將傳輸天線204的電力輸出調(diào)整到管制水平或更低水平，且當(dāng)人類在距傳輸天線204的電磁場管制距離之外時，將傳輸天線204的電力輸出調(diào)整到高于管制水平的水平。
[0048]作為非限制性實例，封閉式檢測器290 (在本文中也可稱作封閉式隔間檢測器或封閉式空間檢測器)可為例如感測開關(guān)的裝置，其用于確定外罩何時處于關(guān)閉或打開狀態(tài)中。當(dāng)傳輸器處于為封閉狀態(tài)的外罩中時，可增加傳輸器的電力電平。
[0049]在示范性實施例中，可使用傳輸器200借以不會無限地保持接通的方法。在此狀況下，傳輸器200可經(jīng)編程以在用戶確定的時間量之后切斷。此特征防止傳輸器200 (尤其是功率放大器210)在其周邊的無線裝置完全充好電之后長時間運作。此事件可歸因于用以檢測從中繼器或接收線圈發(fā)送的指示裝置完全充好電的信號的電路的故障。為了防止傳輸器200在另一裝置放置于其周邊的情況下自動地切斷，可僅在檢測到其周邊缺乏運動的設(shè)定周期之后激活傳輸器200自動切斷特征。用戶可能能夠確定不活動時間間隔，且在需要時改變所述不活動時間間隔。作為非限制性實例，所述時間間隔可比在假定特定類型的無線裝置最初完全放電的情況下對所述裝置完全充電所需的時間間隔長。
[0050]圖5為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的接收器300的簡化框圖。接收器300包括接收電路302及接收天線304。接收器300進(jìn)一步耦合到裝置350以用于將所接收的電力提供到裝置350。應(yīng)注意，將接收器300說明為在裝置350外部，但其可集成到裝置350中。大體來說，能量是無線地傳播到接收天線304且接著經(jīng)由接收電路302而耦合到裝置350。
[0051]接收天線304經(jīng)調(diào)諧以在與傳輸天線204 (圖4)的頻率相同的頻率下或接近相同的頻率下諧振。接收天線304可與傳輸天線204類似地設(shè)定尺寸，或可基于相關(guān)聯(lián)裝置350的尺寸來不同地設(shè)定大小。作為實例，裝置350可為具有小于傳輸天線204的長度的直徑的直徑或長度尺寸的便攜型電子裝置。在此實例中，接收天線304可經(jīng)實施為多匝天線，以便減小調(diào)諧電容器(未圖示)的電容值且增加接收天線的阻抗。作為實例，接收天線304可放置于裝置350的實質(zhì)圓周周圍，以便將天線直徑最大化并減少接收天線的環(huán)匝(S卩，繞組)的數(shù)目及繞組間電容。
[0052]接收電路302提供與接收天線304的阻抗匹配。接收電路302包括電力轉(zhuǎn)換電路306，其用于將所接收的RF能源轉(zhuǎn)換成供裝置350使用的充電電力。電力轉(zhuǎn)換電路306包括RF/DC轉(zhuǎn)換器308且還可包括DC/DC轉(zhuǎn)換器310。RF/DC轉(zhuǎn)換器308將在接收天線304處所接收的RF能量信號整流成非交流電力，而DC/DC轉(zhuǎn)換器310將經(jīng)整流的RF能量信號轉(zhuǎn)換成與裝置350兼容的能量電位(例如，電壓)。預(yù)期各種RF/DC轉(zhuǎn)換器，包括部分及全整流器、調(diào)節(jié)器、橋接器、倍加器以及線性及切換轉(zhuǎn)換器。
[0053]接收電路302可進(jìn)一步包括切換電路312，其用于將接收天線304連接到電力轉(zhuǎn)換電路306或者用于將電力轉(zhuǎn)換電路306斷開。將接收天線304與電力轉(zhuǎn)換電路306斷開不僅中止對裝置350的充電，而且還改變傳輸器200(圖2)所“看到”的“負(fù)載”。
[0054]如上文所揭示，傳輸器200包括負(fù)載感測電路216，負(fù)載感測電路216檢測提供到傳輸器功率放大器210的偏壓電流的波動。因此，傳輸器200具有用于確定接收器何時存在于傳輸器的近場中的機制。
[0055]當(dāng)多個接收器300存在于傳輸器的近場中時，可能需要對一個或一個以上接收器的加載及卸載進(jìn)行時間多路復(fù)用以使其它接收器能夠更有效地耦合到傳輸器。也可遮蔽接收器以便消除到其它附近接收器的耦合或減少附近傳輸器上的加載。接收器的此“卸載”在本文中也稱為“遮蔽”(cloaking)。此外，如下文更完全地解釋，由接收器300控制且由傳輸器200檢測的卸載與加載之間的此切換提供從接收器300到傳輸器200的通信機制。另外，一協(xié)議可與所述切換相關(guān)聯(lián)，所述協(xié)議使得能夠?qū)⑾慕邮掌?00發(fā)送到傳輸器200。作為實例，切換速度可為約100微秒。
[0056]在示范性實施例中，傳輸器與接收器之間的通信指代裝置感測及充電控制機制而非常規(guī)雙向通信。換句話說，傳輸器使用所傳輸?shù)男盘柕拈_/關(guān)鍵控，以調(diào)整近場中的能量是否可用。接收器將這些能量改變解譯為來自傳輸器的消息。從接收器側(cè)來說，接收器使用接收天線的調(diào)諧與去諧來調(diào)整正從近場接收到的電力的量。傳輸器可檢測來自近場的所使用的電力的此差，且將這些改變解譯為來自接收器的消息。
[0057]接收電路302可進(jìn)一步包括用以識別所接收的能量波動的信令檢測器及信標(biāo)電路314，所述能量波動可對應(yīng)于從傳輸器到接收器的信息性信令。此外，信令及信標(biāo)電路314還可用以檢測減少的RF信號能量(B卩，信標(biāo)信號)的傳輸并將所述減少的RF信號能量整流成標(biāo)稱電力以用于喚醒接收電路302內(nèi)的未供電或耗盡電力的電路，以便配置接收電路302以用于無線充電。
[0058]接收電路302進(jìn)一步包括處理器316，其用于協(xié)調(diào)本文中所描述的接收器300的處理(包括對本文中所描述的切換電路312的控制)。接收器300的遮蔽也可在其它事件(包括檢測到將充電電力提供到裝置350的外部有線充電源(例如，壁式/USB電力))發(fā)生后即發(fā)生。除了控制接收器的遮蔽之外，處理器316還可監(jiān)視信標(biāo)電路314以確定信標(biāo)狀態(tài)并提取從傳輸器發(fā)送的消息。處理器316還可為獲得改善的性能而調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器310。
[0059]在一些示范性實施例中，接收電路320可用(例如)所要電力電平、最大電力電平、所要電流電平、最大電流電平、所要電壓電平及最大電壓電平的形式用信號向傳輸器發(fā)出電力要求?；谶@些電平及從傳輸器接收的電力的實際量，處理器316可調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器310的操作以用調(diào)整電流電平、調(diào)整電壓電平或其組合的形式調(diào)節(jié)其輸出。
[0060]在傳輸器與接收器之間建立通信鏈路可能是有用的，以使得可將充電狀態(tài)信息以及裝置識別及控制信息(當(dāng)一個以上裝置在同時接收電荷時)從接收器中繼到傳輸器。此通信鏈路應(yīng)為雙向的以最有效地操作，因為傳輸器可能需要將指令發(fā)送到接收器，同時接收器單元以預(yù)定方式發(fā)送回信息。存在用于實現(xiàn)此目的的眾多方法。
[0061]一種特別有效的通信方法是通過帶內(nèi)傳輸器及接收器負(fù)載調(diào)制，所述調(diào)制可由另一裝置來感測。帶內(nèi)意謂信息完全在分配用于無線充電的頻率信道內(nèi)交換。也就是說，大體來說，不存在在不同頻率下操作且將數(shù)據(jù)輻射到自由空間中的外部無線電鏈路是需要的。外部無線電鏈路的添加將影響無線充電系統(tǒng)的大小、成本及復(fù)雜性，且還將很可能導(dǎo)致空中無線電傳輸及干擾問題。帶內(nèi)信令避免這些問題。然而，在實施帶內(nèi)負(fù)載調(diào)制時，存在有效地且正確地檢測負(fù)載阻抗的改變的問題。對于從接收器到傳輸器裝置的信令(反向鏈路信令)特別是此情況。為了確保經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)得到正確地接收，需要一種穩(wěn)健的信號檢測方法。
[0062]前向方向(即，傳輸器到接收器)上的信令是直接的，因為每一裝置在接收來自傳輸器的大信號。反向方向(即，接收器到傳輸器)上的信令可能更成問題。一些方案(例如，接收器阻抗的調(diào)制)可用以改變由傳輸器看見的電壓駐波比(VSWR)或反向損耗，但檢測傳輸器電力、電壓或電流的改變可能有困難，因為常常難以預(yù)測裝置的給定配置、定向及接收器設(shè)計將對所述參數(shù)有何影響。舉例來說，如果裝置非常接近線圈的邊緣，或如果裝置放置得太接近另一裝置，則一系統(tǒng)(其中在信令期間裝置引起阻抗的改變以使得電力增加)可能會變得降低。此使得反向信號的解碼困難，甚至無法解碼。另外，如果在信令期間僅相位改變，則基于量值的感測方案將不會最優(yōu)地起作用，甚至不起作用。同樣，如果在反向信令嘗試期間僅量值改變，且傳輸器僅檢測到相位的改變，則將難以檢測信號，甚至無法檢測信號。
[0063]圖6A及圖6B展示接收電路的用于提供反向鏈路信令的部分的簡化示意圖。這些反向鏈路信令電路經(jīng)展示為用于通過調(diào)諧及去諧接收天線而提供信令的可能電路的實例。用于通過接收天線調(diào)諧提供到傳輸器的反向鏈路信令的許多其它電路是可能的且預(yù)期其在本發(fā)明的范疇內(nèi)。
[0064]圖6A中的電路包括接收天線304、諧振電路330A及耦合于接收天線304與諧振電路330A之間的去諧開關(guān)S1A。諧振電路330A包括電感器LlA及電容器ClA且經(jīng)配置以在去諧開關(guān)SlA閉合時在特定頻率下諧振，且接收天線304是通過特定頻率下或接近特定頻率的電磁輻射來激勵。
[0065]二極管Dl及電容器C2充當(dāng)整流器以提供大致恒定的DC輸出信號309，DC輸出信號309用于將電力提供到接收器裝置(未圖示)以用于充電、供電或其組合。接收器可通過斷開去諧開關(guān)SlA以去諧(S卩，遮蔽)接收天線或閉合去諧開關(guān)SlA以調(diào)諧(即，解除遮蔽)接收天線來提供到傳輸器的反向信令。
[0066]圖6B中的電路包括接收天線304、諧振電路330B及去諧開關(guān)S1B。諧振電路330A包括電感器LlB及電容器ClB且經(jīng)配置以在去諧開關(guān)SlB斷開時在特定頻率下諧振，且接收天線304是由特定頻率下或接近特定頻率的電磁輻射來激勵。去諧開關(guān)SlB耦合于電感器LlB與電容器ClB之間且耦合到接地，以使得諧振電路在去諧開關(guān)SlB閉合時短路或經(jīng)配置以在去諧開關(guān)SlB斷開時諧振。
[0067]二極管Dl及電容器C2充當(dāng)整流器以提供大致恒定的DC輸出信號309，DC輸出信號309用于將電力提供到接收器裝置(未圖示)以用于充電、供電或其組合。
[0068]接收器可通過閉合去諧開關(guān)SlB以去諧(即，遮蔽)接收天線或斷開去諧開關(guān)SlB以調(diào)諧(即，解除遮蔽)接收天線來提供到傳輸器的反向信令。
[0069]遮蔽信號、信標(biāo)信號及用于產(chǎn)生這些信號的電路的一些其它示范性實施例的細(xì)節(jié)可見于以下美國實用專利申請案中:2008年10月10日申請的名為“經(jīng)由接收天線阻抗調(diào)制的反向鏈路信令(Reverse link signaling via receive antenna impedancemodulat1n)”的美國實用專利申請案12/249,873 ;2008年10月10日申請的名為“無線充電系統(tǒng)的傳輸功率控制(Transmit power control for a wireless charging system) ”的美國實用專利申請案12/249,861 ;及2008年10月10日申請的名為“無線電力環(huán)境中的信令充電(Signaling charging in wireless power environment)，，的美國實用專利申請案12/249,866 ;所有這些申請案的全文以引用的方式并入本文中。
[0070]圖7A到圖7C展示傳輸電路的用于確定傳輸天線處的阻抗改變(其可歸因于反向鏈路信令)的部分的簡化示意圖。可確定這些阻抗改變歸因于以下改變:遞送到傳輸天線的電流的改變、所產(chǎn)生的信號與所傳輸?shù)男盘栔g的相位的改變、所產(chǎn)生的信號與所傳輸?shù)男盘栔g的振幅的改變，或其組合。
[0071]圖7A展示傳輸電路的用于執(zhí)行傳輸器與接收器之間的消息接發(fā)的部分的簡化示意圖。在本發(fā)明的一些示范性實施例中，可在傳輸器與接收器之間啟用用于通信的裝置。在圖7A中，功率放大器210驅(qū)動傳輸天線204以產(chǎn)生輻射場106。功率放大器受正以傳輸天線204的所要頻率振蕩載波信號220驅(qū)動。傳輸調(diào)制信號224可用以控制功率放大器210的輸出。
[0072]傳輸電路可通過使用功率放大器210上的開/關(guān)鍵控過程來向接收器發(fā)送信號。換句話說，當(dāng)傳輸調(diào)制信號224被斷言時，功率放大器210將在傳輸天線204上向外驅(qū)動載波信號220的頻率。當(dāng)傳輸調(diào)制信號224被否定時，功率放大器將不在傳輸天線204上向外驅(qū)動任何頻率。
[0073]圖7A的傳輸電路還包括負(fù)載感測電路216，其將電力供應(yīng)到功率放大器210且產(chǎn)生接收信號235輸出。在負(fù)載感測電路216中，電阻器Rs上的電壓降產(chǎn)生于電力輸入信號226與到功率放大器210的電力供應(yīng)228之間。由功率放大器210消耗的電力的任何改變將引起電壓降的改變，電壓降的改變將由差分放大器230放大。當(dāng)傳輸天線處于與接收器中的接收天線的耦合模式中時，由功率放大器210汲取的電流的量將改變。換句話說，如果傳輸天線210不存在耦合模式諧振，則驅(qū)動輻射場所需的電力將為第一量。如果存在耦合模式諧振，則由功率放大器210消耗的電力的量將上升(因為大量電力耦合到接收天線中)。因此，接收信號235可指示耦合到傳輸天線204的接收天線的存在，且還可檢測從接收天線發(fā)送的信號。另外，接收器電流汲取的改變(歸因于遮蔽及解除遮蔽)將可在傳輸器的功率放大器電流汲取中觀測到，且此改變可用以檢測來自接收天線的信號。
[0074]圖7A的傳輸電路還包括控制器214，其用于對接收信號235進(jìn)行取樣以基于由功率放大器210汲取的電流的差來確定來自接收器的信令，如下文更完全地解釋。
[0075]在圖7B中，功率放大器210驅(qū)動非定向耦合器260，非定向耦合器260驅(qū)動傳輸天線204以產(chǎn)生輻射場106。功率放大器210受來自正以傳輸天線204的所要頻率振蕩的振蕩器212上的載波信號220 (在本文中也稱作RF信號)驅(qū)動。傳輸調(diào)制信號224可用以控制功率放大器210的輸出。
[0076]參考電路270產(chǎn)生參考信號，所述參考信號與傳輸天線204的傳輸信號相關(guān)，但具有類似于到功率放大器210的輸入的振幅的較低振幅。因此，參考電路可將振幅減小(例如)約25dB。在圖7B的示范性實施例中，參考電路270為一包括電阻器Rl及電阻器R2的簡單分壓器。
[0077]非定向耦合器260提供隔離，因此參考電路270從所傳輸?shù)男盘柤橙∮邢揠娏η覝p少對所傳輸?shù)男盘柕母蓴_。非定向耦合器260可能比定向耦合器更容易實施，定向耦合器對于圖7B的示范性實施例來說不必要，因為不需要區(qū)別前向信號與反向信號。
[0078]在相位比較器280中比較參考電路270的輸出(參考信號275)與RF信號220，以確定所述兩個信號之間的相位差。作為一可能實例，邏輯門可用于相位比較。相位差信號282經(jīng)由模/數(shù)(Α/D)轉(zhuǎn)換器而耦合到控制器214，模/數(shù)(Α/D)轉(zhuǎn)換器可為單獨的(未圖示)或與控制器214集成。
[0079]在示范性實施例中，為了在無線充電系統(tǒng)中實現(xiàn)高端對端效率(E2EE)，可能需要使用高效率切換型的功率放大器210。這些功率放大器(PA) 210未必為線性型放大器，但可基本上作為驅(qū)動調(diào)諧電路負(fù)載的開關(guān)操作。因而，其輸入信號為方波脈沖串，或為非常接近方波脈沖串的驅(qū)動信號。這些輸入驅(qū)動信號可用作相位比較信號檢測方案的相位參考。
[0080]因此，到切換PA 210的驅(qū)動信號用作參考，且與振幅減小的隔離的傳輸器輸出信號(即，參考信號275)相比，以使得其電平可與RF信號220的電平相比，且比較所述兩個信號之間的相位差。作為一可能的實例，使用邏輯門作為相位比較的一種可能的實施方案。
[0081]因為傳輸天線驅(qū)動信號將隨著接收器負(fù)載在負(fù)載調(diào)制下變化而變化，所以可通過傳輸器側(cè)上的適當(dāng)裝置檢測此變化。值得注意的是，可檢測傳輸器驅(qū)動信號的相位的改變。在示范性實施例中，控制器214可用比傳輸信號的速率快得多的速率對相位差信號282進(jìn)行取樣且計算連續(xù)樣本之間的距離。因此，歸因于接收器的阻抗的顯著改變的相位改變可由控制器214來確定以指示來自接收器裝置的信令。
[0082]在示范性實施例中，當(dāng)接收器裝置未經(jīng)遮蔽時，驅(qū)動信號與傳輸器輸出之間的相位關(guān)系變得異相，例如達(dá)約10度異相。當(dāng)接收器負(fù)載經(jīng)遮蔽時，傳輸器輸出中呈現(xiàn)的阻抗可變化顯著量。當(dāng)接收器裝置經(jīng)遮蔽時(相對于接收器裝置經(jīng)解除遮蔽時來說)，此變化將顯現(xiàn)為RF信號220與參考信號275之間的相位改變。
[0083]傳輸器還可包括用以緩沖(且可能放大)參考信號275的緩沖器290。來自緩沖器290的量值信號292可經(jīng)由模/數(shù)(Α/D)轉(zhuǎn)換器而耦合到控制器214，模/數(shù)(Α/D)轉(zhuǎn)換器可為單獨的(未圖示)或與控制器214集成。
[0084]如同相位差，因為傳輸天線驅(qū)動信號將隨著接收器負(fù)載在負(fù)載調(diào)制下變化而變化，所以可通過傳輸器側(cè)上的適當(dāng)裝置檢測此變化。值得注意的是，有可能檢測到傳輸器驅(qū)動信號的振幅的改變。在示范性實施例中，控制器214可用比傳輸信號的速率快得多的速率對量值信號292進(jìn)行取樣。因此，歸因于接收器的阻抗的顯著改變的量值改變可由控制器214來確定以指示來自接收器裝置的信令。
[0085]如下文更完全地解釋，在一些示范性實施例中，可在確定來自接收器的信令時組合相位改變與量值改變。此外，可包括上文參看圖7A所論述的電流改變以及相位改變及量值改變。
[0086]在示范性實施例中，無線充電系統(tǒng)也可訓(xùn)練其自身以通過以應(yīng)大于信令速率的重復(fù)速率監(jiān)視相位及振幅來了解接收器何時經(jīng)負(fù)載調(diào)制。因此，可對信號執(zhí)行平均且可將因此所獲得的信息存儲于存儲器中，且使用所述信息與最新傳入的數(shù)據(jù)樣本比較。信號的平均可用以減小錯誤率。
[0087]圖7B的示范性實施例不需要前向信號信息與反射信號信息兩者，以及伴隨的定向耦合器及前向及反射振幅檢測電路。此外，雖然可使用傳輸器驅(qū)動信號的振幅變化，但不必要進(jìn)行所述操作。
[0088]在圖7C中，功率放大器210驅(qū)動定向耦合器265，定向耦合器265驅(qū)動傳輸天線204以產(chǎn)生輻射場106。功率放大器210受來自正以傳輸天線204的所要頻率振蕩的振蕩器212上的載波信號220 (在本文中也稱作RF信號)驅(qū)動。傳輸調(diào)制信號224可用以控制功率放大器210的輸出。
[0089]定向耦合器265提供輸入側(cè)(在端口 266與端口 267之間)與隔離側(cè)(在端口268與269之間)之間的隔離，因此檢測電路從所傳輸?shù)男盘柤橙∮邢揠娏η覝p少對所傳輸?shù)男盘柕母蓴_。因此，使反向信號與前向信號隔離且提供反向信號量值及相位的指示。
[0090]在一些示范性實施例中，隔離側(cè)上的前向端口及反向端口(分別為268及269)可耦合到檢測器(分別為272及274)以將所接收的RF信號改變成按量值改變的DC信號?？赏ㄟ^差分放大器295減去這些量值信號，以作為量值信號297給出返回路徑損耗。由控制器214經(jīng)由Α/D轉(zhuǎn)換器對量值差信號297進(jìn)行取樣，Α/D轉(zhuǎn)換器可為單獨的(未圖示)或與控制器214集成。
[0091]在其它示范性實施例中，檢測器(272及274)可能不存在且差分放大器295可比較信號268與269上的RF信號以確定量值差信號297?？刂破骺捎孟鄬Ω咚俾蕦α恐挡钚盘?97進(jìn)行取樣且使用常規(guī)濾波算法提取DC量值。
[0092]相位比較器285可耦合到前向端口 268及反向端口 269以確定前向信號與反向信號之間的相位差。作為一可能實例，邏輯門可用于相位比較。來自相位比較器285的相位差信號287經(jīng)由Α/D轉(zhuǎn)換器而耦合到控制器214，Α/D轉(zhuǎn)換器可為單獨的(未圖示)或與控制器214集成。此外，在一些示范性實施例中，可在相位差信號287與量值信號297之間共享單一 Α/D轉(zhuǎn)換器。
[0093]傳輸天線驅(qū)動信號將隨著接收器負(fù)載在負(fù)載調(diào)制下變化而變化，可通過傳輸器側(cè)上的適當(dāng)裝置檢測此變化。值得注意的是，有可能檢測傳輸器驅(qū)動信號的量值及相位的改變。在示范性實施例中，控制器214可用比傳輸信號的速率快得多的速率對量值信號297及相位差信號287進(jìn)行取樣。因此，歸因于接收器的阻抗的顯著改變的量值改變、相位改變或其組合可由控制器214來確定以指示來自接收器裝置的信令。
[0094]在一些示范性實施例中，可因此將返回路徑損耗的量值及相位差轉(zhuǎn)化成復(fù)數(shù)阻抗平面的兩個正交軸，且間接地表示負(fù)載的復(fù)數(shù)阻抗。在示范性實施例中，在信令期間，接收器采取行動以實質(zhì)上改變其阻抗。此將反映在量值改變、相位改變或其組合中?？刂破?14周期性地對負(fù)載的復(fù)數(shù)阻抗進(jìn)行取樣，且測量每一連續(xù)點之間的距離“d”。在示范性實施例中，經(jīng)由下式來計算距離“d”:
[0095]距離=sqrt ((magl_mag2)2+(phl_ph2)2)
[0096]其中magi及/phl為第一測量的量值及相位,且mag2及ph2為第二測量的量值及相位。當(dāng)距離超過一個或一個以上樣本的閾值時，傳輸器將認(rèn)識到所述改變?yōu)閬碜越邮掌鞯男盘?。在許多無線電力系統(tǒng)中，接收器裝置在耦合模式區(qū)中的特定放置可影響如由傳輸器檢測的反向鏈路信令的電力、振幅及相位。
[0097]圖8A到圖SC說明具有傳輸天線204且包括放置于相對于所述傳輸天線204的各種位置中的接收器裝置的主機裝置150。出于簡單起見，本文中僅論述兩個接收器裝置，但也預(yù)期多個裝置的使用在本發(fā)明的教示的范疇內(nèi)且一般所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見對這些的修改。
[0098]展示接收器裝置(520及530)放置于傳輸天線204的耦合模式區(qū)內(nèi)。雖然未說明，但接收器裝置(520及530)可包括接收天線304及接收電路302 (如圖5中所展示)。在圖8A到圖SC中，主機裝置510經(jīng)說明為充電墊子，但其可集成到家具或建筑元件(例如，墻、天花板及地板)中。此外，主機裝置510可為例如具有內(nèi)建式傳輸器的手提包、背包或公文包的物品?；蛘?，主機裝置可為特別設(shè)計用于用戶輸送接收器裝置(520及530)且對接收器裝置(520及530)充電的便攜型傳輸器(例如，充電包)。
[0099]如本文中所使用，“共面”意謂傳輸天線與接收天線具有大致對準(zhǔn)的平面(即，具有指向大致相同方向的表面法線)且傳輸天線的平面與接收天線的平面之間無距離(或有小距離)。如本文中所使用，“共軸”意謂傳輸天線與接收天線具有大致對準(zhǔn)的平面(即，具有指向大致相同方向的表面法線)且所述兩個平面之間的距離不為零，且此外，傳輸天線與接收天線的表面法線大致沿著相同向量延伸，或所述兩個法線成階梯形。
[0100]共面放置可具有相對高的耦合效率。然而，耦合可視接收天線相對于傳輸天線放置的位置而變化。舉例來說，在傳輸環(huán)形天線外部的共面放置點可能不像在傳輸環(huán)內(nèi)部的共面放置點那樣有效地耦合。此外，在傳輸環(huán)內(nèi)但在相對于環(huán)的不同位置處的共面放置點可具有不同耦合效率。
[0101]共軸放置可具有較低耦合效率。然而，可通過使用中繼器天線來改善耦合效率，例如2008年10月10日申請的名為“用于放大的無線充電區(qū)的方法及設(shè)備(METHODAND APPARATUS FOR AN ENLARGED WIRELESS CHARGING AREA) ” 的美國實用專利申請案12/249, 875中所描述的，所述申請案的內(nèi)容的全文以引用的方式并入本文中。
[0102]圖8A說明一種其中兩個接收器裝置(520及530)以靠近傳輸天線204的中心大致對稱的方式(例如，通過遠(yuǎn)離傳輸天線的周邊約相同距離)定位的情況。在圖8B中，接收器裝置(520與530)彼此遠(yuǎn)離地放置但距傳輸天線204的周邊約相同距離。圖SC說明一種其中接收器裝置(520與530)相對于傳輸天線204不同地定位的情況。
[0103]在多個接收器裝置的情況下，520可能會影響530的反向鏈路信令，且反之亦然。此外，接收器裝置520及530可不同地耦合到傳輸天線(歸因于天線設(shè)計或在充電區(qū)中的放置)且因此傳輸天線可檢測到不同的電力量改變、量值改變及相位改變。
[0104]圖9A到圖9C為展示響應(yīng)于接收器相對于傳輸天線的各種放置的在傳輸器處所確定的阻抗特性的曲線圖。在圖9A中，當(dāng)接收器正在進(jìn)行反向鏈路信號發(fā)送時，接收器在第一位置處的放置產(chǎn)生第一結(jié)果。線910A說明信令的相位差且線912A說明信令的量值差。線922A展示如上文關(guān)于圖7C所概述的距離確定的計算，且線920A展示為距離計算結(jié)果的一階導(dǎo)數(shù)(first derivative)的德耳塔計算。
[0105]在圖9B中，當(dāng)接收器在進(jìn)行反向鏈路信號發(fā)送時，接收器在第二位置處的放置產(chǎn)生第二結(jié)果。線910B說明信令的相位差，且線912B說明信令的量值差。線922B展示如上文關(guān)于圖7C所概述的距離確定的計算，且線920B展示為距離計算結(jié)果的一階導(dǎo)數(shù)的德耳塔計算。
[0106]在圖9C中，無接收器在進(jìn)行反向鏈路信號傳輸。結(jié)果，線910C說明相對恒定相位差且線912C說明相對恒定量值差。線922C展示距離確定的計算，其大致保持接近零。
[0107]本發(fā)明的示范性實施例可靠地識別用于無線電力傳送的傳輸器的量值差、相位差及PA電流的變化，其中這些變化是通過切換(遮蔽)被充電的接收裝置的天線負(fù)載而產(chǎn)生。檢測正經(jīng)充電的裝置中的天線負(fù)載狀態(tài)的能力形成實施正經(jīng)充電的裝置與傳輸器之間的二進(jìn)制通信協(xié)議的基礎(chǔ)。事實上，可將信息位“O”及“I”映射成接收天線的負(fù)載改變，接收天線的負(fù)載改變又誘發(fā)在傳輸器處所看見的電流及阻抗的變化。
[0108]本發(fā)明的示范性實施例是針對用于解調(diào)耦合模式區(qū)的反向鏈路中所傳輸?shù)奈坏暮唵蔚苑€(wěn)健的方式。若干不同信號可用以首先識別最可靠的一個信號，且接著從選定信號提取信息位。雖然此特定實施例經(jīng)修整以用于差分曼徹斯特編碼協(xié)議，但其可經(jīng)容易地修改以也與其它編碼系統(tǒng)一起操作。
[0109]無線充電系統(tǒng)的性質(zhì)使得這些變化的大小不可預(yù)測且這些變化在信號之間不相關(guān)，即，雖然一信號經(jīng)歷大變化，但其它信號可能未必經(jīng)歷大變化?？赏ㄟ^處理多個這些參數(shù)(而非單一參數(shù))來實現(xiàn)信息位的改善解碼。
[0110]本發(fā)明的示范性實施例是針對可靠地檢測由于在接收器處所執(zhí)行的遮蔽操作而產(chǎn)生的在傳輸天線處所看見的阻抗的改變或PA電流的變化。所述兩種狀態(tài)(遮蔽(ON)或不遮蔽(OFF))產(chǎn)生三個物理可觀測量的變化:如在傳輸天線處所看見的PA電流電平、量值差及相位差。這些為與這些信號變化的檢測相關(guān)聯(lián)的若干挑戰(zhàn)。
[0111]這些量中的每一者的穩(wěn)態(tài)值并非為確定性的，因為其可能隨耦合模式區(qū)中的接收器位置及其它附近接收器而變。由遮蔽/解除遮蔽切換產(chǎn)生的變化可隨時間而改變且可用隨機方式在信號之間不同。為了解決這些問題，本發(fā)明的示范性實施例利用傳輸器處的多個信號(尤其是PA電流、量值差，及相位差)。
[0112]確切地說，隨著時間而計算上文所敘述的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)。假定信號的導(dǎo)數(shù)對其平均值不敏感，則在確定“ I”或“O”之間的差時不考慮信號的穩(wěn)態(tài)值。
[0113]本發(fā)明的示范性實施例識別最可靠信號源(即，經(jīng)歷最大變化的信號源)且利用此“優(yōu)選”信號來解碼位流。將過程劃分成2個階段:
[0114]I)自同步；及
[0115]2)用于位解碼的閾值估計。
[0116]兩個階段均經(jīng)由觀測橫跨序列的最初幾個位的訓(xùn)練序列而進(jìn)行。
[0117]同步程序指代傳輸接收時序的正確對準(zhǔn)，以便正確識別所傳輸?shù)奈恍蛄械某跏歼吔缗c結(jié)束邊界。在示范性實施例中，同步程序利用曼徹斯特碼的性質(zhì)，其中每個位展現(xiàn)位間隔中間的轉(zhuǎn)變。
[0118]圖10說明簡單二進(jìn)制信令協(xié)議。在此協(xié)議中，“一”通過信號1020上的“高”指示且“零”通過信號1020上的“低”指示。通過此簡單信令，一長串“零”或一長串“一”可產(chǎn)生不存在信號轉(zhuǎn)變的長間隔，此可使得傳輸器與接收器之間的同步困難。
[0119]圖11通過展示時鐘1110、數(shù)據(jù)1120及經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)1130來說明差分曼徹斯特編碼協(xié)議。曼徹斯特編碼為用以編碼同步位流的時鐘與數(shù)據(jù)且保證數(shù)據(jù)流上的連續(xù)轉(zhuǎn)變的同步時鐘編碼技術(shù)。在此技術(shù)中，待傳輸?shù)膶嶋H二進(jìn)制數(shù)據(jù)并不以邏輯I及O的序列發(fā)送。相反，將所述位翻譯成具有諸多優(yōu)點的稍微不同格式。差分曼徹斯特編碼使用轉(zhuǎn)變的存在與否來指示邏輯值。在許多狀況下，檢測轉(zhuǎn)變可能不如檢測高電平或低電平易出錯。
[0120]因為僅轉(zhuǎn)變的存在是重要的，所以極性不重要。換句話說，如果信號反相，則差分式編碼方案將同樣地起作用。在圖11中，“一”位通過使信號的前半部分等于先前位的信號的后半部分來指示(即，在位時間的開始處不發(fā)生轉(zhuǎn)變)。另一方面，“零”位通過使信號的前半部分與先前位的信號的后半部分相反來指示(即，“零”位通過位時間的開始處的轉(zhuǎn)變來指示)。對于“一”與“零”兩者，在位時間的中間始終存在轉(zhuǎn)變(無論是從高到低還是從低到高)。
[0121 ] 因此，在差分曼徹斯特編碼中，“一”通過位時間內(nèi)的一次轉(zhuǎn)變表示且“零”通過位時間內(nèi)的兩次轉(zhuǎn)變表示。顛倒方案是可能的，其中“零”通過一次轉(zhuǎn)變表示且“一”通過兩次轉(zhuǎn)變表示。
[0122]在本發(fā)明的示范性實施例中，消息的開始處的訓(xùn)練序列用以使位邊界同步且確定位邊界，并用以確定三個不同信號的信號強度。視實施例而定，訓(xùn)練序列可能為不同數(shù)目個位且可以不同間隔發(fā)生。在一示范性實施例中，每一數(shù)據(jù)字節(jié)之前有包括兩個位的訓(xùn)練序列。
[0123]圖12說明由傳輸器確定的訓(xùn)練序列期間的一些實例轉(zhuǎn)變的差分相位1230、差分量值1240及差分電流1220。這些信號通過對應(yīng)取樣的信號的導(dǎo)數(shù)來確定。結(jié)果，通過具有衰減尾部(decaying tail)的峰值表示轉(zhuǎn)變。線1210指示轉(zhuǎn)變之間的中間點。因此,僅作為實例，可將線1210視為位邊界且可將靠近位邊界的中間所展示的轉(zhuǎn)變視為表示一系列四個“一”，其中在位邊界的中間具有單一轉(zhuǎn)變。
[0124]或者，可將線1210視為可能的轉(zhuǎn)變之間的邊界。因此，兩個連續(xù)線1210界定一位邊界。在此狀況下，展示兩個位，其可使用交替編碼，其中所述兩個位通過“I”(其包括每一位兩次轉(zhuǎn)變)表示。結(jié)合圖13論述圖12的額外細(xì)節(jié)。
[0125]圖13為用于基于傳輸器處的阻抗改變確定來自接收器的信令的程序的簡化流程圖。導(dǎo)數(shù)計算塊1310用以提取在電流、量值及相位中所誘發(fā)的變化，所述變化分別表示為Δ Isc、Δmag(Z)及APh(Z)。假定:對于差分曼徹斯特碼,位信息位于每一位的轉(zhuǎn)變的數(shù)目中且并不在其正負(fù)號上，導(dǎo)數(shù)的量值可用于閾值估計與位周期檢測過程兩者。
[0126]在塊1312 中通過使用等式 max {abs [ Δ Isc], abs [ Δ mag (Z) ] abs [ Δ Ph (Z)]實現(xiàn)同步。其中，在等于訓(xùn)練序列的時間跨度上評估最大值。
[0127]分別在操作塊1320Μ、1320Ρ及13201中獨立地處理差分電流、差分量值及差分相位中的每一者。出于清晰起見，未展示操作塊1320P及13201的細(xì)節(jié)，但所述細(xì)節(jié)與操作塊1320M的細(xì)節(jié)相同。一旦實現(xiàn)同步，就識別如通過圖12中的線1210表示的每一信號的在圖13中表示為片(S1、S2、S3、S4)的4位間隔的邊界。此切片操作簡化峰值搜尋操作，因為其確保每一片中僅存在一峰值。將每一信號的能量計算為相對于每一片來說的峰值的總和(例如，圖12中的差分電流1220的A+B+C+D)。塊1350MU350P及13501分別展示差分電流、差分量值及差分相位中的每一者的能量計算結(jié)果。
[0128]具有最高能級的信號(例如，圖12中的差分電流1220)為被視為最可靠的信號且在塊1352中選擇其用于檢測。
[0129]自適應(yīng)閾值可用以區(qū)別在一位間隔期間發(fā)生的轉(zhuǎn)變的數(shù)目，因為變化的寬度可隨時間而改變。可將所述自適應(yīng)閾值計算為:
[0130]TH = 1/2 (A+B+C+D+tail_avg)
[0131]其中tail_avg =在所述四個符號上平均的距中央峰值的偏移處所評估的信號振幅。在圖12中，通過如展示在差分電流1220的衰減尾部上的星號來界定此偏移。此tail_avg參數(shù)給出可被接受為轉(zhuǎn)變的較低能級的估計。在圖12中，將偏移界定為在峰值樣本之后的第二個樣本。然而，在其它取樣率的情況下，可使用不同樣本。此外，可將偏移水平界定為峰值的百分比，而不是距峰值的特定時間延遲。操作塊1354指示四個轉(zhuǎn)變中的每一者的尾部值的確定。
[0132]操作塊1356指示四個尾部值的平均值的計算。在圖12中，此平均值將為星號點的平均高度，其為大約17。操作塊1358指示自適應(yīng)閾值的計算。
[0133]最后，在操作塊1360中，將自適應(yīng)閾值與接受閾值(TH_acc)相比較，所述接受閾值用以驗證系統(tǒng)不處于空值狀態(tài)中(其中無接收器實際上在進(jìn)行信號發(fā)送且可能錯誤地檢測到僅噪聲狀態(tài))。如果自適應(yīng)閾值小于接受閾值，則停止信號的處理且不進(jìn)行提取信號的嘗試。如果自適應(yīng)閾值大于或等于接受閾值，則處理繼續(xù)且控制器通過比較選定參數(shù)的差分值與自適應(yīng)閾值以確定何時已發(fā)生轉(zhuǎn)變來提取后續(xù)數(shù)據(jù)位。每當(dāng)差分值超過自適應(yīng)閾值時，定義轉(zhuǎn)變。
[0134]周期性地重復(fù)此程序，以確保在任何給定時間點，識別具有最高變化的信號。因此，關(guān)于哪個參數(shù)用于檢測的不確定性得以解決。
[0135]總之，反向鏈路通信情況下的兩個問題為:
[0136]I)對于PA電流、量值差及相位差，觀測到非確定性、非零DC信號值；及
[0137]2)傳輸器處的由負(fù)載切換誘發(fā)的參數(shù)變化在信號之間不相關(guān)且可隨時間而變化。
[0138]本發(fā)明的示范性實施例(基于絕對導(dǎo)數(shù))實際上對每一信號的特定DC偏移值不敏感。此外，通過若干參數(shù)的同時處理自適應(yīng)地識別最強信號。通過比較其導(dǎo)數(shù)的絕對值與自適應(yīng)閾值來執(zhí)行檢測。
[0139]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可使用多種不同技藝及技術(shù)中的任一者來表示信息及信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合來表示可能貫穿上述描述而參考的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位、符號及碼片。
[0140]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步了解，結(jié)合本文中所揭示的示范性實施例所描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路及算法步驟可經(jīng)實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。為了清楚地說明硬件與軟件的此互換性，上文已大體在功能性方面描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路及步驟。將此功能性實施為硬件還是軟件視特定應(yīng)用及強加于整個系統(tǒng)的設(shè)計約束而定。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可對于每一特定應(yīng)用以變化的方式實施所描述的功能性，但這些實施決策不應(yīng)被解釋為會引起偏離本發(fā)明的示范性實施例的范疇。
[0141]結(jié)合本文中所揭示的示范性實施例所描述的各種說明性邏輯塊、模塊及電路可用通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或其經(jīng)設(shè)計以執(zhí)行本文中所描述的功能的任何組合來實施或執(zhí)行。通用處理器可為微處理器，但在替代例中，處理器可為任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。也可將處理器實施為計算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、結(jié)合DSP核心的一個或一個以上微處理器，或任何其它此配置。
[0142]結(jié)合本文中所揭示的示范性實施例所描述的方法或算法的步驟可直接體現(xiàn)于硬件中、由處理器執(zhí)行的軟件模塊中，或所述兩者的組合中。軟件模塊可駐留于隨機存取存儲器(RAM)、快閃存儲器、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盤、可裝卸盤、CD-ROM或此項技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲媒體中。將示范性存儲媒體耦合到處理器，以使得所述處理器可從所述存儲媒體讀取信息，并可將信息寫入到所述存儲媒體。在替代例中，存儲媒體可與處理器形成一體。處理器及存儲媒體可駐留于ASIC中。ASIC可駐留于用戶終端中。在替代例中，處理器及存儲媒體可作為離散組件駐留于用戶終端中。
[0143]在一個或一個以上示范性實施例中，可用硬件、軟件、固件或其任何組合來實施所描述的功能。如果用軟件來實施，則可將所述功能作為一個或一個以上指令或代碼存儲于計算機可讀媒體上或在計算機可讀媒體上傳輸。計算機可讀媒體包括計算機存儲媒體與通信媒體(通信媒體包括促進(jìn)計算機程序從一處到另一處的傳送的任何媒體)兩者。存儲媒體可為可由計算機存取的任何可用媒體。作為實例且非限制，此計算機可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-R0M或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用于以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式載運或存儲所要的程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。又，將任何連接適當(dāng)?shù)胤Q為計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字用戶線(DSL)或例如紅外線、無線電及微波的無線技術(shù)而從網(wǎng)站、服務(wù)器或其它遠(yuǎn)程源傳輸軟件，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外線、無線電及微波的無線技術(shù)包括在媒體的定義中。如本文中所使用的磁盤及光盤包括壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能盤(DVD)、軟磁盤及藍(lán)光(blu-ray)光盤，其中磁盤通常磁性地再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤通過激光光學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述的組合也應(yīng)包括在計算機可讀媒體的范疇內(nèi)。
[0144]提供所揭示的示范性實施例的先前描述以使得任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對這些示范性實施例的各種修改將容易顯而易見，且可在不偏離本發(fā)明的精神或范疇的情況下將本文中所定義的一般原理應(yīng)用于其它實施例。因此，本發(fā)明不意在限于本文中所展示的實施例，而應(yīng)符合與本文中所揭示的原理及新穎特征一致的最寬范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種無線電力傳輸器，其包含: 傳輸天線，其經(jīng)配置以經(jīng)由磁場發(fā)射傳輸信號從而以足夠的電平發(fā)射電力來為接收器充電或提供電力； 傳輸電路，其經(jīng)配置以產(chǎn)生輸入信號來驅(qū)動所述傳輸天線； 相位比較器電路，其經(jīng)配置以確定所述傳輸信號的至少一部分與所述輸入信號的至少一部分之間的相位差，所述相位差響應(yīng)于所述接收器的負(fù)載的調(diào)制而改變； 量值測量電路，其經(jīng)配置以確定所述傳輸信號的所述至少一部分與所述輸入信號的所述至少一部分之間的量值差，所述量值差響應(yīng)于所述接收器的所述負(fù)載的調(diào)制而改變；以及 控制器，其經(jīng)配置以至少部分地基于所述相位差的改變及所述量值差的改變來確定來自所述接收機的多個通信信令值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸器，其進(jìn)一步包含: 放大器，其電連接到所述傳輸天線；以及 負(fù)載感測電路，其電連接到所述放大器及所述控制器，所述負(fù)載感測電路經(jīng)配置以確定所述放大器使用的電力量的改變，所述放大器使用的所述電力量響應(yīng)于所述接收器的所述負(fù)載的調(diào)制而改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸器，其中所述控制器使用二進(jìn)制通信協(xié)議確定所述多個通信信令值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電力傳輸器，其中所述二進(jìn)制通信協(xié)議包含多個信息位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線電力傳輸器，其中所述二進(jìn)制通信協(xié)議為差分曼徹斯特編碼協(xié)議，且其中每個位展現(xiàn)位間隔中間的轉(zhuǎn)變。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電力傳輸器，其中所述控制器響應(yīng)于所述量值差、所述相位差以及由所述負(fù)載感測電路檢測到的所述電力量的所述改變而確定所述多個信令值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電力傳輸器，其中所述控制器確定所述量值差的導(dǎo)數(shù)、所述相位差的導(dǎo)數(shù)以及由所述負(fù)載感測電路檢測到的所述電力量的所述改變的導(dǎo)數(shù)，且其中所述控制器響應(yīng)于量值差的所述導(dǎo)數(shù)、相位差的所述導(dǎo)數(shù)以及由所述負(fù)載感測電路檢測到的所述電力量的所述改變的所述導(dǎo)數(shù)而確定所述多個信令值。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電力傳輸器，其中所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以: 確定一段時間內(nèi)的所述相位差的導(dǎo)數(shù)、所述量值差的導(dǎo)數(shù)以及由所述負(fù)載感測電路檢測到的所述電力量的導(dǎo)數(shù)中的每一者的能量估計值； 選擇所述相位差、所述量值差和由所述負(fù)載感測電路檢測到的所述電力量的所述改變中具有最聞能量估計值的一者； 基于所述相位差、所述量值差及由所述負(fù)載感測電路檢測到的所述電力量的所述改變中所選擇的所述一者來確定用于檢測轉(zhuǎn)變的閾值；以及 通過將所述相位差、所述量值差及由所述負(fù)載感測電路檢測到的所述電力量的所述改變中所選擇的所述一者的后續(xù)值與所述閾值相比較而產(chǎn)生所述多個通信信令值。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線電力傳輸器，其中所述控制器經(jīng)配置以通過以下步驟確定所述閾值: 將所選擇的所述信號的多個峰值的值求和； 將與所述相位差、所述量值差及由所述負(fù)載感測電路檢測到的所述電力量的所述改變中所選擇的所述一者的平均量值相對應(yīng)的平均尾部值，確定為從所述相位差、所述量值差及由所述負(fù)載感測電路檢測到的所述電力量的所述改變中所選擇的所述一者的所述多個峰值到所述閾值的偏移處的所述閾值； 通過將所述多個峰值的所述總和與所述平均尾部值平均從而確定閾值。
10.一種無線電力傳輸?shù)姆椒?，其包? 經(jīng)由磁場發(fā)射信號從而以足夠的電平發(fā)射電力來為接收器充電或提供電力； 產(chǎn)生輸入信號以驅(qū)動所述傳輸天線； 確定所述傳輸信號的至少一部分與所述輸入信號的至少一部分之間的相位差，所述相位差響應(yīng)于所述接收器的負(fù)載的調(diào)制而改變； 確定所述傳輸信號的所述至少一部分與所述輸入信號的所述至少一部分之間的量值差，所述量值差響應(yīng)于所述接收器的所述負(fù)載的調(diào)制而改變；以及 至少部分地基于所述相位差的改變及所述量值差的改變來確定來自所述接收機的多個通信信令值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電力傳輸方法，其進(jìn)一步包含: 確定所述放大器使用的電力量的改變，所述放大器使用的所述電力量響應(yīng)于所述接收器的所述負(fù)載的調(diào)制而改變。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電力傳輸方法，其進(jìn)一步包含使用二進(jìn)制通信協(xié)議確定所述多個通信信令值。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線電力傳輸方法，其中所述二進(jìn)制通信協(xié)議包含多個信息位。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的無線電力傳輸方法，其中所述二進(jìn)制通信協(xié)議為差分曼徹斯特編碼協(xié)議，且其中每個位展現(xiàn)位間隔中間的轉(zhuǎn)變。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線電力傳輸方法，其中響應(yīng)于所述放大器使用的電力量的所述改變、所述量值差及所述相位差而確定所述多個信令值。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線電力傳輸方法，其進(jìn)一步包含確定所述量值差的導(dǎo)數(shù)、所述相位差的導(dǎo)數(shù)以及所述放大器使用的所述電力量的所述改變的導(dǎo)數(shù)，且其中響應(yīng)于量值差的所述導(dǎo)數(shù)、相位差的所述導(dǎo)數(shù)以及所述放大器使用的所述電力量的所述改變的所述導(dǎo)數(shù)而確定所述多個信令值。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線電力傳輸方法，其進(jìn)一步包含: 確定一段時間內(nèi)的所述相位差的導(dǎo)數(shù)、所述量值差的導(dǎo)數(shù)以及所述放大器使用的所述電力量的導(dǎo)數(shù)中的每一者的能量估計值； 選擇所述相位差、所述量值差及所述放大器使用的所述電力量的所述改變中具有最高能量估計值的一者； 基于所述相位差、所述量值差及所述放大器使用的所述電力量的所述改變中所選擇的所述一者來確定用于檢測轉(zhuǎn)變的閾值；以及 通過將所述相位差、所述量值差及所述放大器使用的所述電力量的所述改變中所選擇的所述一者的后續(xù)值與所述閾值相比較而產(chǎn)生所述多個通信信令值。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無線電力傳輸方法，其中確定所述閾值包含: 將所選擇的所述信號的多個峰值的值求和； 將所述相位差、所述量值差及所述放大器使用的所述電力量的所述改變中所選擇的所述一者的平均量值相對應(yīng)的平均尾部值，確定為從所述相位差、所述量值差及所述放大器使用的所述電力量的所述改變中所選擇的所述一者的所述多個峰值到所述閾值的偏移處的所述閾值； 通過將所述多個峰值的所述總和與所述平均尾部值平均從而確定閾值。
19.一種無線電力傳輸器，其包含: 用于經(jīng)由磁場發(fā)射信號從而以足夠的電平發(fā)射電力來為接收器充電或提供電力的裝置； 用于產(chǎn)生輸入信號以驅(qū)動所述傳輸裝置的裝置； 用于確定所述傳輸信號的至少一部分與所述輸入信號的至少一部分之間的相位差的裝置，所述相位差響應(yīng)于所述接收器的負(fù)載的調(diào)制而改變； 用于確定所述傳輸信號的所述至少一部分與所述輸入信號的所述至少一部分之間的量值差的裝置，所述量值差響應(yīng)于所述接收器的所述負(fù)載的調(diào)制而改變；以及 用于至少部分地基于所述相位差的改變及所述量值差的改變來確定來自所述接收機的多個通信信令值的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無線電力傳輸器，其中所述傳輸裝置包含傳輸天線，其中所述產(chǎn)生裝置包含傳輸電路，其中所述相位差確定裝置包含相位比較器電路，其中所述量值差確定裝置包含量值測量電路，且其中所述信令值確定裝置包含控制器。
【文檔編號】H04B5/00GK104135309SQ201410385237
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2009年1月22日
【發(fā)明者】威廉·H·范諾瓦克, 斯坦利·S·通丘, 羅伯托·里米尼, 凱文·D·李 申請人:高通股份有限公司