无线装置的制作方法

本说明书涉及用于无线通信和充电两者的系统、方法、设备、装置、制品和指令。

背景技术：

无线可穿戴装置可以作为网络的一部分以近场或rf频率与其它无线装置通信，从而可能创建包括多个无线可穿戴装置的身体网络。

例如，助听器可以彼此无线通信或与用户未佩戴的另一个装置无线通信；并且耳塞可以彼此无线通信或与用户未佩戴的另一个装置无线通信。

无线通信可以是通过模拟或数字调制技术并且可以包含数据或音频信息。在耳塞和助听器的情况下，在装置之间传达数据和音频信息的组合。音频可以是高质量音频如cd质量或者可以是语音质量。在后一种情况下，需要更高带宽的通信信道。

可穿戴装置也可以由用户在这样的环境中佩戴：装置当时能够根据道路和交通car2x标准与其它人、汽车和自行车进行通信。

技术实现要素：

根据示例实施例，一种组合式无线充电与通信装置，其包括：串联电抗；其中所述串联电抗被配置成串联耦合在天线与充电电路之间；其中所述串联电抗被配置成在所述天线与所述充电电路之间传导充电电流；并联电抗；其中所述并联电抗被配置成并联耦合在所述天线与通信电路之间；并且其中所述并联电抗被配置成在所述天线与所述通信电路之间传导通信电压。

在另一个示例实施例中，所述通信电路处的所述通信电压被配置成基于所述并联电抗的变化而改变；并且所述充电电路处的所述充电电流被配置成基于所述串联电抗的变化而改变。

在另一个示例实施例中，所述天线被配置成以第一频率承载所述充电电流；并且所述天线被配置成以第二频率承载所述通信电压。

在另一个示例实施例中，所述第一频率大体上居中在13.6mhz，并且所述第二频率大体上居中在10.6mhz。

在另一个示例实施例中，所述无线充电与通信装置被配置成在通过所述串联电抗接收所述充电电流与通过所述并联电抗接收所述通信电压之间交替。

在另一个示例实施例中，其另外包括耦合到所述通信电路和所述充电电路的开关；其中所述开关被配置成将所述无线充电与通信装置置于用于接收所述充电电流的充电模式或用于接收所述通信电压的通信模式。

在另一个示例实施例中，其另外包括所述天线；其中所述天线是近场天线。

在另一个示例实施例中，其另外包括所述天线；其中所述天线是rf天线。

在另一个示例实施例中，其另外包括所述天线；其中所述天线对以下中的至少一者作出响应：磁场、电场或电磁场。

在另一个示例实施例中，其另外包括所述通信电路；其中所述通信电路被配置成产生并接收所述第二频率下的所述通信电压。

在另一个示例实施例中，其另外包括所述充电电路；其中所述充电电路包括电源端口；并且其中所述充电电路被配置成从所述电源端口接收能量并且产生所述第一频率下的所述充电电流。

在另一个示例实施例中，其另外包括所述充电电路；其中所述充电电路包括电源端口；并且所述充电电路被配置成接收所述第一频率下的所述充电电流并且将能量传输到所述电源端口。

在另一个示例实施例中，所述电源端口被配置成耦合到以下中的至少一者：负载、电池或市电电源。

在另一个示例实施例中，所述无线充电与通信装置嵌入到以下中的至少一者中：可穿戴装置、助听器、耳塞、远程信息处理装置、蜂窝装置或路侧通信装置。

根据示例实施例，一种可穿戴装置，器包括：串联电抗；其中所述串联电抗被配置成串联耦合在天线与充电电路之间；其中所述串联电抗被配置成在所述天线与所述充电电路之间传导充电电流；并联电抗；其中所述并联电抗被配置成并联耦合在所述天线与通信电路之间；并且其中所述并联电抗被配置成在所述天线与所述通信电路之间传导通信电压。

以上讨论并不旨在表示当前或未来权利要求组的范围内的每个示例实施例或每种实施方式。随后的附图和具体实施方式也例证了各个示例实施例。

结合附图考虑以下具体实施方式，可以更彻底地理解各个示例实施例，在附图中：

附图说明

图1是用于无线充电和通信的第一示例系统。

图2是用于无线充电和通信的第二示例系统。

尽管本公开适于各种修改和替代形式，但是本公开的细节已经通过举例示出在附图中并且将进行详细描述。然而，应理解，除了所描述的特定实施例之外，其它实施例也是可能的。还涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等同物和替代性实施例。

具体实施方式

尽管本文所讨论的可穿戴装置可以通过近场磁场进行通信，但在其它示例实施例中，此类可穿戴装置利用磁性近场和电性近场两者或rf来彼此通信。

可穿戴近场装置可以较小并且使用电池来为其电子设备供电，但是在始终导通状态下，可穿戴近场装置会随着时间的推移消耗大量电力。对此类电池进行无线充电(即，无需与充电器单元进行电气接触)是有益的。

一些示例无线装置可以包括两个线圈。一个线圈用于通信(例如，当被佩戴或承载时)并且另一个线圈用于近距离无线充电(例如，在充电底座中)。

其它示例无线装置使用以单一频率操作的单线圈来进行通信和充电两者。此类单线圈系统在选择充电期间在仍传递足够的能量的同时不引起过度干扰的频率之间产生折中。

例如，可以将13.6mhzism用于可以通过其它方式造成干扰的许多应用。为了避免此类干扰，如耳塞、助听器等无线可穿戴装置在10.6mhz下操作。然而，与通信所需的磁场强度相比，10.6mhz下的高效无线充电将会需要更大的磁场强度，所述磁场强度将会在这个非ism频带的合法发射限制之上。然而，不同于13.6mhzism频带，10.6mhz下的此类磁场受到严格限制。在许多情况下，将10.6mhz下的磁场强度降低到合法水平将会导致充电时间非常长。

现在讨论的是用于将单个天线用于无线通信和无线充电两者但频率不同的电路和协议。第一频率(f1)用于无线充电模式并且第二频率(f2)用于无线通信模式。

图1是用于无线充电和通信的第一示例100系统。第一示例100示出了无线充电与通信装置102、无线充电装置104和具有耦合系数“k”的在102与104之间的无线耦合106。

无线充电与通信装置102包括天线108、串联电抗110、具有电源端口114的充电电路112、并联电抗116、通信电路118和电力存储装置120(例如，电池)。

充电电流i(f1)以第一频率f1流过无线充电与通信装置102，并且通信电压v(f2)以第二频率f2在无线充电与通信装置102中产生。在一些示例实施例中，频率f1和f2两者在不精确的情况下大体上相同。

在组合式无线充电与通信装置102中，串联电抗110被配置成串联耦合在天线108与充电电路112之间。串联电抗110被配置成在天线108与充电电路112之间传导第一频率下的充电电流i(f1)。

并联电抗116被配置成并联耦合在天线108与通信电路118之间。并联电抗116被配置成在天线108与通信电路118之间传导第二频率v(f2)下的通信电压。

通信电路118处第二频率下的通信电压v(f2)被配置成基于并联电抗116的变化而改变，并且充电电路112处第一频率下的充电电流i(f1)被配置成基于串联电抗110的变化而改变。

因此，天线108被配置成承载第一频率下的充电电流i(f1)和第二频率下的通信电压v(f2)。在一些示例实施例中，第一频率大体上居中在13.6mhz，并且第二频率大体上居中在10.6mhz。

在其它示例实施例中，无线充电与通信装置被配置成在通过串联电抗110接收第一频率下的充电电流i(f1)与通过并联电抗116接收第二频率下的通信电压v(f2)之间交替。

天线108可以属于各种类型如近场天线或rf天线，并且对以下中的至少一者作出响应：磁场、电场或电磁场。这在下文中另外讨论。

在各个示例操作模式下，通信电路118可以被配置成产生和/或接收第二频率下的通信电压v(f2)。

在各个示例实施例中，充电电路112中的电源端口114可以被配置成：从电源端口114接收能量并且产生第一频率下的充电电流i(f1)，所述充电电流然后通过天线108传输到另一个装置(未示出)；或从天线108接收第一频率下的充电电流i(f1)并且向电源端口114传输能量。

因此，电源端口114可以耦合到：另一个负载(例如，通信电路118)、电池或市电电源。

到和/或自通信电路118的无线通信信号可以是在通信频率上数字或模拟调制的音频或数据。

在各个示例实施例中，无线充电与通信装置102可以嵌入到以下中：可穿戴装置、助听器、耳塞、远程信息处理装置、蜂窝装置或路侧通信装置。

在无线充电装置104向无线充电与通信装置102传输能量的配置中，无线充电装置104被示出为示例电源(例如，在无线充电器底座中)。未示出可以与无线充电与通信装置102通信的其它无线充电与通信装置。

无线充电装置104包括电源122(例如，从usb端口)、电力转换电路124(例如，ac/dc到无线)和天线126。电力转换电路124(例如，dc/rf转换器)将电源电力122转换为通过天线126以第一频率(f1)输出的无线电流信号以对范围内的任何其它装置(例如，如102)无线充电。

天线126与天线108之间的无线耦合106是无线的并且不是电流的。耦合通过天线126和天线108形成。在一个示例实施例中，天线126、108均紧靠在一起，使得高效地传输和捕获能量。

天线126和108均彼此电磁耦合。耦合可以用耦合系数“k”表达。在这个示例实施例中，这个耦合系数“k”不同于仅磁耦合因子，因为耦合系数k还包括电场的耦合效应。

耦合系数“k”在本文中被限定为：

○k＝va2/val

○其中：va1＝天线126处的电压；并且

○va2＝天线未加载(未连接到任何负载)时天线108处的电压

○“k”的最大值为1，并且实际上k＜1。

为了将无线能量从电源122高效地传输到电力存储装置120(例如，电池)，耦合系数“k”应当足够高(即，尽可能接近“1”)。耦合系数“k”受到各个电路中的各个传输损耗影响，但是可以通过将一个或两个天线126和108共振到第一频率f1进行优化。

在各个示例实施例中，无线充电频率f1和通信频率f2各自分别优化其功能并且各自分别优化以满足各种合法需求。例如，可以将无线充电(例如，能量传递)设定为13.6mhzism频带，而可以将无线通信设定为具有较低预期干扰的频带如10.6mhz。

根据应用，其它频率组合是可能的。在许多示例实施例中，f1和f2并非相同频率。

在天线126、108对磁性近场作出响应(即，天线之间的耦合主要是磁性的)的应用中，可以使用环形天线和/或线圈天线。

在天线126、108对电性近场作出响应(即，天线之间的耦合主要是电性的，如电容器中那样)的应用中，可以使用偶极和/或单极天线。

在天线126、108对电性近场和磁性近场作出响应的应用中，可以使用与环路和/或线圈相结合的偶极和/或单极。

在天线126、108对rf电磁场作出响应的应用中，可以使用rf平面波天线。

在图1所示的示例100实施例中，示出了仅无线充电装置104将能量传递到无线充电与通信装置102。未示出可以通过天线108用无线充电与通信装置102发射和/或接收通信信号的其它无线充电与通信装置(例如，耳塞、智能电话、蜂窝基站等)。

图2是用于无线充电和通信的第二示例200系统。第二示例200示出了无线充电与通信装置202、无线充电装置204和具有耦合系数“k”的在202与204之间的无线耦合206。

无线充电与通信装置202包括天线208(例如，线圈)、串联电抗210、无线到dc转换器212、通信电路220、并联电抗222(例如，调谐电容器)、电力存储装置224(例如，电池)和耦合电容器226。无线到dc转换器212包括整流器214、充电控制器216和开关218。

无线充电装置204包括天线228和充电电路230(例如，dc/rf转换器)。

充电电流i(f1)以第一频率f1流过无线充电与通信装置202，并且通信电压v(f2)以第二频率f2在无线充电与通信装置202中产生。

尽管天线228、208被示出为线圈，但是如先前所讨论的，这些天线228、208可以属于许多不同的类型。天线208通过电容器226耦合到通信电路220。

并联电抗222(例如，可变/可调谐电容器组)并联耦合在天线208与通信电路220之间。通信电路220被配置成调整并联电抗222和电阻器组(未示出)，以使通信电路220内的接收器与天线208在第二频率f2下共振。这实现了与天线208的“并联共振”以用于最大通信信号强度。

通过改变电容器组222的总电容，可以调谐天线208以便以第二频率f2共振。

各个例子中的通信电路220还包括用于向天线208发射信号的功率放大器(pa)和用于从天线208接收信号的低噪声放大器(lna)。当品质因子(q)足够高例如为20到30时，此类lna输入端处的电压最大：

q＝f2/bw

○其中：

■f2＝通信频率；并且

■bw＝-3db带宽的天线电路

○如果需要限定带宽(bw)例如400khz来传送通信信号，则在一些示例实施例中，天线208的品质因子可能不太高。

串联电抗210(例如，可调谐电容器)与无线/dc转换器212串联耦合。这使能与天线208实现“串联共振”以用于最大能量传递。

选择串联电抗210从而使得天线208和电容器210组合以充电电路230所产生的第一频率(f1)共振，并且因此充电电流被最高效地传送到无线/dc转换器212以对电力存储装置224充电。尽管图2示出了一条路径上的串联电抗210，但是此类串联电抗210可以可替代地通过到无线/dc转换器212的两条电路路径拆分。

在一些示例实施例中，由于与天线串联的负载，无线到dc转换器210路径的品质因子远远低于通信电路212。在各个示例实施例中，串联电抗210的调谐不与并联电抗222的调谐同时发生。

为了使天线208的充电电流最大化，天线208的电抗(x)通过串联电抗210(即，串联调谐系统)失调，从而使得每个天线的电抗在共振频率f1下具有相同的振幅但极性相反。

x天线208＝-x电容器210

○其中：

■x天线208＝天线208的电抗

■x电容210＝电容器210的电抗

○最大化充电电流为：

■i＝u感应/(r损耗+r负载)

■其中：

●u感应＝感应到天线208中的电压

●r损耗＝天线208和整流器214的损耗

●r负载＝负载

在各个示例实施例中，无线/dc转换器212可以包括用于整流无线信号的整流器214、充电控制器216和/或开关218。

开关218耦合到通信电路220和无线到dc转换器212。在一些示例实施例中，开关被配置成将无线充电与通信装置202置于用于接收第一频率下的充电电流i(f1)的充电模式或用于接收第二频率下的通信电压v(f2)的通信模式。

一些示例实施例不包括开关218。在这个配置中，用于通信的频率(f1)和用于无线充电的频率是相同的。串联电抗210提高了充电模式下的效率。

无线到dc转换器212可以包括或也可以不包括充电控制器216。

然后，将无线到dc转换器212的转换能量用于对电力存储装置224(例如，可再充电电池)充电。

各种系统如刚才讨论的无线充电和通信设装置102可以托管这些指令。此类系统可以包括输入/输出数据接口、处理器、存储装置和非暂时性机器可读存储媒体。机器可读存储媒体包括控制处理器如何接收输入数据并使用存储装置中的数据将输入数据转化为输出数据的指令。在替代性实施例中，机器可读存储媒体是非暂时性计算机可读存储媒体。在其它示例实施例中，上述指令集可以使用逻辑门、应用专用芯片、固件以及其它硬件形式来实施。

处理器(如中央处理单元cpu、微处理器、专用集成电路(asic)等)控制存储装置(如用于暂时数据存储的随机存取存储器(ram)、用于永久数据存储的只读存储器(rom)、固件、闪存、内置和外置硬盘驱动器等)的总体操作。处理器装置使用总线与存储装置和非暂时性机器可读存储媒体通信，并且执行实施存储在机器可读存储媒体中的一个或多个指令的操作和任务。在替代性实施例中，机器可读存储媒体是计算机可读存储媒体。

应当容易理解的是，如本文概括性描述的且在附图中展示的实施例的组件可以以各种各样的不同配置被布置和设计。因此，如附图所示，各个实施例的详细说明并非旨在限制本公开的范围，而是仅表示各个实施例。尽管附图中呈现了实施例的各个方面，但除非特别指示，否则附图不一定按比例绘制。

在不偏离本发明的精神或基本特性的情况下，可以通过其它具体形式来具体化本发明。所描述的实施例应当在所有方面均被视为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非本详细说明来指示。落入权利要求书的同等意义和范围内的所有变化均应包含在权利要求书的范围内。

贯穿本说明书中对特征、优点或类似语言的引用并不暗示可以利用本发明实现的所有特征和优点应当或已经存在于本发明的任何单个实施例中。相反，指代特征和优点的语言应被理解成意味着本发明的至少一个实施例中包括结合实施例描述的具体特征、优点或特性。因此，贯穿本说明书，对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定指代同一个实施例。

此外，所描述的本发明特征、优点和特性可以通过任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。鉴于本文的描述，相关领域技术人员应认识到，可以在没有特定实施例的具体特征或优点中的一个或多个具体特征或优点的情况下实践本发明。在其它实例中，可以在某些实施例中认识到可能并不存在于本发明的所有实施例中的附加特征和优点。

贯穿本说明书对“一个实施例(oneembodiment)”、“实施例(anembodiment)”或类似语言的引用意味着本发明的至少一个实施例中包括结合所指示实施例描述的特定特征、结构或特性。因此，贯穿本说明书，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可以但不一定都指代同一个实施例。