使用另一近似的雅克比矩阵。
[0066] 对于偶数步骤，近似的雅克比矩阵的形式为
[0067]
[0068] 对于奇数步骤，近似的雅克比矩阵的形式为
[0069]
[0070] 其中，ARn=Rn-Rnl、ΔΧη=Χ η-Χη1、ACsn=Csn_Csnl且 ACpn=Cpn_Cpnl〇
[0071] 图5示出显示了由自动阻抗调节控制电路156实施的自动阻抗匹配方法500的处 理流程图。方法开始于502,设置串联电容器218的初始值Cs和并联电容器220的初始值 Cp。虽然网络114的阻抗可能改变，但是可以预先知道典型值，并且可以计算和选择Cp和 Cs的初始值，这将提供网络阻抗到目标阻抗的近似匹配。在504,对方法的当前迭代的计数 进行递增以反映第一步骤，即，η = 1。在步骤506,网络的阻抗Z的计算的相位Φ和幅度从 数据处理组件154获得，并被用于计算针对方法的当前步骤和先前步骤的X和R的值。这 些值随后被用于计算以上适合的雅克比矩阵的元素。在步骤506求解用于AC的线性方程 以提供用于Z t-Zn的值。当η= 1时，并联电容134的值Cp被改变，并且通过求解用于AC 的线性方程来确定Cp的改变的步长和步进方向。在一些实施例中，步长改变的幅值可以是 针对可变阻抗电容器的最小可能值，以减少由于切换到最小值而造成的任何瞬态噪声。在 其它实施例中，步长改变可以比最小可能值更大，以更快速地收敛到解上。
[0072] 在508,估计在步骤η的网络阻抗&与目标阻抗之差的幅值，以查看阻抗匹配对于 Cp的调节的值是否足够好。例如，这可以通过将它们之差的幅值与阈值进行比较来实现。 用于阈值的合适的值可以是30hm。如果在步骤508确定阻抗匹配还不够好，则处理进行到 步骤510,在步骤510,用于下一步骤n+1 (在当前示例中将是步骤2)的Cp的值被设置为Cp 的当前调节的值。如处理流线512所示，处理流返回步骤504,在步骤504,步骤计数增加1 并且第二次迭代（即，η = 2)开始。当η = 2时，调节串联电容132的电容Cs，并且在步骤 506使用合适的雅克比近似并且使用从阻抗Z的相位Φ和幅值计算的X和R来求解Cs的新 值，其中，所述相位Φ和幅值由数据处理电路154从V_in和V_shunt的新测量的值得到。同 样地，将Z n的新确定的值与目标阻抗之差和阈值进行比较，以查看网络阻抗和目标阻抗之 间的阻抗匹配是否已经足够好。如果不是，则用于下一迭代η = 3的Cs的值被设置为Cs 的当前调节的值，随后处理如上所述返回步骤504以进行并联电容134的电容Cp被调节的 第三次迭代。
[0073] 一旦步骤508确定已经实现了足够好的匹配，则处理进行到步骤514,在步骤514， 串联电容器和并联电容器的电容被设置为与足够好的匹配对应的最近值Csn和Cpn。控制 接口电路155可通过一条或多条信号路径输出一个或多个控制信号，以在方法500期间调 节可调节串联电容218和并联电容220的电容。如果或者当匹配再次变得不够好，例如由于 天线不再邻近另一天线或者被带到另一天线附近，则方法500可以重复以再次调节阻抗， 以在新情况中提供与目标阻抗值更好的匹配。
[0074] 本发明的优点是提高了能量效率。本发明涉及使用简单、精确和高能效的AC电压 测量，并且还测量AC电流以确定网络114的阻抗。电抗元件（例如电容器202)被用于经 由电压降并使用差分电压测量电路来测量AC电流。这意味着避免了与电流测量相关联的 任何其它功率损失。
[0075] 此外，可以测量驱动信号电压V_in和电流之间的相位，尤其是使用具有在输出端 提供脉冲宽度调制信号的X0R门的电路来测量驱动信号电压V_in和电流之间的相位，其 中，所述输出被低通滤波为与期望的相位信息相关的DC电压。
[0076] 因此用于阻抗调节的本方法良好地适用于NFC和无线电能传输应用，因为其高能 效同时又简单和精确。
[0077] 此外，该方法在与操作条件对应的频率和功率水平下测量阻抗。这很重要，因为在 网络中存在取决于频率的元件并且在天线中可能存在取决于功率的元件。这禁止了可能也 是高能效但是使用DC电压和电流实现或者以非常低的功率实现的测量方法。
[0078] 因此，本发明提供优化传输的能量效率的优点，其可应用于无接触通信并还可应 用于无线充电或无接触电能传输中。
[0079] 本发明可用于各种设备中，诸如NFC控制器、无接触读取器/写入器。
【主权项】
1. 一种用于自动调节网络的阻抗以匹配目标阻抗的装置，所述装置包括： 电源，被配置为将AC电能传送到目标阻抗； 网络，具有用于从电源接收驱动信号的输入端和能够连接到天线的输出端，所述网络 包括在所述输入端和所述输出端之间的分流电抗以及至少一个可变阻抗元件； 相位测量电路，被布置为使用所述分流电抗两端的电压降来测量在所述网络中所述驱 动信号的电压和所述驱动信号的电流之间的相位差； 电压测量电路，被布置为测量所述驱动信号的电压的幅值和所述分流电抗两端的电压 降的幅值； 自动阻抗调节电路，与所述可变阻抗元件、所述相位测量电路和所述电压测量电路通 信，并被布置为接收所测量的相位差、所测量的所述驱动信号的电压的幅值以及所测量的 所述分流电抗两端的电压降的幅值，以根据它们确定所述网络的阻抗，并自动地通过输出 用于调节所述可变阻抗元件的阻抗的控制信号来减小所确定的所述网络的阻抗和目标阻 抗之差。2. 如权利要求1所述的装置，其中，所述网络包括第一可变阻抗元件和第二可变阻抗 元件，并且其中，所述自动阻抗调节电路被布置为输出第一控制信号和第二控制信号，所述 第一控制信号用于调节第一可变阻抗元件的阻抗，所述第二控制信号用于独立于第一可变 阻抗元件调节第二可变阻抗元件的阻抗。3. 如权利要求2所述的装置，其中，第一可变阻抗元件与所述输入端和所述输出端串 联，第二可变阻抗元件与所述输入端和所述输出端并联。4. 如权利要求2或3所述的装置，其中，每个可变阻抗元件是电容器网络。5. 如权利要求4所述的装置，其中，所述电容器网络是集成电路。6. 如权利要求1至5中的任意一项所述的装置，其中，所述分流电抗是分流电容器。7. 如权利要求1至5中的任意一项所述的装置，其中，所述分流电抗是分流电感器。8. 如权利要求1至8中的任意一项所述的装置，其中，所述网络包括EMC滤波器。9. 如权利要求8所述的装置，当从属于权利要求7时，其中，所述分流电感器还形成所 述EMC滤波器的一部分。10. 如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述自动阻抗调节电路基于牛顿 法实现迭代算法，以最小化所述网络的阻抗和目标阻抗之差。11. 如权利要求10所述的装置，其中，所述迭代算法在交替迭代中轮流调节第一可变 阻抗元件和第二可变阻抗元件的阻抗。12. 如权利要求10或11所述的装置，其中，所述迭代算法使用雅克比矩阵的近似，其 中，雅克比矩阵中的元素包括所述网络的电抗的当前值和先前值之差与所述可变阻抗元件 的电容的当前值和先前值之差的商、和/或所述网络的电阻的当前值和先前值之差与所述 可变阻抗元件的电容的当前值和先前值之差的商。13. -种半导体封装，包括引线框和集成电路，其中，所述集成电路包括如前述任一权 利要求所述的装置。14. 一种NFC设备，包括如权利要求13所述的封装和连接到所述网络的输出端的天线。15. -种用于自动调节网络的阻抗以匹配目标阻抗的方法，所述方法包括： 使用在网络的输入端和天线之间串联的分流电抗两端的电压降，来确定施加到所述网 络的输入端的AC驱动信号的电压与所述AC驱动信号的电流之间的相位差； 确定所述驱动信号的电压的第一峰值幅值和所述分流电抗两端的电压降的第二峰值 幅值； 通过调节所述网络中的可变阻抗元件的阻抗，迭代地减小使用所述相位差以及第一峰 值幅值和第二峰值幅值确定的所述网络的阻抗与目标阻抗之差。
【专利摘要】描述了用于自动匹配天线的阻抗的装置和方法。阻抗匹配网络包括至少一个可变阻抗元件，并具有用于接收驱动信号的输入端和能够连接到天线的输出端。阻抗匹配网络包括串联在所述输入端和所述输出端之间的分流电容器。相位测量使用分流电容器两端的电压降测量驱动信号的电压和电流之间的相位差，并输出测量的相位信号。电压测量电路测量驱动信号的电压的幅值以及分流电容器两端的电压降，并输出测量的驱动电压信号和分流电容器电压信号。自动阻抗匹配电路可以输出用于调节可变阻抗元件的阻抗的控制信号，并从测量的相位、驱动电压和分流电容器电压自动地确定阻抗匹配网络的阻抗，以减小阻抗匹配网络的确定的阻抗与天线的阻抗之差。
【IPC分类】H03H7/38
【公开号】CN105529997
【申请号】CN201510664950
【发明人】托马斯·拜耳, 迈克尔·格布哈特
【申请人】恩智浦有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年10月15日
【公告号】EP3010148A1, US20160112028