专利名称：使用无线电力的通信系统的制作方法
技术领域：
以下描述涉及一种用于使用无线电力的通信的设备和系统。
背景技术：
已经进行了对于无线电力传输的研究以解决各种问题，诸如，电池的容量有限，由于各种的装置(包括便携式装置)的爆炸性增长而导致有线电力供应更加不便等。大量研究主要集中在近场无线电力传输。近场无线电力传输指的是发送线圈和接收线圈之间的距离相对于工作频率的波长足够短的情况。
使用谐振特性的无线电力发送和接收系统可包括用于提供电力的源和用于接收电力的目标。在发送和接收无线电力的过程期间，源和目标可共享控制信息。为了共享控制信息，可在源和目标之间执行同步。
发明内容
在一总体方面，提供了一种使用无线电力的通信装置，所述通信装置包括计算器，被配置用于计算通过与源谐振器的互谐振存储在目标谐振器中的能量的波形的包络的斜率；估计单元，被配置用于将位于斜率达到最大的点周围预定间隔内的点估计为源谐振器和目标谐振器之间的互谐振的开始点。通信装置还可包括包络检测器，被配置用于检测施加到目标谐振器的电流或电压的波形的包络。计算器可被配置用于计算检测的包络上具有预定间隔的两点之间的斜率。计算器可被配置用于计算沿着检测的包络的多个点处的切线的斜率。通信装置还可包括帧检测器，通过测量在预定滑动窗口时间段期间施加到目标谐振器的信号的幅度来检测从源谐振器发送的帧。帧可包括前导区域，用于检测从源谐振器发送的帧，估计源谐振器和目标谐振器之间的互谐振的开始点，并检测存储在目标谐振器中的能量的捕捉点；主体区域，用于将能量从源谐振器发送到目标谐振器，将数据从源谐振器发送到目标谐振器。通信装置还可包括控制器，被配置用于将目标谐振器保持在激活状态，从而目标谐振器响应于源谐振器发送能量而迅速通过互谐振接收能量。通信装置还可包括信号累加单元，被配置用于累加在包括所述预定滑动窗口时间段的预定时间段期间施加到目标谐振器的信号。计算器可被配置用于计算从累加的信号检测的包络的斜率。包络检测器可被配置用于从模拟电路的输出获得包络，所述模拟电路响应于电流或电压的输入而检测包络。
包络检测器可包括下转换单元，被配置用于通过将谐振频率的预定信号波形乘以从电流或电压模拟-数字转换(ADC)采样的信号来产生下转换的信号；变换器，被配置用于使用离散傅里叶变换(DFT)或快速傅里叶变换(FFT)将下转换的信号变换为频域信号；滤波单元，被配置用于通过对频域信号应用低通滤波来产生去除了谐波分量的信号；逆变换器，被配置用于使用逆DFT或逆FFT将去除了谐波分量的信号变换为时域信号。包络检测器可包括变换器，被配置用于使用DFT或FFT将从电流或电压ADC采样的信号变换为频域信号；循环移位器，被配置用于按照预定频率执行频域信号的循环移位；滤波单元，被配置用于通过对循环移位的信号应用低通滤波来产生去除了谐波分量的信号；逆变换器，被配置用于使用逆DFT或逆FFT将去除了谐波分量的信号变换为时域信号。包络检测器可包括下转换单元，被配置用于通过将谐振频率的预定信号波形乘以从电流或电压ADC采样的信号来产生下转换的信号；滤波单元，被配置用于通过使用时域卷积对下转换的信号应用低通滤波来产生去除了谐波分量的信号。通信装置还可包括峰点检测器，被配置用于检测峰点，所述峰点与检测的包络的幅度达到最大值的点对应；捕捉单元，被配置用于在检测到的峰点捕捉存储在目标谐振器中的能量。通信装置还可包括接收器，被配置用于通过基于互谐振的开始点激活目标谐振器的自谐振来接收从源谐振器发送的能量；解调器，被配置用于基于接收的能量的量对源谐振器发送的信息进行解调；调制器，被配置用于基于源谐振器和目标谐振器之间的互谐振对发送到源谐振器的信息进行调制。在另一方面，提供了一种使用无线电力的通信方法，所述通信方法包括计算通过与源谐振器的互谐振存储在目标谐振器中的能量的波形的包络的斜率；将位于斜率达到最大的点周围预定间隔内的点估计为源谐振器和目标谐振器之间的互谐振的开始点。通信方法还可包括检测施加到目标谐振器的电流或电压的波形的包络。计算步骤可包括计算检测的包络上具有预定间隔的两点之间的斜率。通信方法还可包括将目标谐振器保持在激活状态，从而目标谐振器响应于源谐振器发送能量而迅速通过互谐振接收能量。通信方法还可包括检测峰点，所述峰点与检测的包络的幅度达到最大值的点对应；在检测到的峰点捕捉存储在目标谐振器中的能量。在另一方面，提供了一种使用无线电力的通信系统，所述通信系统包括发送器，被配置用于通过互谐振将存储在源谐振器中的能量发送到目标谐振器；包络检测器，被配置用于检测通过互谐振存储在目标谐振器中的能量的波形的包络；计算器，被配置用于计算检测的包络的斜率；估计单元，被配置用于将位于斜率达到最大的点周围预定间隔内的点估计为源谐振器和目标谐振器之间的互谐振的开始点。通过以下详细描述、附图和权利要求，其它特征和方面将会是明显的。
图1是示出使用无线电力的通信系统的等效电路的示例的示图。图2是示出使用无线电力的通信系统的等效电路的另一示例的示图。
图3是示出使用无线电力的通信装置的示例的示图。图4是示出使用无线电力的通信装置的另一示例的示图。图5是示出使用无线电力的通信装置的另一示例的示图。图6是示出用于估计互谐振的开始点的包络的斜率的曲线图的示例。图7是示出存储在目标谐振器中的能量的波形的包络的曲线图和包络上的每个
点处的斜率值的示例。
图8是示出用于检测包络的信号处理操作的通信装置的元件的曲线图的示例。
图9是示出用于时间同步和峰点检测的巾贞格式的示例的示图。
图10是示出基于施加到接收端的信号估计与发送端的时间同步的操作的示例的
图11是示出使用滑动窗口估计时间同步的操作的示例的示图。
在所有附图和详细描述中，除非另有描述，相同的附图标号将被理解为表示相同
具体实施例方式以下详细描述被提供用于帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。因此，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将会被建议给本领域的普通技术人员。另外，为了更清楚和简明，公知功能和构造的描述可被省略。无线电力通信系统可被应用于使用无线电力传输的各种系统。通信系统可用于在发送端和接收端之间交换控制信息和其它类型的信息。使用无线电力传输的装置的示例包括手机、无线电视(TV)、终端、平板电脑、电器等。 在各个示例中，无线电力通信系统可应用于生物健康保健领域。例如，无线电力通信装置可用于远程地发送电力到嵌入人体的装置，或用于无线地发送电力到用于测量诸如心跳的生物信号的绷带类型装置。作为另一示例，无线电力通信系统可应用于不包括电源的信息存储装置的远程控制。例如，无线电力通信系统可远程地将驱动装置的电力提供给信息存储装置，并无线地加载存储在信息存储装置中的信息。无线电力通信系统可通过将来自供电装置的能量存储在源谐振器来产生信号，并断开电连接供电装置和源谐振器的开关，从而引起源谐振器的自谐振。在此示例中，如果具有与自谐振源谐振器的谐振频率相同的谐振频率的目标谐振器离源谐振器足够近以与源谐振器耦合，则会在源谐振器和目标谐振器之间发生互谐振。其结果是，电力可被无线地从源谐振器发送到目标谐振器。在各个示例中，源谐振器可表示从供电装置(诸如有线或无线电源)被提供能量的谐振器，目标谐振器可表示接收通过与源谐振器的互谐振传递的能量的谐振器。这里的各个示例针对发送器和接收器。发送器可包括无线电力发送器，接收器可以是能够无线接收电力的任何装置，例如，终端、智能电话、计算机、平板电脑、电器、电视、传感器等。图1示出使用无线电力的通信系统的等效电路的示例。在该示例中，电力输入单元110和电力发送单元120被电容器C1和开关单元130物理隔离。此外，接收器140和电力输出单兀150被电容器C2和开关单兀160物理隔尚。参照图1，通信系统可对应于具有源和目标的源-目标配置。也就是说，通信系统可包括与源对应的无线电力发送装置以及与目标对应的无线电力接收装置。在此示例中，无线电力发送装置包括电力输入单元110、电力发送单元120和开关单元130。电力输入单元110可将从供电装置接收的能量存储在电容器C1中。开关单元130可将电容器C1与电力输入单元110连接以为电容器C1提供能量，并可在电容器C1中存储的能量被释放时，断开电容器C1和电力输入单元110的连接，将电容器C1与电力发送单元120连接。在该示例中，开关单元130可阻止电容器C1同时连接到电力输入单元110和电力发送单元120。电力发送单元120可将电磁能量传送到接收器140。例如，电力发送单元120的发送线圈L1可通过与接收器140的接收线圈L2的互谐振来传送电力。在发送线圈L1和接收线圈L2之间发生的互谐振的程度会受到互感M的影响。在此示例中，电力输入单元110包括输入电压Vdc、内电阻Rin和电容器C115电力发送单元120包括反映与电力发送单元120对应的物理属性的基本电路元件RpL1和C1,开关单元130可包括多个开关或单个开关。有源装置可用作执行导通和断开功能的开关。如在此描述的，R表不电阻部件，L表不电感部件，C表不电容部件。与输入电压的一部分对应的电容器两端的电压被表示为Vin。无线电力接收装置包括接收器140、电力输出单元150和开关单元160。接收器140可从电力发送单元120接收电磁能量。例如，接收器140可将接收的电磁能量存储在电容器中。在能量被存储在电容器C2中时开关单元160可将电容器C2与接收器140连接，并可断开电容器C2与接收器140的连接，从而电容器C2可与电力输出单元150连接，这样存储在电容器C2中的能量可被传递给负载。开关单元160可阻止电容器C2同时连接到接收器140和电力输出单元150。接收器140的接收线圈L2可通过与电力发送单元120的发送线圈L1的互谐振来接收电力。连接到接收线圈L2的电容器C2可被充入接收的电力。例如，电力输出单元150可将电容器C2中充入的电力传递到电池。作为另一示例，电力输出单元150可将电力传递到负载或目标装置，而不是传递到电池。 在该示例中，接收器140包括反映与接收器140对应的物理属性的基本电路元件R2、L2和C2,电力输出单元150包括电容器C2和电池，开关单元160可包括多个开关或单个开关。与接收线圈L2接收的能量的一部分对应的电容器C2两端的电压被表示为Vwt。如前面描述的，用于通过物理隔离电力输入单元110和电力发送单元120并物理隔离接收器140和电力输出单元150来发送电力的谐振隔离(RI)系统相对于使用阻抗匹配的现有方案可改善电力发送。例如，功率放大器可以不是必需的，因为可直接从直流(DC)源向源谐振器供应电力。此外，通过整流器的整流可以不是必需的，因为在接收端从存储在电容器中的电力捕捉能量。因为可不使用阻抗匹配，所以传输效率可不响应于发送端和接收端之间的距离改变。RI系统可容易地扩展用于使用无线电力的通信系统，并包括多个发送端和多个接收端。图2示出使用无线电力的通信系统的等效电路的另一示例。在该示例中，充电器210和发送器230被开关物理隔离，充电器240和输出单元260被另一开关物理隔离。
参照图2，无线电力发送装置包括充电器210、控制器220和发送器230。充电器210包括供电装置Vin和电阻器Rin。源谐振器包括电容器C1和电感器U。发送器230可通过源谐振器和目标谐振器之间的互谐振来发送存储在源谐振器中的能量。控制器220可接通开关以将电力从充电器210提供给源谐振器。供电装置可将电压Vin提供给电容器C1，并可将电流施加到电感器U。例如，响应于无线电力发送装置到达稳定状态，施加到电容器C1的电压可变为“0”，流过电感器L1的电流可具有值Vin/Rin。在稳定状态，电感器L1可通过施加的电流被充电。如果在稳定状态下存储在源谐振器中的电力达到预定值，则控制器220可断开开关。预定值可在控制器220中被设置。在该示例中，充电器210和发送器230可彼此隔离。在此情况下，源谐振器可开始电容器C1和电感器L1之间的自谐振。也就是说，通过基于互感M 270的源谐振器和目标谐振器之间的互谐振，存储在源谐振器中的能量可被传递到目标谐振器。在此示例中，源谐振器的谐振频率^可等于目标谐振器的谐振频率f2，如等式I·所示。
权利要求
1.一种使用无线电力的通信装置，所述通信装置包括计算器，被配置用于计算通过与源谐振器的互谐振存储在目标谐振器中的能量的波形的包络的斜率；估计单元，被配置用于将位于斜率达到最大的点周围预定间隔内的点估计为源谐振器和目标谐振器之间的互谐振的开始点。
2.如权利要求1所述的通信装置，还包括包络检测器，被配置用于检测施加到目标谐振器的电流或电压的波形的包络。
3.如权利要求2所述的通信装置，其中，计算器被配置用于计算检测的包络上具有特定间隔的两点之间的斜率。
4.如权利要求2所述的通信装置，其中，计算器被配置用于计算沿着检测的包络的多个点处的切线的斜率。
5.如权利要求1所述的通信装置，还包括帧检测器，通过测量在预定滑动窗口时间段期间施加到目标谐振器的信号的幅度来检测从源谐振器发送的帧。
6.如权利要求5所述的通信装置，其中，帧包括前导区域，用于检测从源谐振器发送的帧，估计源谐振器和目标谐振器之间的互谐振的开始点，并检测存储在目标谐振器中的能量的捕捉点；主体区域，用于将能量从源谐振器发送到目标谐振器，将数据从源谐振器发送到目标谐振器。
7.如权利要求1所述的通信装置，还包括控制器，被配置用于将目标谐振器保持在激活状态，从而目标谐振器响应于源谐振器发送能量而迅速通过互谐振接收能量。
8.如权利要求5所述的通信装置，还包括信号累加单元，被配置用于累加在包括所述预定滑动窗口时间段的预定时间段期间施加到目标谐振器的信号。
9.如权利要求8所述的通信装置，其中，计算器被配置用于计算从累加的信号检测的包络的斜率。
10.如权利要求2所述的通信装置，其中，包络检测器被配置用于从模拟电路的输出获得包络，所述模拟电路响应于电流或电压的输入检测包络。
11.如权利要求2所述的通信装置，其中，包络检测器包括下转换单元，被配置用于通过将谐振频率的预定信号波形乘以从电流或电压模拟-数字转换ADC采样的信号来产生下转换的信号；变换器，被配置用于使用离散傅里叶变换DFT或快速傅里叶变换FFT将下转换的信号变换为频域信号；滤波单元，被配置用于通过对频域信号应用低通滤波来产生去除了谐波分量的信号；逆变换器，被配置用于使用逆DFT或逆FFT将去除了谐波分量的信号变换为时域信号。
12.如权利要求2所述的通信装置，其中，包络检测器包括变换器，被配置用于使用DFT或FFT将从电流或电压ADC采样的信号变换为频域信号；循环移位器，被配置用于按照预定频率执行频域信号的循环移位；滤波单元，被配置用于通过对循环移位的信号应用低通滤波来产生去除了谐波分量的信号;逆变换器，被配置用于使用逆DFT或逆FFT将去除了谐波分量的信号变换为时域信号。
13.如权利要求2所述的通信装置，其中，包络检测器包括下转换单元，被配置用于通过将谐振频率的预定信号波形乘以从电流或电压ADC采样的信号来产生下转换的信号；滤波单元，被配置用于通过使用时域卷积对下转换的信号应用低通滤波来产生去除了谐波分量的信号。
14.如权利要求2所述的通信装置，还包括峰点检测器，被配置用于检测峰点，所述峰点与检测的包络的幅度达到最大值的点对捕捉单元，被配置用于在检测到的峰点捕捉存储在目标谐振器中的能量。
15.如权利要求1所述的通信装置，还包括接收器，被配置用于通过基于互谐振的开始点激活目标谐振器的自谐振来接收从源谐振器发送的能量；解调器，被配置用于基于接收的能量的量对源谐振器发送的信息进行解调；调制器，被配置用于基于源谐振器和目标谐振器之间的互谐振并基于互谐振的开始点对发送到源谐振器的信息进行调制。
16.一种使用无线电力的通信方法，所述通信方法包括计算通过与源谐振器的互谐振存储在目标谐振器中的能量的波形的包络的斜率；将位于斜率达到最大的点周围预定间隔内的点估计为源谐振器和目标谐振器之间的互谐振的开始点。
17.如权利要求16所述的通信方法，还包括检测施加到目标谐振器的电流或电压的波形的包络。
18.如权利要求17所述的通信方法，其中，计算步骤包括计算检测的包络上具有特定间隔的两点之间的斜率。
19.如权利要求16所述的通信方法，还包括将目标谐振器保持在激活状态，从而目标谐振器响应于源谐振器发送能量而迅速通过互谐振接收能量。
20.如权利要求17所述的通信方法，还包括检测峰点，所述峰点与检测的包络的幅度达到最大值的点对应；在检测到的峰点捕捉存储在目标谐振器中的能量。
21.一种使用无线电力的通信系统，所述通信系统包括发送器，被配置用于通过互谐振将存储在源谐振器中的能量发送到目标谐振器；包络检测器，被配置用于检测通过互谐振存储在目标谐振器中的能量的波形的包络；计算器，被配置用于计算检测的包络的斜率；估计单元，被配置用于将位于斜率达到最大的点周围预定间隔内的点估计为源谐振器和目标谐振器之间的互谐振的开始点。
全文摘要
本发明提供了一种使用无线电力的通信系统、使用无线电力执行通信的装置和系统以及使用无线电力的通信装置。装置可计算通过与源谐振器的互谐振存储在目标谐振器中的能量的波形的包络的斜率，并将位于斜率达到最大的点周围预定间隔内的点估计为源谐振器和目标谐振器之间的互谐振的开始点。
文档编号H04B5/00GK103023537SQ20121036554
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月27日 优先权日2011年9月27日
发明者权义根, 金尚骏 申请人:三星电子株式会社