无线电力载波同步通信的制作方法
【专利摘要】本发明揭示用于与无线电力发射器通信的设备和方法。根据一个方面，一种装置可包含用于无线地发射处于电力载波的电力信号和处于数据信号载波的数据信号的天线。接收器可经配置以接收所述电力信号和所述数据信号且基于所述所接收信号确定参考信号。
【专利说明】无线电力载波同步通信
【技术领域】
[0001]本发明是针对用于无线电力发射器与无线电力接收器之间的通信的方法和系统。【背景技术】
[0002]越来越多数目和种类的电子装置经由可再充电电池来供电。此些装置包含移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围装置、通信装置(例如，蓝牙装置)、数码相机、助听器和类似物。虽然电池技术已改进，但电池供电的电子装置越来越多地需要且消耗更大量的电力，进而经常需要再充电。可再充电装置经常通过物理上连接到电源的电缆或其它类似连接器经由有线连接充电。电缆和类似连接器可能有时是不方便的或笨重的，且具有其它缺点。将用以对可再充电电子装置进行充电或对电子装置提供电力的能够在自由空间中传送电力的无线充电系统可克服有线充电解决方案的一些缺陷。因此，高效且安全地传送电力到电子装置的无线电力传送系统和方法是需要的。
【发明内容】
[0003]在所附权利要求书的范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有若干方面，其中并无单个一者唯一地负责本文描述的所要属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，本文描述一些突出特征。
[0004]在附图和以下描述中陈述在本说明书中描述的标的物的一个或一个以上实施方案的细节。从描述、图式以及权利要求书将明了其它特征、方面和优点。应注意，附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
[0005]本发明的一个方面提供无线电力发射器设备。所述无线电力发射器设备包含电力源，其经配置以产生处于第一频率的信号。所述无线电力发射器设备进一步包含控制器，其经配置以接收指示多个频率处的电力电平限制的信息，且基于所述电力电平限制选择乘法因数。所述无线电力发射器设备进一步包含通信信号产生器，其耦合到所述电力源且经配置以接收处于所述第一频率的所述信号且基于所述选定乘法因数产生处于第二频率的通信信号。所述无线电力发射器设备进一步包含驱动器，其耦合到所述电力源且经配置以接收处于所述第一频率的所述信号且产生处于所述第一频率的驱动信号，所述驱动信号与所述通信信号大体上同相。所述无线电力发射器设备进一步包含发射电路，其经配置以接收包含所述通信信号和所述驱动信号的组合信号以产生无线场。
[0006]本发明中描述的标的物的另一方面提供一种经由无线场传送电力的方法包括。所述方法包含产生处于第一频率的信号。所述方法进一步包含接收指示多个频率处的电力电平限制的信息。所述方法进一步包含基于所述电力电平限制选择乘法因数。所述方法进一步包含基于所述选定乘法因数产生处于第二频率的通信信号。所述方法进一步包含产生处于所述第一频率的驱动信号，所述驱动信号与所述通信信号大体上同相。所述方法进一步包含基于包含所述通信信号和所述驱动信号的组合信号产生所述无线场。
[0007]本发明中描述的标的物的另一方面提供一种用于经由无线场传送电力的设备。此设备包含用于产生处于第一频率的信号的装置。此设备进一步包含用于接收指示多个频率处的电力电平限制的信息的装置。此设备进一步包含用于基于所述电力电平限制选择乘法因数的装置。此设备进一步包含用于基于所述选定乘法因数产生处于第二频率的通信信号的装置。此设备进一步包含用于产生处于所述第一频率的驱动信号的装置，所述驱动信号与所述通信信号大体上同相。此设备进一步包含用于基于包含所述通信信号和所述驱动信号的组合信号产生无线场的装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是根据本发明的实施方案的示范性无线电力传送系统的功能框图。
[0009]图2是根据本发明的各种实施方案的可在图1的无线电力传送系统中使用的示范性组件的功能框图。
[0010]图3是根据本发明的实施方案的包含发射或接收天线的图2的发射电路或接收电路的一部分的示意图。
[0011]图4是根据本发明的实施方案的可在图1的无线电力传送系统中使用的发射器的功能框图。
[0012]图5是根据本发明的实施方案的可在图1的无线电力传送系统中使用的接收器的功能框图。 [0013]图6是可在图4的发射电路中使用的发射电路的一部分的示意图。 [0014]图7是根据比较性实例的接收器系统的简化框图。.[0015]图8是根据一些实施方案的无线电力系统的简化框图。
[0016]图9是用于接收和确定参考信号的方法的流程图。
[0017]图10是发射电力信号和通信信号的方法的流程图。
[0018]图11是根据一些实施方案的无线电力发射器的功能框图。
[0019]图12是根据一些实施方案的无线电力接收器的功能框图。
[0020]图中图解说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，各种特征的尺寸可为了清楚而任意地扩大或减小。另外，一些图式可能未描绘给定系统、方法或装置的所有组件。最终，在整个说明书和附图中可使用相同参考标号来表示相同特征。
【具体实施方式】
[0021]下文结合附图陈述的详细描述既定作为对本发明的示范性实施方案的描述，且既定不表示其中可实践本发明的仅有实施方案。在整个本描述中使用的术语“示范性”意味着“充当实例、例子或说明”，且不一定解释为比其它示范性实施方案优选或有利。详细描述包含具体细节以用于提供对本发明的示范性实施方案的详尽理解。在一些实例中，一些装置是以框图形式展示。
[0022]无线地传送电力可指代传送与电场、磁场、电磁场或不使用物理电导体而从发射器到接收器的其它场(例如，电力可传送经过自由空间)相关联的任何形式的能量。输出到无线场(例如，磁场)中的电力可由“接收天线”接收、俘获或耦合以实现电力传送。电力输出电平和传送效率足以对接收装置的负载(例如可再充电电池或类似物)进行充电。
[0023]图1是根据本发明的示范性实施方案的示范性无线电力传送系统100的功能框图。可从电力源(未图示)将输入电力102提供到发射器104以用于产生用于提供能量传送的场105。接收器108可耦合到场105，且产生输出电力110以用于供耦合到输出电力110的装置(未图示)存储或消耗。发射器104和接收器108分离一距离112。在一个示范性实施方案中，发射器104和接收器108是根据互谐振关系来配置。当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率大体上相同或很接近时，发射器104与接收器108之间的发射损失最小。由此，与可能需要大线圈的要求线圈很靠近(例如，数毫米)的纯电感解决方案相比，可在更大距离上提供无线电力传送。谐振电感耦合技术因此可允许在各种距离上以及关于多种电感线圈配置的改善的效率和电力传送。
[0024]当接收器108位于由发射器104产生的能量场105中时，接收器108可接收电力。场105对应于发射器104输出的能量可由接收器105俘获的区。在一些情况下，场105可对应于发射器104的“近场”，如下文将进一步描述。发射器104可包含用于输出能量发射的发射天线114。接收器108进一步包含用于从能量发射接收或俘获能量的接收天线118。所述近场可对应于其中存在强反应场的区，所述强反应场得自发射天线114中从发射天线114最少地辐射电力的电流和电荷。在一些情况下,近场可对应于在发射天线114的大约一个波长(或其分数)内的区。发射天线114和接收天线118是根据将与其相关联的应用和装置来定大小。如上所述，可通过将发射天线114的场105中的能量的较大部分耦合到接收天线118而不是在电磁波中将大部分能量传播到远场来进行高效的能量传送。当定位在场105内时，可在发射天线114与接收天线118之间形成“耦合模式”。在发射天线114和接收天线118周围可发生此耦合的区域在本文称为耦合模式区。
[0025]图2是根据本发明的各种示范性实施方案的可在图1的无线电力传送系统100中使用的示范性组件的功能框图。发射器204可包含发射电路206，其可包含振荡器222、驱动器电路224以及滤波器与匹配电路226。振荡器222可经配置以在所要频率下产生信号，例如468.75KHz、6.78MHz或13.56MHz，所述频率可响应于频率控制信号223来调整。振荡器信号可提供到驱动器电路224，所述驱动器电路经配置以在例如发射天线214的谐振频率下驱动发射天线214。驱动器电路224可为切换放大器，其经配置以从振荡器222接收方波且输出正弦波。举例来说，驱动器电路224可为E类放大器。还可包含滤波器与匹配电路226以过滤掉谐波或其它不想要的频率，且将发射器204的阻抗匹配于发射天线214。
[0026]接收器208可包含接收电路210，其可包含匹配电路232以及整流器与切换电路234以从AC电力输入产生DC电力输出，从而对如图2所示的电池236进行充电或对耦合到接收器108的装置(未图示)进行供电。可包含匹配电路232以将接收电路210的阻抗匹配于接收天线218。接收器208和发射器204可另外在单独通信信道219 (例如，蓝牙、紫蜂、蜂窝式等等)上通信。接收器208和发射器204可替代地使用无线场206的特性经由带内信令而通信。
[0027]如下文更详细地描述，可初始具有相关联负载(例如，电池236)的接收器208可经配置以确定由发射器204发射且由接收器208接收的电力量是否适合用于对电池236进行充电。负载(例如，电池236)可经配置以选择性地耦合到接收器208。接收器208可经配置以在确定所述电力量适当后即刻启用负载(例如，电池236)。在一些实施方案中，接收器208可经配置以直接利用从无线电力传送场接收的电力而无电池236的充电。举例来说，例如近场通信(NFC)或射频识别装置(RFID等通信装置可经配置以从无线电力传送场接收电力且通过与无线电力传送场进行交互而通信和/或利用所接收电力来与发射器204或其它装置通信。
[0028]图3是根据本发明示范性实施方案的包含发射或接收天线352的图2的发射电路206或接收电路210的一部分的示意图。如图3中图解说明，在示范性实施方案中使用的发射或接收电路350可包含线圈352。线圈352也可称为或经配置为“环形”天线352。线圈352在本文也可称为或经配置为“磁性”天线或电感线圈。术语“线圈”既定指代可无线地输出或接收能量以用于耦合到另一“线圈”的组件。线圈还可称为经配置以无线地输出或接收电力的类型的“天线”。线圈352可经配置以包含空气芯或例如铁氧体芯(未图示)等物理芯。空气芯环形线圈可较能够容忍外来物理装置放置于所述芯的附近。此外，空气芯环形线圈352允许将其它组件放置于芯区域内。另外，空气芯环可较容易使得能够将接收天线218 (图2)放置于发射天线214 (图2)的平面内，在所述平面中发射天线214 (图2)的耦合模式区可较为强力。
[0029]如所述，发射器104与接收器108之间的高效能量传送可在发射器104与接收器108之间的匹配或近似匹配的谐振期间发生。然而，即使当发射器104与接收器108之间的谐振不匹配时也可传送能量，但效率可能受影响。通过将来自发射天线的场105的能量耦合到驻留于其中建立此场105的区中的接收天线而不是将来自发射天线的能量传播到自由空间中来进行能量传送。
[0030]环形天线或磁性天线的谐振频率是基于电感和电容。电感可仅仅为线圈352所产生的电感，而电容可被添加到线圈的电感而产生所要谐振频率下的谐振结构。作为非限制性实例，电容器352和电容器354可被添加到发射或接收电路350以产生在谐振频率下选择信号356的谐振电路。因此，对于较大直径的线圈，维持谐振所需的电容的大小可随着环的直径或电感的增加而减小。此外，随着线圈的直径增加，近场的高效能量传送区域可增力口。使用其它组件形成的其它谐振电路也是可能的。作为另一非限制性实例，电容器可并联放置于天线350的两个端子之间。对于发射天线，具有大体上对应于线圈352的谐振频率的频率的信号358可为对线圈352的输入。
[0031]在一个实施方案中，发射器104可经配置以输出具有对应于发射天线114的谐振频率的频率的时变磁场。当接收器在场105内时，所述时变磁场可在接收天线118中感应电流。如上所述，如果接收天线118经配置以在发射天线118的频率下谐振，那么可有效地传送能量。在接收天线118中感应的AC信号可如上所述经整流以产生DC信号，所述DC信号可经提供以对负载充电或给其供电。
[0032]图4是根据本发明的示范性实施方案可在图1的无线电力传送系统中使用的发射器404的功能框图。发射器404可包含发射电路406和发射天线414。发射天线414可为图3所示的线圈352。发射电路406可通过提供振荡信号来将RF电力提供到发射天线414，从而导致发射天线414周围产生能量(例如，磁通量)。发射器404可在任何合适频率下操作。举例来说，发射器404可在13.56MHz ISM频带下操作。
[0033]发射电路406可包含:固定阻抗匹配电路409，用于将发射电路406的阻抗(例如，50欧姆)匹配于发射天线414;以及低通滤波器(LPF) 408，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。其它示范性实施方案可包含不同的滤波器拓扑，包含(但不限于)陷波滤波器，所述陷波滤波器使特定频率衰减同时使其它频率通过且可包含自适应阻抗匹配，所述不同滤波器拓扑可基于可测量的发射量度而变化，例如到天线414的输出电力或由驱动器电路424汲取的DC电流。发射电路406进一步包含驱动器电路424，其经配置以驱动由振荡器423确定的RF信号。发射电路406可包括离散装置或电路，或者可包括集成组合件。来自发射天线414的示范性RF电力输出可大约为
2.5 瓦。
[0034]发射电路406可进一步包含控制器415，用于在针对特定接收器的发射相位(或工作循环)期间启用振荡器423，用于调整振荡器423的频率或相位，且用于调整输出电力电平以实施用于通过相邻装置所附接的接收器与相邻装置交互的通信协议。应注意，控制器415在本文也可称为处理器415。对振荡器相位和发射路径中的相关电路的调整可允许减少带外发射，尤其是当从一个频率转变到另一频率时。
[0035]发射电路406可进一步包含负载感测电路416，用于检测在由发射天线414产生的近场附近存在或不存在作用中的接收器。举例来说，负载感测电路416监视流到驱动器电路424的电流，所述电流可受到在由发射天线414产生的场附近存在或不存在作用中的接收器的影响，如下文将进一步描述。对驱动器电路424上的加载的改变的检测是由控制器415监视以用于确定是否启用振荡器423用于发射能量以及与作用中接收器通信。如下文更完整地描述，在驱动器电路424处测得的电流可用以确定是否一无效装置位于发射器404的无线电力传送区内。
[0036]发射天线414可用利兹(Litz)线实施或实施为天线条，所述天线条的厚度、宽度和金属类型经选择以使电阻性损失保持较低。在一个实施方案中，发射天线414可大体上经配置以与例如桌子、垫、灯或其它较不便携的配置等较大结构相关联。因此，发射天线414通常可能不需要“匝”来具有实际尺寸。发射天线414的示范性实施方案可为“电学上较小”(即，波长的分数)，且通过使用电容器来界定谐振频率而经调谐以在较低可用频率下谐振。
[0037]发射器404可搜集和跟踪关于可与发射器404相关联的接收器装置的行踪和状态的信息。因此，发射电路406可包含连接到控制器415 (本文中也称为处理器)的存在检测器480、封闭式检测器460或其组合。控制器415可响应于来自存在检测器480和封闭式检测器460的存在信号而调整由驱动器电路424递送的电力量。发射器404可通过若干电力源接收电力，所述电力源例如用以转换建筑物中存在的常规AC电力的AC/DC转换器(未图示)、用以将常规DC电力源转换为适合于发射器404的电压的DC/DC转换器(未图示)，或直接从常规DC电力源(未图示)接收电力。
[0038]作为非限制性实例，存在检测器480可为运动检测器，用以感测插入到发射器404的覆盖区域中的待充电装置的初始存在。在检测之后，可接通发射器404且可使用由装置接收的RF电力来以预定方式双态触发RX装置上的开关，这又导致对发射器404的驱动点阻抗的改变。
[0039]作为另一非限制性实例，存在检测器480可为能够例如通过红外检测、运动检测或其它合适手段检测人类的检测器。在一些示范性实施方案中，可能存在限制发射天线414在特定频率下可发射的电力量的规章。在一些情况下，这些规章有意保护人类免受电磁辐射。然而，可能存在发射天线414放置于无人类占用或人类很少占用的区域中的环境，例如车库、工厂地面、商店和类似处。如果这些环境没有人类，那么可准许将发射天线414的电力输出增加到高于正常电力限制规章。换句话说，控制器415可响应于人类存在而将发射天线414的电力输出调整到规章水平或更低，且在人类在距发射天线414的电磁场的规章距离之外时将发射天线414的电力输出调整到高于规章水平的水平。
[0040]作为非限制性实例，封闭式检测器460(本文也可称为封闭式隔间检测器或封闭式空间检测器)可为例如感测开关等装置，用于确定封壳何时处于关闭或打开状态。当发射器处于在封闭状态中的封壳中时，可增加发射器的电力电平。
[0041]在示范性实施方案中，可使用发射器404不会不确定地保持接通的方法。在此情况下，发射器404可经编程以在用户确定的时间量之后切断。此特征防止发射器404、尤其是驱动器电路424在其周边的无线装置被完全充电之后继续操作。此情况可能是由于电路未能检测到从中继器或接收天线发送的装置被完全充电的信号。为了防止发射器404在另一装置放置于其周边的情况下自动关闭，可仅在其周边未检测到运动的设定周期之后激活发射器404自动切断特征。用户可能够确定不活动时间间隔，且按需要改变所述间隔。作为非限制性实例，所述时间间隔可比对特定类型的无线装置完全充电所需的时间长，假设所述装置初始被完全放电。
[0042]图5是根据本发明的示范性实施方案的可在图1的无线电力传送系统中使用的接收器508的功能框图。接收器508包含可包含接收天线518的接收电路510。接收器508进一步耦合到装置550以用于向其提供所接收电力。应注意，将接收器508图解说明为在装置550外部，但可集成到装置550中。能量可无线地传播到接收天线518且随后通过接收电路510的其余部分耦合到装置550。举例来说，充电装置可包含例如移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围装置、通信装置(例如，蓝牙装置)、数码相机、助听器(其它医疗装置)和类似物等装置。
[0043]接收天线518可经调谐以在与发射天线414(图4)相同的频率下或在指定频率范围内谐振。接收天线518可以与发射天线414相似地定尺寸，或可基于相关联装置550的尺寸而不同地定大小。举例来说，装置550可为具有比发射天线414的直径或长度小的直径或长度尺寸的便携式电子装置。在此实例中，接收天线518可实施为多匝天线，以便减少调谐电容器(未图示)的电容值且增加接收天线的阻抗。举例来说，接收天线518可放置于装置550的实质环境周围，以便最大化天线直径且减少接收天线518的环形匝(即，绕组)的数目和绕组间电容。
[0044]接收电路510可提供与接收天线518的阻抗匹配。接收电路510包含电力转换电路506，用于将所接收RF能量源转换为供装置550使用的充电电力。电力转换电路506包含RF/DC转换器520，且也可包含DC/DC转换器522。RF/DC转换器520将在接收天线518处接收的RF能量信号整流为非交流电力，其中输出电压由表示。DC/DC转换器522 (或其它电力调节器)将经整流RF能量信号转换为与装置550兼容的能量电势(例如，电压)，其中输出电压和输出电流由Vwt和Iwt表示。预期各种RF/DC转换器，包含部分和完全整流器、调节器、桥接器、倍增器以及线性和切换转换器。
[0045]接收电路510可进一步包含切换电路512，用于将接收天线518连接到电力转换电路506或者用于断开电力转换电路506。从电力转换电路506断开接收天线518不仅暂停对装置550的充电，而且改变由发射器404 (图2) “看见”的“负载”。
[0046]如上文揭示，发射器404包含负载感测电路416，其可检测提供到发射器驱动器电路424的偏置电流的波动。因此，发射器404具有用于确定何时接收器存在于发射器的近场中的机制。
[0047]当多个接收器508存在于发射器的近场中时，可能希望对一个或一个以上接收器的加载和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发射器。也可隐匿接收器508以便消除到其它附近接收器的耦合或减少附近发射器上的加载。接收器的此“卸载”在本文也称为“隐匿”。此外，由接收器508控制且由发射器404检测的卸载与加载之间的此切换可提供从接收器508到发射器404的通信机制，如下文更完整阐释。另外，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508发送到发射器404。举例来说，切换速度可为大约100微秒。
[0048]在示范性实施方案中，发射器404与接收器508之间的通信指代装置感测和充电控制机制，而不是常规的双向通信(即，使用耦合场的带内信令)。换句话说，发射器404可使用对所发射信号的开/关键控来调整能量是否在近场中可用。接收器可将这些能量改变解译为来自发射器404的消息。从接收器侧，接收器508可使用对接收天线518的调谐和解谐来调整正从场接受多少电力。在一些情况下，调谐和解谐可经由切换电路512来实现。发射器404可检测来自场的所使用电力的此差异，且将这些改变解译为来自接收器508的消息。应注意，可利用对发射电力和负载行为的其它形式的调制。
[0049]接收电路510可进一步包含信令检测器与信标电路514，用以识别可对应于从发射器到接收器的信息信令的所接收能量波动。此外，信令与信标电路514还可用以检测减少的RF信号能量(即，信标信号)的发射且将减少的RF信号能量整流为标称电力以用于唤醒接收电路510内的未被供电或电力耗尽的电路，以便配置接收电路510进行无线充电。
[0050]接收电路510进一步包含处理器516，用于协调本文描述的接收器508的过程，所述过程包含对本文描述的切换电路512的控制。在包含检测到向装置550提供充电电力的外部有线充电源(例如，墙壁/USB电力)等其它事件发生后也可即刻进行接收器508的隐匿。除了控制接收器的隐匿之外，处理器516还可监视信标电路514以确定信标状态且提取从发射器404发送的消息。处理器516还可调整DC/DC转换器522以得到改善的性能。
[0051]图6是可在图4的发射电路406中使用的发射电路600的一部分的示意图。发射电路600可包含如上文在图4中描述的驱动器电路624。如上所述，驱动器电路624可为切换放大器，其可经配置以接收方波且输出正弦波以提供到发射电路650。在一些情况下，驱动器电路624可称为放大器电路。驱动器电路624展示为E类放大器，然而，根据本发明的实施方案可使用任何合适的驱动器电路624。驱动器电路624可由来自如图4所示的振荡器423的输入信号602驱动。驱动器电路624还可具备驱动电压VD，其经配置以控制通过发射电路650可递送的最大电力。为了消除或减少谐波，发射电路600可包含滤波器电路626。滤波器电路626可为三极(电容器634、电感器632和电容器636)低通滤波器电路 626。
[0052]由滤波器电路626输出的信号可提供到包括天线614的发射电路650。发射电路650可包含具有电容620和电感的串联谐振电路(例如，可由于线圈的电感或电容或者额外电容器组件)，其可在由驱动器电路624提供的经滤波信号的频率下谐振。发射电路650的负载可由可变电阻器622表示。负载可随着经定位以从发射电路650接收电力的无线电力接收器508而变。[0053]无线电力系统可能需要通信系统来控制和协调电力传送。举例来说，无线电力发射器与无线电力接收器之间的通信可用以控制电力电平且促进控制多少电力正递送到无线电力接收器。如上文论述，可在带内经由电力信号的调制或在带外经由不同频率上的数据发射来执行通信。
[0054]如果利用带外信令，那么存在可使用的若干调制方案。这些调制方案可包含例如相移键控(PSK)、频移键控(FSK)、幅移键控(ASK)、正交振幅调制(QAM)或类似物。对于相位调制方法，相位信息的恢复可能因如下要求而复杂化:产生准确的局部频率以与所接收信号进行比较，以便提取在经相位调制信号中发射的数据。多个装置同时发射数据信号也可受到由于缺乏准确参考信号而可能发生的无意中干扰的不利影响。举例来说，缺乏准确相位参考可导致不同装置传送的信号之间的相长或相消干扰，进而潜在地破坏由每一装置发射的数据。
[0055]图7是根据比较性实例的接收器系统708的简化框图。如图7所示，接收器系统708可经配置以对使用正交振幅调制(QAM)方法调制的信号进行解调。在图7的系统中，处于第一频率Fl (例如，6.78MHz)的电力载波用于电力发射，且处于第二频率F2 (例如，40.68MHz)的通信信号载波用于数据发射。系统包含连接到接收天线718的谐振槽电路750。分支端子751连接到谐振槽电路750以及第一滤波器752和第二滤波器754。第一滤波器752可被配置为载波信号滤波器(例如，带通滤波器)。第一滤波器752可仅在第一频率Fl (例如，6.78MHz)下传递信号。第二滤波器754可被配置为数据信号滤波器754(例如，另一带通滤波器)。第二滤波器754可经配置以仅在第二频率F2(例如，40.68MHz)下传递信号。在一些实施方案中，可不包含第一滤波器752(例如，电力信号载波滤波器)，且第二滤波器754(例如，数据信号载波滤波器)可包含额外滤波组件以便移除电力载波。
[0056]第一滤波器752的输出(例如，6.78MHz电力载波)可连接到标准PLL电路756，所述标准PLL电路锁定到电力载波频率且在第二频率F2(例如，40.68MHz)下产生相位稳定的参考。举例来说，如图解说明，PLL电路756包含相位频率检测器758、PLL滤波器760、压控振荡器762，和除法器764。PLL电路756也可包含未图解说明的其它组件(例如，电荷泵)。
[0057]在第二频率F2(例如，40.68MHz)下的参考信号(REF)可随后被馈送到两个乘法器766和768。第一乘法器766通过数据信号放大器770从数据信号滤波器754接收所接收数据信号。第一乘法器766还接收参考信号(例如,处于40.68MHz)。第二乘法器768通过数据信号放大器770从数据信号滤波器754接收所接收数据信号，且通过相移电路772接收参考频率信号。相移电路772可经配置以使参考频率信号延迟例如90度。第一乘法器766的输出可由第一输出滤波器774和第一 A/D转换器776处理，而第二乘法器768的输出可由第二输出滤波器778和第二 A/D转换器780处理。所得配置可表现为1-Q检测器。
[0058]如图7中图解说明，接收器系统708包含锁相回路电路756以便计算对于解调具有有限准确性的局部参考。相移键控接收器也可能需要额外电路用于零相位恢复。在相移键控接收器中，可使用相移平衡或相位参考方案来产生平均零相位参考以用作“零相位”的局部参考。随后将所得所接收群集与此(有限准确性)相位参考进行比较。
[0059]根据一些实施方案，揭不一种获取准确的相位参考信号的系统和方法。本文描述的系统可能够产生准确的相位参考，且因此不一定需要上述相位确定方案。[0060]图8是根据一些实施方案的无线电力系统的简化框图。如图8所示，无线电力系统包含无线电力发射器804，其包含振荡器823以及经配置以产生无线电力载波信号的驱动器电路824 (例如，功率放大器)。无线电力载波信号通过载波信号滤波器890发射到发射器多路复用器892，且用以驱动发射天线814以通过无线场发射信号到无线电力接收器808。无线电力发射器804还包含无线电力TX控制器810，其经配置以控制无线电力发射器804的组件的操作。如图解说明，无线电力TX控制器810经配置以将控制信号发送到振荡器823和驱动器电路824以控制由无线电力发射器804产生的无线电力传送场。此外，无线电力TX控制器810经配置以产生数据信号以用于将信息传送到无线电力接收器808。举例来说，无线电力TX控制器810可经配置以产生数据信号，所述数据信号在调制器894的输入处被接收。调制器894也可经配置以从乘法器896的输出接收通信信号载波频率信号。乘法器896可经配置以在振荡器823的输出处接收频率信号，且将频率信号乘以乘法因数。举例来说，振荡器823可产生处于第一频率Fl(例如，6.78MHz)的频率信号。乘法器可将频率Fl乘以乘法因数M(例如，M = 6)以产生数据信号载波频率F2(例如，40.68MHz)。数据信号载波F2可由调制器894利用以产生用于发射的数据信号。调制器894的输出可通过数据信号放大器897和数据信号滤波器898耦合到发射器多路复用器892。发射器多路复用器892可经配置以通过发射天线814发射处于数据信号载波频率的数据信号以及处于电力信号载波频率的电力信号。
[0061]如图解说明，数据信号载波频率F2是电力信号载波频率Fl的倍数，且因此，频率信号Fl和F2彼此同相。乘法因数M的选择可基于关于不同频率下的信号强度水平的适用的标准。举例来说，TX控制器810可经配置以接收指示特定限制和不同频率的信息。基于关于限制的所接收信息，TX控制器810可经配置以选择频率Fl和F2以使得电力信号载波频率Fl及其谐波不会相长地干扰数据信号载波频率F2及其谐波从而超过任一频带中的限制。举例来说，在一些实施方案中，电力信号包含处于电力信号载波频率的倍数的谐波，因为所述电力信号可能不是纯正弦波。谐波也可为静态的(例如，位于电力载波的相同频率倍数)或者谐波可由于操作条件的变化(例如，接收器放置、发射器电力电平或类似者)而改变。对应于电力信号的谐波的数据载波在所述数据信号与所述谐波同相的情况下可相长地干扰所述谐波。因此，处于谐波/数据信号频率的总能量可由于相长干扰而增加。然而，由于总能量是数据信号与电力信号谐波的总和，因此由于相长干扰而不存在与数据载波相关联的额外能量。因此，从由相长干扰造成的增加能量对系统提供极少益处用于传送数据信号。然而，增加的能量可导致系统在对应于谐波和数据信号的频率下超过发射限制。
[0062]在一些实施方案中，可选择乘法因数以使得数据信号与电力信号的谐波之间的干扰不超过经界定(例如，规章)限制。举例来说，可选择乘法因数以避免具有较低经界定限制和/或位于相对靠近电力信号载波处的特定频率。在一些实施方案中，可选择乘法因数且可确定电力信号的对应谐波的相位。数据载波可在与对应电力信号载波谐波异相180度的相位处产生，以便在谐波和数据载波的对应频率处保持低于经界定限制。在一些实施方案中，乘法因数可为预定的且在无线电力发射器的操作期间设定。在其它实施方案中，乘法因数可在操作期间动态变化。举例来说，乘法因数可基于关于电力信号谐波的相位和能量水平的反馈而动态变化。在一些实施方案中，乘法因数可动态变化，以便编码额外信息以发射到无线电力接收器和/或增加数据信号的通过量。[0063]图8还图解说明与无线电力发射器804通信的无线电力接收器808。如图解说明，无线电力接收器808可包含接收天线818，用于经由无线电力发射器804产生的无线场接收信号。所接收信号可包含处于通信信号载波频率F2的数据信号和处于电力信号载波频率Fl的电力信号。接收天线818的输出可耦合到接收器多路复用器842。接收器多路复用器842可经配置以从所接收信号输出数据信号和电力信号。如图解说明，接收器多路复用器842的第一输出可耦合到无线电力接收电路888，包含各种组件，例如滤波器、负载调整电路、整流器和调节器，用于产生信号以向充电装置传送电力。接收器多路复用器842的输出还可提供到数据信号滤波器854和参考信号滤波器855。数据信号滤波器854 (例如，带通滤波器)可经配置以对所接收信号进行滤波且输出处于数据信号载波频率F2 (例如，
40.68MHz)的信号。参考信号滤波器855 (例如，带通滤波器)可经配置以对所接收信号进行滤波且输出对应于电力信号载波频率Fl (例如,6.78MHz)的信号。参考信号滤波器855的输出可由乘法器882接收且乘以乘法因数M(例如，M = 6)以产生对应于数据信号频率载波F2(例如，40.68MHz)的参考信号。无线电力RX控制器816可接收数据信号滤波器854的输出和参考信号(REF)，且可使用参考信号来解码数据信号。举例来说，无线电力RX控制器816可包含相位检测电路,用于检测数据信号与参考信号之间的相位偏移。基于相位偏移，无线电力RX控制器816可解码对应于所检测相位差的特定信息。由于利用了电力载波中含有的相位信息，因此可以较简单、较便宜且较稳健的方式实行数据载波中的相位信息的解调。
[0064]无线电力RX控制器816还可使用参考信号来产生通信信号以用于发射回到无线电力发射器804或其它无线电力接收器808。如图解说明，无线电力RX控制器816可基于参考信号产生数据信号，且输出处于基于参考信号的数据信号频率的数据信号。在一些实施方案中，无线电力RX控制器816可经配置以产生从参考信号的相位偏移以编码用于发射的数据。调制器884可产生数据信号输出，所述数据信号通过数据输出放大器886由接收器多路复用器842接收。接收器多路复用器842可经配置以将数据信号发射到无线电力发射器804和/或其它无线电力接收器808。由于数据信号是基于从所接收电力信号提取的参考信号产生，因此无线电力接收器808可经同步以使得来自无线电力接收器808的数据发射不会彼此相消地干扰。举例来说，由于多个无线电力接收器808中的每一者从接收自无线电力发射器808的同一信号提取参考信号，因此参考信号中的每一者彼此同相。由无线电力接收器808发射的信号(例如，通过基于参考信号的相位调制)不可能彼此相消地干扰。因此，多个装置可同时向无线电力发射器804发射数据而无相消干扰。此外，无线电力接收器808的电路可相对于其它无线电力接收器而简化。
[0065]根据一些实施方案，可利用通信协议(例如，达拉斯I线协议)来为基于线“或”(wired-OR)方案的冲突避免和仲裁提供明确支持。线“或”方案通常需要通信系统在无装置正在信令时读取‘无信号’，且在一个或一个以上装置正在信令时读取‘信号’。常规上，可利用开关键控通信系统(例如，利用幅移键控ASK)。然而，在常规通信系统中，由于载波信号的相位在不同通信装置之间未锁定，因此由不同装置发射的信号之间的相消干扰可能不合意地阻止信号中的任一者的接收。通过经由上述方法将所有潜在发射器相位锁定到电力载波信号，防止了相消干扰，且可实施无线线“或”协议。根据上文参见图8论述的实施方案，经同步通信装置具有较简单的线“0R”协议实施方案和相对于常规装置减少的成本。
[0066]图9图解说明根据一些实施方案的确定参考信号的方法的流程图。方法900包含经由无线场接收信号，如框902说明。所接收信号包含在第一频率(例如，电力信号载波Fl)下发射的无线电力信号与在第二频率(例如，数据信号载波频率F2)下发射的通信信号的组合。在框904处，可对所接收信号进行滤波以基于在所述第一频率下发射的无线电力信号产生处于第二频率的参考信号，所述参考信号与无线电力信号大体上同相。
[0067]图10是发射电力信号和通信信号的方法的流程图。如图10所示，方法1000包含产生处于第一频率(例如，电力载波频率Fl)的信号，如框1002中所示。接收指示多个频率处的电力电平限制的信息，如框1004中所示。基于电力电平限制选择乘法因数，如框1006中所示。举例来说，可选择乘法因数以确保电力信号与通信信号的组合不超过任何限制。基于乘法因数产生处于第二频率(例如，数据信号载波频率F2)的通信信号，如框1008中所不。在框1010处,产生与通信信号大体上同相的处于第一频率的驱动信号。基于包含通信信号和驱动信号的组合信号产生无线场，如框1012中所示。
[0068]图11是根据一些实施方案的无线电力接收器1100的功能框图。无线电力接收器1100包含用于经由无线场接收信号的装置，如框1102中所示。所接收信号包含在第一频率下发射的无线电力信号与在第二频率下发射的通信信号的组合。无线电力接收器1100还包含用于对所接收信号进行滤波以产生处于对应于第一频率的第二频率的参考信号的装置，如框1104中所示。所产生参考信号与无线电力信号大体上同相。通信和控制总线1110可用于如图11所示的无线电力接收器1100的各种组件之间的通信。
[0069]图12是根据一些实施方案的无线电力发射器1200的功能框图。无线电力发射器1200包含如框1202中所示的用于产生处于第一频率的信号的装置，如框1204中所示的用于接收指示多个频率处的电力电平限制的信息的装置，如框1206中所示的用于基于电力电平限制选择乘法因数的装置，如框1208中所示的用于基于选定乘法因数产生处于第二频率的通信信号的装置，以及如框1210中所示的用于产生处于第一频率的驱动信号的装置。驱动信号与通信信号大体上同相。无线电力发射器1200还包含用于基于包含通信信号和驱动信号的组合信号产生无线场的装置，如框1212中所示。通信和控制总线1214可用于如图12所示的无线电力接收器1200的各种组件之间的通信。
[0070]以上描述的方法的各种操作可由能够执行所述操作的任何合适装置执行，所述装置例如各种硬件和/或软件组件、电路和/或模块。大体上，图中说明的任何操作可由能够执行所述操作的对应功能装置执行。举例来说，参见图11，用于接收信号的装置1102可对应于如图8所示的耦合到多路复用器842的接收天线818。在一些实施方案中，天线818可对应于具有如参见图3描述的结构的天线350。返回参见图11，用于滤波的装置1104可对应于如图8所示的参考信号滤波器855 (例如，带通滤波器)。
[0071]参见图8和12，用于产生处于第一频率的信号的装置1202可对应于振荡器823，用于接收信息的装置1204和用于选择乘法因数的装置1206可对应于TX控制器810，用于产生驱动信号的装置1208可对应于驱动电路824 (例如，功率放大器)，且用于产生无线场的装置1212可对应于天线814。在一些实施方案中，天线814可对应于具有如参见图3描述的结构的天线350。
[0072]可使用多种不同技艺和技术中的任一种来表示信息和信号。举例来说，可通过电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子或者其任何组合来表不整个以上描述中可能参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片。
[0073]结合本文所揭示的实施方案描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或所述两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的这种可交换性，上文已大体上在其功能性方面描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。将此类功能性实施为硬件还是软件取决于特定应用和对整个系统施加的设计约束。可针对每一特定应用以不同方式实施所描述的功能性，但不应将此类实施方案决策解释为造成与本发明的实施方案的范围的脱离。
[0074]结合本文所揭示的实施方案描述的各种说明性块、模块和电路可用经设计以执行本文描述的功能的通用处理器、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。处理器还可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类配置。
[0075]结合本文所揭示的实施方案描述的方法或算法和功能的步骤可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以所述两者的组合来实施。如果以软件实施，那么功能可作为一个或一个以上指令或代码存储在有形的非暂时性计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体传输。软件模块可驻留在随机存取存储器(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、可装卸式盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息和向存储媒体写入信息。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。如本文中所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘使用激光以光学方式再生数据。上文的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。处理器和存储媒体可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储媒体可作为离散组件驻留在用户终端中。为了概括本发明的目的，本文已描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应了解，根据本发明的任一特定实施方案不一定可实现所有此些优点。因此，可以实现或优化如本文教示的一个优点或优点群组而不一定实现如本文可能教示或提出的其它优点的方式来体现或实行本发明。
[0076]将容易了解对上述实施方案的各种修改，且在不脱离本发明精神或范围的情况下，本文所界定的一般原理可适用于其它实施方案。因此，本发明不希望限于本文展示的实施方案，而是应被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。
【权利要求】
1.一种无线电力发射器，其包括: 电力源，其经配置以产生处于第一频率的信号； 控制器，其经配置以接收指示多个频率处的电力电平限制的信息，且基于所述电力电平限制选择乘法因数； 通信信号产生器，其耦合到所述电力源，且经配置以接收处于所述第一频率的所述信号且基于所述选定乘法因数产生处于第二频率的通信信号； 驱动器，其耦合到所述电力源，且经配置以接收处于所述第一频率的所述信号且产生处于所述第一频率的驱动信号，所述驱动信号与所述通信信号大体上同相；以及 发射电路，其经配置以接收包含所述通信信号和所述驱动信号的组合信号以产生无线场。
2.根据权利要求1所述的无线电力发射器，其中所述通信信号产生器包含乘法器，所述乘法器经配置以基于所述乘法因数产生处于作为所述第一频率的整数倍的所述第二频率的参考信号。
3.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的无线电力发射器，其中所述控制器经配置以产生数据信号，且其中所述通信信号产生器进一步包括调制器，所述调制器经配置以接收所述数据信号且基于所述所接收数据信号调制所述参考信号以产生所述通信信号。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的无线电力发射器，其进一步包括多路复用器，所述多路复用器经配置以接收所述通信信号和所述驱动信号以产生所述组合信号。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的无线电力发射器，其中所述发射电路包括发射天线，且其 中所述发射天线包含发射线圈。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的无线电力发射器，其中所述发射天线在所述第一频率下谐振。
7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的无线电力发射器，其中所述第一频率为约6.78MHz，且其中所述第二频率为约40.72MHz。
8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的无线电力发射器，其中所述控制器经配置以动态地改变所述乘法因数以编码额外信息。
9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的无线电力发射器，其中所述控制器经配置以动态地改变所述乘法因数以增加所述通信信号的通过量。
10.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的无线电力发射器，其中所述乘法因数为整数。
11.一种经由无线场传送电力的方法，其包括: 产生处于第一频率的信号； 接收指示多个频率处的电力电平限制的信息； 基于所述电力电平限制选择乘法因数； 基于所述选定乘法因数产生处于第二频率的通信信号； 产生处于所述第一频率的驱动信号，所述驱动信号与所述通信信号大体上同相；以及 基于包含所述通信信号和所述驱动信号的组合信号产生所述无线场。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述乘法因数是整数。
13.根据权利要求11和12中任一权利要求所述的方法，其进一步包括产生数据信号，且基于所述数据信号调制参考信号以产生所述通信信号。
14.根据权利要求11到13中任一权利要求所述的方法，其进一步包括通过改变所述乘法因数来编码信息。
15.根据权利要求11到14中任一权利要求所述的方法，其中所述第一频率为约6.78MHz，且其中所述第二频率为约40.72MHz。
16.根据权利要求11到15中任一权利要求所述的方法，其进一步包括动态地改变所述乘法因数来增加所述数据信号的通过量。
17.一种用于经由无线场传送电力的设备，其包括: 用于产生处于第一频率的信号的装置； 用于接收指示多个频率处的电力电平限制的信息的装置； 用于基于所述电力电平限制选择乘法因数的装置； 用于基于所述选定乘法因数产生处于第二频率的通信信号的装置； 用于产生处于所述第一频率的驱动信号的装置，所述驱动信号与所述通信信号大体上同相；以及 用于基于包含所述通信信号和所述驱动信号的组合信号产生无线场的装置。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述用于产生处于所述第一频率的信号的装置包括振荡器，所述用于接收信息的装置包括控制器，所述用于选择所述乘法因数的装置包括控制器，所述用于产生驱动信号的装置包括功率放大器，且所述用于产生无线场的装置包括天线。`
19.根据权利要求17和18中任一权利要求所述的设备，其中所述乘法因数是整数。
20.根据权利要求17到19中任一权利要求所述的设备，其进一步包括用于产生数据信号的装置，以及用于基于所述数据信号调制参考信号以产生所述通信信号的装置。
【文档编号】H04B5/00GK103891156SQ201280051734
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月17日 优先权日:2011年10月21日
【发明者】威廉·亨利·冯诺瓦克三世 申请人:高通股份有限公司