無線電力載波同步通信的制作方法
【專利摘要】本發明揭示用于與無線電力發射器通信的設備和方法。根據一個方面，一種裝置可包含用于無線地發射處于電力載波的電力信號和處于數據信號載波的數據信號的天線。接收器可經配置以接收所述電力信號和所述數據信號且基于所述所接收信號確定參考信號。
【專利說明】無線電力載波同步通信
【技術領域】
[0001]本發明是針對用于無線電力發射器與無線電力接收器之間的通信的方法和系統。【背景技術】
[0002]越來越多數目和種類的電子裝置經由可再充電電池來供電。此些裝置包含移動電話、便攜式音樂播放器、膝上型計算機、平板計算機、計算機外圍裝置、通信裝置(例如，藍牙裝置)、數碼相機、助聽器和類似物。雖然電池技術已改進，但電池供電的電子裝置越來越多地需要且消耗更大量的電力，進而經常需要再充電。可再充電裝置經常通過物理上連接到電源的電纜或其它類似連接器經由有線連接充電。電纜和類似連接器可能有時是不方便的或笨重的，且具有其它缺點。將用以對可再充電電子裝置進行充電或對電子裝置提供電力的能夠在自由空間中傳送電力的無線充電系統可克服有線充電解決方案的一些缺陷。因此，高效且安全地傳送電力到電子裝置的無線電力傳送系統和方法是需要的。
【發明內容】
[0003]在所附權利要求書的范圍內的系統、方法和裝置的各種實施方案各自具有若干方面，其中并無單個一者唯一地負責本文描述的所要屬性。在不限制所附權利要求書的范圍的情況下，本文描述一些突出特征。
[0004]在附圖和以下描述中陳述在本說明書中描述的標的物的一個或一個以上實施方案的細節。從描述、圖式以及權利要求書將明了其它特征、方面和優點。應注意，附圖的相對尺寸可能未按比例繪制。
[0005]本發明的一個方面提供無線電力發射器設備。所述無線電力發射器設備包含電力源，其經配置以產生處于第一頻率的信號。所述無線電力發射器設備進一步包含控制器，其經配置以接收指示多個頻率處的電力電平限制的信息，且基于所述電力電平限制選擇乘法因數。所述無線電力發射器設備進一步包含通信信號產生器，其耦合到所述電力源且經配置以接收處于所述第一頻率的所述信號且基于所述選定乘法因數產生處于第二頻率的通信信號。所述無線電力發射器設備進一步包含驅動器，其耦合到所述電力源且經配置以接收處于所述第一頻率的所述信號且產生處于所述第一頻率的驅動信號，所述驅動信號與所述通信信號大體上同相。所述無線電力發射器設備進一步包含發射電路，其經配置以接收包含所述通信信號和所述驅動信號的組合信號以產生無線場。
[0006]本發明中描述的標的物的另一方面提供一種經由無線場傳送電力的方法包括。所述方法包含產生處于第一頻率的信號。所述方法進一步包含接收指示多個頻率處的電力電平限制的信息。所述方法進一步包含基于所述電力電平限制選擇乘法因數。所述方法進一步包含基于所述選定乘法因數產生處于第二頻率的通信信號。所述方法進一步包含產生處于所述第一頻率的驅動信號，所述驅動信號與所述通信信號大體上同相。所述方法進一步包含基于包含所述通信信號和所述驅動信號的組合信號產生所述無線場。
[0007]本發明中描述的標的物的另一方面提供一種用于經由無線場傳送電力的設備。此設備包含用于產生處于第一頻率的信號的裝置。此設備進一步包含用于接收指示多個頻率處的電力電平限制的信息的裝置。此設備進一步包含用于基于所述電力電平限制選擇乘法因數的裝置。此設備進一步包含用于基于所述選定乘法因數產生處于第二頻率的通信信號的裝置。此設備進一步包含用于產生處于所述第一頻率的驅動信號的裝置，所述驅動信號與所述通信信號大體上同相。此設備進一步包含用于基于包含所述通信信號和所述驅動信號的組合信號產生無線場的裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是根據本發明的實施方案的示范性無線電力傳送系統的功能框圖。
[0009]圖2是根據本發明的各種實施方案的可在圖1的無線電力傳送系統中使用的示范性組件的功能框圖。
[0010]圖3是根據本發明的實施方案的包含發射或接收天線的圖2的發射電路或接收電路的一部分的示意圖。
[0011]圖4是根據本發明的實施方案的可在圖1的無線電力傳送系統中使用的發射器的功能框圖。
[0012]圖5是根據本發明的實施方案的可在圖1的無線電力傳送系統中使用的接收器的功能框圖。 [0013]圖6是可在圖4的發射電路中使用的發射電路的一部分的示意圖。 [0014]圖7是根據比較性實例的接收器系統的簡化框圖。.[0015]圖8是根據一些實施方案的無線電力系統的簡化框圖。
[0016]圖9是用于接收和確定參考信號的方法的流程圖。
[0017]圖10是發射電力信號和通信信號的方法的流程圖。
[0018]圖11是根據一些實施方案的無線電力發射器的功能框圖。
[0019]圖12是根據一些實施方案的無線電力接收器的功能框圖。
[0020]圖中圖解說明的各種特征可能未按比例繪制。因此，各種特征的尺寸可為了清楚而任意地擴大或減小。另外，一些圖式可能未描繪給定系統、方法或裝置的所有組件。最終，在整個說明書和附圖中可使用相同參考標號來表示相同特征。
【具體實施方式】
[0021]下文結合附圖陳述的詳細描述既定作為對本發明的示范性實施方案的描述，且既定不表示其中可實踐本發明的僅有實施方案。在整個本描述中使用的術語“示范性”意味著“充當實例、例子或說明”，且不一定解釋為比其它示范性實施方案優選或有利。詳細描述包含具體細節以用于提供對本發明的示范性實施方案的詳盡理解。在一些實例中，一些裝置是以框圖形式展示。
[0022]無線地傳送電力可指代傳送與電場、磁場、電磁場或不使用物理電導體而從發射器到接收器的其它場(例如，電力可傳送經過自由空間)相關聯的任何形式的能量。輸出到無線場(例如，磁場)中的電力可由“接收天線”接收、俘獲或耦合以實現電力傳送。電力輸出電平和傳送效率足以對接收裝置的負載(例如可再充電電池或類似物)進行充電。
[0023]圖1是根據本發明的示范性實施方案的示范性無線電力傳送系統100的功能框圖。可從電力源(未圖示)將輸入電力102提供到發射器104以用于產生用于提供能量傳送的場105。接收器108可耦合到場105，且產生輸出電力110以用于供耦合到輸出電力110的裝置(未圖示)存儲或消耗。發射器104和接收器108分離一距離112。在一個示范性實施方案中，發射器104和接收器108是根據互諧振關系來配置。當接收器108的諧振頻率和發射器104的諧振頻率大體上相同或很接近時，發射器104與接收器108之間的發射損失最小。由此，與可能需要大線圈的要求線圈很靠近(例如，數毫米)的純電感解決方案相比，可在更大距離上提供無線電力傳送。諧振電感耦合技術因此可允許在各種距離上以及關于多種電感線圈配置的改善的效率和電力傳送。
[0024]當接收器108位于由發射器104產生的能量場105中時，接收器108可接收電力。場105對應于發射器104輸出的能量可由接收器105俘獲的區。在一些情況下，場105可對應于發射器104的“近場”，如下文將進一步描述。發射器104可包含用于輸出能量發射的發射天線114。接收器108進一步包含用于從能量發射接收或俘獲能量的接收天線118。所述近場可對應于其中存在強反應場的區，所述強反應場得自發射天線114中從發射天線114最少地輻射電力的電流和電荷。在一些情況下,近場可對應于在發射天線114的大約一個波長(或其分數)內的區。發射天線114和接收天線118是根據將與其相關聯的應用和裝置來定大小。如上所述，可通過將發射天線114的場105中的能量的較大部分耦合到接收天線118而不是在電磁波中將大部分能量傳播到遠場來進行高效的能量傳送。當定位在場105內時，可在發射天線114與接收天線118之間形成“耦合模式”。在發射天線114和接收天線118周圍可發生此耦合的區域在本文稱為耦合模式區。
[0025]圖2是根據本發明的各種示范性實施方案的可在圖1的無線電力傳送系統100中使用的示范性組件的功能框圖。發射器204可包含發射電路206，其可包含振蕩器222、驅動器電路224以及濾波器與匹配電路226。振蕩器222可經配置以在所要頻率下產生信號，例如468.75KHz、6.78MHz或13.56MHz，所述頻率可響應于頻率控制信號223來調整。振蕩器信號可提供到驅動器電路224，所述驅動器電路經配置以在例如發射天線214的諧振頻率下驅動發射天線214。驅動器電路224可為切換放大器，其經配置以從振蕩器222接收方波且輸出正弦波。舉例來說，驅動器電路224可為E類放大器。還可包含濾波器與匹配電路226以過濾掉諧波或其它不想要的頻率，且將發射器204的阻抗匹配于發射天線214。
[0026]接收器208可包含接收電路210，其可包含匹配電路232以及整流器與切換電路234以從AC電力輸入產生DC電力輸出，從而對如圖2所示的電池236進行充電或對耦合到接收器108的裝置(未圖示)進行供電。可包含匹配電路232以將接收電路210的阻抗匹配于接收天線218。接收器208和發射器204可另外在單獨通信信道219 (例如，藍牙、紫蜂、蜂窩式等等)上通信。接收器208和發射器204可替代地使用無線場206的特性經由帶內信令而通信。
[0027]如下文更詳細地描述，可初始具有相關聯負載(例如，電池236)的接收器208可經配置以確定由發射器204發射且由接收器208接收的電力量是否適合用于對電池236進行充電。負載(例如，電池236)可經配置以選擇性地耦合到接收器208。接收器208可經配置以在確定所述電力量適當后即刻啟用負載(例如，電池236)。在一些實施方案中，接收器208可經配置以直接利用從無線電力傳送場接收的電力而無電池236的充電。舉例來說，例如近場通信(NFC)或射頻識別裝置(RFID等通信裝置可經配置以從無線電力傳送場接收電力且通過與無線電力傳送場進行交互而通信和/或利用所接收電力來與發射器204或其它裝置通信。
[0028]圖3是根據本發明示范性實施方案的包含發射或接收天線352的圖2的發射電路206或接收電路210的一部分的示意圖。如圖3中圖解說明，在示范性實施方案中使用的發射或接收電路350可包含線圈352。線圈352也可稱為或經配置為“環形”天線352。線圈352在本文也可稱為或經配置為“磁性”天線或電感線圈。術語“線圈”既定指代可無線地輸出或接收能量以用于耦合到另一“線圈”的組件。線圈還可稱為經配置以無線地輸出或接收電力的類型的“天線”。線圈352可經配置以包含空氣芯或例如鐵氧體芯(未圖示)等物理芯。空氣芯環形線圈可較能夠容忍外來物理裝置放置于所述芯的附近。此外，空氣芯環形線圈352允許將其它組件放置于芯區域內。另外，空氣芯環可較容易使得能夠將接收天線218 (圖2)放置于發射天線214 (圖2)的平面內，在所述平面中發射天線214 (圖2)的耦合模式區可較為強力。
[0029]如所述，發射器104與接收器108之間的高效能量傳送可在發射器104與接收器108之間的匹配或近似匹配的諧振期間發生。然而，即使當發射器104與接收器108之間的諧振不匹配時也可傳送能量，但效率可能受影響。通過將來自發射天線的場105的能量耦合到駐留于其中建立此場105的區中的接收天線而不是將來自發射天線的能量傳播到自由空間中來進行能量傳送。
[0030]環形天線或磁性天線的諧振頻率是基于電感和電容。電感可僅僅為線圈352所產生的電感，而電容可被添加到線圈的電感而產生所要諧振頻率下的諧振結構。作為非限制性實例，電容器352和電容器354可被添加到發射或接收電路350以產生在諧振頻率下選擇信號356的諧振電路。因此，對于較大直徑的線圈，維持諧振所需的電容的大小可隨著環的直徑或電感的增加而減小。此外，隨著線圈的直徑增加，近場的高效能量傳送區域可增力口。使用其它組件形成的其它諧振電路也是可能的。作為另一非限制性實例，電容器可并聯放置于天線350的兩個端子之間。對于發射天線，具有大體上對應于線圈352的諧振頻率的頻率的信號358可為對線圈352的輸入。
[0031]在一個實施方案中，發射器104可經配置以輸出具有對應于發射天線114的諧振頻率的頻率的時變磁場。當接收器在場105內時，所述時變磁場可在接收天線118中感應電流。如上所述，如果接收天線118經配置以在發射天線118的頻率下諧振，那么可有效地傳送能量。在接收天線118中感應的AC信號可如上所述經整流以產生DC信號，所述DC信號可經提供以對負載充電或給其供電。
[0032]圖4是根據本發明的示范性實施方案可在圖1的無線電力傳送系統中使用的發射器404的功能框圖。發射器404可包含發射電路406和發射天線414。發射天線414可為圖3所示的線圈352。發射電路406可通過提供振蕩信號來將RF電力提供到發射天線414，從而導致發射天線414周圍產生能量(例如，磁通量)。發射器404可在任何合適頻率下操作。舉例來說，發射器404可在13.56MHz ISM頻帶下操作。
[0033]發射電路406可包含:固定阻抗匹配電路409，用于將發射電路406的阻抗(例如，50歐姆)匹配于發射天線414;以及低通濾波器(LPF) 408，其經配置以將諧波發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。其它示范性實施方案可包含不同的濾波器拓撲，包含(但不限于)陷波濾波器，所述陷波濾波器使特定頻率衰減同時使其它頻率通過且可包含自適應阻抗匹配，所述不同濾波器拓撲可基于可測量的發射量度而變化，例如到天線414的輸出電力或由驅動器電路424汲取的DC電流。發射電路406進一步包含驅動器電路424，其經配置以驅動由振蕩器423確定的RF信號。發射電路406可包括離散裝置或電路，或者可包括集成組合件。來自發射天線414的示范性RF電力輸出可大約為
2.5 瓦。
[0034]發射電路406可進一步包含控制器415，用于在針對特定接收器的發射相位(或工作循環)期間啟用振蕩器423，用于調整振蕩器423的頻率或相位，且用于調整輸出電力電平以實施用于通過相鄰裝置所附接的接收器與相鄰裝置交互的通信協議。應注意，控制器415在本文也可稱為處理器415。對振蕩器相位和發射路徑中的相關電路的調整可允許減少帶外發射，尤其是當從一個頻率轉變到另一頻率時。
[0035]發射電路406可進一步包含負載感測電路416，用于檢測在由發射天線414產生的近場附近存在或不存在作用中的接收器。舉例來說，負載感測電路416監視流到驅動器電路424的電流，所述電流可受到在由發射天線414產生的場附近存在或不存在作用中的接收器的影響，如下文將進一步描述。對驅動器電路424上的加載的改變的檢測是由控制器415監視以用于確定是否啟用振蕩器423用于發射能量以及與作用中接收器通信。如下文更完整地描述，在驅動器電路424處測得的電流可用以確定是否一無效裝置位于發射器404的無線電力傳送區內。
[0036]發射天線414可用利茲(Litz)線實施或實施為天線條，所述天線條的厚度、寬度和金屬類型經選擇以使電阻性損失保持較低。在一個實施方案中，發射天線414可大體上經配置以與例如桌子、墊、燈或其它較不便攜的配置等較大結構相關聯。因此，發射天線414通常可能不需要“匝”來具有實際尺寸。發射天線414的示范性實施方案可為“電學上較小”(即，波長的分數)，且通過使用電容器來界定諧振頻率而經調諧以在較低可用頻率下諧振。
[0037]發射器404可搜集和跟蹤關于可與發射器404相關聯的接收器裝置的行蹤和狀態的信息。因此，發射電路406可包含連接到控制器415 (本文中也稱為處理器)的存在檢測器480、封閉式檢測器460或其組合。控制器415可響應于來自存在檢測器480和封閉式檢測器460的存在信號而調整由驅動器電路424遞送的電力量。發射器404可通過若干電力源接收電力，所述電力源例如用以轉換建筑物中存在的常規AC電力的AC/DC轉換器(未圖示)、用以將常規DC電力源轉換為適合于發射器404的電壓的DC/DC轉換器(未圖示)，或直接從常規DC電力源(未圖示)接收電力。
[0038]作為非限制性實例，存在檢測器480可為運動檢測器，用以感測插入到發射器404的覆蓋區域中的待充電裝置的初始存在。在檢測之后，可接通發射器404且可使用由裝置接收的RF電力來以預定方式雙態觸發RX裝置上的開關，這又導致對發射器404的驅動點阻抗的改變。
[0039]作為另一非限制性實例，存在檢測器480可為能夠例如通過紅外檢測、運動檢測或其它合適手段檢測人類的檢測器。在一些示范性實施方案中，可能存在限制發射天線414在特定頻率下可發射的電力量的規章。在一些情況下，這些規章有意保護人類免受電磁輻射。然而，可能存在發射天線414放置于無人類占用或人類很少占用的區域中的環境，例如車庫、工廠地面、商店和類似處。如果這些環境沒有人類，那么可準許將發射天線414的電力輸出增加到高于正常電力限制規章。換句話說，控制器415可響應于人類存在而將發射天線414的電力輸出調整到規章水平或更低，且在人類在距發射天線414的電磁場的規章距離之外時將發射天線414的電力輸出調整到高于規章水平的水平。
[0040]作為非限制性實例，封閉式檢測器460(本文也可稱為封閉式隔間檢測器或封閉式空間檢測器)可為例如感測開關等裝置，用于確定封殼何時處于關閉或打開狀態。當發射器處于在封閉狀態中的封殼中時，可增加發射器的電力電平。
[0041]在示范性實施方案中，可使用發射器404不會不確定地保持接通的方法。在此情況下，發射器404可經編程以在用戶確定的時間量之后切斷。此特征防止發射器404、尤其是驅動器電路424在其周邊的無線裝置被完全充電之后繼續操作。此情況可能是由于電路未能檢測到從中繼器或接收天線發送的裝置被完全充電的信號。為了防止發射器404在另一裝置放置于其周邊的情況下自動關閉，可僅在其周邊未檢測到運動的設定周期之后激活發射器404自動切斷特征。用戶可能夠確定不活動時間間隔，且按需要改變所述間隔。作為非限制性實例，所述時間間隔可比對特定類型的無線裝置完全充電所需的時間長，假設所述裝置初始被完全放電。
[0042]圖5是根據本發明的示范性實施方案的可在圖1的無線電力傳送系統中使用的接收器508的功能框圖。接收器508包含可包含接收天線518的接收電路510。接收器508進一步耦合到裝置550以用于向其提供所接收電力。應注意，將接收器508圖解說明為在裝置550外部，但可集成到裝置550中。能量可無線地傳播到接收天線518且隨后通過接收電路510的其余部分耦合到裝置550。舉例來說，充電裝置可包含例如移動電話、便攜式音樂播放器、膝上型計算機、平板計算機、計算機外圍裝置、通信裝置(例如，藍牙裝置)、數碼相機、助聽器(其它醫療裝置)和類似物等裝置。
[0043]接收天線518可經調諧以在與發射天線414(圖4)相同的頻率下或在指定頻率范圍內諧振。接收天線518可以與發射天線414相似地定尺寸，或可基于相關聯裝置550的尺寸而不同地定大小。舉例來說，裝置550可為具有比發射天線414的直徑或長度小的直徑或長度尺寸的便攜式電子裝置。在此實例中，接收天線518可實施為多匝天線，以便減少調諧電容器(未圖示)的電容值且增加接收天線的阻抗。舉例來說，接收天線518可放置于裝置550的實質環境周圍，以便最大化天線直徑且減少接收天線518的環形匝(即，繞組)的數目和繞組間電容。
[0044]接收電路510可提供與接收天線518的阻抗匹配。接收電路510包含電力轉換電路506，用于將所接收RF能量源轉換為供裝置550使用的充電電力。電力轉換電路506包含RF/DC轉換器520，且也可包含DC/DC轉換器522。RF/DC轉換器520將在接收天線518處接收的RF能量信號整流為非交流電力，其中輸出電壓由表示。DC/DC轉換器522 (或其它電力調節器)將經整流RF能量信號轉換為與裝置550兼容的能量電勢(例如，電壓)，其中輸出電壓和輸出電流由Vwt和Iwt表示。預期各種RF/DC轉換器，包含部分和完全整流器、調節器、橋接器、倍增器以及線性和切換轉換器。
[0045]接收電路510可進一步包含切換電路512，用于將接收天線518連接到電力轉換電路506或者用于斷開電力轉換電路506。從電力轉換電路506斷開接收天線518不僅暫停對裝置550的充電，而且改變由發射器404 (圖2) “看見”的“負載”。
[0046]如上文揭示，發射器404包含負載感測電路416，其可檢測提供到發射器驅動器電路424的偏置電流的波動。因此，發射器404具有用于確定何時接收器存在于發射器的近場中的機制。
[0047]當多個接收器508存在于發射器的近場中時，可能希望對一個或一個以上接收器的加載和卸載進行時間多路復用以使其它接收器能夠更有效地耦合到發射器。也可隱匿接收器508以便消除到其它附近接收器的耦合或減少附近發射器上的加載。接收器的此“卸載”在本文也稱為“隱匿”。此外，由接收器508控制且由發射器404檢測的卸載與加載之間的此切換可提供從接收器508到發射器404的通信機制，如下文更完整闡釋。另外，協議可與所述切換相關聯，所述協議使得能夠將消息從接收器508發送到發射器404。舉例來說，切換速度可為大約100微秒。
[0048]在示范性實施方案中，發射器404與接收器508之間的通信指代裝置感測和充電控制機制，而不是常規的雙向通信(即，使用耦合場的帶內信令)。換句話說，發射器404可使用對所發射信號的開/關鍵控來調整能量是否在近場中可用。接收器可將這些能量改變解譯為來自發射器404的消息。從接收器側，接收器508可使用對接收天線518的調諧和解諧來調整正從場接受多少電力。在一些情況下，調諧和解諧可經由切換電路512來實現。發射器404可檢測來自場的所使用電力的此差異，且將這些改變解譯為來自接收器508的消息。應注意，可利用對發射電力和負載行為的其它形式的調制。
[0049]接收電路510可進一步包含信令檢測器與信標電路514，用以識別可對應于從發射器到接收器的信息信令的所接收能量波動。此外，信令與信標電路514還可用以檢測減少的RF信號能量(即，信標信號)的發射且將減少的RF信號能量整流為標稱電力以用于喚醒接收電路510內的未被供電或電力耗盡的電路，以便配置接收電路510進行無線充電。
[0050]接收電路510進一步包含處理器516，用于協調本文描述的接收器508的過程，所述過程包含對本文描述的切換電路512的控制。在包含檢測到向裝置550提供充電電力的外部有線充電源(例如，墻壁/USB電力)等其它事件發生后也可即刻進行接收器508的隱匿。除了控制接收器的隱匿之外，處理器516還可監視信標電路514以確定信標狀態且提取從發射器404發送的消息。處理器516還可調整DC/DC轉換器522以得到改善的性能。
[0051]圖6是可在圖4的發射電路406中使用的發射電路600的一部分的示意圖。發射電路600可包含如上文在圖4中描述的驅動器電路624。如上所述，驅動器電路624可為切換放大器，其可經配置以接收方波且輸出正弦波以提供到發射電路650。在一些情況下，驅動器電路624可稱為放大器電路。驅動器電路624展示為E類放大器，然而，根據本發明的實施方案可使用任何合適的驅動器電路624。驅動器電路624可由來自如圖4所示的振蕩器423的輸入信號602驅動。驅動器電路624還可具備驅動電壓VD，其經配置以控制通過發射電路650可遞送的最大電力。為了消除或減少諧波，發射電路600可包含濾波器電路626。濾波器電路626可為三極(電容器634、電感器632和電容器636)低通濾波器電路 626。
[0052]由濾波器電路626輸出的信號可提供到包括天線614的發射電路650。發射電路650可包含具有電容620和電感的串聯諧振電路(例如，可由于線圈的電感或電容或者額外電容器組件)，其可在由驅動器電路624提供的經濾波信號的頻率下諧振。發射電路650的負載可由可變電阻器622表示。負載可隨著經定位以從發射電路650接收電力的無線電力接收器508而變。[0053]無線電力系統可能需要通信系統來控制和協調電力傳送。舉例來說，無線電力發射器與無線電力接收器之間的通信可用以控制電力電平且促進控制多少電力正遞送到無線電力接收器。如上文論述，可在帶內經由電力信號的調制或在帶外經由不同頻率上的數據發射來執行通信。
[0054]如果利用帶外信令，那么存在可使用的若干調制方案。這些調制方案可包含例如相移鍵控(PSK)、頻移鍵控(FSK)、幅移鍵控(ASK)、正交振幅調制(QAM)或類似物。對于相位調制方法，相位信息的恢復可能因如下要求而復雜化:產生準確的局部頻率以與所接收信號進行比較，以便提取在經相位調制信號中發射的數據。多個裝置同時發射數據信號也可受到由于缺乏準確參考信號而可能發生的無意中干擾的不利影響。舉例來說，缺乏準確相位參考可導致不同裝置傳送的信號之間的相長或相消干擾，進而潛在地破壞由每一裝置發射的數據。
[0055]圖7是根據比較性實例的接收器系統708的簡化框圖。如圖7所示，接收器系統708可經配置以對使用正交振幅調制(QAM)方法調制的信號進行解調。在圖7的系統中，處于第一頻率Fl (例如，6.78MHz)的電力載波用于電力發射，且處于第二頻率F2 (例如，40.68MHz)的通信信號載波用于數據發射。系統包含連接到接收天線718的諧振槽電路750。分支端子751連接到諧振槽電路750以及第一濾波器752和第二濾波器754。第一濾波器752可被配置為載波信號濾波器(例如，帶通濾波器)。第一濾波器752可僅在第一頻率Fl (例如，6.78MHz)下傳遞信號。第二濾波器754可被配置為數據信號濾波器754(例如，另一帶通濾波器)。第二濾波器754可經配置以僅在第二頻率F2(例如，40.68MHz)下傳遞信號。在一些實施方案中，可不包含第一濾波器752(例如，電力信號載波濾波器)，且第二濾波器754(例如，數據信號載波濾波器)可包含額外濾波組件以便移除電力載波。
[0056]第一濾波器752的輸出(例如，6.78MHz電力載波)可連接到標準PLL電路756，所述標準PLL電路鎖定到電力載波頻率且在第二頻率F2(例如，40.68MHz)下產生相位穩定的參考。舉例來說，如圖解說明，PLL電路756包含相位頻率檢測器758、PLL濾波器760、壓控振蕩器762，和除法器764。PLL電路756也可包含未圖解說明的其它組件(例如，電荷泵)。
[0057]在第二頻率F2(例如，40.68MHz)下的參考信號(REF)可隨后被饋送到兩個乘法器766和768。第一乘法器766通過數據信號放大器770從數據信號濾波器754接收所接收數據信號。第一乘法器766還接收參考信號(例如,處于40.68MHz)。第二乘法器768通過數據信號放大器770從數據信號濾波器754接收所接收數據信號，且通過相移電路772接收參考頻率信號。相移電路772可經配置以使參考頻率信號延遲例如90度。第一乘法器766的輸出可由第一輸出濾波器774和第一 A/D轉換器776處理，而第二乘法器768的輸出可由第二輸出濾波器778和第二 A/D轉換器780處理。所得配置可表現為1-Q檢測器。
[0058]如圖7中圖解說明，接收器系統708包含鎖相回路電路756以便計算對于解調具有有限準確性的局部參考。相移鍵控接收器也可能需要額外電路用于零相位恢復。在相移鍵控接收器中，可使用相移平衡或相位參考方案來產生平均零相位參考以用作“零相位”的局部參考。隨后將所得所接收群集與此(有限準確性)相位參考進行比較。
[0059]根據一些實施方案，揭不一種獲取準確的相位參考信號的系統和方法。本文描述的系統可能夠產生準確的相位參考，且因此不一定需要上述相位確定方案。[0060]圖8是根據一些實施方案的無線電力系統的簡化框圖。如圖8所示，無線電力系統包含無線電力發射器804，其包含振蕩器823以及經配置以產生無線電力載波信號的驅動器電路824 (例如，功率放大器)。無線電力載波信號通過載波信號濾波器890發射到發射器多路復用器892，且用以驅動發射天線814以通過無線場發射信號到無線電力接收器808。無線電力發射器804還包含無線電力TX控制器810，其經配置以控制無線電力發射器804的組件的操作。如圖解說明，無線電力TX控制器810經配置以將控制信號發送到振蕩器823和驅動器電路824以控制由無線電力發射器804產生的無線電力傳送場。此外，無線電力TX控制器810經配置以產生數據信號以用于將信息傳送到無線電力接收器808。舉例來說，無線電力TX控制器810可經配置以產生數據信號，所述數據信號在調制器894的輸入處被接收。調制器894也可經配置以從乘法器896的輸出接收通信信號載波頻率信號。乘法器896可經配置以在振蕩器823的輸出處接收頻率信號，且將頻率信號乘以乘法因數。舉例來說，振蕩器823可產生處于第一頻率Fl(例如，6.78MHz)的頻率信號。乘法器可將頻率Fl乘以乘法因數M(例如，M = 6)以產生數據信號載波頻率F2(例如，40.68MHz)。數據信號載波F2可由調制器894利用以產生用于發射的數據信號。調制器894的輸出可通過數據信號放大器897和數據信號濾波器898耦合到發射器多路復用器892。發射器多路復用器892可經配置以通過發射天線814發射處于數據信號載波頻率的數據信號以及處于電力信號載波頻率的電力信號。
[0061]如圖解說明，數據信號載波頻率F2是電力信號載波頻率Fl的倍數，且因此，頻率信號Fl和F2彼此同相。乘法因數M的選擇可基于關于不同頻率下的信號強度水平的適用的標準。舉例來說，TX控制器810可經配置以接收指示特定限制和不同頻率的信息。基于關于限制的所接收信息，TX控制器810可經配置以選擇頻率Fl和F2以使得電力信號載波頻率Fl及其諧波不會相長地干擾數據信號載波頻率F2及其諧波從而超過任一頻帶中的限制。舉例來說，在一些實施方案中，電力信號包含處于電力信號載波頻率的倍數的諧波，因為所述電力信號可能不是純正弦波。諧波也可為靜態的(例如，位于電力載波的相同頻率倍數)或者諧波可由于操作條件的變化(例如，接收器放置、發射器電力電平或類似者)而改變。對應于電力信號的諧波的數據載波在所述數據信號與所述諧波同相的情況下可相長地干擾所述諧波。因此，處于諧波/數據信號頻率的總能量可由于相長干擾而增加。然而，由于總能量是數據信號與電力信號諧波的總和，因此由于相長干擾而不存在與數據載波相關聯的額外能量。因此，從由相長干擾造成的增加能量對系統提供極少益處用于傳送數據信號。然而，增加的能量可導致系統在對應于諧波和數據信號的頻率下超過發射限制。
[0062]在一些實施方案中，可選擇乘法因數以使得數據信號與電力信號的諧波之間的干擾不超過經界定(例如，規章)限制。舉例來說，可選擇乘法因數以避免具有較低經界定限制和/或位于相對靠近電力信號載波處的特定頻率。在一些實施方案中，可選擇乘法因數且可確定電力信號的對應諧波的相位。數據載波可在與對應電力信號載波諧波異相180度的相位處產生，以便在諧波和數據載波的對應頻率處保持低于經界定限制。在一些實施方案中，乘法因數可為預定的且在無線電力發射器的操作期間設定。在其它實施方案中，乘法因數可在操作期間動態變化。舉例來說，乘法因數可基于關于電力信號諧波的相位和能量水平的反饋而動態變化。在一些實施方案中，乘法因數可動態變化，以便編碼額外信息以發射到無線電力接收器和/或增加數據信號的通過量。[0063]圖8還圖解說明與無線電力發射器804通信的無線電力接收器808。如圖解說明，無線電力接收器808可包含接收天線818，用于經由無線電力發射器804產生的無線場接收信號。所接收信號可包含處于通信信號載波頻率F2的數據信號和處于電力信號載波頻率Fl的電力信號。接收天線818的輸出可耦合到接收器多路復用器842。接收器多路復用器842可經配置以從所接收信號輸出數據信號和電力信號。如圖解說明，接收器多路復用器842的第一輸出可耦合到無線電力接收電路888，包含各種組件，例如濾波器、負載調整電路、整流器和調節器，用于產生信號以向充電裝置傳送電力。接收器多路復用器842的輸出還可提供到數據信號濾波器854和參考信號濾波器855。數據信號濾波器854 (例如，帶通濾波器)可經配置以對所接收信號進行濾波且輸出處于數據信號載波頻率F2 (例如，
40.68MHz)的信號。參考信號濾波器855 (例如，帶通濾波器)可經配置以對所接收信號進行濾波且輸出對應于電力信號載波頻率Fl (例如,6.78MHz)的信號。參考信號濾波器855的輸出可由乘法器882接收且乘以乘法因數M(例如，M = 6)以產生對應于數據信號頻率載波F2(例如，40.68MHz)的參考信號。無線電力RX控制器816可接收數據信號濾波器854的輸出和參考信號(REF)，且可使用參考信號來解碼數據信號。舉例來說，無線電力RX控制器816可包含相位檢測電路,用于檢測數據信號與參考信號之間的相位偏移。基于相位偏移，無線電力RX控制器816可解碼對應于所檢測相位差的特定信息。由于利用了電力載波中含有的相位信息，因此可以較簡單、較便宜且較穩健的方式實行數據載波中的相位信息的解調。
[0064]無線電力RX控制器816還可使用參考信號來產生通信信號以用于發射回到無線電力發射器804或其它無線電力接收器808。如圖解說明，無線電力RX控制器816可基于參考信號產生數據信號，且輸出處于基于參考信號的數據信號頻率的數據信號。在一些實施方案中，無線電力RX控制器816可經配置以產生從參考信號的相位偏移以編碼用于發射的數據。調制器884可產生數據信號輸出，所述數據信號通過數據輸出放大器886由接收器多路復用器842接收。接收器多路復用器842可經配置以將數據信號發射到無線電力發射器804和/或其它無線電力接收器808。由于數據信號是基于從所接收電力信號提取的參考信號產生，因此無線電力接收器808可經同步以使得來自無線電力接收器808的數據發射不會彼此相消地干擾。舉例來說，由于多個無線電力接收器808中的每一者從接收自無線電力發射器808的同一信號提取參考信號，因此參考信號中的每一者彼此同相。由無線電力接收器808發射的信號(例如，通過基于參考信號的相位調制)不可能彼此相消地干擾。因此，多個裝置可同時向無線電力發射器804發射數據而無相消干擾。此外，無線電力接收器808的電路可相對于其它無線電力接收器而簡化。
[0065]根據一些實施方案，可利用通信協議(例如，達拉斯I線協議)來為基于線“或”(wired-OR)方案的沖突避免和仲裁提供明確支持。線“或”方案通常需要通信系統在無裝置正在信令時讀取‘無信號’，且在一個或一個以上裝置正在信令時讀取‘信號’。常規上，可利用開關鍵控通信系統(例如，利用幅移鍵控ASK)。然而，在常規通信系統中，由于載波信號的相位在不同通信裝置之間未鎖定，因此由不同裝置發射的信號之間的相消干擾可能不合意地阻止信號中的任一者的接收。通過經由上述方法將所有潛在發射器相位鎖定到電力載波信號，防止了相消干擾，且可實施無線線“或”協議。根據上文參見圖8論述的實施方案，經同步通信裝置具有較簡單的線“0R”協議實施方案和相對于常規裝置減少的成本。
[0066]圖9圖解說明根據一些實施方案的確定參考信號的方法的流程圖。方法900包含經由無線場接收信號，如框902說明。所接收信號包含在第一頻率(例如，電力信號載波Fl)下發射的無線電力信號與在第二頻率(例如，數據信號載波頻率F2)下發射的通信信號的組合。在框904處，可對所接收信號進行濾波以基于在所述第一頻率下發射的無線電力信號產生處于第二頻率的參考信號，所述參考信號與無線電力信號大體上同相。
[0067]圖10是發射電力信號和通信信號的方法的流程圖。如圖10所示，方法1000包含產生處于第一頻率(例如，電力載波頻率Fl)的信號，如框1002中所示。接收指示多個頻率處的電力電平限制的信息，如框1004中所示。基于電力電平限制選擇乘法因數，如框1006中所示。舉例來說，可選擇乘法因數以確保電力信號與通信信號的組合不超過任何限制。基于乘法因數產生處于第二頻率(例如，數據信號載波頻率F2)的通信信號，如框1008中所不。在框1010處,產生與通信信號大體上同相的處于第一頻率的驅動信號。基于包含通信信號和驅動信號的組合信號產生無線場，如框1012中所示。
[0068]圖11是根據一些實施方案的無線電力接收器1100的功能框圖。無線電力接收器1100包含用于經由無線場接收信號的裝置，如框1102中所示。所接收信號包含在第一頻率下發射的無線電力信號與在第二頻率下發射的通信信號的組合。無線電力接收器1100還包含用于對所接收信號進行濾波以產生處于對應于第一頻率的第二頻率的參考信號的裝置，如框1104中所示。所產生參考信號與無線電力信號大體上同相。通信和控制總線1110可用于如圖11所示的無線電力接收器1100的各種組件之間的通信。
[0069]圖12是根據一些實施方案的無線電力發射器1200的功能框圖。無線電力發射器1200包含如框1202中所示的用于產生處于第一頻率的信號的裝置，如框1204中所示的用于接收指示多個頻率處的電力電平限制的信息的裝置，如框1206中所示的用于基于電力電平限制選擇乘法因數的裝置，如框1208中所示的用于基于選定乘法因數產生處于第二頻率的通信信號的裝置，以及如框1210中所示的用于產生處于第一頻率的驅動信號的裝置。驅動信號與通信信號大體上同相。無線電力發射器1200還包含用于基于包含通信信號和驅動信號的組合信號產生無線場的裝置，如框1212中所示。通信和控制總線1214可用于如圖12所示的無線電力接收器1200的各種組件之間的通信。
[0070]以上描述的方法的各種操作可由能夠執行所述操作的任何合適裝置執行，所述裝置例如各種硬件和/或軟件組件、電路和/或模塊。大體上，圖中說明的任何操作可由能夠執行所述操作的對應功能裝置執行。舉例來說，參見圖11，用于接收信號的裝置1102可對應于如圖8所示的耦合到多路復用器842的接收天線818。在一些實施方案中，天線818可對應于具有如參見圖3描述的結構的天線350。返回參見圖11，用于濾波的裝置1104可對應于如圖8所示的參考信號濾波器855 (例如，帶通濾波器)。
[0071]參見圖8和12，用于產生處于第一頻率的信號的裝置1202可對應于振蕩器823，用于接收信息的裝置1204和用于選擇乘法因數的裝置1206可對應于TX控制器810，用于產生驅動信號的裝置1208可對應于驅動電路824 (例如，功率放大器)，且用于產生無線場的裝置1212可對應于天線814。在一些實施方案中，天線814可對應于具有如參見圖3描述的結構的天線350。
[0072]可使用多種不同技藝和技術中的任一種來表示信息和信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學粒子或者其任何組合來表不整個以上描述中可能參考的數據、指令、命令、信息、信號、位、符號和碼片。
[0073]結合本文所揭示的實施方案描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可實施為電子硬件、計算機軟件或所述兩者的組合。為了清楚地說明硬件與軟件的這種可交換性，上文已大體上在其功能性方面描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路和步驟。將此類功能性實施為硬件還是軟件取決于特定應用和對整個系統施加的設計約束。可針對每一特定應用以不同方式實施所描述的功能性，但不應將此類實施方案決策解釋為造成與本發明的實施方案的范圍的脫離。
[0074]結合本文所揭示的實施方案描述的各種說明性塊、模塊和電路可用經設計以執行本文描述的功能的通用處理器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或其任何組合來實施或執行。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的處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器還可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、結合DSP核心的一個或一個以上微處理器或任何其它此類配置。
[0075]結合本文所揭示的實施方案描述的方法或算法和功能的步驟可直接以硬件、以由處理器執行的軟件模塊或以所述兩者的組合來實施。如果以軟件實施，那么功能可作為一個或一個以上指令或代碼存儲在有形的非暫時性計算機可讀媒體上或經由計算機可讀媒體傳輸。軟件模塊可駐留在隨機存取存儲器(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、可裝卸式盤、CD-ROM或此項技術中已知的任何其它形式的存儲媒體中。存儲媒體耦合到處理器，使得處理器可從存儲媒體讀取信息和向存儲媒體寫入信息。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。如本文中所使用，磁盤及光盤包含壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學光盤、數字多功能光盤(DVD)、軟磁盤及藍光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再生數據，而光盤使用激光以光學方式再生數據。上文的組合也應包含在計算機可讀媒體的范圍內。處理器和存儲媒體可駐留在ASIC中。ASIC可駐留在用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲媒體可作為離散組件駐留在用戶終端中。為了概括本發明的目的，本文已描述了本發明的某些方面、優點和新穎特征。應了解，根據本發明的任一特定實施方案不一定可實現所有此些優點。因此，可以實現或優化如本文教示的一個優點或優點群組而不一定實現如本文可能教示或提出的其它優點的方式來體現或實行本發明。
[0076]將容易了解對上述實施方案的各種修改，且在不脫離本發明精神或范圍的情況下，本文所界定的一般原理可適用于其它實施方案。因此，本發明不希望限于本文展示的實施方案，而是應被賦予與本文所揭示的原理和新穎特征一致的最廣范圍。
【權利要求】
1.一種無線電力發射器，其包括: 電力源，其經配置以產生處于第一頻率的信號； 控制器，其經配置以接收指示多個頻率處的電力電平限制的信息，且基于所述電力電平限制選擇乘法因數； 通信信號產生器，其耦合到所述電力源，且經配置以接收處于所述第一頻率的所述信號且基于所述選定乘法因數產生處于第二頻率的通信信號； 驅動器，其耦合到所述電力源，且經配置以接收處于所述第一頻率的所述信號且產生處于所述第一頻率的驅動信號，所述驅動信號與所述通信信號大體上同相；以及 發射電路，其經配置以接收包含所述通信信號和所述驅動信號的組合信號以產生無線場。
2.根據權利要求1所述的無線電力發射器，其中所述通信信號產生器包含乘法器，所述乘法器經配置以基于所述乘法因數產生處于作為所述第一頻率的整數倍的所述第二頻率的參考信號。
3.根據權利要求1和2中任一權利要求所述的無線電力發射器，其中所述控制器經配置以產生數據信號，且其中所述通信信號產生器進一步包括調制器，所述調制器經配置以接收所述數據信號且基于所述所接收數據信號調制所述參考信號以產生所述通信信號。
4.根據權利要求1到3中任一權利要求所述的無線電力發射器，其進一步包括多路復用器，所述多路復用器經配置以接收所述通信信號和所述驅動信號以產生所述組合信號。
5.根據權利要求1到4中任一權利要求所述的無線電力發射器，其中所述發射電路包括發射天線，且其 中所述發射天線包含發射線圈。
6.根據權利要求1到5中任一權利要求所述的無線電力發射器，其中所述發射天線在所述第一頻率下諧振。
7.根據權利要求1到6中任一權利要求所述的無線電力發射器，其中所述第一頻率為約6.78MHz，且其中所述第二頻率為約40.72MHz。
8.根據權利要求1到7中任一權利要求所述的無線電力發射器，其中所述控制器經配置以動態地改變所述乘法因數以編碼額外信息。
9.根據權利要求1到8中任一權利要求所述的無線電力發射器，其中所述控制器經配置以動態地改變所述乘法因數以增加所述通信信號的通過量。
10.根據權利要求1到9中任一權利要求所述的無線電力發射器，其中所述乘法因數為整數。
11.一種經由無線場傳送電力的方法，其包括: 產生處于第一頻率的信號； 接收指示多個頻率處的電力電平限制的信息； 基于所述電力電平限制選擇乘法因數； 基于所述選定乘法因數產生處于第二頻率的通信信號； 產生處于所述第一頻率的驅動信號，所述驅動信號與所述通信信號大體上同相；以及 基于包含所述通信信號和所述驅動信號的組合信號產生所述無線場。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述乘法因數是整數。
13.根據權利要求11和12中任一權利要求所述的方法，其進一步包括產生數據信號，且基于所述數據信號調制參考信號以產生所述通信信號。
14.根據權利要求11到13中任一權利要求所述的方法，其進一步包括通過改變所述乘法因數來編碼信息。
15.根據權利要求11到14中任一權利要求所述的方法，其中所述第一頻率為約6.78MHz，且其中所述第二頻率為約40.72MHz。
16.根據權利要求11到15中任一權利要求所述的方法，其進一步包括動態地改變所述乘法因數來增加所述數據信號的通過量。
17.一種用于經由無線場傳送電力的設備，其包括: 用于產生處于第一頻率的信號的裝置； 用于接收指示多個頻率處的電力電平限制的信息的裝置； 用于基于所述電力電平限制選擇乘法因數的裝置； 用于基于所述選定乘法因數產生處于第二頻率的通信信號的裝置； 用于產生處于所述第一頻率的驅動信號的裝置，所述驅動信號與所述通信信號大體上同相；以及 用于基于包含所述通信信號和所述驅動信號的組合信號產生無線場的裝置。
18.根據權利要求17所述的設備，其中所述用于產生處于所述第一頻率的信號的裝置包括振蕩器，所述用于接收信息的裝置包括控制器，所述用于選擇所述乘法因數的裝置包括控制器，所述用于產生驅動信號的裝置包括功率放大器，且所述用于產生無線場的裝置包括天線。`
19.根據權利要求17和18中任一權利要求所述的設備，其中所述乘法因數是整數。
20.根據權利要求17到19中任一權利要求所述的設備，其進一步包括用于產生數據信號的裝置，以及用于基于所述數據信號調制參考信號以產生所述通信信號的裝置。
【文檔編號】H04B5/00GK103891156SQ201280051734
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2011年10月21日
【發明者】威廉·亨利·馮諾瓦克三世 申請人:高通股份有限公司