專利名稱：使用無線電力的通信系統的制作方法
技術領域：
以下描述涉及一種用于使用無線電力的通信的設備和系統。
背景技術：
已經進行了對于無線電力傳輸的研究以解決各種問題，諸如，電池的容量有限，由于各種的裝置(包括便攜式裝置)的爆炸性增長而導致有線電力供應更加不便等。大量研究主要集中在近場無線電力傳輸。近場無線電力傳輸指的是發送線圈和接收線圈之間的距離相對于工作頻率的波長足夠短的情況。
使用諧振特性的無線電力發送和接收系統可包括用于提供電力的源和用于接收電力的目標。在發送和接收無線電力的過程期間，源和目標可共享控制信息。為了共享控制信息，可在源和目標之間執行同步。

發明內容
在一總體方面，提供了一種使用無線電力的通信裝置，所述通信裝置包括計算器，被配置用于計算通過與源諧振器的互諧振存儲在目標諧振器中的能量的波形的包絡的斜率；估計單元，被配置用于將位于斜率達到最大的點周圍預定間隔內的點估計為源諧振器和目標諧振器之間的互諧振的開始點。通信裝置還可包括包絡檢測器，被配置用于檢測施加到目標諧振器的電流或電壓的波形的包絡。計算器可被配置用于計算檢測的包絡上具有預定間隔的兩點之間的斜率。計算器可被配置用于計算沿著檢測的包絡的多個點處的切線的斜率。通信裝置還可包括幀檢測器，通過測量在預定滑動窗口時間段期間施加到目標諧振器的信號的幅度來檢測從源諧振器發送的幀。幀可包括前導區域，用于檢測從源諧振器發送的幀，估計源諧振器和目標諧振器之間的互諧振的開始點，并檢測存儲在目標諧振器中的能量的捕捉點；主體區域，用于將能量從源諧振器發送到目標諧振器，將數據從源諧振器發送到目標諧振器。通信裝置還可包括控制器，被配置用于將目標諧振器保持在激活狀態，從而目標諧振器響應于源諧振器發送能量而迅速通過互諧振接收能量。通信裝置還可包括信號累加單元，被配置用于累加在包括所述預定滑動窗口時間段的預定時間段期間施加到目標諧振器的信號。計算器可被配置用于計算從累加的信號檢測的包絡的斜率。包絡檢測器可被配置用于從模擬電路的輸出獲得包絡，所述模擬電路響應于電流或電壓的輸入而檢測包絡。
包絡檢測器可包括下轉換單元，被配置用于通過將諧振頻率的預定信號波形乘以從電流或電壓模擬-數字轉換(ADC)采樣的信號來產生下轉換的信號；變換器，被配置用于使用離散傅里葉變換(DFT)或快速傅里葉變換(FFT)將下轉換的信號變換為頻域信號；濾波單元，被配置用于通過對頻域信號應用低通濾波來產生去除了諧波分量的信號；逆變換器，被配置用于使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。包絡檢測器可包括變換器，被配置用于使用DFT或FFT將從電流或電壓ADC采樣的信號變換為頻域信號；循環移位器，被配置用于按照預定頻率執行頻域信號的循環移位；濾波單元，被配置用于通過對循環移位的信號應用低通濾波來產生去除了諧波分量的信號；逆變換器，被配置用于使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。包絡檢測器可包括下轉換單元，被配置用于通過將諧振頻率的預定信號波形乘以從電流或電壓ADC采樣的信號來產生下轉換的信號；濾波單元，被配置用于通過使用時域卷積對下轉換的信號應用低通濾波來產生去除了諧波分量的信號。通信裝置還可包括峰點檢測器，被配置用于檢測峰點，所述峰點與檢測的包絡的幅度達到最大值的點對應；捕捉單元，被配置用于在檢測到的峰點捕捉存儲在目標諧振器中的能量。通信裝置還可包括接收器，被配置用于通過基于互諧振的開始點激活目標諧振器的自諧振來接收從源諧振器發送的能量；解調器，被配置用于基于接收的能量的量對源諧振器發送的信息進行解調；調制器，被配置用于基于源諧振器和目標諧振器之間的互諧振對發送到源諧振器的信息進行調制。在另一方面，提供了一種使用無線電力的通信方法，所述通信方法包括計算通過與源諧振器的互諧振存儲在目標諧振器中的能量的波形的包絡的斜率；將位于斜率達到最大的點周圍預定間隔內的點估計為源諧振器和目標諧振器之間的互諧振的開始點。通信方法還可包括檢測施加到目標諧振器的電流或電壓的波形的包絡。計算步驟可包括計算檢測的包絡上具有預定間隔的兩點之間的斜率。通信方法還可包括將目標諧振器保持在激活狀態，從而目標諧振器響應于源諧振器發送能量而迅速通過互諧振接收能量。通信方法還可包括檢測峰點，所述峰點與檢測的包絡的幅度達到最大值的點對應；在檢測到的峰點捕捉存儲在目標諧振器中的能量。在另一方面，提供了一種使用無線電力的通信系統，所述通信系統包括發送器，被配置用于通過互諧振將存儲在源諧振器中的能量發送到目標諧振器；包絡檢測器，被配置用于檢測通過互諧振存儲在目標諧振器中的能量的波形的包絡；計算器，被配置用于計算檢測的包絡的斜率；估計單元，被配置用于將位于斜率達到最大的點周圍預定間隔內的點估計為源諧振器和目標諧振器之間的互諧振的開始點。通過以下詳細描述、附圖和權利要求，其它特征和方面將會是明顯的。


圖1是示出使用無線電力的通信系統的等效電路的示例的示圖。圖2是示出使用無線電力的通信系統的等效電路的另一示例的示圖。
圖3是示出使用無線電力的通信裝置的示例的示圖。圖4是示出使用無線電力的通信裝置的另一示例的示圖。圖5是示出使用無線電力的通信裝置的另一示例的示圖。圖6是示出用于估計互諧振的開始點的包絡的斜率的曲線圖的示例。圖7是示出存儲在目標諧振器中的能量的波形的包絡的曲線圖和包絡上的每個
點處的斜率值的示例。
圖8是示出用于檢測包絡的信號處理操作的通信裝置的元件的曲線圖的示例。
圖9是示出用于時間同步和峰點檢測的巾貞格式的示例的示圖。
圖10是示出基于施加到接收端的信號估計與發送端的時間同步的操作的示例的
圖11是示出使用滑動窗口估計時間同步的操作的示例的示圖。
在所有附圖和詳細描述中，除非另有描述，相同的附圖標號將被理解為表示相同
具體實施例方式以下詳細描述被提供用于幫助讀者獲得對在此描述的方法、設備和/或系統的全面理解。因此，在此描述的方法、設備和/或系統的各種改變、修改和等同物將會被建議給本領域的普通技術人員。另外，為了更清楚和簡明，公知功能和構造的描述可被省略。無線電力通信系統可被應用于使用無線電力傳輸的各種系統。通信系統可用于在發送端和接收端之間交換控制信息和其它類型的信息。使用無線電力傳輸的裝置的示例包括手機、無線電視(TV)、終端、平板電腦、電器等。 在各個示例中，無線電力通信系統可應用于生物健康保健領域。例如，無線電力通信裝置可用于遠程地發送電力到嵌入人體的裝置，或用于無線地發送電力到用于測量諸如心跳的生物信號的繃帶類型裝置。作為另一示例，無線電力通信系統可應用于不包括電源的信息存儲裝置的遠程控制。例如，無線電力通信系統可遠程地將驅動裝置的電力提供給信息存儲裝置，并無線地加載存儲在信息存儲裝置中的信息。無線電力通信系統可通過將來自供電裝置的能量存儲在源諧振器來產生信號，并斷開電連接供電裝置和源諧振器的開關，從而引起源諧振器的自諧振。在此示例中，如果具有與自諧振源諧振器的諧振頻率相同的諧振頻率的目標諧振器離源諧振器足夠近以與源諧振器耦合，則會在源諧振器和目標諧振器之間發生互諧振。其結果是，電力可被無線地從源諧振器發送到目標諧振器。在各個示例中，源諧振器可表示從供電裝置(諸如有線或無線電源)被提供能量的諧振器，目標諧振器可表示接收通過與源諧振器的互諧振傳遞的能量的諧振器。這里的各個示例針對發送器和接收器。發送器可包括無線電力發送器，接收器可以是能夠無線接收電力的任何裝置，例如，終端、智能電話、計算機、平板電腦、電器、電視、傳感器等。圖1示出使用無線電力的通信系統的等效電路的示例。在該示例中，電力輸入單元110和電力發送單元120被電容器C1和開關單元130物理隔離。此外，接收器140和電力輸出單兀150被電容器C2和開關單兀160物理隔尚。參照圖1，通信系統可對應于具有源和目標的源-目標配置。也就是說，通信系統可包括與源對應的無線電力發送裝置以及與目標對應的無線電力接收裝置。在此示例中，無線電力發送裝置包括電力輸入單元110、電力發送單元120和開關單元130。電力輸入單元110可將從供電裝置接收的能量存儲在電容器C1中。開關單元130可將電容器C1與電力輸入單元110連接以為電容器C1提供能量，并可在電容器C1中存儲的能量被釋放時，斷開電容器C1和電力輸入單元110的連接，將電容器C1與電力發送單元120連接。在該示例中，開關單元130可阻止電容器C1同時連接到電力輸入單元110和電力發送單元120。電力發送單元120可將電磁能量傳送到接收器140。例如，電力發送單元120的發送線圈L1可通過與接收器140的接收線圈L2的互諧振來傳送電力。在發送線圈L1和接收線圈L2之間發生的互諧振的程度會受到互感M的影響。在此示例中，電力輸入單元110包括輸入電壓Vdc、內電阻Rin和電容器C115電力發送單元120包括反映與電力發送單元120對應的物理屬性的基本電路元件RpL1和C1,開關單元130可包括多個開關或單個開關。有源裝置可用作執行導通和斷開功能的開關。如在此描述的，R表不電阻部件，L表不電感部件，C表不電容部件。與輸入電壓的一部分對應的電容器兩端的電壓被表示為Vin。無線電力接收裝置包括接收器140、電力輸出單元150和開關單元160。接收器140可從電力發送單元120接收電磁能量。例如，接收器140可將接收的電磁能量存儲在電容器中。在能量被存儲在電容器C2中時開關單元160可將電容器C2與接收器140連接，并可斷開電容器C2與接收器140的連接，從而電容器C2可與電力輸出單元150連接，這樣存儲在電容器C2中的能量可被傳遞給負載。開關單元160可阻止電容器C2同時連接到接收器140和電力輸出單元150。接收器140的接收線圈L2可通過與電力發送單元120的發送線圈L1的互諧振來接收電力。連接到接收線圈L2的電容器C2可被充入接收的電力。例如，電力輸出單元150可將電容器C2中充入的電力傳遞到電池。作為另一示例，電力輸出單元150可將電力傳遞到負載或目標裝置，而不是傳遞到電池。 在該示例中，接收器140包括反映與接收器140對應的物理屬性的基本電路元件R2、L2和C2,電力輸出單元150包括電容器C2和電池，開關單元160可包括多個開關或單個開關。與接收線圈L2接收的能量的一部分對應的電容器C2兩端的電壓被表示為Vwt。如前面描述的，用于通過物理隔離電力輸入單元110和電力發送單元120并物理隔離接收器140和電力輸出單元150來發送電力的諧振隔離(RI)系統相對于使用阻抗匹配的現有方案可改善電力發送。例如，功率放大器可以不是必需的，因為可直接從直流(DC)源向源諧振器供應電力。此外，通過整流器的整流可以不是必需的，因為在接收端從存儲在電容器中的電力捕捉能量。因為可不使用阻抗匹配，所以傳輸效率可不響應于發送端和接收端之間的距離改變。RI系統可容易地擴展用于使用無線電力的通信系統，并包括多個發送端和多個接收端。圖2示出使用無線電力的通信系統的等效電路的另一示例。在該示例中，充電器210和發送器230被開關物理隔離，充電器240和輸出單元260被另一開關物理隔離。
參照圖2，無線電力發送裝置包括充電器210、控制器220和發送器230。充電器210包括供電裝置Vin和電阻器Rin。源諧振器包括電容器C1和電感器U。發送器230可通過源諧振器和目標諧振器之間的互諧振來發送存儲在源諧振器中的能量。控制器220可接通開關以將電力從充電器210提供給源諧振器。供電裝置可將電壓Vin提供給電容器C1，并可將電流施加到電感器U。例如，響應于無線電力發送裝置到達穩定狀態，施加到電容器C1的電壓可變為“0”，流過電感器L1的電流可具有值Vin/Rin。在穩定狀態，電感器L1可通過施加的電流被充電。如果在穩定狀態下存儲在源諧振器中的電力達到預定值，則控制器220可斷開開關。預定值可在控制器220中被設置。在該示例中，充電器210和發送器230可彼此隔離。在此情況下，源諧振器可開始電容器C1和電感器L1之間的自諧振。也就是說，通過基于互感M 270的源諧振器和目標諧振器之間的互諧振，存儲在源諧振器中的能量可被傳遞到目標諧振器。在此示例中，源諧振器的諧振頻率^可等于目標諧振器的諧振頻率f2，如等式I·所示。
權利要求
1.一種使用無線電力的通信裝置，所述通信裝置包括計算器，被配置用于計算通過與源諧振器的互諧振存儲在目標諧振器中的能量的波形的包絡的斜率；估計單元，被配置用于將位于斜率達到最大的點周圍預定間隔內的點估計為源諧振器和目標諧振器之間的互諧振的開始點。
2.如權利要求1所述的通信裝置，還包括包絡檢測器，被配置用于檢測施加到目標諧振器的電流或電壓的波形的包絡。
3.如權利要求2所述的通信裝置，其中，計算器被配置用于計算檢測的包絡上具有特定間隔的兩點之間的斜率。
4.如權利要求2所述的通信裝置，其中，計算器被配置用于計算沿著檢測的包絡的多個點處的切線的斜率。
5.如權利要求1所述的通信裝置，還包括幀檢測器，通過測量在預定滑動窗口時間段期間施加到目標諧振器的信號的幅度來檢測從源諧振器發送的幀。
6.如權利要求5所述的通信裝置，其中，幀包括前導區域，用于檢測從源諧振器發送的幀，估計源諧振器和目標諧振器之間的互諧振的開始點，并檢測存儲在目標諧振器中的能量的捕捉點；主體區域，用于將能量從源諧振器發送到目標諧振器，將數據從源諧振器發送到目標諧振器。
7.如權利要求1所述的通信裝置，還包括控制器，被配置用于將目標諧振器保持在激活狀態，從而目標諧振器響應于源諧振器發送能量而迅速通過互諧振接收能量。
8.如權利要求5所述的通信裝置，還包括信號累加單元，被配置用于累加在包括所述預定滑動窗口時間段的預定時間段期間施加到目標諧振器的信號。
9.如權利要求8所述的通信裝置，其中，計算器被配置用于計算從累加的信號檢測的包絡的斜率。
10.如權利要求2所述的通信裝置，其中，包絡檢測器被配置用于從模擬電路的輸出獲得包絡，所述模擬電路響應于電流或電壓的輸入檢測包絡。
11.如權利要求2所述的通信裝置，其中，包絡檢測器包括下轉換單元，被配置用于通過將諧振頻率的預定信號波形乘以從電流或電壓模擬-數字轉換ADC采樣的信號來產生下轉換的信號；變換器，被配置用于使用離散傅里葉變換DFT或快速傅里葉變換FFT將下轉換的信號變換為頻域信號；濾波單元，被配置用于通過對頻域信號應用低通濾波來產生去除了諧波分量的信號；逆變換器，被配置用于使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。
12.如權利要求2所述的通信裝置，其中，包絡檢測器包括變換器，被配置用于使用DFT或FFT將從電流或電壓ADC采樣的信號變換為頻域信號；循環移位器，被配置用于按照預定頻率執行頻域信號的循環移位；濾波單元，被配置用于通過對循環移位的信號應用低通濾波來產生去除了諧波分量的信號;逆變換器，被配置用于使用逆DFT或逆FFT將去除了諧波分量的信號變換為時域信號。
13.如權利要求2所述的通信裝置，其中，包絡檢測器包括下轉換單元，被配置用于通過將諧振頻率的預定信號波形乘以從電流或電壓ADC采樣的信號來產生下轉換的信號；濾波單元，被配置用于通過使用時域卷積對下轉換的信號應用低通濾波來產生去除了諧波分量的信號。
14.如權利要求2所述的通信裝置，還包括峰點檢測器，被配置用于檢測峰點，所述峰點與檢測的包絡的幅度達到最大值的點對捕捉單元，被配置用于在檢測到的峰點捕捉存儲在目標諧振器中的能量。
15.如權利要求1所述的通信裝置，還包括接收器，被配置用于通過基于互諧振的開始點激活目標諧振器的自諧振來接收從源諧振器發送的能量；解調器，被配置用于基于接收的能量的量對源諧振器發送的信息進行解調；調制器，被配置用于基于源諧振器和目標諧振器之間的互諧振并基于互諧振的開始點對發送到源諧振器的信息進行調制。
16.一種使用無線電力的通信方法，所述通信方法包括計算通過與源諧振器的互諧振存儲在目標諧振器中的能量的波形的包絡的斜率；將位于斜率達到最大的點周圍預定間隔內的點估計為源諧振器和目標諧振器之間的互諧振的開始點。
17.如權利要求16所述的通信方法，還包括檢測施加到目標諧振器的電流或電壓的波形的包絡。
18.如權利要求17所述的通信方法，其中，計算步驟包括計算檢測的包絡上具有特定間隔的兩點之間的斜率。
19.如權利要求16所述的通信方法，還包括將目標諧振器保持在激活狀態，從而目標諧振器響應于源諧振器發送能量而迅速通過互諧振接收能量。
20.如權利要求17所述的通信方法，還包括檢測峰點，所述峰點與檢測的包絡的幅度達到最大值的點對應；在檢測到的峰點捕捉存儲在目標諧振器中的能量。
21.一種使用無線電力的通信系統，所述通信系統包括發送器，被配置用于通過互諧振將存儲在源諧振器中的能量發送到目標諧振器；包絡檢測器，被配置用于檢測通過互諧振存儲在目標諧振器中的能量的波形的包絡；計算器，被配置用于計算檢測的包絡的斜率；估計單元，被配置用于將位于斜率達到最大的點周圍預定間隔內的點估計為源諧振器和目標諧振器之間的互諧振的開始點。
全文摘要
本發明提供了一種使用無線電力的通信系統、使用無線電力執行通信的裝置和系統以及使用無線電力的通信裝置。裝置可計算通過與源諧振器的互諧振存儲在目標諧振器中的能量的波形的包絡的斜率，并將位于斜率達到最大的點周圍預定間隔內的點估計為源諧振器和目標諧振器之間的互諧振的開始點。
文檔編號H04B5/00GK103023537SQ20121036554
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月27日 優先權日2011年9月27日
發明者權義根, 金尚駿 申請人:三星電子株式會社