(57)【要約】入力信号の特性を検出するための、コンピュータ記憶媒体上に符号化されたコンピュータプログラムを含む方法、システム及び装置である。１つの態様は、第１の有限入力応答（ＦＩＲ）フィルタと、第２のＦＩＲフィルタと、第１及び第２のＦＩＲフィルタに結合されたコントローラとを含む。第１のＦＩＲフィルタは、入力信号及び第１の基準信号を受信する。第１のＦＩＲフィルタは、第１の基準信号をフィルタリングして第１の正弦波信号を生成し、第１の正弦波信号と入力信号とをミキシングして第１のミキシング信号を生成する。第２のＦＩＲフィルタは、入力信号及び第２の基準信号を受信する。第２のＦＩＲフィルタは、第２の基準信号をフィルタリングして第２の正弦波信号を生成し、第２の正弦波信号と入力信号とをミキシングして第２のミキシング信号を生成する。コントローラは、第１及び第２のミキシング信号に基づいて、入力信号の特性を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相検出デバイスであって、
入力信号を受信する入力端子と、
第１の基準信号と、当該第１の基準信号の位相に対して約９０°位相がずれた第２の基準信号とを生成する信号発生器と、
前記入力端子及び前記信号発生器に結合され、前記第１の基準信号と前記入力信号とをミキシングして第１のミキシング信号を生成する第１のミキサと、
前記入力端子及び前記信号発生器に結合され、前記第２の基準信号と前記入力信号とをミキシングして第２のミキシング信号を生成する第２のミキサと、
前記第１のミキサ及び前記第２のミキサに結合されるコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記第１のミキシング信号で除算した前記第２のミキシング信号の値が閾値に達するまで、前記第１及び第２の基準信号の位相をシフトさせ、且つ、
位相シフト値に基づいて前記入力信号の位相を決定するように構成され、
前記位相シフト値は、前記第１及び前記第２の基準信号の位相がシフトされる量を示す、位相検出デバイス。
【請求項２】
前記コントローラは、９０°から前記位相シフト値を減算するように構成される、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項３】
前記コントローラは、前記第１のミキシング信号で除算した前記第２のミキシング信号の商の逆正接から、前記位相シフト値を減算するように構成される、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項４】
前記第１のミキサと前記コントローラとの間に結合される第１のフィルタと、
前記第２のミキサと前記コントローラとの間に結合される第２のフィルタと、
をさらに備え、
前記第１のフィルタは、前記第１のミキシング信号が直流（ＤＣ）信号となるように、前記第１のミキシング信号をフィルタリングし、
前記第２のフィルタは、前記第２のミキシング信号がＤＣ信号となるように、前記第２のミキシング信号をフィルタリングする、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項５】
前記コントローラは、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの１つである、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項６】
前記コントローラは、前記入力信号の前記位相を示すデータを、インピーダンス整合ネットワークに供給するようにさらに構成される、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項７】
前記コントローラに結合されたインピーダンス整合ネットワークをさらに備え、当該インピーダンス整合ネットワークは、前記入力信号の前記位相を示すデータを前記コントローラから受信し、受信した前記データに従って、共振器のインピーダンス値を調整するように構成される、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項８】
前記入力端子は、第１の入力信号を受信する第１の入力端子であり、前記位相検出デバイスは、
第２の入力信号を受信する第２の入力端子と、
マルチプレクサと、
をさらに備え、
前記マルチプレクサは、
前記第１の入力端子に結合される第１の入力と、
前記第２の入力端子に結合される第２の入力と、
前記第１のミキサ及び前記第２のミキサに結合される出力と、
を備え、
前記コントローラは、
前記第１のミキサが前記第１の基準信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第３のミキシング信号を生成し、且つ前記第２のミキサが前記第２の基準信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第４のミキシング信号を生成するように、前記マルチプレクサから前記第２の入力信号を選択し、
前記第３のミキシング信号で除算した前記第４のミキシング信号の値が前記閾値に達するまで、前記第１の基準信号の位相及び前記第２の基準信号の位相をシフトさせ、
第２の位相シフト値に基づいて、前記第２の入力信号の位相を決定し、前記第２の位相シフト値は、前記第１の基準信号の前記位相及び前記第２の基準信号の前記位相がシフトされる量を示し、且つ、
前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との位相差を決定するように構成される、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項９】
前記入力端子は、第１の入力信号を受信する第１の入力端子であり、前記位相検出デバイスは、
第２の入力信号を受信する第２の入力端子と、
前記信号発生器及び前記第２の入力端子に結合され、前記第１の基準信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第３のミキシング信号を生成する第３のミキサと、
前記信号発生器及び前記第２の入力端子に結合され、前記第２の基準信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第４のミキシング信号を生成する第４のミキサと、
をさらに備え、
前記コントローラは、
前記第３のミキシング信号で除算した前記第４のミキシング信号の値が前記閾値に達するまで、前記第１の基準信号の位相及び前記第２の基準信号の位相をシフトさせ、
第２の位相シフト値に基づいて、前記第２の基準信号の位相を決定し、前記第２の位相シフト値は、前記第１の基準信号の前記位相及び前記第２の基準信号の前記位相がシフトされる量を示し、且つ、
前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との位相差を決定する、ように構成される、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項１０】
位相検出デバイスであって、
第１の入力信号を受信する第１の入力端子と、
第２の入力信号を受信する第２の入力端子と、
正弦波基準信号を生成し、当該正弦波基準信号は位相を有する、信号発生器と、
前記信号発生器及び前記第１の入力端子に結合される第１のミキサであって、当該第１のミキサは、前記基準信号と前記第１の入力信号とをミキシングして第１のミキシング信号を生成する、第１のミキサと、
前記信号発生器及び前記第２の入力端子に結合される第２のミキサであって、当該第２のミキサは、前記基準信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第２のミキシング信号を生成する、第２のミキサと、
前記第１のミキサ、前記第２のミキサ及び前記信号発生器に結合されるコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記基準信号の前記位相をシフトさせ、
前記第１のミキシング信号のゼロ交差を検出し、前記第１のミキシング信号の前記ゼロ交差の検出に応答して、前記基準信号の前記位相を示す第１のデータを格納し、
前記第２のミキシング信号のゼロ交差を検出し、前記第２のミキシング信号の前記ゼロ交差の検出に応答して、前記基準信号の前記位相を示す第２のデータを格納し、
前記第１のデータと前記第２のデータとの差に基づいて、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との位相差を決定するように構成される、位相検出デバイス。
【請求項１１】
前記第１のミキサ及び前記コントローラに結合される第１のフィルタであって、当該第１のフィルタは、前記第１のミキシング信号が直流（ＤＣ）信号となるように、前記第１のミキシング信号をフィルタリングする、第１のフィルタと、
前記第２のミキサ及び前記コントローラに結合される第２のフィルタであって、当該第２のフィルタは、前記第２のミキシング信号がＤＣ信号となるように、前記第２のミキシング信号をフィルタリングする、第２のフィルタと、
をさらに備える、請求項１０に記載の位相検出デバイス。
【請求項１２】
前記第１のミキサ及び前記コントローラに結合される第１のコンパレータと、
前記第２のミキサ及び前記コントローラに結合される第２のコンパレータと、
をさらに備え、
前記第１のミキシング信号の前記ゼロ交差の検出は、前記第１のコンパレータの出力信号のエッジの検出を含み、
前記第２のミキシング信号の前記ゼロ交差の検出は、前記第２のコンパレータの出力信号のエッジの検出を含む、請求項１０に記載の位相検出デバイス。
【請求項１３】
前記基準信号は、固定数のステップで位相調整可能である、請求項１０に記載の位相検出デバイス。
【請求項１４】
前記第１のデータ及び前記第２のデータは、前記正弦波基準信号の第１及び第２のステップを示す、請求項１３に記載の位相検出デバイス。
【請求項１５】
前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との前記位相差を決定することは、前記第１のデータと前記第２のデータとの前記差に、前記正弦波基準信号のステップに関連するステップサイズを乗算することを含む、請求項１４に記載の位相検出デバイス。
【請求項１６】
前記コントローラは、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの１つである、請求項１０に記載の位相検出デバイス。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との前記位相差を示すデータを、インピーダンス整合ネットワークに供給するようにさらに構成される、請求項１０に記載の位相検出デバイス。
【請求項１８】
前記コントローラに結合されるインピーダンス整合ネットワークをさらに備え、当該インピーダンス整合ネットワークは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との前記位相差を示すデータを前記コントローラから受信し、受信した前記データに従って、共振器のインピーダンス値を調整するように構成される、請求項１０に記載の位相検出デバイス。
【請求項１９】
電子デバイスであって、
入力信号及び第１の基準信号を受信する第１の有限入力応答（ＦＩＲ）フィルタであり、当該第１のＦＩＲフィルタは、前記第１の基準信号をフィルタリングして第１の正弦波信号を生成し、当該第１の正弦波信号と前記入力信号とをミキシングして第１のミキシング信号を生成する、第１のＦＩＲフィルタと、
前記入力信号及び第２の基準信号を受信する第２のＦＩＲフィルタであり、当該第２のＦＩＲフィルタは、前記第２の基準信号をフィルタリングして第２の正弦波信号を生成し、当該第２の正弦波信号と前記入力信号とをミキシングして第２のミキシング信号を生成する、第２のＦＩＲフィルタと、
前記第１のＦＩＲフィルタ及び前記第２のＦＩＲフィルタに結合されるコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記第１のミキシング信号及び前記第２のミキシング信号に基づいて、前記入力信号の特性を決定するように構成される、電子デバイス。
【請求項２０】
前記入力信号の前記特性は、前記入力信号の位相又は振幅である、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２１】
前記入力信号の前記特性は、前記入力信号の位相及び振幅の両方を含む、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２２】
前記第１及び第２の基準信号は、方形波である、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２３】
前記方形波は、時間サンプリングされた方形波である、請求項２２に記載の電子デバイス。
【請求項２４】
前記方形波のサンプリングレートは、前記方形波の基本周波数の１２倍である、請求項２３に記載の電子デバイス。
【請求項２５】
前記第１の基準信号は、前記第２の基準信号に対して、所定のサンプル数だけ位相シフトされる、請求項２３に記載の電子デバイス。
【請求項２６】
前記第１及び前記第２のＦＩＲフィルタは、それぞれ、複数のフィルタゼロを含み、当該フィルタゼロは、前記第１又は第２の基準信号の高調波周波数を除去するように選択される、請求項２２に記載の電子デバイス。
【請求項２７】
前記第１及び前記第２のＦＩＲフィルタのそれぞれのゼロは、前記第１又は第２の基準信号の３次、５次、７次及び９次高調波を除去するように選択される、請求項２６に記載の電子デバイス。
【請求項２８】
前記第１及び前記第２のＦＩＲフィルタは、それぞれ、複数のフィルタタップを備え、各フィルタタップは、
遅延回路と、
スイッチと、
前記スイッチの端子に電気的に接続される抵抗と、を備え、
前記第１又は前記第２の基準信号のうちの１つは、前記遅延回路の入力に印加され、
前記スイッチは、前記遅延回路の出力により制御され、
前記入力信号は、前記スイッチを通過する、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２９】
前記第１及び第２のＦＩＲフィルタのそれぞれの前記複数のフィルタタップの前記抵抗の値は、前記第１又は第２の基準信号の高調波周波数を除去するように選択されるフィルタゼロを示す、請求項２８に記載の電子デバイス。
【請求項３０】
前記第１及び前記第２のＦＩＲフィルタは、それぞれ、５つのフィルタタップを備える、請求項２８に記載の電子デバイス。
【請求項３１】
前記入力信号の前記位相を決定することは、前記第１のミキシング信号で除算した前記第２のミキシング信号の商の逆正接を決定することを含む、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項３２】
前記第１のＦＩＲフィルタ及び前記コントローラに結合される第１のフィルタであって、当該第１のフィルタは、前記第１のミキシング信号が直流（ＤＣ）信号になるように、前記第１のミキシング信号をフィルタリングする、第１のフィルタと、
前記第２のＦＩＲフィルタ及び前記コントローラに結合される第２のフィルタであって、当該第２のフィルタは、前記第２のミキシング信号がＤＣ信号になるように、前記第２のミキシング信号をフィルタリングする、第２のフィルタと、
をさらに備える、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項３３】
前記コントローラは、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの１つである、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項３４】
前記コントローラは、前記入力信号の前記位相を示すデータを、インピーダンス整合ネットワークに供給するようにさらに構成される、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項３５】
前記コントローラに結合されるインピーダンス整合ネットワークをさらに備え、当該インピーダンス整合ネットワークは、前記入力信号の前記位相を示すデータを前記コントローラから受信し、受信した前記データに従って、共振器のインピーダンス値を調整するように構成される、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項３６】
第２の入力信号及び前記第１の基準信号を受信する第３のＦＩＲフィルタであって、当該第３のＦＩＲフィルタは、前記第１の基準信号をフィルタリングして第１の正弦波信号を生成し、当該第１の正弦波信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第３のミキシング信号を生成する、第３のＦＩＲフィルタと、
前記第２の入力信号及び前記第２の基準信号を受信する第４のＦＩＲフィルタであって、当該第４のＦＩＲフィルタは、前記第２の基準信号をフィルタリングして第２の正弦波信号を生成し、当該第２の正弦波信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第４のミキシング信号を生成する、第４のＦＩＲフィルタと、をさらに備え、
前記コントローラは、前記第３のＦＩＲフィルタ及び前記第４のＦＩＲフィルタに結合され、当該コントローラは、
前記第３のミキシング信号及び前記第４のミキシング信号に基づいて、前記第２の入力信号の位相を決定し、且つ、
前記入力信号と前記第２の入力信号との位相差を決定するように構成される、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項３７】
有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタであって、
複数のフィルタタップを備え、各フィルタタップは、
方形波を受信する入力端子と、当該方形波の遅延バージョンを出力する出力端子とを備える遅延回路と、
入力端子、出力端子及び制御端子を備えるスイッチであって、当該制御端子は、当該制御端子で前記方形波の前記遅延バージョンを受信するために、前記遅延回路の前記出力端子に電気的に接続され、当該スイッチの当該入力端子は、前記複数のフィルタタップの共通の入力信号線に電気的に接続される、スイッチと、
前記スイッチの前記入力端子又は前記出力端子のうちの１つに電気的に接続される抵抗と、
オペアンプであって、前記複数のフィルタタップのそれぞれの出力端子は、当該オペアンプの入力端子に電気的に接続される、オペアンプと、
前記オペアンプの出力端子を前記オペアンプの前記入力端子に電気的に接続させるフィードバック経路と、を備える、ＦＩＲフィルタ。
【請求項３８】
前記複数のフィルタタップの前記抵抗の値は、前記方形波の高調波周波数を除去するよう選択されるフィルタゼロを示す、請求項３７に記載のＦＩＲフィルタ。
【請求項３９】
前記フィルタゼロは、前記方形波の３次、５次、７次、９次高調波を除去するように選択される、請求項３８に記載のＦＩＲフィルタ。
【請求項４０】
前記オペアンプの出力信号は、前記方形波の基本周波数で、正弦波信号とミキシングされた入力信号を含むミキシング信号である、請求項３７に記載のＦＩＲフィルタ。
【請求項４１】
前記共通の入力信号は、直流（ＤＣ）信号であり、前記オペアンプの前記出力信号は、前記方形波の基本周波数の前記正弦波信号である、請求項４０に記載のＦＩＲフィルタ。
【請求項４２】
前記複数のフィルタタップの各遅延回路は、フィリップフロップを備える、請求項３７に記載のＦＩＲフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１５年１０月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／２４１，１９４号の優先権を主張するものであり、その開示全体は、参照により本明細書に組込まれる。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスは、当該デバイスの回路における又はシステム内の他のデバイスの回路における、電流信号又は電圧信号の位相を検出する必要がある場合がある。ある用途では、電子デバイスは、２つの信号間の位相差を決定する必要がある場合がある。既存の位相検出回路、デバイス又はシステムは、高周波歪をもたらしたり、複雑な回路機構を必要としたり、又は、比較的長い計算時間を要したりする場合がある。
【発明の概要】
【０００３】
概して、本開示は、位相及び振幅検出回路及びデバイスを特徴付ける。第１の態様では、本開示は、入力端子と、信号発生器と、信号発生器及び入力端子に結合された第１のミキサと、信号発生器及び入力端子に結合された第２のミキサと、第１のミキサ及び第２のミキサに結合されたコントローラとを含む位相検出デバイスを特徴付ける。入力端子は、位相検出デバイスへの入力信号を受信する。信号発生器は、第１の基準信号及び第２の基準信号を生成する。第２の基準信号は、第１の基準信号と９０°位相がずれている。第１のミキサは、第１の基準信号と入力信号とをミキシングして第１のミキシング信号を生成する。第２のミキサは、第２の基準信号と入力信号とをミキシングして第２のミキシング信号を生成する。コントローラは、第１のミキシング信号で除算した第２のミキシング信号の値が閾値に達するまで、第１及び第２の基準信号の位相をシフトさせ、位相シフト値に基づいて、入力信号の位相を決定するように構成される。位相シフト値は、第１及び第２の基準信号の位相がシフトされる量を示す。
【０００４】
この実装及び他の実装は、次の一以上の特徴を任意に含むことができる。
【０００５】
コントローラは、９０°から位相シフト値を減算するように構成することができる。コントローラは、第１のミキシング信号で除算した第２のミキシング信号の商の逆正接から、位相シフト値を減算するように構成されてもよい。コントローラは、入力信号の位相を示すデータを、インピーダンス整合ネットワークに供給するように構成されてもよい。コントローラは、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの１つであってもよい。
【０００６】
ある実装では、位相検出デバイスは、第１のミキサとコントローラとの間に結合される第１のフィルタと、第２のミキサとコントローラとの間に結合される第２のフィルタとをさらに備えてもよい。第１のフィルタは、第１のミキシング信号が直流（ＤＣ）信号となるように、第１のミキシング信号をフィルタリングし、第２のフィルタは、第２のミキシング信号がＤＣ信号となるように、第２のミキシング信号をフィルタリングすることができる。
【０００７】
ある実装では、位相検出デバイスは、コントローラに結合されたインピーダンス整合ネットワークを備えてもよい。インピーダンス整合ネットワークは、入力信号の位相を示すデータをコントローラから受信し、受信したデータに従って、共振器のインピーダンス値を調整するように構成することができる。
【０００８】
ある実装では、位相検出デバイスの入力端子は、第１の入力信号を受信する第１の入力端子である。位相検出回路は、第２の入力信号を受信する第２の入力端子と、マルチプレクサとを備えてもよい。マルチプレクサは、第１の入力端子に結合される第１の入力と、第２の入力端子に結合される第２の入力と、第１のミキサ及び第２のミキサに結合される出力とを備えることができる。コントローラは、第１のミキサが第１の基準信号と第２の入力信号とをミキシングして第３のミキシング信号を生成し、且つ、第２のミキサが第２の基準信号と第２の入力信号をミキシングして第４のミキシング信号を生成するように、マルチプレクサから第２の入力信号を選択し；第３のミキシング信号で除算した第４のミキシング信号の値が閾値に達するまで、第１の基準信号の位相及び第２の基準信号の位相をシフトさせ；第２の位相シフト値に基づいて、第２の入力信号の位相を決定し、第２の位相シフト値は、第１の基準信号の位相及び第２の基準信号の位相がシフトされる量を示し；第１の入力信号と第２の入力信号との位相差を決定するように、マルチプレクサから第２の入力信号を選択するよう構成することができる。
【０００９】
ある実装では、位相検出デバイスの入力端子は、第１の入力信号を受信する第１の入力端子である。記位相検出デバイスは、第２の入力信号を受信する第２の入力端子と、信号発生器及び第２の入力端子に結合される第３のミキサと、信号発生器及び第２の入力端子に結合される第４のミキサとを含むことができる。第３のミキサは、第１の基準信号と第２の入力信号とをミキシングして第３のミキシング信号を生成する。第４のミキサは、第２の基準信号と第２の入力信号とをミキシングして第４のミキシング信号を生成する。コントローラは、第３のミキシング信号で除算した第４のミキシング信号の値が閾値に達するまで、第１の基準信号の位相及び第２の基準信号の位相をシフトさせ、第２の位相シフト値に基づいて、第２の基準信号の位相を決定し、第２の位相シフト値は、第１の基準信号の位相及び第２の基準信号の位相がシフトされる量を示し、且つ、第１の入力信号と第２の入力信号との位相差を決定するように構成されてもよい。
【００１０】
第２の態様では、本開示は、第１の入力端子と、第２の入力端子と、信号発生器と、信号発生器及び第１の入力端子に結合される第１のミキサと、信号発生器及び第２の入力信号に結合される第２のミキサと、第１のミキサ、第２のミキサ及び信号発生器に結合されるコントローラとを含む位相検出デバイスを特徴付ける。第１の入力端子は、位相検出デバイスへの第１の入力信号を受信し、第２の入力端子は、位相検出デバイスへの第２の入力信号を受信する。信号発生器は、正弦波基準信号を生成する。第１のミキサは、基準信号と第１の入力信号とをミキシングして第１のミキシング信号を生成する。第２のミキサは、基準信号と第２の入力信号とをミキシングして第２のミキシング信号を生成する。コントローラは、基準信号の位相をシフトさせ；第１のミキシング信号のゼロ交差を検出し、第１のミキシング信号のゼロ交差の検出に応答して、基準信号の位相を示す第１のデータを格納し；第２のミキシング信号のゼロ交差を検出し、第２のミキシング信号のゼロ交差の検出に応答して、基準信号の位相を示す第２のデータを格納し；第１のデータと第２のデータとの差に基づいて、第１の入力信号と第２の入力信号との位相差を決定するように構成される。
【００１１】
この実装及び他の実装は、次の一以上の特徴を任意に含むことができる。
【００１２】
ある実装では、位相検出デバイスは、第１のミキサとコントローラとの間に結合される第１のフィルタと、第２のミキサとコントローラとの間に結合される第２のフィルタとを含むことができる。第１のフィルタは、第１のミキシング信号が直流（ＤＣ）信号となるように、第１のミキシング信号をフィルタリングすることができる。第２のフィルタは、第２のミキシング信号がＤＣ信号となるように、第２のミキシング信号をフィルタリングすることができる。
【００１３】
ある実装では、位相検出デバイスは、第１のミキサ及びコントローラに結合される第１のコンパレータと、第２のミキサ及びコントローラに結合される第２のコンパレータとを含む。第１のミキシング信号のゼロ交差を検出することは、第１のコンパレータの出力信号のエッジを検出することを含み、第２のミキシング信号のゼロ交差を検出することは、第２のコンパレータの出力信号のエッジを検出することを含む。
【００１４】
基準信号は、固定数のステップで位相調整可能である。第１のデータ及び第２のデータは、正弦波基準信号の第１及び第２のステップを示すことができる。第１の入力信号と第２の入力信号との位相差を決定することは、第１のデータと第２のデータとの差に、正弦波基準信号のステップに関連するステップサイズを乗算することを含むことができる。
【００１５】
コントローラは、第１の入力信号と第２の入力信号との位相差を示すデータを、インピーダンス整合ネットワークに供給するように構成されてもよい。コントローラは、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの１つであってよい。
【００１６】
ある実装では、位相検出デバイスは、コントローラに結合されるインピーダンス整合ネットワークを含んでもよい。インピーダンス整合ネットワークは、第１の入力信号と第２の入力信号との位相差を示すデータをコントローラから受信し、受信したデータに従って、共振器のインピーダンス値を調整するように構成することができる。
【００１７】
第３の態様では、本開示は、第１の有限入力応答（ＦＩＲ）フィルタと、第２のＦＩＲフィルタと、第１のＦＩＲフィルタ及び第２のＦＩＲフィルタに結合されるコントローラとを含む電子デバイスを特徴付ける。第１のＦＩＲフィルタは、入力信号及び第１の基準信号を受信する。第１のＦＩＲフィルタは、第１の基準信号をフィルタリングして第１の正弦波信号を生成し、第１の正弦波信号と入力信号とをミキシングして第１のミキシング信号を生成する。第２のＦＩＲフィルタは、入力信号及び第２の基準信号を受信する。第２のＦＩＲフィルタは、第２の基準信号をフィルタリングして第２の正弦波信号を生成し、第２の正弦波信号と入力信号とをミキシングして第２のミキシング信号を生成する。コントローラは、第１のミキシング信号及び第２のミキシング信号に基づいて、入力信号の特性を決定するように構成される。
【００１８】
この実装及び他の実装は、次の一以上の特徴を任意に含むことができる。
【００１９】
ある実装では、入力信号の特性は、入力信号の位相又は振幅であってよい。入力信号の特性は、入力信号の位相及び振幅の両方を含むことができる。第１及び第２の基準信号は、方形波であってもよい。方形波は、時間サンプリングされた方形波であってもよい。方形波のサンプリングレートは、方形波の基本周波数の１２倍であってよい。第１の基準信号は、第２の基準信号に対して、所定のサンプル数だけ位相シフトされてよい。
【００２０】
ある実装では、第１及び第２のＦＩＲフィルタは、それぞれ、複数のフィルタゼロを含み、フィルタゼロは、第１又は第２の基準信号の高調波周波数を除去するように選択されてよい。第１及び第２のＦＩＲフィルタのそれぞれのゼロは、第１又は第２の基準信号の３次、５次、７次及び９次高調波を除去するように選択されてよい。
【００２１】
ある実装では、第１及び第２のＦＩＲフィルタは、それぞれ、複数のフィルタタップを備える。各フィルタタップは、遅延回路と、スイッチと、スイッチの端子に電気的に接続される抵抗とを含むことができる。ここで、第１又は第２の基準信号のうちの１つは、遅延回路の入力に印加され、スイッチは、遅延回路の出力により制御され、入力信号は、スイッチを通過する。第１及び第２のＦＩＲフィルタのそれぞれの複数のフィルタタップの抵抗の値は、第１又は第２の基準信号の高調波周波数を除去するように選択されるフィルタゼロを示す。第１及び第２のＦＩＲフィルタは、それぞれ、５つのフィルタタップを備えることができる。
【００２２】
ある実装では、電子デバイスは、第１のＦＩＲフィルタ及びコントローラに結合される第１のフィルタと、第２のＦＩＲフィルタ及びコントローラに結合される第２のフィルタとを備える。第１のフィルタは、第１のミキシング信号が直流（ＤＣ）信号になるように、第１のミキシング信号をフィルタリングすることができ、第２のフィルタは、第２のミキシング信号がＤＣ信号になるように、第２のミキシング信号をフィルタリングすることができる。
【００２３】
ある実装では、入力信号の位相を決定することは、第１のミキシング信号で除算した第２のミキシング信号の商の逆正接を決定することを含んでもよい。コントローラは、入力信号の位相を示すデータを、インピーダンス整合ネットワークに供給するように構成されてもよい。コントローラは、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの１つであってもよい。
【００２４】
ある実装では、位相検出デバイスは、コントローラに結合されるインピーダンス整合ネットワークを含んでもよい。インピーダンス整合ネットワークは、入力信号の位相を示すデータをコントローラから受信し、受信したデータに従って、共振器のインピーダンス値を調整するように構成されてもよい。
【００２５】
ある実装では、電子デバイスは、第３のＦＩＲフィルタ及び第４のＦＩＲフィルタを含む。第３のＦＩＲフィルタは、第２の入力信号及び第１の基準信号を受信する。第３のＦＩＲフィルタは、第１の基準信号をフィルタリングして第１の正弦波信号を生成し、第１の正弦波信号と第２の入力信号とをミキシングして第３のミキシング信号を生成する。第４のＦＩＲフィルタは、第２の入力信号及び第２の基準信号を受信する。第４のＦＩＲフィルタは、第２の基準信号をフィルタリングして第２の正弦波信号を生成し、第２の正弦波信号と第２の入力信号とをミキシングして第４のミキシング信号を生成する。コントローラは、第３のＦＩＲフィルタ及び第４のＦＩＲフィルタに結合され、第３のミキシング信号及び第４のミキシング信号に基づいて、第２の入力信号の位相を決定し、入力信号と第２の入力信号との位相差を決定するように構成される。
【００２６】
第４の態様では、本開示は、複数のフィルタタップと、オペアンプと、フィードバック経路とを含む有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを特徴付ける。各フィルタタップは、遅延回路と、スイッチと、抵抗とを含む。遅延回路は、方形波を受信する入力端子と、方形波の遅延バージョンを出力する出力端子とを含む。スイッチは、入力端子、出力端子及び制御端子を含む。スイッチの制御端子は、制御端子で方形波の遅延バージョンを受信するために、遅延回路の出力端子に電気的に接続され、スイッチの入力端子は、複数のフィルタタップの共通の入力信号線に電気的に接続される。抵抗は、スイッチの入力端子又は出力端子のうちの１つに電気的に接続される。複数のフィルタタップのそれぞれの出力端子は、オペアンプの入力端子に電気的に接続される。フィードバック経路は、オペアンプの出力端子をオペアンプの入力端子に電気的に接続する。
【００２７】
この実装及び他の実装は、次の一以上の特徴を任意に含むことができる。
【００２８】
ある実装では、複数のフィルタタップの抵抗の値は、方形波の高調波周波数を除去するよう選択されるフィルタゼロを示す。フィルタゼロは、方形波の３次、５次、７次、９次高調波を除去するように選択されてよい。オペアンプの出力信号は、方形波の基本周波数の正弦波信号とミキシングされた入力信号を含むミキシング信号であってよい。
【００２９】
ある実装では、入力信号は、直流（ＤＣ）信号であってもよく、オペアンプの出力信号は、方形波の基本周波数の正弦波信号である。複数のフィルタタップの各遅延回路は、フィリップフロップを含んでもよい。
【００３０】
本明細書で説明される主題の特定の実施形態は、以下の一以上の利点を実現するよう実装することができる。実装は、比較的高い高調波成分を有する入力信号の位相、振幅又はその両方を正確に検出することができる。ある実装は、入力信号の位相を検出するために用いられる２つの基準信号間の位相誤差を補正することができる。ある実装は、最小限の高調波成分を有する正弦波基準信号（例えば、「クリーン」な基準信号）を生成することができる。ある実装は、位相シフトされたデジタル信号を用いることにより、信号間の最小の位相誤差を有する一対の基準信号を生成することができる。ある実装は、大きな振幅範囲を有する入力信号を適用することができる。
【００３１】
位相検出デバイスの実施形態は、必要に応じて任意の組合せで異なる実施形態と組み合わせて開示される特徴を含む、本明細書に開示される他の任意の他の特徴を含んでもよい。
【００３２】
本明細書に記載される主題の一以上の実装の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載される。主題の他の特徴、態様及び利点は、以下の発明の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】無線電力伝送システムの一例のブロック図を示す。
【図２Ａ】インピーダンス整合ネットワークを含む無線電力伝送システムの一例のブロック図を示す。
【図２Ｂ】インピーダンス整合ネットワークを含む無線電力伝送システムの一例のブロック図を示す。
【図３】本開示の実装に係る位相検出デバイスの実装の一例を示す。
【図４】位相検出デバイスの動作を示すグラフである。
【図５Ａ】多入力検出デバイスの実装の一例を示す。
【図５Ｂ】多入力検出デバイスの実装の一例を示す。
【図６】本開示の実装に係る位相検出デバイスの実装の一例を示す。
【図７】本開示の実装に係る位相検出デバイスの実装の別の例を示す。
【図８】本開示の実装に係る正弦波発生器／信号ミキサ（ＳＷＧ／ＳＭ）の一例を示す。
【図９】本開示の実装に係る正弦波発生器／信号ミキサ（ＳＷＧ／ＳＭ）の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
多様な図面における同様の参照番号及び名称は、同様の要素を示す。
【００３５】
本明細書に記載される無線エネルギー伝送システムは、幅広い種類の共振器及び共振対象を用いて、実装されてよい。当業者に認識されるように、共振器ベースの電力伝送にとって重要な考慮事項には、共振器の品質係数及び共振器結合がある。例えば、結合モード理論（ＣＭＴ）、結合係数及び結合ファクタ、品質係数（係数Ｑとも称する）、及び、インピーダンス整合等のこのような問題の広範な議論は、例えばＵＳ２０１２／０１８４３３８として２０１２年７月１９日に公開された米国特許出願第１３／４２８，１４２号、ＵＳ２０１３／００３３１１８として２０１３年２月７日に公開された米国特許出願第１３／５６７，８９３号、及び、ＵＳ２０１４／０１１１０１９として２０１４年４月２４日に公開された米国特許出願第１４／０５９，０９４号に、提供されており、これらの出願の開示全体は、参照により本明細書に組込まれる。
【００３６】
電力伝送システムは、電子デバイスに電力を提供するために用いられる電圧及び／又は電流の特性を調整、監視、維持及び／又は変更するために、整流器、ＡＣ（交流）からＤＣ（直流）へのコンバータ、インピーダンス整合回路、及び、他のパワーエレクトロニクスといった電子回路に依存することがある。パワーエレクトロニクスは、動的入力インピーダンス特性を有する負荷に電力を供給することができる。あるケースでは、効率的な電力伝送を可能にするために、動的インピーダンス整合ネットワークを設けて、変動する負荷インピーダンスを電力ソースのインピーダンスに整合させる。
【００３７】
無線電力伝送等の一部の用途では、無線電力供給デバイスの負荷インピーダンスが、動的に変化する場合がある。このような用途では、不必要なエネルギー損失及び過剰な熱を防ぐために、共振器コイル等の負荷と、デバイスの電力源との間のインピーダンス整合が必要になる場合がある。例えば、共振器コイルに関連するインピーダンスは動的であってよく、この場合には、変化する電源インピーダンス（例えば、デバイス共振器）をデバイスのインピーダンスに整合させるために、動的インピーダンス整合ネットワークを設けることができる。無線給電されるデバイスの場合、電源インピーダンス（例えば、デバイス共振器コイル）は、非常に変化する場合がある。そのため、電力の伝送効率を向上させるために、デバイス共振器コイルと、デバイスの電力ソース（例えば、バッテリ又はバッテリの充電回路機構）との間にインピーダンス整合ネットワークを設けることができる。従って、電力伝送効率を維持するように、インピーダンス整合ネットワークを構成又は変更するためには、高共振無線エネルギー伝送によって電力を伝送及び／又は受電する電力伝送システムが必要である。既存のデバイスに用いられるパワーエレクトロニクスは、インピーダンスの不整合を正確に検出又は測定することができないか、又は、インピーダンスの変化を迅速に把握できない場合がある。
【００３８】
本明細書に開示のデバイスでは、電力伝送回路及び受電回路は、位相及び／又は振幅検出回路又はデバイスを含むことができる。位相検出回路は、電源内又はデバイス内における電圧信号又は電流信号の位相を測定して、電源インピーダンスと負荷インピーダンスとの間の不整合を判定し、このインピーダンス不整合を最小限に抑えるか又はなくすよう、インピーダンス整合ネットワークの要素を構成することができる。例えば、位相検出回路は、電源電流の位相と、負荷電流の位相とを検出することができる。電源電流の位相と負荷電流の位相との位相差は、電源と負荷との間のインピーダンス不整合を示す。この位相差を、インピーダンス不整合を最小限に抑えるように、インピーダンス整合ネットワークを構成するために電子デバイスによって用いて、電力伝送効率を最大にすることができる。
【００３９】
本明細書に開示の位相検出回路、方法及びシステムを、無線電力伝送システムのからみで説明するが、他の電子デバイスにも同様に有用であり得ることを理解されたい。例えば、本明細書に開示の位相検出回路、デバイス、方法及びシステムは、力率補正デバイス、ポータブルネットワークアナライザ、通信システム及び他の電子デバイスに用いられてもよい。
【００４０】
図１は、無線電力伝送システム１００の一例のブロック図を示す。システム１００は、無線電力ソース１０２と、無線給電されるか又は無線充電されるデバイス１０４とを含む。無線給電されるか又は無線充電されるデバイス１０４は、例えば、ラップトップ、スマートフォン、タブレット、及び、デスクトップ、テーブルトップ、バートップ及び他のタイプの表面上に一般に配置される他のモバイル電子デバイス等の電子デバイスを含んでよい。デバイス１０４は、デバイス共振器１０８Ｄと、デバイス電力及び制御回路１１０と、無線給電されるか又は無線充電される電子デバイス１１２とを含み、電子デバイス１１２には、ＤＣ又はＡＣの何れか、若しくは、ＤＣ及びＡＣの電力の両方が送電される。無線電力ソース１０２は、ソース電力供給及び制御回路機構１０６と、ソース共振器１０８Ｓとを含む。電子デバイス１１２、又は、デバイス共振器１０８Ｄとデバイス電力及び制御回路機構１１０とから電力を受電するデバイスは、例えば、ラップトップ、スマートフォン及び他のモバイル電子デバイス等の電子デバイスであってよい。デバイス共振器１０８Ｄ及びデバイス回路機構１１０は、ソース共振器１０８Ｓの近傍にあるとき、１つ又は複数のデバイス１１２のバッテリを再充電したり、これらのデバイスに直接電力を供給したり、又は、その両方に用いられるデバイス１１２に電力を配送する。
【００４１】
電力ソース１０２には、例えば、コンピュータのＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ポートを含む、多数のＤＣ又はＡＣの電圧源か電流源若しくは電力ソースから、電力を供給することができる。加えて、ソース１０２には、電気グリットから、埋め込みコンセントから、バッテリから、電源から、エンジンから、太陽電池から、発電機から又は他のソース共振器から、電力を供給することができる。ソース電力供給及び制御回路機構１０６は、電源からソース電子機器を分離する回路及び構成要素を含むことができ、これにより、反射された電力又は信号が、ソース入力端子を経て結合されることはない。
【００４２】
ソース電力供給及び制御回路機構１０６は、１０ｋＨｚより大きく、且つ１００ＭＨｚ未満の周波数（例えば、６．７８ＭＨｚ）を有するような交流電流で、ソース共振器１０８を駆動することができる。ソース電力供給及び制御回路機構１０６は、例えば、インピーダンス整合回路機構、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ又はＡＣ−ＤＣコンバータ及びＤＣ−ＤＣコンバータの両方、オシレータ、及び、電力増幅器を含んでよい。
【００４３】
デバイス電力及び制御回路機構１１０は、デバイス共振器１０８Ｄからの交流電力を、一以上のデバイス１１２への電力供給又は充電に適した安定した直流電力に、変換するように設計されてよい。デバイス電力及び制御回路機構１１０は、デバイス共振器からの１つの周波数（例えば、６．７８ＭＨｚ）での交流電力を、一以上のデバイス１１２への電力供給又は充電に適した異なる周波数の交流電力に、変換するように設計されてもよい。デバイス電力及び制御回路機構１１０は、例えば、インピーダンス整合回路機構、整流回路機構、電圧制限回路機構、電流制限回路機構、ＡＣ−ＤＣコンタータ回路機構、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路機構、ＤＣ−ＡＣコンバータ回路機構、ＡＣ−ＡＣコンバータ回路機構、及び、バッテリ充電制御回路機構を含んでよい。
【００４４】
電力ソース１０２及びデバイス１０４は、ソース共振器及びデバイス共振器の動作及びエネルギー伝達効率に影響を及ぼし得る、変化する環境条件、摂動及び負荷条件を補償するために、動作点の調整を可能にする、例えば動的インピーダンス整合回路のような、チューニング能力を有することができる。チューニング能力は、複数のソースから、複数のシステム、複数のリピータ又は複数のリレー等への、複数のデバイスへの多重電力供給に用いることもできる。チューニング能力は、自動的に制御することができ、継続的、定期的、断続的若しくは予定時刻又は予定間隔で、実行されてよい。ある実装では、インピーダンス整合回路をチューニングする制御アルゴリズムを構築するために、手動入力を用いることができる。
【００４５】
電力ソース１０２及びデバイス１０４の共振器は、数メートル離してもよく、それらは互いに非常に接近させてもよいし、又は、それら間で任意の距離だけ離してもよい。ソース共振器１０８Ｓ及びデバイス共振器１０８Ｄは、横方向又は軸方向に、互いにずれていてもよい。ソース共振器１０８Ｓ及びデバイス共振器１０８Ｄは、直接整列させてもよい（横方向オフセットなし）。ソース共振器１０８Ｓ及びデバイス共振器１０８Ｄは、それらの誘導性素子で囲まれた表面領域が互いに略平行になるように、配向してもよい。ソース共振器１０８Ｓ及びデバイス共振器１０８Ｄは、それらの誘導性素子で囲まれた表面領域が互いに略垂直になるように配向してもよいし、又は、それらは、それらの間で任意の相対角度（０°〜３６０°）に、向けられるように配向してもよい。ソース共振器１０８Ｓとデバイス共振器１０８Ｄとの間の物理的配置におけるこのようなバリエーションは、共振器１０８Ｓと共振器１０８Ｄとの間の電力結合に影響を及ぼし、これにより、ソース電力供給及び制御回路機構１０６又はデバイス電力及び制御回路機構１１０のそれぞれに対して、共振器１０８Ｄ，１０８Ｄが示すインピーダンスを変える場合がある。
【００４６】
図２Ａ及び図２Ｂは、インピーダンス整合ネットワーク（ＩＭＮ）２０４及びＩＭＮ制御回路２０８を含む無線電力伝送システム２００の一例を示すブロック図を示す。システム２００は、例えば、図１の無線電力ソース１０２、若しくは、無線給電されるか又は無線充電されるデバイス１０４の何れかの一部として、実装されてもよい。システム２００は、電力ソース２０２と、ＩＭＮ２０４と、負荷２０６と、ＩＭＮ制御回路機構２０８とを含む。電力ソース２０２は、無線電力ソース１０２のソース電力供給及び制御回路機構１０６とすることができる。電力ソース２０２は、デバイス１０４のデバイス共振器１０８Ｄであってもよい。負荷２０６は、例えば、無線電力ソース１０２のソース共振器１０８Ｓであってもよい。負荷２０６は、デバイス共振器１０８で電力供給される電子デバイス１１２であってもよいし、又は、デバイス共振器１０８で充電される電子デバイス１１２のバッテリとすることができる。負荷２０６又は電力ソース２０２の何れかが示すインピーダンスは、動的であり、例えば無線電力ソース１０２（例えば、ソース共振器１０８Ｓ）に関連するデバイス１０４（例えば、デバイス共振器１０８Ｄ）の物理的位置に基づいて、変化する可能性がある。
【００４７】
インピーダンス整合ネットワーク２０４は、所望の周波数（例えば、６．７８ＭＨｚ）で電力ソース２０２と負荷２０６との間に配送される電力が最大になるように、設計されてよい。ＩＭＮ２０４におけるインピーダンス整合構成要素２１６，２１８，２２０は、共振器の高Ｑ値を維持するように、選択されて接続されてよい。動作条件に応じて、ＩＭＮ２０４における構成要素２１６，２１８，２２０は、電力ソース２０２から負荷２０６に配送される電力を制御するために、例えば電力ソース２０２からソース共振器２１０への伝送効率を最大にするように、自動的にチューニングされ得る。
【００４８】
ＩＭＮ制御回路機構２０８は、ソース２０２と負荷２０６とのインピーダンス差を監視し、ＩＭＮ２０４又はその構成要素をチューニングする制御信号を、ＩＭＮ２０４に供給する。ＩＭＮ制御回路機構２０８は、インピーダンス差を検出するために、電力伝送システム１００内の様々な回路位置における電圧又は電流を監視することができる。ＩＭＮ制御回路機構２０８は、電力伝送システム１００内の監視した電圧又は電流の位相を検出して比較するために、位相検出回路機構２０９を含むことができる。例えば、電力伝送システム１００内の２つの位置における電流間の位相差は、インピーダンス不整合を示す。ＩＭＮ制御回路機構２０８は、位相差を検出することに応答して、ＩＮＭ２０４をチューニングすることができる。
【００４９】
例えば、図２Ｂを参照すると、ＩＭＮ制御回路機構２０８は、センサ２１２及び２１４から、電力、電圧又は電流の測定値を、受信することができる。センサ２１２及び２１４は、例えばロゴスキーコイルのような、適切な電圧又は電流センサであってよい。例えば、センサ２１２は、電力ソース２０２から供給される交流電流（ＩＳ）を測定することができ、センサ２１４は、共振器２１０に供給される交流電流（ＩＬ）を測定することができる。位相検出回路機構２０９は、電流ＩＳ及びＩＬの各位相を検出する。位相検出回路２０９は、検出した電流ＩＳ及びＩＬの位相をＩＭＮ制御回路機構２０９に送信して、インピーダンス不整合を補正するために、ＩＭＮ２０４又はその構成要素（例えば、構成要素２１６，２１８，２２０）をチューニングすることができる。
【００５０】
ＩＭＮ２０４の構成要素２１６，２１８，２２０は、例えば、キャパシタ又はキャパシタのネットワーク、インダクタ又はインダクタのネットワーク、若しくは、キャパシタ、インダクタ、ダイオード、スイッチ及び抵抗の多様な組合せを含むことができる。インピーダンス整合ネットワークの構成要素は、調整可能且つ可変であり、システムの効率及び動作点に影響を及ぼすように制御することができる。インピーダンス整合は、共振器の接続点を制御すること、磁性部材の透磁率を調整すること、バイアス磁界を制御すること及び励振の周波数を調整すること等により行うことができる。インピーダンス整合は、バラクタ、バラクタアレイ、スイッチング素子、キャパシタバンク、スイッチング及びチューニング素子、逆バイアスダイオード、エアギャップキャパシタ、圧縮キャパシタ、チタン酸バリウムジルコニウム（ＢＺＴ）、電気的チューニングキャパシタ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のチューナブルキャパシタ、電圧可変誘電体及び変圧器結合チューニング回路等の任意の数又は組合せを、用いてもよいし又は含んでもよい。可変構成要素は、機械的にチューニングされてもよいし、熱的にチューニングされてもよいし、電気的にチューニングされてもよいし、及び、圧電的にチューニング等であってよい。インピーダンス整合の要素は、シリコンデバイス、窒化ガリウムデバイス、及び、炭化ケイ素デバイス等であってよい。要素は、高電流、高電圧、高電力又は電流、電圧及び電力の任意の組合せに耐えるように、選択することができる。要素は、高Ｑ素子であるように、選択されてよい。
【００５１】
図３は、電圧又は電流入力信号の位相角を検出及び監視するために、電力伝送システムに含めることができる位相検出デバイス３００の実装の一例を示す。位相検出デバイス３００は、単一入力（例えば、単一チャネル）位相検出器である。つまり、位相検出デバイス３００は、１つの入力チャネルに供給される入力信号の位相を測定する。位相検出デバイス３００は、信号発生器３０２と、信号ミキサ３０４と、コントローラ３０８とを含む。コントローラ３０８は、例えば、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってよい。コントローラ３０８は、例えばランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ又は他の適切なメモリデバイスといった、コンピュータ可読記憶デバイスを含んでもよいし、又は、これらに結合されてもよい。
【００５２】
位相検出デバイス３００の動作中、信号発生器３０２は、基準信号１及び２を生成する。基準信号１及び２は、それぞれ、入力信号の周波数と等しい周波数（例えば、６．７８ＭＨｚ）を有する正弦波信号である。理想的には、基準信号１及び２は、互いに位相が９０°ずれている。例えば、基準信号１は、Ａ＊ｓｉｎ（ωｔ）で表される正弦信号であってよく、基準信号２は、Ａ＊ｃｏｓ（ωｔ）で表される余弦信号であってよい。しかしながら、基準信号は、多くの場合、位相が正確に９０°ずれることはなく、信号は、ある程度の位相誤差（θ）（例えば、複数度に対する何分の１（例えば、０．１°以下から１０°以上））を含む。従って、基準信号１及び２は、概して、それぞれ、Ａ＊ｓｉｎ（ωｔ）及びＡ＊ｃｏｓ（ωｔ）で表すことができる。ある例では、位相検出デバイス３００は、基準信号間の任意の位相誤差を補正することができ、これにより、正確な位相測定値を取得するために基準信号を生成する際に必要とされる精度を低減させることができる。
【００５３】
入力信号は、電力伝送システム内のある位置で測定された電流又は電圧を示す信号であってもよい。入力信号は、例えば、電力伝送システム内のある位置で測定された電流又は電圧を表す電圧信号であってもよく、ＡＩＮ＊ｓｉｎ（ωｔ＋φ）で表すことができ、ここで、φは、基準信号に対する入力信号の位相である。例えば、入力信号は、電流信号を測定するために、電力伝送システムの回路内に配置されたロゴスキーコイルの出力であってもよい。
【００５４】
信号ミキサ３０４は、基準信号の１つを一方の入力として受信し、入力信号を他方の入力として受信するように、信号発生器３０２に結合される。信号ミキサ３０４は、基準信号のそれぞれと入力信号とをミキシングして（例えば、時間領域乗算を実行して）、ミキシング信号１及び２を出力する。従って、ミキシング信号１は、下記の式によって表することができる：
【数１】
2018538517.tif 000003
また、ミキシング信号２は、下記の式によって表すことができる：
【数２】
2018538517.tif 000004
【００５５】
フィルタ３０６は、例えばミキサで生成される第１及び第２のミキシング信号から２次高調波をフィルタリングするよう設計された、ローパスフィルタであってもよい。よって、フィルタは、基準信号又は入力信号の何れかに存在する高次高調波と同様に、信号のミキシング処理で生成された２次高調波を除去することができる。フィルタリング後、ミキシング信号１は、下記の式によって表すことができ：
【数３】
2018538517.tif 000005
また、ミキシング信号２は、下記の式によって表すことができる：
【数４】
2018538517.tif 000006
【００５６】
コントローラ３０８は、ミキシング信号Ｘ及びＹを受信し、入力信号の位相を決定し、入力信号の位相を、例えばＩＭＮ制御回路機構に出力する。基準信号間に位相誤差（θ）がない場合、入力信号の位相（φ）は、下記の式によって算出することができる：
【数５】
2018538517.tif 000007
基準信号間に位相誤差（θ）がある場合、入力信号の算出される有効位相（φｅｆｆ）は、下記の式によって表することができる：
【数６】
2018538517.tif 000008
【００５７】
従って、基準信号間の位相誤差（θ）は、ミキシング信号ＸとＹとの比に変動をもたらす場合があり、結果として、入力信号の位相（φ）の算出に誤差をもたらす可能性がある。例えば、図４は、入力信号の位相（φ）の正接関数：ｔａｎ（φ）＝（Ｙ／Ｘ）のグラフを示す。ただし、Ｘ軸及びＹ軸は、コントローラ３０８の動作に対応させるために、それぞれ、（Ｙ／Ｘ）及びｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）として付してある。基準信号間の位相誤差（θ）は、ミキシング信号ＸとＹとの比に誤差４０２をもたらす。入力信号の実際の位相（φ）が、例えば１５°であっても、例えば±１０°の基準信号間の位相誤差（θ）がミキシング信号ＸとＹとの比（Ｙ／Ｘ）に変動４０２をもたらす可能性がある。誤差を考慮せずに、ミキシング信号の比（Ｙ／Ｘ）から入力信号の有効位相（φｅｆｆ）を算出することは、結果として、基準信号間の位相誤差（θ）に関連する幅広い誤差範囲４０４（例えば、約５．１°〜２３．６°）内に収まる有効位相（φｅｆｆ）の値をもたらすことになる。
【００５８】
基準信号間の任意の位相誤差（θ）の影響を最小化するために、コントローラ３０８は、ミキシング信号の比（Ｙ／Ｘ）が正接関数曲線の所定領域４０６内に収まるまで、基準信号の位相をシフトさせる。例えば、正接関数の漸近線付近では、基準信号間の位相誤差（θ）によりもたらされるミキシング信号の比（Ｙ／Ｘ）の変動４０８が入力信号の算出された有効位相（φｅｆｆ）４１０に及ぼす影響が最小になる。入力信号の実際の位相（φ）のより正確な計算は、基準信号をシフトさせる量をシフト後に算出されるような有効位相（φｅｆｆ）から減算することにより、決定することができる。
【００５９】
より詳細には、コントローラ３０８は、基準信号の両方を同等量（Δφｅｆｆ）だけシフト（例えば、遅延）させながら、ミキシング信号Ｘ及びＹの値を監視する。例えば、コントローラ３０８は、基準信号１及び基準信号２に同等の位相シフト（Δφｒｅｆ）を生成するために制御信号を信号発振器３０２に（又は、位相シフト回路（不図示）に）送信することができる。コントローラ３０８は、基準信号の位相シフト（Δφｒｅｆ）がミキシング信号の比（Ｙ／Ｘ）を正接曲線の所望領域４０６内に収めるのに十分であると判断した場合に、基準信号の位相シフトを停止することができる。例えば、コントローラ３０８は、ミキシング信号の比（Ｙ／Ｘ）を監視して、この比（Ｙ／Ｘ）が閾値を満たすか又は超えた際に、基準信号の位相シフトを停止することができる。例えば、コントローラ３０８は、比（Ｙ／Ｘ）の大きさを閾値と比較することができる。
【００６０】
ある実装では、閾値は、比（Ｙ／Ｘ）の局所最大値であってよい。例えば、コントローラ３０８は、基準信号をシフトさせながら、事前に算出した少なくとも１つの比（Ｙ／Ｘ）の値を格納し、後に算出した値を事前の値と比較することができる。後の比の値が事前に算出した値を下回るとき、コントローラ３０８は、事前に算出した値を局所最大値として用いてよく、基準信号のその対応する位相シフトを、入力信号の位相を算出するためのΔφｒｅｆとして用いてよい。
【００６１】
ミキシング信号の比（Ｙ／Ｘ）が閾値を満たすか又は超えると、コントローラ３０８は、ミキシング信号の比（Ｙ／Ｘ）を閾値に達させるために基準信号の位相をシフトさせた量に基づいて、入力信号の位相（φ）を算出することができる。例えば、入力信号の位相（φ）は、位相シフト後に算出された入力信号の有効位相（Δφｅｆｆ）から基準信号の位相シフトの量（Δφｒｅｆ）を減算することにより算出することができ、例えば下記の式により表される：
【数７】
2018538517.tif 000009
【００６２】
ある実装では、入力信号の位相（φ）は、基準信号が位相シフトされた量（Δφｒｅｆ）を９０°から減算することにより、近似させることができ、例えば、下記の式のように表される：
【数８】
2018538517.tif 000010
【００６３】
ある実装では、コントローラ３０８は、算出した入力信号の位相を示すデータを、ＩＭＮの制御回路機構（例えば、図２Ａ及び２ＢのＩＭＮ制御回路機構２０８）に送信してよい。ある実装では、コントローラ３０８は、位相検出回路機構のコントローラ及びＩＭＮのコントローラの両方としての機能を果たすことができる。換言すると、コントローラ３０８は、算出した入力信号の位相を用いて、ＩＭＮ又はその構成要素をチューニングする制御信号を生成することができる。
【００６４】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、電圧又は電流入力信号の位相角を検出及び監視するために、電力伝送システムに含めることができる、多入力位相検出デバイス５００及び５５０の実装の例を示す。より詳細には、多入力（例えば、多チャンネル）位相検出デバイス５００及び５５０は、複数の異なる入力チャネルに供給される複数の入力信号の位相、又は、複数の入力チャネルに供給される様々な入力信号間の位相差を、測定することができる。
【００６５】
図５Ａを参照すると、位相検出デバイス５００は図３に示されるものと類似するが、位相検出デバイス５００は、複数の入力信号を交互に監視するマルチプレクサ５０２を含む。図示の例では、マルチプレクサ５０２は、２つの入力信号（入力信号１及び入力信号２）を受信する。マルチプレクサ５０２の出力は、両方のミキサ３０４に結合される。コントローラ３０８は、マルチプレクサ５０２の制御入力端子（例えば、信号選択入力端子）に結合される。
【００６６】
位相検出デバイス５００では、コントローラ３０８は、入力信号間の位相差を決定することができる。例えば、コントローラ３０８は、入力信号のそれぞれに対して、図３及び図４を参照して上述したプロセスを用いて、入力信号１の位相（φ１）及び入力信号２の位相（φ２）を決定することができる。その後、コントローラ３０８は、それぞれの入力信号の位相間の差を求めることにより、入力信号間の位相差（φｄｉｆｆ）を算出することができ、例えば、式φｄｉｆｆ＝φ２−φ１にて表される。
【００６７】
より詳細には、ある実装では、コントローラ３０８は、マルチプレクサ５０２からの入力信号の１つ、例えば入力信号１を選択することができる。選択された入力信号は、第１のセットのミキシング信号（例えば、Ｘ１及びＹ１）を生成するために、ミキサ３０４により基準信号１及び基準信号２とミキシングされる。上述のように、コントローラ３０８は、ミキシング信号の比が閾値を満たすか又は超えるまで基準信号の位相をシフトさせながら、第１のセットのミキシング信号の比を監視することができる。上述のように、その後、コントローラ３０８は、近似値用の９０°からか又はミキシング信号の比の逆正接の何れかから、基準信号の位相シフト値を減算することにより、入力信号１の位相（φ１）を決定することができる。コントローラ３０８は、入力信号１の位相（φ１）を格納し、同様にして、入力信号２の位相（φ２）を決定する。次に、コントローラ３０８は、一方の入力信号の位相を他方の入力信号の位相から減算することにより、入力信号間の位相差（φｄｉｆｆ）を算出することができる。このプロセスは、各入力信号の位相値を取得するために、任意の数の入力信号に対して実行することができ、コントローラ３０８は、位相検出システム５００が実装される特定のシステムによる要望又は要求に応じて、任意の１つの入力信号の位相を他の入力信号の位相と比較することができる。
【００６８】
ある実装では、コントローラ３０８は、基準信号の位相シフトを実行し、各入力信号から生成されるミキシング信号の比を監視しながら、入力信号を交互に選択することができる。例えば、コントローラ３０８は、マルチプレクサ５０２からの入力信号の１つ、例えば入力信号１を選択することができる。前述の通り、選択された信号は、ミキサ３０４によって基準信号１及び基準信号２とミキシングされて、第１のセットのミキシング信号（例えば、Ｘ１及びＹ１）を生成する。コントローラ３０８は、第１のセットのミキシング信号の比を決定して、その値を格納することができる。コントローラ３０８は、マルチプレクサ５０２から異なる入力信号、例えば入力信号２を選択することができる。入力信号２は、一旦選択させると、ミキサ３０４によって基準信号１及び基準信号２とミキシングされ、第２のセットのミキシング信号の（例えば、Ｘ２及びＹ２）を生成する。コントローラ３０８は、第２のセットのミキシング信号の比を決定して、その値を格納することができる。これらのステップは、マルチプレクサ５０２への各入力信号に対して繰り返されてもよい。
【００６９】
各入力信号（例えば、入力信号１及び２）に対するミキシング信号の比が決定され、格納されると、コントローラ３０８は、基準信号の位相を増分値（例えば、２°、１°、０．１°等）だけシフトさせることができる。コントローラ３０８は、マルチプレクサ５０２への各入力信号を選択し、且つ各入力信号に関連するミキシング信号の比を算出する上記のステップを繰り返す。各入力信号について、コントローラ３０８は、基準信号の各増加した位相シフトでの、ミキシング信号の比が閾値を満たすか又は超えるかどうかを判定する。入力信号のうちの特定の１つに対するミキシング信号の比が閾値を満たすか又は超える場合、コントローラ３０８は、基準信号における対応する累積位相シフトを用いて、特定の入力信号の位相を算出することができる。例えば、入力信号１に関連するミキシング信号の比が、基準信号の５回目の位相シフト中に閾値に達する場合、入力信号１に対応する累積位相シフトは、増分位相シフト値の５倍となる。ある実装では、所定の入力信号に対する位相が算出されると、コントローラは、位相計算プロセスのその後の各反復プロセスに対して、その入力信号をスキップ（選択しない）してもよい。
【００７０】
各入力信号の位相が算出されたら、コントローラ３０８は、一方の入力信号の位相を他方の入力信号の位相から減算することにより、入力信号間の位相差（φｄｉｆｆ）を算出することができる。さらに、このプロセスは、任意の数の入力信号に対して行って、各入力信号の位相値を取得することができ、コントローラ３０８は、位相検出デバイスが実装される特定のシステムによる要望又は要求に応じて、任意の１つの入力信号の位相を、他の入力信号の位相と比較することができる。
【００７１】
図５Ｂは、多入力位相検出デバイス５５０の別の実装を示す。位相検出デバイス５５０は、各入力信号（例えば、入力信号１及び入力信号２）に対して、ミキサ３０４の別個のセット５５２を含む。各セット５５２の各ミキサ３０４は、入力として基準信号の１つを受信するために、信号発生器３０２に結合される。各セット５５２の両方のミキサ３０４は、第２のミキサ入力としてそれぞれの入力信号の１つを受信する。
【００７２】
例えば、入力信号１に関連するミキサ３０４のセット５５２は、各基準信号と入力信号１とをミキシングして（例えば、時間領域乗算を実行して）、第１セットのミキシング信号Ｘ１及びＹ１を出力する。同様に、入力信号２に関連するミキサ３０４のセット５５２は、各基準信号と入力信号２とをミキシングして（例えば、時間領域乗算を実行して）、第２のセットのミキシング信号Ｘ２及びＹ２を出力する。
【００７３】
コントローラ３０８は、入力信号のそれぞれに関連するミキシング信号を受信し、各入力信号の位相を決定する。例えば、コントローラ３０８は、基準信号の位相をシフトさせながら、複数の入力信号のそれぞれに関連するミキシング信号のセットを同時に監視することができる。コントローラ３０８は、ミキシング信号の各セットの比が閾値を満たすか又は超えるときを検出し、それに応じて、ミキシング信号の各セットに対応する入力信号の位相を決定する。例えば、コントローラ３０８が、入力信号１に関連するミキシング信号Ｘ１及びＹ１の比が閾値を満たすか又は超えると判断した場合、コントローラ３０８は、信号Ｘ１及びＹ１の比が閾値を満たすか又は超えたときに基準信号をシフトさせた量に相当する位相シフト値を用いて、入力信号１の位相を決定することができる。コントローラ３０８は、各入力信号の位相が決定されるまで、基準信号の位相シフト及び各入力信号に関連するミキシング信号の比の監視を続行することができる。
【００７４】
各入力信号の位相が算出されたら、コントローラ３０８は、一方の入力信号の位相から他方の入力信号の位相を減算することにより、入力信号間の位相差（φｄｉｆｆ）を算出することができる。さらに、このプロセスは、対応する数のミキサセット５５２を用いて、複数の入力信号に対して実行して、各入力信号の位相の値を取得することができる。さらに、コントローラ３０８は、位相検出デバイス５５０が実装される特定のシステムによる要望又は要求に応じて、任意の１つの入力信号の位相を、他の入力信号の位相と比較することができる。
【００７５】
ある実装では、位相検出デバイス５００又は５５０のコントローラ３０８は、複数の入力信号のうちの２つの入力信号間の算出した位相差を示すデータを、ＩＭＮの制御回路機構（例えば、図２Ａ及び２ＢのＩＭＮ制御回路機構２０８）に送信することができる。ある実装では、コントローラ３０８は、位相検出回路機構のコントローラ及びＩＭＮのコントローラの両方としての機能を果たすことができる。換言するに、コントローラ３０８は、算出した入力信号の位相差を用いて、ＩＭＮ又はその構成要素をチューニングする制御信号を生成することができる。
【００７６】
図６は、電圧又は電流入力信号間の位相角を検出及び監視するために、電力伝送システムに含めることができる、位相検出デバイス６００の一例を示す。位相検出デバイス６００は、デュアル入力（例えば、チャネル）位相差検出器である。つまり、位相検出デバイス６００は、２つの入力信号間の位相差を測定し、２つの入力チャネルのそれぞれには１つの入力信号が供給される。位相検出デバイス６００は、信号発生器６０２と、信号ミキサ６０４ａ，６０４ｂと、コントローラ６０８とを含む。フィルタ６０６を、ミキサ６０４ａ，６０４ｂの各出力とコントローラ６０８の入力端子との間に含めることができる。コントローラ３０８は、例えば、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣとすることができる。コントローラ６０８は、例えばランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ又は他の適切なメモリデバイスといった、コンピュータ可読記憶デバイスを含むか、又は、それに結合させてもよい。ある実装では、位相検出デバイス６００は、コンパレータ６１０ａ及び６１０ｂを含んでもよい。
【００７７】
位相検出デバイス６００の動作中、信号発生器６０２は、基準信号を生成する。基準信号は、入力信号の周波数（例えば、６．７８ＭＨｚ）と等しい周波数を有する。ある例では、基準信号は、ステップ状の正弦波であってよく、Ａ＊ｓｉｎ（ωｔ＋θ）として表すことができる。ここで、基準信号の位相（θ）は、ステップサイズ（Δθ）の離散ステップで制御可能である。従って、基準信号の総位相シフトは、ｎ（Δθ）で表すことができ、ここで、ｎは、基準信号の位相がシフトされるステップ数を示す。例えば、基準信号は、１．８７５°（３６０°／１９２ステップ）のステップサイズを有する１９２ステップの正弦波であってもよい。従って、１０ステップ（例えば、ｎ＝１０）の位相シフトは、１８．７５°に相当する。
【００７８】
入力信号は、電力伝送システム内の複数位置にて測定される電流又は電圧信号を示す信号であってもよい。入力信号は、例えば、電力伝送システム内の複数位置にて測定される電流又は電圧を示す電圧信号であってもよい。例えば、（例えば、チャネル１上の）入力信号１は、Ａ１＊ｓｉｎ（ωｔ＋φ１）として表すことができ、（例えば、チャネル２上の）入力信号２は、Ａ２＊ｓｉｎ（ωｔ＋φ２）として表すことができる。例えば、入力信号は、システム内の複数位置にて電流を測定するために、電力伝送システムの位相検出回路機構内に配置されるロゴスキーコイルの出力であってもよい。
【００７９】
信号ミキサ６０４ａ，６０４ｂは、基準信号を１つの入力として受信し、入力信号の１つをそれぞれ第２の入力として受信するために、信号発生器６０２に結合される。ミキサ６０４ａは、基準信号と入力信号１とをミキシングして（例えば、時間領域乗算を実行して）、ミキシング信号１を出力する。ミキサ６０４ｂは、基準信号と入力信号２とをミキシングして、ミキシング信号２を出力する。
【００８０】
フィルタ６０６は、ミキサで生成されたミキシング信号から高次の第２高調波をフィルタリングし、ＤＣ成分のみを残すように設計された、ローパスフィルタである。フィルタは、信号のミキシングプロセスで生成された２次高調波、及び、基準信号又は入力信号の何れかに存在する高次の高調波を除去する。フィルタリング後のミキシング信号１（Mixed Sig.1）は、下記のように表することができる：
【数９】
2018538517.tif 000011
また、ミキシング信号２（Mixed Sig.2）は、下記のように表すことができる：
【数１０】
2018538517.tif 000012
【００８１】
コントローラ６０８は、ミキシング信号１及び２を受信し、ミキシング信号を監視しながら、基準信号の位相をシフトさせて、入力信号間の位相差を決定する。より詳細には、コントローラは、ゼロ交差に対して、ミキシング信号１及びミキシング信号２を監視しながら、基準信号の位相をシフトさせる。例えば、コントローラは、ミキシング信号１及び２の値を監視しながら、基準信号の位相を増分的にシフトさせることができる。コントローラ６０８は、基準信号の位相をシフトさせながら、一方のミキシング信号（例えば、ミキシング信号１）の値がゼロになるか又はゼロを通過したことを検出すると、コントローラ６０８は、ミキシング信号１のゼロ交差が発生する基準信号の位相を表すデータを格納する。コントローラ６０８は、同じ技法が一貫して使用される限り、ゼロ交差の直前又は直後の何れかの基準信号の位相増分値を表すデータを格納してもよい。ある実装では、ゼロ交差の直前及び直後の基準信号の位相増分値間で、ゼロ交差のより正確な時間を補間することにより、より高い精度を達成することができる。
【００８２】
コントローラ６０８は、ミキシング信号を監視しながら、基準信号の位相（θ）をシフトし続ける。コントローラ６０８は、基準信号の位相をシフトさせながら、他方のミキシング信号（例えば、ミキシング信号２）の値がゼロになるか又はゼロを通過したことを検出すると、コントローラ６０８は、ミキシング信号２のゼロ交差が発生する基準信号の位相を表すデータを格納する。次いで、２つの入力信号間の位相差を、ミキシング信号のそれぞれのゼロ交差における基準信号の位相間の差を求めることにより決定することができる。
【００８３】
例えば、コントローラ６０８は基準信号の位相（θ）をシフトさせるため、ミキシング信号１及び２の値がプロット６２０に示すように変化する場合がある。ここで、曲線６２２及び６２４は、基準信号の位相（θ）の関数としてのミキシング信号１及び２の値を表している。コントローラ６０８が、ミキシング信号１のゼロ交差６２６を検出すると、コントローラ６０８は、ゼロ交差６２６が発生する基準信号の位相を表すデータを格納する。コントローラ６０８は、ミキシング信号を監視しながら、基準信号の位相（θ）をシフトし続ける。コントローラ６０８は、ミキシング信号２のゼロ交差６２８を検出すると、ゼロ交差６２８が発生する基準信号の位相を表すデータを格納する。コントローラ６０８は、ミキシング信号２のゼロ交差６２８での基準信号の位相を、ミキシング信号１のゼロ交差６２６での基準信号の位相から減算することにより、２つの入力信号間の位相差を決定する。
【００８４】
ある実装では、ゼロ交差での基準信号の正確な位相は必要ではない。コントローラ６０８は、基準信号の位相がミキシング信号のゼロ交差間でシフトされる量を表すデータのみを必要とする。上述のように、ある実装では、基準信号は、ステップ状の正弦波であってもよく、例えば、ステップサイズ１．８７５°を有する１９２ステップの正弦波であってもよい。このような実装では、基準信号の実際の位相は、２つの入力信号間の位相差を決定するためには必要とされない。
【００８５】
例えば、コントローラ６０８は、基準信号の位相に対して、基準信号をシフトさせるステップ数を表すために、ゼロで始まるバイナリカウンタ（例えば、００００００００ｂ）のような、任意の開始状態を用いることができる。コントローラ６０８は、信号発生器６０２に基準信号を増加的にシフトさせ、バイナリカウンタを増分させることにより、各ステップをカウントする。コントローラ６０８は、８ステップ（例えば、００００１０００ｂ）でミキシング信号１のゼロ交差６２６を検出することができる。次に、コントローラ６０８は、２４ステップで（例えば、０００１１０００ｂ）、ミキシング信号２のゼロ交差６２８を検出することができる。コントローラ６０８は、２つの入力信号間の位相角を、各ゼロ交差におけるステップ数の差と基準信号のステップサイズとの積として求めることができる。例えばΔφ＝（２４−８）＊１．８７５°＝３０°。さらに、この例では、各ゼロ交差での基準信号の位相を表すデータは、ゼロ交差が検出されるときの位相シフトのバイナリカウント値である。
【００８６】
ある実装では、コントローラ６０８は、一定の比率で基準信号の位相を継続的にシフトさせ、ゼロ交差が発生する時間を格納することができる。このような実装では、各ゼロ交差での基準信号の位相を表すデータは、格納された時間である。この場合、２つの入力信号間の位相角は、２つのゼロ交差間の時間差に、基準信号の位相シフト比率を乗じたものである。ある実装では、コントローラ６０８は、一定の比率で基準信号の位相を継続的にシフトさせ、第１のゼロ交差を検出したときにタイマーをスタートさせ、第２のゼロ交差を検出したときのタイマーの値を記憶することができる。このような実装では、２つの入力信号間の位相角は、第２のゼロ交差でのタイマーの値に、基準信号の位相シフトの比率を乗じたものとなる。
【００８７】
ある実装では、各入力チャネルは、信号ミキサ６０４ａ又は６０４ｂのそれぞれの出力と、コントローラ６０８の入力端子とに結合された、コンパレータ６１０ａ，６１０ｂを含んでもよい。コンパレータ６１０ａ，６１０ｂは、ミキシング信号のぞれぞれのゼロ交差を検出するために用いることができる。例えば、コンパレータ６１０ａ，６１０ｂは、各ミキシング信号をゼロ電位（例えば、大地電位）と比較するように、接続されてよい。各コンパレータ６１０ａ，６１０ｂの出力は、コントローラ６０８に接続され、コントローラは、各コンパレータ６１０ａ，６１０ｂの出力の立ち上りエッジを検出することにより、ミキシング信号のゼロ交差（例えば、６２６，６２８）を検出する。
【００８８】
例えば、プロット６２０の曲線６３０は、ミキシング信号１（例えば、曲線６２２）に応答するコンパレータ６１０ａからの例示的な出力を示す。この場合、コンパレータ６１０ａは、ゼロ交差６２６で正値から負値にシフトし、立ち上りエッジを形成する。コントローラ６０８は、コンパレータ６１０ａの出力の立ち上りエッジを検出し、それに応じて、立ち上りエッジを検出したときの基準信号の位相を表すデータを格納することができる。プロット６２０は立ち上りエッジを例示しているが、ある実装では、コンパレータの出力信号の立下りエッジ、又は、立下りエッジ及び立ち上りエッジの両方を用いてゼロ交差を検出することができる。
【００８９】
ある実装では、コントローラ６０８は、２つの入力信号間の算出された位相差を表すデータを、ＩＭＮの制御回路機構（例えば、図２Ａ及び図２ＢのＩＭＮ制御回路機構２０８）に送信することができる。ある実装では、コントローラ６０８は、位相検出回路機構のコントローラ及びＩＭＮのコントローラの両方としての機能を果たすことができる。換言すると、コントローラ６０８は、入力信号の算出した位相を用いて、ＩＭＮ又はその構成要素をチューニングする制御信号を生成してもよい。
【００９０】
図７は、電圧又は電流入力信号の位相角を検出及び監視するために、電力伝送システムに含めることができる、位相検出デバイス７００の別の例を示す。位相検出デバイス７００は、単一入力（例えば、単一チャネル）位相検出器である。つまり、位相検出デバイス７００は、１つの入力チャネルに供給される入力信号の位相を測定する。位相検出デバイス７００は、センシング回路７０２と、正弦波発生器／信号ミキサ７０４ａと、余弦波発生器／信号ミキサ７０４ｂと、フィルタ７０６と、コントローラ７０８とを含む。センシング回路７０２は、電流又は電圧信号を測定するように設計された回路である。例えば、センシング回路７０２は、ロゴスキーコイルであってもよい。
【００９１】
正弦波発生器／信号ミキサ７０４ａ及び余弦波発生器／信号ミキサ７０４ｂは、非正弦波（例えば、方形波）の基準信号７１０ａ，７１０ｂから正弦波信号を生成し、且つ生成した正弦波信号と入力信号とをミキシングするように構成された、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタである。正弦波発生器／信号ミキサ７０４ａ及び余弦波発生器／信号ミキサ７０４ｂは、それぞれ、概して、正弦波発生器／信号ミキサ（ＳＷＧ／ＳＭ）と称される。詳細は後述するが、正弦波発生器／信号ミキサ７０４ａ及び余弦波発生器／信号ミキサ７０４ｂは、同一構成を有することができ、両者の違いは、ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａ，７０４ｂのそれぞれで受信される基準信号７１０ａ，７１０ｂの位相である。
【００９２】
コントローラ７０８は、例えば、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣであってもよい。コントローラ７０８は、例えばランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ又は他の適切なメモリデバイスといった、コンピュータ可読記憶デバイスを含んでもよいし、又は、それに結合させてもよい。
【００９３】
位相検出デバイス７００の動作中、センシング回路７０２は、電流又は電圧信号を測定する。例えば、センシング回路７０２は、電力伝送システム内の一以上の位置における電流（例えば、６．７８ＭＨｚの交流電流（ＡＣ）信号）を測定することができる。センシング回路７０２の出力信号は、測定した電流又は電圧を表す電圧信号であってよい。例えば、センシング回路７０２の出力信号は、ＡＩＮｓｉｎ（ωｔ＋φ）として表すことができる。加えて、センシング回路７０２の出力信号は、ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａ，７０４ｂに対する入力信号である。例えば、ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａ，７０４ｂの入力信号は、電力伝送システム内の複数箇所の電流を測定するために電力伝送システムの回路内に配置された、ロゴスキーコイルの出力であってもよい。ある例では、センシング回路７０２は、測定した信号を増幅又はフィルタリングすることができる。ある例では、センシング回路７０２は、センシング回路７０２の出力信号からセンシング回路７０２の入力信号をバッファすることができる。
【００９４】
正弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａは、基準信号としてＳＩＮ基準信号７１０ａを受信し、入力信号としてセンシング回路７０２の出力信号を受信する。同様に、余弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ｂは、基準信号としてＣＯＳ基準信号７１０ｂを受信し、入力信号としてセンシング回路７０２の出力信号を受信する。ＳＩＮ基準信号７１０ａ及びＣＯＳ基準信号７１０ｂは、例えば、入力信号の周波数（例えば、６．７８ＭＨｚ）に等しい基本周波数をそれぞれ有する方形波であってもよい。ある例では、ＳＩＮ基準信号７１０ａ及びＣＯＳ基準信号７１０ｂは、互いに９０°位相がずれていることを除いて、同一である。
【００９５】
正弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａは、ＳＩＮ基準信号７１０ａをフィルタリングして、正弦波信号を生成する。例えば、正弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａは、ＳＩＮ基準信号７１０ａの基本周波数で正弦波信号（例えば、Ａｓｉｎ（ωｔ））を生成するために、ＳＩＮ基準信号７１０ａの高次高調波を除去するよう構成されてよい。例えば、正弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａは、方形波の高次高調波（例えば、３次、５次、７次及び９次高調波）を除去するように構成することができる。例えば、ＦＩＲフィルタゼロ（例えば、フィルタ係数）を選択して、ＳＩＮ基準信号７１０ａの高調波周波数を除去してもよい。正弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａは、正弦波信号と入力信号とをミキシングして（例えば、時間領域乗算を実行して）、ミキシング信号１を出力する。
【００９６】
余弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ｂは、ＣＯＳ基準信号７１０ｂをフィルタリングして、正弦波信号を生成する。例えば、余弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ｂは、ＣＯＳ基準信号７１０ｂの基本周波数で余弦波信号（例えば、Ａｃｏｓ（ωｔ））を生成するために、ＣＯＳ基準信号７１０ｂの高次高調波を除去するよう構成されてよい。例えば、余弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ｂは、方形波の高次高調波（例えば、３次、５次、７次及び９次高調波）を除去するように構成することができる。例えば、ＦＩＲフィルタゼロ（例えば、フィルタ係数）を選択して、ＣＯＳ基準信号７１０ｂの高調波周波数を除去するようにしてもよい。余弦ＳＷＧ／ＳＭ７０４ｂは、正弦波信号と入力信号とをミキシングして（例えば、時間領域乗算を実行して）、ミキシング信号２を出力する。
【００９７】
フィルタ７０６は、ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａ，７０４ｂで生成されたミキシング信号から高次高調波（例えば、ミキシングプロセスで生成されるヘテロダイン２次高調波）をフィルタリングし、ＤＣ成分のみを残すよう設計された、ローパスフィルタである。加えて、フィルタ７０６は、信号のミキシングプロセスで生成される２次高調波、及び、基準信号又は入力信号の何れかに存在する高次高調波を、除去することができる。概して、フィルタリング後のミキシング信号Ｘ（Mixed Sig.X）は、次のように表することができる：
【数１１】
2018538517.tif 000013
また、ミキシング信号Ｙ（Mixed Sig.Y）は、次のように表することができる：
【数１２】
2018538517.tif 000014
【００９８】
ある例では、ＳＷＧ／ＳＭ７０４ａ，７０４ｂの利得、フィルタ７０６の利得、基準信号７１０ａ，７１０ｂの振幅又はこれらの組合せは、ミキシングによる大きさの１／２低下及び正弦波信号の振幅（Ａ）を除去するように設定することができる。従って、フィルタリング後のミキシング信号Ｘ（Mixed Sig.X）は、下記によって表すことができる：
【数１３】
2018538517.tif 000015
また、ミキシング信号Ｙ（Mixed Sig.Y）は、次のように表すことができる：
【数１４】
2018538517.tif 000016
【００９９】
コントローラ７０８は、ミキシング信号Ｘ及びＹを受信し、ミキシング信号Ｘ及びＹに基づいて、入力信号の一以上の特性を決定することができる。コントローラ７０８は、入力信号の位相（φ）、入力信号の振幅（ＡＩＮ）又はその両方を決定することができる。コントローラ７０８は、入力信号の決定した特性を、例えばＩＭＮ制御回路機構に出力する。例えば、入力信号の位相（φ）は、次式によって算出することができる：
【数１５】
2018538517.tif 000017
加えて、入力信号の振幅（ＡＩＮ）は、次式によって算出することができる：
【数１６】
2018538517.tif 000018
【０１００】
ある実装では、ＳＩＮ基準信号７１０ａ及びＣＯＳ基準信号７１０ｂは、時間サンプリング信号であってもよい。ある例では、基準信号７１０ａ，７１０ｂは、基準信号７１０ａ，７１０ｂの基本周波数の１２倍でサンプリングされる。ある例では、ＣＯＳ基準信号７１０ｂは、所定のサンプル数でＳＩＮ基準信号７１０ａをシフトさせることにより、ＳＩＮ基準信号７１０ａから生成することができる。例えば、基準信号７１０ａ，７１０ｂを基本周波数の１２倍でサンプリングする場合、基準信号７１０ａ，７１０ｂ間の３つのサンプルのシフトは、（例えば、妥当な誤差許容範囲内で）９０°の位相シフトに相当する。
【０１０１】
ある実装では、コントローラ７０８は、算出した入力信号の位相を示すデータを、ＩＭＮの制御回路機構（例えば、図２Ａ及び図２ＢのＩＭＮ制御回路機構２０８）に送信することができる。ある実装では、コントローラ７０８は、位相検出回路機構のコントローラ及びＩＭＮのコントローラの両方としての機能を果たすことができる。換言すると、コントローラ７０８は、入力信号の算出した位相を用いて、ＩＭＮ又はその構成要素をチューニングする制御信号を生成してもよい。
【０１０２】
ある例では、位相検出デバイス７００は、多入力位相検出デバイスとして実装されてもよい。より詳細には、多入力（例えば、多チャンネル）位相検出デバイス７００は、複数の異なる入力チャネルに供給される複数の入力信号の特性を測定してもよいし、複数の入力チャネルに供給される様々な入力信号間の位相差を測定することができる。
【０１０３】
例えば、多入力位相検出デバイス７００では、図７に示す（コントローラ７０８を除く）回路機構を、各入力信号に対して複製することができる。各入力チャネルは、コントローラ７０８に結合され、複数の入力信号のそれぞれ１つ（例えば、入力信号ｎ）に対応するミキシング信号のセット（例えば、ミキシング信号Ｘｎ及びＹｎ）を生成することができる。コントローラ７０８は、入力信号間の位相差を決定することができる。例えば、コントローラ７０８は、入力信号のそれぞれに対して、図７を参照して上述したプロセスを実行することにより、入力信号１の位相（φ１）及び入力信号２の位相（φ２）の両方を求めることができる。次に、コントローラ７０８は、それぞれの入力信号間の位相差を求めることにより、入力信号間の位相差（φｄｉｆｆ）を算出することができ、例えば、式φｄｉｆｆ＝φ２−φ１にて表される。
【０１０４】
このような実装では、コントローラ７０８は、算出した複数の入力信号のうちの２つの信号間の位相差を示すデータを、ＩＭＮの制御回路機構（例えば、図２Ａ及び図２ＢのＩＭＮ制御回路機構２０８）に送信することができる。ある実装では、コントローラ７０８は、位相検出回路機構のコントローラ及びＩＭＮのコントローラの両方としての機能を果たすことができる。換言すると、コントローラ７０８は、入力信号の算出した位相を用いて、ＩＭＮ又はその構成要素をチューニングする制御信号を生成してもよい。
【０１０５】
図８及び図９は、本開示の実装に係るＳＷＧ／ＳＭ７０４の例を示す。まず図８を参照すると、ＳＷＧ／ＳＭ７０４は、ＦＩＲフィルタであり、これは、非正弦波基準信号（例えば、方形波基準信号７１０ａ，７１０ｂ）から正弦波信号を生成し、生成した正弦波信号と入力信号とをミキシングするように構成される。ＳＷＧ／ＳＭ７０４は、複数のフィルタタップ８０２を含む。各フィルタタップ８０２は、遅延回路８０４（例えば、ゲートラッチ回路、フリップフロップ、エッジトリガＤフリップフロップ）と、１つ又は複数のスイッチ８０６（例えば、トランジスタ）と、抵抗８０８（例えば、抵抗Ｒ０〜Ｒ４）とを含む。フィルタタップ８０２は、基準信号ＲＥＦが各フィルタタップ８０２の対応する遅延回路８０４により順次遅延されるように、互いに順次接続される。ＳＷＧ／ＳＭ７０４への入力信号は、各フィルタタップ８０２に渡される。ある例では、入力信号は、ハイ（入力＋）及びロー（入力−）入力信号線を用いて、渡される。加えて、各フィルタタップ８０２は、クロック信号線からクロック信号ＣＬＫを受信する。クロック信号線は、各フィルタタップ８０２内の遅延回路８０４のクロック入力端子に電気的に接続される。
【０１０６】
各フィルタタップ８０２では、遅延回路８０４の出力端子は、スイッチ８０６の制御端子に電気的に接続される。入力信号は、スイッチ８０６及び抵抗８０８を通過する。遅延回路８０４からの出力信号（すなわち、遅延基準信号ＲＥＦ）は、スイッチ８０６を制御する。ハイ（入力＋）及びロー（入力−）入力信号線を有するある実装では、各フィルタタップ８０２は、２つのスイッチを含んでよい：１つは、各信号線（入力＋及び入力−）に接続される。このような実装では、スイッチ８０６は、遅延基準信号ＲＥＦに基づいて、交互に開閉することができる。例えば、入力−線に接続されたスイッチ８０６の隣の０と、入力＋線に接続されたスイッチ８０６の隣の１とで示されるように、一方のスイッチは、遅延基準信号ＲＥＦがローのときに閉じることができ、他方のスイッチは、遅延基準信号ＲＥＦがハイのときに閉じることができる。このように２つのスイッチ８０６は、遅延基準信号ＲＥＦの値に基づいて、ハイ又はローの入力信号を交互に通過させることができる。
【０１０７】
抵抗８０８の値は、一連のＦＩＲフィルタ（例えば、フィルタ係数）を規定する。各抵抗（例えば、Ｒ０〜Ｒ４）の値は、入力信号とミキシングされる正弦波信号を生成するために、基準信号ＲＥＦの高調波周波数を除去するように選択される。例えば、方形波は、方形波の基本周波数での正弦波信号の一連の奇数高調波からなる。方形波の基本周波数で正弦波信号を生成するために、抵抗値は、基本周波数よりも大きい奇数次高調波信号を除去するように選択することができる。ＦＩＲフィルタゼロにより除去される高調波信号の数は、ＳＷＧ／ＳＭ７０４に含まれるフィルタタップ８０２の数に依存する。例えば、図８に示すように、ＳＷＧ／ＳＭ７０４は、５つのフィルタタップ８０２を含み、抵抗８０８は、基準信号の３次、５次、７次及び９次の高調波を除去するように選択することができる。これにより、１次高調波（例えば、基本周波数での正弦波）と、１１次より大きい高調波とが残る。あるケースでは、高次高調波（例えば、１１次及びそれ以上）の電力は、所定の用途にとって追加のフィルタタップが正当化されないほどに、十分に低い電力である。従って、所定の実装で要求される精度に応じて、ＳＷＧ／ＳＭ７０４は、より多くの又はより少ないフィルタタップ８０２で構成されてよい。
【０１０８】
加えて、各フィルタタップ８０２の出力端子は、オペアンプ８１０の反転入力端子に電気的に接続される。フィードバック抵抗（Ｒｆ）が、オペアンプ８１０の出力端子と、オペアンプ８１０の反転入力端子との間に設けられる。フィードバック抵抗（Ｒｆ）の値は、ＦＩＲフィルタの利得を規定する。オペアンプ８１０の非反転入力端子は、グランドに電気的に接続される。ある実装では、フィードバックキャパシタ（Ｃｆ）も、オペアンプの出力端子と、オペアンプの反転入力端子との間に設けられる。フィードバックキャパシタ（Ｃｆ）の値は、追加のフィルタリング能力（例えば、ローパスフィルタ）を提供し得る。
【０１０９】
図９は、ＳＷＧ／ＳＭ７０４の別の実装を示す。各フィルタタップ８０２内の（図８に示す）抵抗８０８は、スイッチ８０６の反対側に設けられる２つの等価抵抗９０２に置き換えられている。フィルタタップ８０２の２つの抵抗９０２は、それぞれ、同一の抵抗値を有するが、抵抗値（Ｒ０〜Ｒ４）は、異なるフィルタタップ８０２の抵抗間で異なる。図８のＳＷＧ／ＳＭ７０４と同様に、抵抗値（Ｒ０〜Ｒ４）は、基準信号ＲＥＦの高調波周波数を除去するフィルタゼロを生じさせるように、選択する。
【０１１０】
ある実装では、ＳＷＧ／ＳＭ７０４は、正弦波信号発生器として動作することができる。例えば、ＳＷＧ／ＳＭ７０４への入力信号として直流（ＤＣ）信号を供給することができる。ＤＣ信号が入力信号としてＳＷＧ／ＳＭ７０４に供給されると、ミキシング機能が効果的にバイパスされ、ＳＷＧ／ＳＭ７０４は、基準信号ＲＥＦの高次高調波をフィルタリングすることにより、信号発生器として動作し、基準信号ＲＥＦの基本周波数で正弦波信号を出力する。このような実装では、ＳＷＧ／ＳＭ７０４の正弦波出力信号は、ある回路用の局部発振器（ＬＯ）として用いることができる。さらに、ＳＷＧ／ＳＭ７０４の正弦波出力信号は、特定のサンプル数で、時間サンプリングされた基準信号ＲＥＦをシフトすることにより、正確に位相シフトさせることができる。さらに、位相シフトの精度（例えば、位相シフトの増分サイズ）は、基準信号ＲＥＦのサンプリングレートを増加又は低減させることにより、増減することができる。
【０１１１】
例示目的のために、先の説明では、デスクトップ無線電力伝送用途、例えばラップトップやスマートフォン及びデスクトップ、テーブルトップ及び他のユーザ作業面上に通常配置される他のモバイル電子デバイス等の電子デバイスへの電力伝送における、デバイス、構成要素及び方法の使用に焦点を当てた。
【０１１２】
しかしながら、より一般的には、本明細書に開示されたデバイス、構成要素及び方法を使用して電力を受電し得るデバイスは、広範囲の電子デバイスを含むことができ、本明細書の例示目的で記載されたデバイスに限定されないことを理解されたい。一般に、携帯電話、キーボード、マウス、ラジオ、カメラ、携帯端末、ヘッドセット、腕時計、ヘッドフォン、ドングル、多機能カード、食品や飲料のアクセサリ等の任意のポータブル電子デバイス、及び、プリンタ、置き時計、ランプ、ヘッドフォン、外部ドライブ、プロジェクタ、デジタルフォトフレーム、追加のディスプレイ等の任意のワークスペースの電子デバイスは、本明細書に開示されたデバイス、構成要素及び方法を用いて無線で電力を受電することができる。さらに、電気又はハイブリッド車両、電動車椅子、スクーター、電動工具等の任意の電子デバイスも、本明細書で開示されたデバイス、構成要素及び方法を用いて無線で電力を受電することができる。加えて、本明細書に開示されたデバイス、構成要素及び方法は、無線電力伝送以外の用途、例えば、力率補正デバイス、ハンドヘルド信号アナライザ等に使用することができる。
【０１１３】
本開示では、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオード及びスイッチ等の特定の回路又はシステム構成要素は、回路「構成要素」又は「要素」と称する。本開示では、これらの構成要素又は要素の直列及び並列の組み合わせも、要素、ネットワーク、トポロジ、回路等と称する。さらに、キャパシタ、ダイオード、トランジスタ及び/又はスイッチの組み合わせについても説明する。しかしながら、より一般的には、単一の構成要素又は特定の構成要素のネットワークを本明細書で記載している場合、代替実施形態は、要素、代替ネットワーク等のためのネットワークを含むことができることを理解されたい。
【０１１４】
本明細書で使用されるように、回路又はシステム構成要素を指すときの用語「結合される」は、情報又は信号が一方の構成要素から他方の構成要素へと通過することができる１つ以上の構成要素間の、適切な、有線又は無線の、直接的又は間接的な、接続を記述するために用いられる。
【０１１５】
本明細書で使用されるように、用語「直接接続」又は「直接接続される」とは、要素がそれらの間に介在する能動要素なしで接続される２つの要素間の直接接続のことをいう。用語「電気的に接続される」又は「電気的接続」とは、要素が共通の電位を有するように、要素が接続される２つの要素間の電気的接続のことをいう。加えて、第１の構成要素と第２の構成要素の端子との間の接続は、第１の構成要素と、第２の構成要素を通過しない端子との間に経路があることを意味する。
【０１１６】
本明細書に記載された実施形態は、本開示の特徴を例示するだけのものであって、限定するものではない。他の実施形態もまた、本開示の範囲内にある。
【図１】
2018538517.tif 000019
【図２】
2018538517.tif 000020
【図３】
2018538517.tif 000021
【図４】
2018538517.tif 000022
【図５Ａ】
2018538517.tif 000023
【図５Ｂ】
2018538517.tif 000024
【図６】
2018538517.tif 000025
【図７】
2018538517.tif 000026
【図８】
2018538517.tif 000027
【図９】
2018538517.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月20日(2018.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相検出デバイスであって、
第１の入力信号を受信する第１の入力端子と、
第２の入力信号を受信する第２の入力端子と、
正弦波基準信号を生成し、当該正弦波基準信号は位相を有する、信号発生器と、
前記信号発生器及び前記第１の入力端子に結合される第１のミキサであって、当該第１のミキサは、前記基準信号と前記第１の入力信号とをミキシングして第１のミキシング信号を生成する、第１のミキサと、
前記信号発生器及び前記第２の入力端子に結合される第２のミキサであって、当該第２のミキサは、前記基準信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第２のミキシング信号を生成する、第２のミキサと、
前記第１のミキサ、前記第２のミキサ及び前記信号発生器に結合されるコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記基準信号の前記位相をシフトさせ、
前記第１のミキシング信号のゼロ交差を検出し、前記第１のミキシング信号の前記ゼロ交差の検出に応答して、前記基準信号の前記位相を示す第１のデータを格納し、
前記第２のミキシング信号のゼロ交差を検出し、前記第２のミキシング信号の前記ゼロ交差の検出に応答して、前記基準信号の前記位相を示す第２のデータを格納し、
前記第１のデータと前記第２のデータとの差に基づいて、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との位相差を決定するように構成される、位相検出デバイス。
【請求項２】
前記第１のミキサ及び前記コントローラに結合される第１のフィルタであって、当該第１のフィルタは、前記第１のミキシング信号が直流（ＤＣ）信号となるように、前記第１のミキシング信号をフィルタリングする、第１のフィルタと、
前記第２のミキサ及び前記コントローラに結合される第２のフィルタであって、当該第２のフィルタは、前記第２のミキシング信号がＤＣ信号となるように、前記第２のミキシング信号をフィルタリングする、第２のフィルタと、
をさらに備える、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項３】
前記第１のミキサ及び前記コントローラに結合される第１のコンパレータと、
前記第２のミキサ及び前記コントローラに結合される第２のコンパレータと、
をさらに備え、
前記第１のミキシング信号の前記ゼロ交差の検出は、前記第１のコンパレータの出力信号のエッジの検出を含み、
前記第２のミキシング信号の前記ゼロ交差の検出は、前記第２のコンパレータの出力信号のエッジの検出を含む、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項４】
前記基準信号は、固定数のステップで位相調整可能である、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項５】
前記第１のデータ及び前記第２のデータは、前記正弦波基準信号の第１及び第２のステップを示す、請求項４に記載の位相検出デバイス。
【請求項６】
前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との前記位相差を決定することは、前記第１のデータと前記第２のデータとの前記差に、前記正弦波基準信号のステップに関連するステップサイズを乗算することを含む、請求項５に記載の位相検出デバイス。
【請求項７】
前記コントローラは、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの１つである、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項８】
前記コントローラは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との前記位相差を示すデータを、インピーダンス整合ネットワークに供給するようにさらに構成される、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項９】
前記コントローラに結合されるインピーダンス整合ネットワークをさらに備え、当該インピーダンス整合ネットワークは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との前記位相差を示すデータを前記コントローラから受信し、受信した前記データに従って、共振器のインピーダンス値を調整するように構成される、請求項１に記載の位相検出デバイス。
【請求項１０】
電子デバイスであって、
入力信号及び第１の基準信号を受信する第１の有限入力応答（ＦＩＲ）フィルタであり、当該第１のＦＩＲフィルタは、前記第１の基準信号をフィルタリングして第１の正弦波信号を生成し、当該第１の正弦波信号と前記入力信号とをミキシングして第１のミキシング信号を生成する、第１のＦＩＲフィルタと、
前記入力信号及び第２の基準信号を受信する第２のＦＩＲフィルタであり、当該第２のＦＩＲフィルタは、前記第２の基準信号をフィルタリングして第２の正弦波信号を生成し、当該第２の正弦波信号と前記入力信号とをミキシングして第２のミキシング信号を生成する、第２のＦＩＲフィルタと、
前記第１のＦＩＲフィルタ及び前記第２のＦＩＲフィルタに結合されるコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記第１のミキシング信号及び前記第２のミキシング信号に基づいて、前記入力信号の特性を決定するように構成される、電子デバイス。
【請求項１１】
前記入力信号の前記特性は、前記入力信号の位相又は振幅である、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
前記入力信号の前記特性は、前記入力信号の位相及び振幅の両方を含む、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記第１及び第２の基準信号は、方形波である、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記方形波は、時間サンプリングされた方形波である、請求項１３に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記方形波のサンプリングレートは、前記方形波の基本周波数の１２倍である、請求項１４に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
前記第１の基準信号は、前記第２の基準信号に対して、所定のサンプル数だけ位相シフトされる、請求項１４に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
前記第１及び前記第２のＦＩＲフィルタは、それぞれ、複数のフィルタゼロを含み、当該フィルタゼロは、前記第１又は第２の基準信号の高調波周波数を除去するように選択される、請求項１３に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記第１及び前記第２のＦＩＲフィルタのそれぞれのゼロは、前記第１又は第２の基準信号の３次、５次、７次及び９次高調波を除去するように選択される、請求項１７に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
前記第１及び前記第２のＦＩＲフィルタは、それぞれ、複数のフィルタタップを備え、各フィルタタップは、
遅延回路と、
スイッチと、
前記スイッチの端子に電気的に接続される抵抗と、を備え、
前記第１又は前記第２の基準信号のうちの１つは、前記遅延回路の入力に印加され、
前記スイッチは、前記遅延回路の出力により制御され、
前記入力信号は、前記スイッチを通過する、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項２０】
前記第１及び第２のＦＩＲフィルタのそれぞれの前記複数のフィルタタップの前記抵抗の値は、前記第１又は第２の基準信号の高調波周波数を除去するように選択されるフィルタゼロを示す、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２１】
前記第１及び前記第２のＦＩＲフィルタは、それぞれ、５つのフィルタタップを備える、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２２】
前記入力信号の前記位相を決定することは、前記第１のミキシング信号で除算した前記第２のミキシング信号の商の逆正接を決定することを含む、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項２３】
前記第１のＦＩＲフィルタ及び前記コントローラに結合される第１のフィルタであって、当該第１のフィルタは、前記第１のミキシング信号が直流（ＤＣ）信号になるように、前記第１のミキシング信号をフィルタリングする、第１のフィルタと、
前記第２のＦＩＲフィルタ及び前記コントローラに結合される第２のフィルタであって、当該第２のフィルタは、前記第２のミキシング信号がＤＣ信号になるように、前記第２のミキシング信号をフィルタリングする、第２のフィルタと、
をさらに備える、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項２４】
前記コントローラは、マイクロコントローラ、コンピュータプロセッサ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの１つである、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項２５】
前記コントローラは、前記入力信号の前記位相を示すデータを、インピーダンス整合ネットワークに供給するようにさらに構成される、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項２６】
前記コントローラに結合されるインピーダンス整合ネットワークをさらに備え、当該インピーダンス整合ネットワークは、前記入力信号の前記位相を示すデータを前記コントローラから受信し、受信した前記データに従って、共振器のインピーダンス値を調整するように構成される、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項２７】
第２の入力信号及び前記第１の基準信号を受信する第３のＦＩＲフィルタであって、当該第３のＦＩＲフィルタは、前記第１の基準信号をフィルタリングして第１の正弦波信号を生成し、当該第１の正弦波信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第３のミキシング信号を生成する、第３のＦＩＲフィルタと、
前記第２の入力信号及び前記第２の基準信号を受信する第４のＦＩＲフィルタであって、当該第４のＦＩＲフィルタは、前記第２の基準信号をフィルタリングして第２の正弦波信号を生成し、当該第２の正弦波信号と前記第２の入力信号とをミキシングして第４のミキシング信号を生成する、第４のＦＩＲフィルタと、をさらに備え、
前記コントローラは、前記第３のＦＩＲフィルタ及び前記第４のＦＩＲフィルタに結合され、当該コントローラは、
前記第３のミキシング信号及び前記第４のミキシング信号に基づいて、前記第２の入力信号の位相を決定し、且つ、
前記入力信号と前記第２の入力信号との位相差を決定するように構成される、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項２８】
有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタであって、
複数のフィルタタップを備え、各フィルタタップは、
方形波を受信する入力端子と、当該方形波の遅延バージョンを出力する出力端子とを備える遅延回路と、
入力端子、出力端子及び制御端子を備えるスイッチであって、当該制御端子は、当該制御端子で前記方形波の前記遅延バージョンを受信するために、前記遅延回路の前記出力端子に電気的に接続され、当該スイッチの当該入力端子は、前記複数のフィルタタップの共通の入力信号線に電気的に接続される、スイッチと、
前記スイッチの前記入力端子又は前記出力端子のうちの１つに電気的に接続される抵抗と、
オペアンプであって、前記複数のフィルタタップのそれぞれの出力端子は、当該オペアンプの入力端子に電気的に接続される、オペアンプと、
前記オペアンプの出力端子を前記オペアンプの前記入力端子に電気的に接続させるフィードバック経路と、を備える、ＦＩＲフィルタ。
【請求項２９】
前記複数のフィルタタップの前記抵抗の値は、前記方形波の高調波周波数を除去するよう選択されるフィルタゼロを示す、請求項２８に記載のＦＩＲフィルタ。
【請求項３０】
前記フィルタゼロは、前記方形波の３次、５次、７次、９次高調波を除去するように選択される、請求項２９に記載のＦＩＲフィルタ。
【請求項３１】
前記オペアンプの出力信号は、前記方形波の基本周波数で、正弦波信号とミキシングされた入力信号を含むミキシング信号である、請求項２８に記載のＦＩＲフィルタ。
【請求項３２】
前記共通の入力信号は、直流（ＤＣ）信号であり、前記オペアンプの前記出力信号は、前記方形波の基本周波数の前記正弦波信号である、請求項３１に記載のＦＩＲフィルタ。
【請求項３３】
前記複数のフィルタタップの各遅延回路は、フィリップフロップを備える、請求項２８に記載のＦＩＲフィルタ。
【国際調査報告】
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