БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ
WIRELESS INDUCTIVE POWER TRANSMISSION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к индуктивной передаче мощности и, в частности, но не исключительно, к системе индуктивной передачи мощности в соответствии со стандартом беспроводной передачи мощности Qi.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последнее десятилетие возросло число и разнообразие используемых портативных и мобильных устройств. Например, использование мобильных телефонов, планшетов, мультимедийных проигрывателей и т.д. стало повсеместным. Такие устройства в целом питаются с помощью внутренних батарей, и типичный сценарий использования часто требует перезарядки батарей или непосредственного проводного питания устройства от внешнего источника питания.
Большинство современных систем требуют разводку и/или явные электрические контакты для их питания от внешнего источника питания. Однако это обычно бывает непрактичным и требует, чтобы пользователь физически вставлял соединители или иным образом устанавливал физический электрический контакт. Также обычно использование некоторых длин проводов является неудобным для пользователя. Типично требования к мощности также значительно различаются, и в настоящее время для большинства устройств предусмотрены их собственные специализированные источники питания, что ведет к тому, что типичный пользователь имеет большое число различных источников питания, причем каждый специализирован для конкретного устройства. Несмотря на то что использование внутренних батарей позволяет избежать необходимости проводного соединения с источником питания во время использования, это предоставляет только частичное решение, поскольку батареи требуют перезарядки (или замены, которая является дорогостоящей). Использование батарей также может существенно увеличивать массу и потенциально стоимость и размер устройств.
Для того чтобы обеспечивать значительно усовершенствованный опыт пользователя, предложено использование беспроводного источника питания, где мощность индуктивно передают от катушки передатчика в устройстве передатчика мощности на катушку приемника в отдельных устройствах.
Передача мощности через магнитную индукцию представляет собой общеизвестную идею, главным образом применяемую в трансформаторах, которые имеют полную связь между первичной катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. Посредством разделения первичной катушки передатчика и вторичной катушки приемника между двумя устройствами беспроводная передача мощности между ними становится возможной на основе принципа слабо связанного трансформатора.
Такое расположение делает возможной беспроводную передачу мощности к устройству, не требуя каких-либо проводов или создания физических электрических соединений. В действительности, оно может просто позволять размещать устройство смежно с или поверх катушки передатчика для того, чтобы перезаряжать или питать извне. Например, устройства передатчиков мощности можно оборудовать горизонтальной поверхностью, на которую устройство можно просто помещать для того, чтобы питать.
Кроме того, такие приспособления для беспроводной передачи мощности можно преимущественно конструировать так, что устройство передатчика мощности можно использовать в диапазоне устройств приемника мощности. В частности, определен стандарт беспроводной передачи мощности, известный как стандарт Qi, и в настоящее время происходит его дальнейшая разработка. Этот стандарт позволяет использовать устройства передатчиков мощности, которые отвечают стандарту Qi, с устройствами приемников мощности, которые также отвечают стандарту Qi, без необходимости, чтобы они относились к одному и тому же производителю или были специализированы друг для друга. Стандарт Qi дополнительно включает в себя некоторую функциональность, которая позволяет адаптировать работу к конкретному устройству приемника мощности (например, в зависимости от конкретного потребления мощности).
Стандарт Qi разработан в Wireless Power Consortium и больше информации можно найти, например, на их веб-сайте: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где можно найти документы с конкретно определенными стандартами.
Стандарт беспроводной мощности Qi описывает, что передатчик мощности должен быть способен обеспечивать гарантированную мощность приемнику мощности. Конкретный, необходимый уровень мощности зависит от конструкции приемника мощности. Для того чтобы точно определить гарантированную мощность, определяют набор тестовых приемников мощности и условий нагрузки, который описывает гарантированный уровень мощности для каждого из условий.
Qi исходно определен как беспроводная передача мощности для устройств низкой мощности, которыми считают устройства, которые имеют потребление мощности меньше чем 5 Вт. Системы, которые попадают в объем этого стандарта, используют индуктивное соединение между двумя плоскими катушками для того, чтобы переносить мощность от передатчика мощности к приемнику мощности. Расстояние между двумя катушками типично составляет 5 мм. Этот диапазон может быть расширен до по меньшей мере 40 мм.
Однако идет работа по увеличению доступной мощности и, в частности, стандарт расширяют на устройства средней мощности, которые представляют собой устройства, которые имеют потребление мощности больше чем 5 Вт.
Стандарт Qi определяет различные технические требования, параметры и рабочие процедуры, которым должны отвечать совместимые устройства.
Связь
Стандарт Qi поддерживает связь от приемника мощности к передатчику мощности, тем самым позволяя приемнику мощности предоставлять информацию, которая может позволять передатчику мощности адаптироваться к конкретному приемнику мощности. В данном стандарте определен однонаправленный канал связи от приемника мощности к передатчику мощности, а подход основан на идее о том, что приемник мощности представляет собой управляющий элемент. Для того чтобы получать передачу мощности между передатчиком мощности и приемником мощности и управлять ею, приемник мощности, в частности, осуществляет передачу информации на передатчик мощности.
Однонаправленную связь осуществляют посредством выполнения модуляции нагрузки приемником мощности, при этом меняется нагрузка, подаваемая на вторичную катушку приемника, посредством приемника мощности, чтобы обеспечивать модуляцию сигнала мощности. Получаемые изменения электрических характеристик (например, изменения потребления тока) можно обнаруживать и декодировать (демодулировать) передатчиком мощности.
Таким образом, на физическом уровне, канал связи от приемника мощности к передатчику мощности использует сигнал мощности в качестве носителя данных. Приемник мощности модулирует нагрузку, которую обнаруживают посредством изменения амплитуды и/или фазы тока или напряжения катушки передатчика. Данные переводят в формат байтов и пакетов.
Больше информации можно найти в главе 6 части 1 спецификации по беспроводной мощности Qi (версия 1.0).
Несмотря на то что в Qi используют однонаправленную линию связи, предложено ввести связь от передатчика мощности к приемнику мощности. Однако введение такой двунаправленной связи не является обычным и влечет за собой большое число сложностей и проблем. Например, получаемая система все еще должна обладать обратной совместимостью и, например, передатчики и приемники мощности, которые не способны осуществлять двунаправленную связь, все еще должны поддерживаться. Кроме того, технические ограничения, с точки зрения, например, возможностей модуляции, изменений мощности, возможностей передачи и т.д., носят жесткий характер, поскольку они должны вписываться в существующие параметры. Также важно сохранять низкими стоимость и сложность и, например, желательно минимизировать требования к дополнительному аппаратному обеспечению, чтобы обнаружение было легким и надежным, и т.д. Также важно, чтобы связь от передатчика мощности к приемнику мощности не оказывала влияние, не ухудшала или не мешала связи от приемника мощности к передатчику мощности. Кроме того, решающим требованием является то, чтобы линия связи не вызывала неприемлемого ухудшения способности системы к передаче мощности.
Соответственно, с усовершенствованием системы передачи мощности связаны многие проблемы и сложности, такие как включение двунаправленной связи в Qi.
Управление системой
Для того чтобы управлять беспроводной системой передачи мощности, стандарт Qi точно определяет число фаз или режимов, в которых система может быть в различные моменты работы. Больше подробностей можно найти в главе 5 части 1 спецификации по беспроводной мощности Qi (версия 1.0).
Система может быть в следующих фазах.
Фаза выбора
Эта фаза представляет собой типичную фазу, когда систему не используют, т.е. когда соединение между передатчиком мощности и приемником мощности отсутствует (т.е. приемник мощности не расположен близко к передатчику мощности).
В фазе выбора передатчик мощности может находиться в режиме готовности, но осуществлять восприятие для того, чтобы обнаруживать возможное присутствие объекта. Аналогичным образом, приемник ожидает присутствие сигнала мощности.
Фаза проверка связи
Если передатчик обнаруживает возможное присутствие объекта, например, из-за изменения электрической емкости, система переходит к фазе проверки связи, в которой передатчик мощности (по меньшей мере периодически) предоставляет сигнал мощности. Этот сигнал мощности обнаруживают посредством приемника мощности, который переходит к отправке начального пакета на передатчик мощности. В частности, если приемник мощности присутствует на интерфейсе передатчика мощности, приемник мощности передает начальный пакет уровня сигнала передатчику мощности. Пакет уровня сигнала обеспечивает указание степени связи между катушкой передатчика мощности и катушкой приемника мощности. Пакет уровня сигнала обнаруживается передатчиком мощности.
Фаза идентификации и конфигурации
Затем передатчик мощности и приемник мощности переходят к фазе идентификации и конфигурации, где приемник мощности передает по меньшей мере идентификатор и необходимую мощность. Информацию передают в нескольких пакетах данных посредством модуляции нагрузки. Передатчик мощности поддерживает постоянный сигнал мощности во время фазы идентификации и конфигурации для того, чтобы делать возможным обнаружение модуляции нагрузки. В частности, с этой целью передатчик мощности предоставляет сигнал мощности с постоянной амплитудой, частотой и фазой (за исключением изменения, обусловленного модуляцией нагрузки).
При подготовке фактической передачи мощности приемник мощности может подавать принимаемый сигнал для включения питания его электроники, но он сохраняет свою выходную нагрузку отсоединенной. Приемник мощности передает пакеты на передатчик мощности. Эти пакеты содержат обязательные сообщения, такие как пакет идентификации и конфигурации, или могут содержать некоторые определяемые необязательные сообщения, такие как расширенный пакет идентификации или пакет ожидания мощности.
Передатчик мощности переходит к конфигурированию сигнала мощности в соответствии с информацией, принимаемой от приемника мощности.
Фаза передачи мощности
Затем система переходит к фазе передачи мощности, в которой передатчик мощности предоставляет сигнал необходимой мощности и приемник мощности соединяет выходную нагрузку для того, чтобы подавать на нее принимаемую мощность.
Во время этой фазы приемник мощности осуществляет контроль условий выходной нагрузки и, в частности, измеряет ошибку управления между фактическим значением и желаемым значением некоторой рабочей точки. Он передает эти ошибки управления в сообщениях ошибки управления на передатчик мощности с минимальной частотой, например каждые 250 мс. Это обеспечивает указание продолжающегося присутствия приемника мощности для передатчика мощности. Вдобавок, сообщения ошибки управления используют для того, чтобы реализовать управление мощностью с замкнутым контуром, где передатчик мощности адаптирует сигнал мощности для того, чтобы минимизировать сообщаемую ошибку. В частности, если фактическое значение рабочей точки равно желаемому значению, приемник мощности передает ошибку управления с нулевым значением, получаемым при отсутствии изменения в сигнале мощности. В случае если приемник мощности передает ошибку управления, отличную от нуля, передатчик мощности будет корректировать сигнал мощности соответствующим образом.
Система делает возможными эффективные настройку и работу по передаче мощности. Однако подход является ограничивающим и может не делать возможными полную желаемую гибкость и, при необходимости, поддержку функций. Например, если приемник мощности пытается получать мощность больше 5 Вт от передатчика мощности, передатчик мощности может завершить передачу мощности, что ведет к плохому пользовательскому опыту. Следовательно, желательно дополнительно усовершенствовать стандарт Qi для того, чтобы обеспечить повышенную функциональность, гибкость и эффективность.
В частности, однонаправленная связь может быть ограничивающей. В действительности, для этого необходимо, чтобы передатчик мощности был способен удовлетворять любой запрос, выполняемый приемником мощности и, таким образом, дополнительно необходимо, чтобы приемник мощности был ограничен только параметрами запроса, о которых он знает, что им могут отвечать все передатчики мощности. Такой подход усложняет или предотвращает дальнейшую разработку функциональности, поскольку это будет вести к отсутствию обратной совместимости.
Как отмечено ранее, введение двунаправленной связи в систему передачи мощности, такую как системы Qi, осложнено и имеет множество ограничений и требований для того, чтобы гарантировать эффективную передачу мощности, эффективную работу и в особенности обратную совместимость.
Таким образом, усовершенствованная система передачи мощности будет полезной, и, в частности, будет полезной система, которая допускает повышенную гибкость, усовершенствованную обратную совместимость, облегченную реализацию и/или усовершенствованную эффективность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, изобретение направлено на то, чтобы предпочтительно уменьшить, облегчить или устранить один или несколько указанных выше недостатков по отдельности или в какой-либо комбинации.
Согласно одному из аспектов изобретения, предоставлен передатчик мощности для передачи мощности на приемник мощности с использованием беспроводного сигнала индуктивной мощности, передатчик мощности содержит: катушку индуктивности для предоставления сигнала мощности; генератор сигнала мощности для возбуждения катушки индуктивности для предоставления сигнала мощности; приемник для приема сообщений данных от приемника мощности, сообщения данных передают посредством модуляции нагрузки сигнала мощности в повторяющихся интервалах модуляции нагрузки, повторяющиеся интервалы модуляции нагрузки разделяют посредством промежуточных временных интервалов; передатчик для передачи данных на приемник мощности посредством модуляции сигнала мощности с использованием сообщения во время промежуточных временных интервалов; при этом передатчик выполнен с возможностью модулирования одного бита сообщения на протяжении множества промежуточных временных интервалов.
Изобретение может предоставлять усовершенствованную систему передачи мощности. Она может во многих вариантах осуществления допускать дальнейшее расширение и разработку системы передачи мощности посредством введения двунаправленной связи. Этого можно во многих сценариях достигать, при этом сохраняя обратную совместимость. Изобретение может допускать практический подход и может облегчать введение в существующие системы.
Подход, в частности, может обеспечивать связь от передатчика мощности к приемнику мощности, которая уменьшает влияние на другую функциональность. В частности, подход может делать возможным эффективное разделение связи от передатчика мощности к приемнику мощности и от приемника мощности к передатчику мощности и может снижать влияние модуляции на сигнал мощности. По существу, влияние введения двунаправленной связи можно снижать как для работы по передаче мощности, так и для связи от приемника мощности к передатчику мощности. В частности, это может облегчать работу и реализацию, а также усовершенствовать обратную совместимость. В частности, введение двунаправленной связи в существующую систему передачи мощности, которая раньше поддерживала только однонаправленную связь, может быть облегчено. Подход во многих вариантах осуществления может делать возможным повторное использование существующего аппаратного обеспечения для передатчиков мощности и приемников мощности, и может требовать только небольшого изменения во встроенном программном обеспечении и незначительного изменения в сложности.
Конкретное преимущество подхода состоит в том, что он может во многих вариантах осуществления снижать влияние модуляции на сигнал мощности. На сигнал мощности может меньше влиять дополнительная модуляция и, таким образом, может меньше мешать работе по передаче мощности. В частности, это может быть значимым для обратной совместимости, поскольку на унаследованное оборудование может не оказать влияния введение модуляции, для которой оборудование не было разработано. Во многих вариантах осуществления отклонения сигнала мощности из-за введенной модуляции можно поддерживать на достаточно низком уровне, чтобы она не влияла на характеристики передачи мощности для системы. В действительности, во многих сценариях эффекты модуляции можно сохранять на уровне, где они являются незаметными или несущественными для функциональности фазы передачи мощности (например, унаследованного оборудования). Таким образом, во многих вариантах осуществления на работу по передаче мощности может не оказывать влияния присутствие отклонений модуляции в сигнале мощности.
В частности, можно создавать меньшее и/или более медленное отклонение модуляции, тем самым снижая влияние. Кроме того, во многих вариантах осуществления можно достичь более надежной связи, поскольку увеличенное время модуляции для одного бита допускает увеличенную энергию символа и, соответственно, сниженную частоту ошибок.
Кроме того, подход может хорошо согласовываться с принципами и философией разработки многих существующих систем передачи мощности. Например, подход придерживается принципов и философии разработки системы передачи мощности Qi.
Повторяющиеся интервалы модуляции нагрузки содержат по меньшей мере три интервала модуляции нагрузки, соответствующие по меньшей мере двум промежуточным временным интервалам. Сообщение может состоять из одного бита или один бит может представлять собой один из множества битов сообщения.
Бит может представлять собой информационный бит, который преобразуют во множество канальных битов. Затем каждый канальный бит может быть модулирован на сигнал мощности. Модуляция одним или несколькими канальными битами может быть в пределах одного промежуточного временного интервала. Однако по меньшей мере два канальных бита будут находиться в различных промежуточных временных интервалах, соответствующих модуляции информационного бита, длящихся в течение по меньшей мере этих промежуточных временных интервалов.
Информационный бит может иметь значение, которое можно задавать независимо от других битов информации (не часть того же символа данных). Канальный бит зависит от соответствующего информационного бита, и типично множество канальных битов зависит от одного и того же бита информации.
2
Один (информационный) бит может представлять собой бит символа данных, содержащего больше чем один бит. В некоторых вариантах осуществления каждый символ данных может соответствовать нецелому числу битов. Например, бит может содержаться в символе данных с тремя возможными значениями, соответствующими символу данных, представляющему log(3)=1,58 бита.
Передатчик выполнен с возможностью модулирования одного бита в соответствии с предварительно определяемым шаблоном модуляции, шаблон модуляции определяет отклонения модуляции для применения к сигналу мощности в каждый из множества промежуточных временных интервалов.
Это может обеспечивать усовершенствованную связь во многих вариантах осуществления. Во многих сценариях это может обеспечивать низкую сложность и надежный подход, чтобы давать возможность связи от передатчика мощности к приемнику мощности с низким влиянием на сигнал мощности со стороны модуляции. Подход может дополнительно облегчать демодуляцию, и в действительности приемник мощности должен только знать предварительно определяемый шаблон модуляции для того, чтобы демодулировать сигнал мощности для того, чтобы предоставлять один бит.
Отклонение модуляции, в частности, может представлять собой отклонение амплитуды, отклонение частоты или отклонение фазы. Отклонение представляет отклонение по отношению к сигналу мощности без применения какой-либо модуляции.
В соответствии с необязательным признаком изобретения предварительно определяемый шаблон модуляции содержит одно значение модуляции для каждого из множества промежуточных временных интервалов, каждое значение модуляции определяет сдвиг модуляции для сигнала мощности для значения одного бита.
Это может обеспечивать усовершенствованную эффективность и/или облегчать работу. Во многих вариантах осуществления это может обеспечивать сниженную сложность.
Значения модуляции могут определять значение, которое будут применять к сигналу мощности для того, чтобы представлять заданное значение одного бита. Во многих вариантах осуществления сдвиг модуляции, применяемый к сигналу мощности, определяют в ответ на независимый от значения данных сдвиг модуляции, представляемый посредством значения модуляции и значения одного бита. Во многих вариантах осуществления один бит может быть умножен на значение модуляции.
Сдвиг модуляции представляет сдвиг по отношению к сигналу мощности без какой-либо модуляции, т.е. немодулированному сигналу мощности. Сдвиг, например, может представлять собой сдвиг амплитуды для амплитудной модуляции, сдвиг частоты для частотной модуляции или сдвиг фазы для фазовой модуляции (или их сочетания).
В соответствии с необязательным признаком изобретения, каждый сдвиг модуляции представляет собой постоянный сдвиг для соответствующего промежуточного временного интервала.
Это может обеспечивать усовершенствованную и/или облегченную связь от передатчика мощности к приемнику мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, каждый сдвиг модуляции представляет собой непостоянный, предварительно определяемый шаблон для соответствующего промежуточного временного интервала.
Это может обеспечивать усовершенствованную и/или облегченную связь от передатчика мощности к приемнику мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения предварительно определяемый шаблон модуляции соответствует среднему отклонению сигнала мощности из-за модуляции одного бита не больше, чем максимального отклонения между двумя из множества промежуточных временных интервалов.
Подход может обеспечивать шаблон модуляции, для которого среднее отклонение модуляции сохраняют низким, при этом допуская сдвиги модуляции достаточного размера для того, чтобы сделать возможной демодуляцию. В частности, в некоторых вариантах осуществления среднее отклонение может по существу равняться нулю. Это может допускать модулированный сигнал мощности, который более близко соответствует немодулированному сигналу мощности и по существу может сокращать импликации модуляции сигнала мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения предварительно определяемый шаблон модуляции соответствует максимальному отклонению сигнала мощности из-за модуляции одного бита не больше чем 5%.
Подход может обеспечивать шаблон модуляции с низким пиковым значением и, следовательно, уменьшенным отклонением от немодулированного сигнала мощности. Это может допускать модулированный сигнал мощности, который более близко соответствует немодулированному сигналу мощности и по существу может сокращать импликации модуляции сигнала мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения предварительно определяемый шаблон модуляции соответствует серии ступенчатых изменений между постоянными отклонениями в каждом промежуточном временном интервале, предварительно определяемый шаблон содержит ступенчатые изменения противоположных знаков.
Это может снижать сложность во многих вариантах осуществления и типично может допускать эффективную реализацию и надежную эффективность. Признак во многих вариантах осуществления может допускать уменьшенное отклонение от немодулированного сигнала мощности. Это может допускать модулированный сигнал мощности, который более близко соответствует немодулированному сигналу мощности и по существу может снижать импликации модуляции сигнала мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения передатчик выполнен с возможностью передачи сообщения во время фазы конфигурации, осуществляемой посредством передатчика мощности и приемника мощности.
Это может обеспечивать усовершенствованную эффективность во многих вариантах осуществления. В частности, подход может делать возможной двунаправленную связь, подлежащую введению в фазу конфигурации, тем самым обеспечивая более эффективное и гибкое взаимодействие между передатчиком мощности и приемником мощности. Это может допускать усовершенствованную конфигурацию и, таким образом, усовершенствованную эффективность во многих вариантах осуществления.
Подход, в частности, может подходить для фазы конфигурации, которая типично характеризуется серией повторяющихся интервалов модуляции нагрузки, разделенных короткими промежуточными временными интервалами. Типично, передача сообщений в пределах одного такого промежуточного временного интервала будет требовать большой глубины модуляции и, таким образом, значительных сдвигов модуляции. Такие большие сдвиги модуляции будут оказывать значительное влияние модуляции на сигнал мощности, которое может нарушать или ухудшать другую функциональность, например, такую как операция передачи мощности.
В частности, фаза конфигурации может представлять собой фазу идентификации и конфигурации Qi. Подход может допускать введение двунаправленной связи в фазу конфигурации, при этом все еще допуская обратную совместимость Qi. В частности, двунаправленную связь можно вводить, при этом все еще позволяя сигналу мощности быть достаточно постоянным и похожим на немодулированный сигнал мощности для того, чтобы делать возможным использование существующей функциональности, разработанной для немодулированных сигналов мощности. Одновременно, подход может обеспечивать более надежную связь и, в частности, может допускать достаточно высокую энергию символа, чтобы обеспечивать достаточно низкую скорость передачи данных.
Согласно аспекту изобретения предоставлен приемник мощности для приема мощности от передатчика мощности с использованием беспроводного сигнала индуктивной мощности, приемник мощности содержит: катушку индуктивности для приема сигнала мощности; передатчик для передачи сообщений данных на передатчик мощности, сообщения данных передают посредством модуляции нагрузки сигнала мощности в повторяющихся интервалах модуляции нагрузки, повторяющиеся интервалы модуляции нагрузки разделяют посредством промежуточных временных интервалов; приемник для приема сообщения от передатчика мощности посредством демодулирования сигнала мощности во время промежуточных временных интервалов; при этом приемник выполнен с возможностью демодулирования одного бита сообщения на протяжении множества промежуточных временных интервалов и демодулирования одного бита в соответствии с предварительно определяемым шаблоном модуляции, шаблон модуляции определяет отклонения модуляции для соответствия сигналу мощности в каждый из множества промежуточных временных интервалов.
Согласно аспекту изобретения предоставлена система передачи мощности, содержащая приемник мощности и передатчик мощности, как описано выше по тексту.
Согласно аспекту изобретения предоставлен способ работы для передатчика мощности, выполненного с возможностью передачи мощности на приемник мощности с использованием беспроводного сигнала индуктивной мощности, передатчик мощности содержит: катушку индуктивности для предоставления сигнала мощности и генератор сигнала мощности для приведения в действие катушки индуктивности для того, чтобы предоставлять сигнал мощности; способ включает: прием сообщений данных от приемника мощности, сообщения данных передают посредством модуляции нагрузки сигнала мощности в повторяющихся интервалах модуляции нагрузки, повторяющиеся интервалы модуляции нагрузки разделяют посредством промежуточных временных интервалов; передачу данных на приемник мощности посредством модуляции сигнала мощности с использованием сообщения во время промежуточных временных интервалов; при этом передатчик данных содержит модуляцию одного бита сообщения на протяжении множества промежуточных временных интервалов; при этом передача содержит модуляцию одного бита в соответствии с предварительно определяемым шаблоном модуляции, шаблон модуляции определяет отклонения модуляции для применения к сигналу мощности в каждый из множества промежуточных временных интервалов.
Согласно аспекту изобретения предоставлен способ работы для приемника мощности, выполненного с возможностью принимать мощность от передатчика мощности с использованием беспроводного сигнала индуктивной мощности, приемник мощности содержит катушку индуктивности для приема сигнала мощности, а способ содержит: передачу сообщений данных на передатчик мощности, сообщения данных передают посредством модуляции нагрузки сигнала мощности в повторяющихся интервалах модуляции нагрузки, повторяющиеся интервалы модуляции нагрузки разделяют посредством промежуточных временных интервалов; и прием сообщения от передатчика мощности посредством демодулирования сигнала мощности во время промежуточных временных интервалов; при этом прием содержит демодуляцию одного бита сообщения на протяжении множества промежуточных временных интервалов; при этом прием содержит демодуляцию одного бита в соответствии с предварительно определяемым шаблоном модуляции, шаблон модуляции определяет отклонения модуляции для соответствия сигналу мощности в каждый из множества промежуточных временных интервалов.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения видны и разъяснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанные далее в настоящем документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения описаны только в качестве примера со ссылкой на рисунки, на которых:
на фиг. 1 проиллюстрирован пример системы передачи мощности, содержащей передатчик мощности и приемник мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 2 проиллюстрирован пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 3 проиллюстрирован пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 4 проиллюстрирован пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 5 проиллюстрирован пример предварительно определяемого шаблона модуляции для модулирования сигнала мощности посредством передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 6 проиллюстрирован пример модулированного сигнала мощности от передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 7 проиллюстрирован пример предварительно определяемого шаблона модуляции для модулирования сигнала мощности посредством передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 8 проиллюстрирован пример модулированного сигнала мощности от передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 9 проиллюстрирован пример подхода для амплитудной модуляции сигнала мощности передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 10 проиллюстрирован пример подхода для приема амплитудно-модулированного сигнала мощности от передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и
на фиг. 11 и 12 проиллюстрированы примеры предварительно определяемых шаблонов модуляции для модулирования сигнала мощности посредством передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 проиллюстрирован пример системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Система передачи мощности содержит передатчик 101 мощности, который включает в себя катушку передатчика/катушку индуктивности 103 (или соединен с ней). Система дополнительно содержит приемник 105 мощности, который включает в себя катушку приемника/катушку индуктивности 107 (или соединен с ней).
Система обеспечивает беспроводную индуктивную передачу мощности от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности. В частности, передатчик 101 мощности генерирует сигнал мощности, который распространяется в виде магнитного потока с помощью катушки 103 передатчика. Сигнал мощности типично может иметь частоту между приблизительно 100 кГц и 200 кГц. Катушка 103 передатчика и катушка приемника 105 слабо связаны и, таким образом, катушка приемника собирает сигнал мощности (по меньшей мере его часть) от передатчика 101 мощности. Таким образом, мощность переносят от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности через беспроводную индуктивную связь с катушки 103 передатчика на катушку 107 приемника. Термин «сигнал мощности» преимущественно используют для ссылки на индуктивный сигнал между катушкой 103 передатчика и катушкой 107 приемника (сигнал магнитного потока), но следует принимать во внимание, что эквивалентно его также можно рассматривать и использовать в качестве ссылки на электрический сигнал, обеспечиваемый на катушку 103 передатчика, или в действительности на электрический сигнал катушки 107 приемника.
В дальнейшем описана работа передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности с конкретной ссылкой на вариант осуществления в соответствии со стандартом Qi (за исключением описанных в настоящем документе (или вытекающих) модификаций и улучшений). В частности, передатчик 101 мощности и приемник мощности 103 может по существу быть совместимым со спецификацией Qi версии 1.0 или 1.1 (за исключением описанных в настоящем документе (или вытекающих) модификаций и улучшений).
Для того, чтобы получать передачу мощности между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности и управлять ею в беспроводной системе передачи мощности, приемник 105 мощности передает информацию на передатчик 101 мощности. Стандарт такой связи описан в спецификации Qi версии 1.0 и 1.1.
На физическом уровне канал связи от приемника 105 мощности на передатчик 101 мощности реализуют посредством использования сигнала мощности в качестве носителя. Приемник 105 мощности модулирует нагрузку катушки 105 приемника. Это ведет к соответствующим изменениям сигнала мощности на стороне передатчика мощности. Модуляция нагрузки может быть обнаружена посредством изменения амплитуды и/или фазы тока катушки 105 передатчика или альтернативно или дополнительно посредством изменения напряжения катушки 105 передатчика. Основываясь на этом принципе, приемник 105 мощности может модулировать данные, которые демодулирует передатчик 101 мощности. Эти данные переводят в формат байтов и пакетов. Дополнительную информацию можно найти в «System description, Wireless Power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Версия 1.0 Июль 2010, опубликовано Wireless Power Consortium», доступном по адресу http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html, который также называют спецификацией по беспроводной мощности Qi, в частности, глава 6: Интерфейс Связи.
Для того чтобы управлять передачей мощности, система может проходить через различные фазы, в частности фазу выбора, фазу проверки связи, фазу идентификации и конфигурации и фазу передачи мощности. Дополнительную информацию можно найти в главе 5 части 1 спецификации по беспроводной мощности Qi.
Изначально передатчик 101 мощности находится в фазе выбора, в которой он только осуществляет контроль потенциального присутствия приемника мощности. С этой целью передатчик 101 мощности может использовать различные способы, например, как описано в спецификации по беспроводной мощности Qi. Если обнаруживают такое потенциальное присутствие, передатчик 101 мощности входит в фазу проверки связи, где сигнал мощности временно генерируют. Приемник 105 мощности может применять принимаемый сигнал для того, чтобы включать свою электронику. После приема сигнала мощности приемник 105 мощности передает начальный пакет на передатчик 101 мощности. В частности, передается пакет уровня сигнала, указывающий степень связи между передатчиком мощности и приемником мощности. Больше информации можно найти в главе 6.3.1 части 1 спецификации по беспроводной мощности Qi. Таким образом, в фазе проверки связи определяют, присутствует ли приемник 105 мощности на интерфейсе передатчика 101 мощности.
После приема сообщения уровня сигнала передатчик 101 мощности переходит в фазу идентификации и конфигурации. В этой фазе приемник 105 мощности сохраняет свою выходную нагрузку отключенной и осуществляет передачу на передатчик 101 мощности с использованием модуляции нагрузки. С этой целью передатчик мощности предоставляет сигнал мощности постоянной амплитуды, частоты и фазы (за исключением изменения, обусловленного модуляцией нагрузки). Сообщения используются передатчиком 101 мощности для того, чтобы конфигурировать себя, как запрашивает приемник 105 мощности.
Сообщения от приемника 105 мощности не передают непрерывно, а передают в интервалах, в дальнейшем обозначаемых как интервалы модуляции нагрузки. Фаза содержит множество этих интервалов модуляции нагрузки, т.е. повторяют интервалы модуляции нагрузки, тем самым позволяя передавать больше данных/более длинные сообщения посредством приемника 105 мощности. Интервалы между этими интервалами модуляции нагрузки представляют собой промежуточные временные интервалы, в которых не осуществляют модуляцию нагрузки посредством приемника 105 мощности. Однако сигнал мощности все еще предоставляют посредством передатчика 101 мощности в промежуточных временных интервалах.
В фазе идентификации и конфигурации промежуточные временные интервалы между интервалами модуляции нагрузки должны иметь относительно постоянную длительность приблизительно 7 мс.
После фазы идентификации и конфигурации система переходит к фазе передачи мощности, где имеет место фактическая передача мощности. В частности, после передачи своих требований к мощности приемник 105 мощности подключает выходную нагрузку и подает на нее принимаемую мощность. Приемник 105 мощности осуществляет контроль выходной нагрузки и измеряет ошибку управления между фактическим значением и желаемым значением некоторой рабочей точки. Он передает такие ошибки управления на передатчик 101 мощности с минимальной частотой, например каждые 250 мс, чтобы указывать на эти ошибки передатчику 101 мощности, а также желание изменить или не менять сигнал мощности.
Таким образом, в фазе передачи мощности приемник 105 мощности также осуществляет модуляцию нагрузки сигнала мощности в интервалах модуляции нагрузки для того, чтобы передавать информацию на передатчик 101 мощности. Однако, в сравнении с фазой идентификации и конфигурации, промежуточные временные интервалы между интервалами модуляции нагрузки могут по существу различаться длительностью. Кроме того, промежуточные временные интервалы должны быть по существу длиннее и типично должны превышать 200 мс.
Следует отметить, что спецификация по беспроводной мощности Qi версии 1.0 и 1.1 определяет только связь от приемника 105 мощности на передатчик 101 мощности, т.е. она определяет только однонаправленную связь.
Однако в системе на фиг. 1 используют двунаправленную связь, т.е. передача данных также возможна от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности. От такой связи могут получать выгоду различные применения, например: установка приемника мощности в тестовый режим, установка приемника мощности в режим калибровки или предоставление возможности связи от передатчика мощности к приемнику мощности под управлением приемника мощности, например, для передачи команды или информации о статусе от передатчика мощности к приемнику мощности.
На фиг. 2 более подробно проиллюстрирован передатчик 101 мощности с фиг. 1. Катушка 103 передатчика, также называемая первичной катушкой 103 (PCL), показана соединенной с блоком 201 связи передатчика мощности (TRM-COM), который соединен с контроллером 203 передатчика (CTR).
Блок 201 связи передатчика мощности имеет модулятор 205 (MOD), соединенный с возбудителем 207 (DRV) для возбуждения катушки 103 передатчика для передачи (потенциально) модулированного сигнала мощности (PS) через катушку 103 передатчика на катушку приемника 105.
В системе приемник 105 мощности может модулировать нагрузку сигнала мощности для того, чтобы отправлять сигнал приемника мощности на передатчик 101 мощности через катушку 107 приемника и катушку 103 передатчика. Этот сигнал называют отраженным сигналом (RS). Отраженный сигнал обнаруживают посредством воспринимающего блока 209 (SNS), например, посредством восприятия тока или напряжения на катушке 103 передатчика. Демодулятор 211 (DEM) связан с контроллером 203 передатчика для демодуляции обнаруженного сигнала, например, посредством преобразования изменений в амплитуде или фазе обнаруженного сигнала в биты.
В примере на фиг. 2 первый блок 213 выполнен с возможностью приема сообщений данных от приемника 105 мощности через катушку 103 передатчика. Первый блок 213 содержит воспринимающий блок 209 и демодулятор 211. Эти два блока реализуют функцию приема данных через катушку 103 передатчика. Катушка 103 передатчика передает магнитное поле (сигнал мощности PS) для индуктивной передачи мощности на катушку 107 приемника и принимает отраженное магнитное поле (отраженный сигнал RS), обусловленный катушкой 107 приемника (т.е. изменения в сигнале мощности, обусловленные модуляцией нагрузки). Воспринимающий блок 209 (датчик SNS тока/напряжения) воспринимает ток/напряжение на катушке 103 передатчика. Демодулятор 211 переводит изменения амплитуды или фазы воспринятого сигнала в данные.
Модуляцию нагрузки осуществляют в повторяющихся интервалах модуляции нагрузки, которые разделяют посредством промежуточных временных интервалов. В частности, в фазе идентификации и конфигурации модуляцию нагрузки осуществляют в интервалах модуляции нагрузки с длительностью 20-60 мс, которые разделяют посредством промежуточных временных интервалов с длительностью приблизительно 7 мс.
Контроллер 203 передатчика интерпретирует принимаемые данные и может в ответ управлять вторым блоком 205 для того, чтобы передавать сообщение на приемник 105 мощности через катушку 103 передатчика. Сообщение, в качестве примера, в частности, может представлять собой ответное сообщение, предназначенное для ответа на сообщения от приемника 105 мощности, и, в частности, может представлять собой подтверждающее/неподтверждающее или принимающее/отклоняющее сообщение. Такая организация связи может допускать подход с низкой сложностью и может избегать необходимости сложной функциональности связи и протоколов для поддержания связи от передатчика мощности к приемнику мощности. Подход дополнительно может допускать, чтобы приемник мощности оставался управляющим элементом для передачи мощности и, таким образом, хорошо соответствует основным принципам разработки подхода Qi к передаче мощности.
В частности, контроллер 203 передатчика управляет модулятором 205, который модулирует сигнал мощности для предоставления желаемого сообщения. Модулятор 205, в частности, может модулировать сигнал мощности посредством изменения амплитуды, частоты или фазы сигнала мощности, т.е. он может типично использовать AM, FM и/или PM модуляцию. Возбудитель 207, также содержащийся во втором блоке 215, выполнен с возможностью передачи модулированного сигнала мощности через катушку 103 передатчика на приемник 105 мощности посредством подачи переменного электрического сигнала на катушку 103 передатчика.
Контроллер 203 дополнительно выполнен с возможностью управления настройками передачи мощности и для того, чтобы реализовать необходимые фазы управления и работы, а также функциональность. В частности, контроллер 203 может принимать и интерпретировать сообщения от приемника мощности 103 и может в ответ, например, устанавливать требуемый уровень мощности для сигнала мощности. В частности, во время фазы идентификации и конфигурации контроллер 203 может интерпретировать конфигурационный пакет или сообщение от приемника 105 мощности и может, например, устанавливать максимальный уровень сигнала мощности, соответственно. Во время фазы передачи мощности контроллер 203 передатчика может увеличивать или уменьшать уровень мощности в соответствии с сообщениями ошибки управления, принимаемыми от приемника 105 мощности.
На фиг. 3 более подробно проиллюстрирован приемник 105 мощности с фиг. 1. Катушка 107 приемника (SCL) показана соединенной с блоком 301 связи приемника мощности (REC-COM), который соединен с контроллером 303 приемника (CTR). Приемник 105 мощности содержит первый блок 305 для того, чтобы отправлять данные на передатчик 101 мощности через катушку 107 приемника на катушку 103 передатчика. Первый блок 305 имеет изменяемую нагрузку (LD) 307, соединенную с модулятором 309 (MOD) для модулирования нагрузки на катушке 107 приемника для генерации отраженного сигнала (RS) для передачи данных на передатчик 101 мощности. Понятно, что первый блок 305 представляет собой функциональный блок, который содержит модулятор 309 и изменяемую нагрузку 307.
Передачу данных посредством первого блока осуществляют посредством применения модуляции нагрузки в повторяющихся интервалах модуляции нагрузки, разделенных посредством промежуточных временных интервалов. В качестве примера, в промежуточных временных интервалах модуляцию нагрузки не применяют.
Приемник 105 мощности дополнительно содержит второй блок 311 для приема сообщения от передатчика 101 мощности через катушку 107 приемника. С этой целью второй блок 311 содержит воспринимающий блок 313 (SNS) для обнаружения модулированного сигнала мощности (PS), принимаемого через катушку 107 приемника от передатчика 101 мощности, например, посредством восприятия напряжения или тока.
Второй блок 311 дополнительно содержит демодулятор 315 (DEM), который соединен с воспринимающим блоком 313 и контроллером 303 приемника. Демодулятор 315 демодулирует обнаруженный сигнал согласно используемой модуляции. Модуляция, например, может представлять собой амплитудную модуляцию (AM), фазовую модуляцию (PM) или частотную модуляцию (FM), и демодулятор 315 может осуществлять подходящую демодуляцию для того, чтобы получать сообщение, например, посредством преобразования изменений в амплитуде, частоте и/или фазе обнаруженного сигнала в биты.
В качестве примера, катушка 107 приемника может принимать сигнал мощности для индуктивной передачи мощности от катушки 103 передатчика и может отправлять отраженный сигнал на катушку 103 передатчика посредством варьирования нагрузки 307. Таким образом, изменения нагрузки 307 обеспечивают модуляцию сигнала мощности. Модулятор 309 управляет амплитудой (и/или частотой и/или фазой отраженного сигнала), т.е. он управляет работой нагрузки 307, например, посредством подключения/отключения импедансной схемы. Воспринимающий ток/напряжение блок 313 воспринимает ток/напряжение на катушке 107 приемника, как принимают от передатчика 101 мощности. Воспринимающий блок 313 может представлять собой часть другой функции приемника мощности и, в частности, может представлять собой часть выпрямления и сглаживания сигнала мощности, используемую для того, чтобы генерировать мощность постоянного тока. Демодулятор 315 переводит изменения воспринятого сигнала в данные. Контроллер 303 приемника (среди прочих вещей) управляет модулятором 309 для того, чтобы передавать данные, и интерпретирует данные, принимаемые посредством демодулятора 315.
Катушка 107 приемника мощности дополнительно соединена с блоком 317 питания, который выполнен с возможностью приема сигнала мощности и для того, чтобы извлекать мощность во время фазы передачи мощности. Блок 317 питания связан с силовой нагрузкой 319, которая представляет собой нагрузку, питаемую от передатчика 101 мощности во время фазы передачи мощности. Силовая нагрузка 319 может представлять собой внешнюю силовую нагрузку, но типично представляет собой часть устройства приемника мощности, такую как батарея, устройство отображения или другая функциональность приемника мощности (например, для смартфона силовая нагрузка может соответствовать суммарной функциональности смартфона).
Катушка 107 приемника мощности может, в частности, содержать схему выпрямителя, сглаживающую схему (конденсатор) и схему регулирования напряжения (и/или тока) для того, чтобы обеспечивать подачу стабилизированного выходного напряжения постоянного тока (или тока).
Блок 317 питания соединен с контроллером 303 приемника. Это позволяет контроллеру 303 приемника определять рабочие характеристики схемы питания и, например, их можно использовать для предоставления информации о текущей рабочей точке контроллеру 303 приемника. Контроллер 303 приемника может использовать это для того, чтобы генерировать сообщения ошибки управления во время фазы передачи мощности. Контроллер 303 приемника дополнительно может управлять работой блока 317 питания, например, контроллер 303 приемника может включать и выключать нагрузку. В частности, контроллер 303 приемника может управлять блоком 317 питания для того, чтобы отсоединять нагрузку во время фазы конфигурации и подсоединять ее во время фазы передачи мощности.
В системе на фиг. 3 показано, что воспринимающий блок 313 непосредственно принимает сигнал мощности, а второй блок 311 демодулирует данные непосредственно из сигнала мощности. Например, это можно использовать для частотной модуляции.
Однако во многих сценариях воспринимающий блок 313 может непосредственно воспринимать не сигнал мощности, а сигнал блока 317 питания.
В качестве конкретного примера, воспринимающий блок 313 может измерять выпрямленное и сглаженное напряжение, генерируемое посредством блока 317 питания. Это может, в частности, подходить для AM модуляции сигнала мощности.
L
L
L
В частности, на фиг. 4 более подробно проиллюстрированы элементы блока 317 питания. Сигнал из катушки 107 приемника выпрямляют посредством выпрямителя 401 (типично мостового выпрямителя) и получаемый сигнал сглаживают посредством конденсатора C, что ведет к сглаженному напряжению постоянного тока (с пульсацией в зависимости от потребления энергии и значения C). Кроме того, на фиг. 4 представлен переключатель SL для включения и выключения силовой нагрузки 319. Для того чтобы обеспечить достаточно слабую пульсацию во время передачи мощности, типично выбирают относительно большой конденсатор C, тем самым получая медленную постоянную времени для комбинации конденсатора и нагрузки.
L
L
В примере передатчик 101 мощности может применять амплитудную модуляцию к сигналу мощности для того, чтобы осуществлять передачу от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности. Это ведет к изменению амплитуды на конденсаторе C, и в примере воспринимающий блок 313 подсоединен для того, чтобы измерять это напряжение. Таким образом, изменения напряжения на конденсаторе C можно обнаруживать и использовать для того, чтобы извлекать данные, модулированные на сигнал мощности.
L
L
Использование такого подхода может снижать стоимость и сложность, поскольку он позволяет повторно использовать компоненты. Однако для того, чтобы иметь слабую пульсацию, конденсатор C должен быть относительно большим, результатом чего являются медленные изменения напряжения на конденсаторе C. Это будет еще больше выражено, когда нагрузку не подсоединяют, т.е. во время фазы идентификации и конфигурации. Это может ограничивать скорость передачи данных очень существенно. Соответственно, система на фиг. 1 применяет коммуникационный и рабочий протокол, который подходит для связи с низкой скоростью передачи данных от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности. В действительности, во многих сценариях благоприятно, если сообщения от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности можно ограничивать сообщениями одного бита.
Существующая стандартизация стандарта Qi основана на однонаправленной связи от приемника мощности к передатчику мощности. Таким образом, принцип работы основан на приемнике мощности, управляющем работой, а также корректировке и выборе рабочих параметров. Кроме того, адаптация и персонализация параметров ограничена несколькими конкретными рабочими параметрами, которые устанавливают во время фазы идентификации и конфигурации. Однако с развитием системы было обнаружено, что этот подход существенно сдерживает и ограничивает функциональность, пользовательский опыт и эффективность, которые можно предоставлять посредством системы передачи мощности. Следовательно, желательно улучшать систему передачи мощности, такую как, в частности, система Qi в спецификациях версий 1.0 и 1.1, чтобы предоставлять более гибкий подход для выбора и адаптации рабочих параметров. Например, будет желательна поддержка дополнительных уровней мощности, включая более высокие уровни мощности, чем поддерживаемые существующими стандартами. В качестве другого примера, благоприятной будет способность выбирать, поддерживать и оптимизировать более сложные протоколы связи.
Однако введение такой расширенной функциональности является сложным и влечет много трудностей и проблем. В действительности, нужно, чтобы дополнительная функциональность делала возможной обратную совместимость и, в частности, чтобы существующие устройства версий 1.0 и 1.1 можно было использовать с устройствами, поддерживающими расширенную функциональность. Также улучшения предпочтительно должны иметь низкую сложность и облегчать объединение и взаимодействие с существующими стандартами. Следовательно, желательно уменьшать необходимые изменения и модификации. Соответственно, дополнительные улучшения предпочтительно должны придерживаться принципов и стратегии разработки существующего стандарта.
Одним преимуществом, получаемым от таких соображений, является преимущество использовать модуляцию сигнала мощности в качестве средства для того, чтобы осуществлять передачу от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности вместо того, чтобы создавать полностью новую и независимую линию связи, что связано с расходами и сложностью. Однако одновременно желательно, чтобы такая модуляция не препятствовала существующей функциональности до такой степени, что она влияет на функциональности или требует модификации до другой функциональности.
В системе на фиг. 1 двунаправленная связь введена посредством передатчика 101 мощности, способного модулировать сигнал мощности для того, чтобы передавать сообщения на приемник 105 мощности. Таким образом, передатчик 101 мощности вводит отклонение сигнала мощности относительно немодулированного сигнала мощности, где отклонение указывает передаваемые данные. Затем это отклонение можно обнаруживать посредством приемника 105 мощности и использовать для того, чтобы демодулировать/декодировать сообщение данных.
Однако в системе модуляцией сигнала мощности осторожно управляют для того, чтобы минимизировать влияние на существующую систему. В частности, вводят протокол связи, который позволяет приемнику мощности осуществлять передачу посредством модуляции нагрузки в интервалах модуляции нагрузки. Таким образом, приемник 105 мощности не непрерывно осуществляет передачу посредством модуляции нагрузки, а выполняет это только в некоторые временные интервалы.
Это соответствует существующим стандартам Qi, где приемник мощности только осуществляет передачу в некоторых интервалах модуляции нагрузки. Например, в фазе идентификации и конфигурации, приемник мощности только осуществляет передачу в интервалах модуляции нагрузки типичной длительности 20-60 мс и с промежуточными временными интервалами (время между интервалами модуляции нагрузки) приблизительно по 7 мс. В фазе передачи мощности приемник мощности осуществляет передачу в интервалах модуляции нагрузки типичной длительности 20 мс (Несмотря на то что возможны значительно более длинные пакеты вплоть приблизительно до 165 мс с промежуточными временными интервалами (время между интервалами модуляции нагрузки) типично приблизительно 250 мс.
В системе на фиг. 1 передатчик 101 мощности осуществляет передачу во временных интервалах между интервалами модуляции нагрузки, т.е. в промежуточных временных интервалах. Передатчик 101 мощности соответственно осуществляет передачу в этих временных интервалах, но не в интервалах модуляции нагрузки. В частности, во многих вариантах осуществления и, в частности, когда работа осуществляется в фазе идентификации и конфигурации, передатчик 101 мощности поддерживает постоянный сигнал мощности во время интервалов модуляции нагрузки, тем самым допуская/облегчая модуляцию нагрузки и ее обнаружение. Кроме того, подход позволяет передатчику 101 мощности соответствовать требованиям Qi для постоянного сигнала мощности для модуляции нагрузки.
Подход также облегчает передачу данных от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности, поскольку изменения сигнала мощности, обусловленные модуляцией нагрузки посредством приемника 105 мощности, и отклонения модуляции, обусловленные модуляцией посредством передатчика 101 мощности, разделяют по времени. Таким образом, ни первый блок 213 передатчика 101 мощности, ни второй блок 311 приемника 105 мощности не должен сам учитывать модуляцию, получаемую из передачи.
Кроме того, связь с передатчиком 101 мощности является такой, что отдельные биты передают в течение больше чем одного временного интервала. Таким образом, вместо того, чтобы передавать один или несколько битов в каждом промежуточном временном интервале, модулятор 205 модулирует один бит на протяжении множества промежуточных временных интервалов. Таким образом, отклонение модуляции, введенное в сигнал мощности в зависимости от значения одного бита, влияет на сигнал мощности больше чем в одном промежуточном временном интервале.
Расширяя передачу одного бита на множество временных интервалов, можно достичь увеличенной энергии бита/символа для заданного отклонения модуляции/глубины модуляции. Таким образом, использование множества промежуточных временных интервалов позволяет снизить частоту ошибок и/или позволяет снизить отклонение модуляции/глубину модуляции. Таким образом, для данной надежности связи можно достигать передачи данных от передатчика 101 мощности со сниженным влиянием на сигнал мощности. Подход, таким образом, снижает влияние введения двунаправленной связи на систему передачи мощности, тем самым снижая влияние на другую функциональность и, в частности, существующую унаследованную функциональность. Это также может обеспечивать улучшенную передачу мощности с более четко определенным и надежным/предсказуемым сигналом мощности, который предоставляют приемнику 105 мощности.
Кроме того, подход позволяет вводить более медленные изменения в сигнал мощности, что во многих сценариях может облегчать практический подход к модуляции или демодуляции. Например, для амплитудной модуляции во многих вариантах осуществления возможна демодуляция приемника 105 мощности, которая должна быть осуществлена, основываясь на выпрямленном и фильтрованном сигнале мощности с использованием того же выпрямления и фильтрации, которые используют для работы по передаче мощности.
Подход в системе на фиг. 1, в частности, может посредством передатчика 101 мощности вовлекать амплитудную или частотную модуляцию переменного во времени магнитного поля, которое используют для того, чтобы передавать мощность на устройство приемника мощности, т.е. сигнала мощности. Подход использует время молчания между двумя пакетами, передаваемыми от приемника 105 мощности на передатчик мощности 103, в качестве подходящего интервала для передач от передатчика мощности на приемник мощности. Подход, в частности, использует промежуточные временные интервалы фазы идентификации и конфигурации протокола связи, определяемого стандартом Qi.
Модуляция сигнала мощности посредством передатчика 101 мощности происходит только между концом приема пакета от приемника 105 мощности и начальной частью, предшествующей началу следующего пакета от приемника 105 мощности, где пакеты передают от приемника 105 мощности на передатчик 101 мощности согласно существующему протоколу связи, т.е. с использованием модуляции нагрузки. Поскольку передача этих пакетов основана на модуляции нагрузки посредством приемника 105 мощности, передатчик 101 мощности благоприятным образом не вводит изменение в амплитуду во время передачи этих пакетов, а приемник 105 мощности не пытается демодулировать принимаемый сигнал мощности во время интервалов модуляции нагрузки.
Подход, например, может разрешить проблему того, что интервалы, которые доступны для передач от передатчика мощности на приемник мощности, в частности во время фазы идентификации и конфигурации, являются довольно короткими (например, приблизительно 7 мс). Это означает, что может быть сложно отправлять множественные биты в этих интервалах или даже добиваться достаточной модуляции для отправки одного бита, не нарушая передачи от приемника мощности к передатчику мощности.
Однако система на фиг. 1 передает один бит от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности с использованием множественных интервалов для передачи. Это делает возможным использование значительно меньших изменений в амплитуде или частоте переменного во времени магнитного поля, чем было бы необходимо в ином случае. Это благоприятно, поскольку более мелкие изменения амплитуды со значительно меньшей вероятностью вызывают проблемы, например, с унаследованными устройствами, чем большие изменения амплитуды.
В частности, подход может уменьшать глубину модуляции, т.е. уровень отклонения сигнала мощности относительно немодулированного сигнала мощности. Модулирование сигнала мощности может вызывать превышение принимаемым сигналом требуемого максимального или минимального значения. Кроме того, приемник, например, может фиксировать напряжение на выходе выпрямителя на некотором значении для того, чтобы предотвращать повреждение электроники; в частности, в случае сильной связи между передатчиком мощности и приемником мощности. Следовательно, изменения напряжения можно сдерживать/урезать, тем самым предохраняя такие параметры, которые должны быть использованы для связи. Если глубину модуляции уменьшают для того, чтобы обратиться к таким проблемам, она может стать слишком маленькой, что тем самым увеличивает частоту ошибок или даже препятствует успешной демодуляции сигнала приемником мощности. Подход в системе на фиг. 1 позволяет уменьшать глубину модуляции, при этом все еще допуская надежную демодуляцию, которая должна быть осуществлена посредством приемника 105 мощности.
Модуляцию, в частности, можно осуществлять посредством модуляции одного бита в соответствии с предварительно определяемым шаблоном модуляции, который является предварительно определяемым в том смысле, что он может быть известен приемнику 105 мощности прежде, чем он демодулирует принимаемый сигнал. Предварительно определяемый шаблон модуляции определяет шаблоны модуляции, которые следует применять к сигналу мощности для того, чтобы представлять заданное значение одного бита.
В принципе, отдельный и отличающийся предварительно определяемый шаблон модуляции можно предоставлять для возможных значений битов, например, один шаблон модуляции может быть предусмотрен для значения бита 0, а другой шаблон модуляции может быть предусмотрен для значения 1. Тогда приемник 105 мощности может устанавливать корреляцию принимаемого сигнала мощности с двумя возможными шаблонами модуляции для того, чтобы определять, какой бит передавали посредством передатчика 101 мощности.
В некоторых вариантах осуществления больше чем один возможный предварительно определяемый шаблон модуляции может быт определен для каждого значения бита. Например, предварительно определяемый шаблон модуляции для данного бита может в некоторых вариантах осуществления зависеть от других битов, которые передают одновременно. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления символы данных, содержащие больше чем один бит, можно передавать одновременно, в этом случае выбираемый, предварительно определяемый шаблон модуляции может зависеть больше чем от одного бита.
В качестве примера, если два бита передают в виде одного символа данных, четыре различных, возможных предварительно определяемых шаблона модуляции можно использовать в зависимости от значения символа данных, т.е. в зависимости от значения двух битов данных. Таким образом, в таком случае предварительно определяемый шаблон модуляции для одного из битов выбирают из двух возможных предварительно определяемых шаблонов модуляции, представляющих этот бит, но с выбором между двумя, зависящими от значений других битов.
Дальнейшее относится к варианту осуществления, где только значение одного бита передают за раз и, таким образом, используют только два возможных предварительно определяемых шаблона модуляции. Кроме того, в примере предварительно определяемые шаблоны модуляции для двух значений данных выбирают в качестве инверсии друг друга, т.е. один шаблон соответствует другому шаблону, умноженному на -1. Соответственно, использование двух предварительно определяемых шаблонов модуляции в этом сценарии эквивалентно использованию только одного предварительно определяемого шаблона модуляции, который затем умножают на значение данных одного бита (представленное двумя возможными значениями данных +1 и -1).
Следующие примеры направлены на пример AM модуляции. Таким образом, в этом случае сигнал мощности задают уравнением:
p(t)=A(1+m(t)·b)·sin(ω·t)
где A представляет собой амплитуду немодулированного сигнала мощности, ω представляет собой угловую частоту сигнала мощности, m(t) представляет собой предварительно определяемый шаблон модуляции и b представляет собой значение бита (задаваемое как +1 или -1).
Однако указанный выше непрерывный сигнал распределяют по множеству промежуточных временных интервалов. Таким образом, предварительно определяемый шаблон модуляции простирается по множеству промежуточных временных интервалов. Другими словами, модулированный сигнал мощности задают как (где t=0 соответствует началу первого промежуточного временного интервала, в котором передают бит)
где T представляет собой длительность промежуточного временного интервала между двумя интервалами модуляции нагрузки, T' представляет собой длительность между последовательными интервалами модуляции нагрузки, n обозначает индекс для промежуточного временного интервала, а предварительно определяемый шаблон модуляции простирается по N временных интервалов, т.е. n=0…N-1.
На фиг. 5 проиллюстрирован пример предварительно определяемого шаблона модуляции, который в этом случае представляет изменения амплитуды для амплитудной модуляции. В примере предварительно определяемый шаблон модуляции состоит из серии из четырех значений модуляции, каждое из которых представляет один сдвиг амплитудной модуляции для применения в одном промежуточном временном интервале. В примере предварительно определяемый шаблон модуляции соответствует сдвигам амплитуды для применения к бинарному значению 1.
Если максимальное изменение амплитуды задать равным X, предварительно определяемый шаблон модуляции, таким образом, указывает, что для бита со значением 1 амплитуду сигнала мощности следует увеличивать на X в первом промежуточном временном интервале, уменьшать на X во втором промежуточном временном интервале, увеличивать на X в третьем промежуточном временном интервале и уменьшать на X в четвертом промежуточном временном интервале.
Получаемый модулированный сигнал мощности проиллюстрирован на фиг. 6. В примере интервалы модуляции нагрузки обозначены серыми областями. В этих временных интервалах передатчик стремится поддерживать постоянный сигнал мощности, который затем приемник 105 мощности модулирует нагрузкой. Затем индивидуальные сдвиги модуляции, указанные предварительно определяемым шаблоном модуляции на фиг. 5, применяют к четырем последовательным промежуточным временным интервалам. Следует отметить, что на фиг. 6 проиллюстрировано только отклонение или сдвиг амплитуды от номинального, немодулированного значения. Это отклонение в примере можно сохранять очень маленьким.
Если вместо этого значение данных для передачи соответствует -1, а не +1 (т.е. бинарное значение 0, которое отображается в символ -1), передатчик 101 мощности может использовать инверсный, предварительно определяемый шаблон модуляции, как проиллюстрировано на фиг. 7.
Для этого значения бита шаблон модуляции, таким образом, указывает, что амплитуду сигнала мощности следует уменьшать на X в первом промежуточном временном интервале, увеличивать на X во втором промежуточном временном интервале, уменьшать на X в третьем промежуточном временном интервале и увеличивать на X в четвертом промежуточном временном интервале.
Получаемый модулированный сигнал мощности проиллюстрирован на фиг. 8.
Как можно видеть, два различных сигнала генерируют для двух значений данных, как определено посредством двух предварительно определяемых шаблонов модуляции. Приемник 105 мощности, соответственно, может обнаруживать передаваемые данные посредством определения корреляции принимаемого сигнала мощности с двумя возможными шаблонами модуляции. Затем обнаруживают значение данных, поскольку шаблон модуляции ведет к наивысшей корреляции. Корреляцию осуществляют только для промежуточных временных интервалов и, таким образом, сигнал мощности учитывают только во время промежуточных временных интервалов.
Кроме того, поскольку время, используемое для того, чтобы передавать один бит, расширено на четыре промежуточных временных интервала, отклонение модуляции можно сохранять значительно более низким. В действительности, в примере общая энергия на бит соответствует 4·X·T, где X представляет собой амплитуду шаблона модуляции и T представляет собой длительность промежуточного временного интервала (или, боле точно, длительность передачи в пределах промежуточного временного интервала для вариантов осуществления, где модуляция простирается только на часть промежуточного временного интервала). Для того чтобы достигать той же защиты от ошибок при передаче в одном временном интервале, сдвиг модуляции должен будет быть в четыре раза больше, тем самым увеличивая влияние модуляции и, возможно, вызывая ее вмешательство в другую функциональность, такую как унаследованная функциональность.
В примере на фиг. 5-8 предварительно определяемый шаблон модуляции содержит одно постоянное значение для каждого промежуточного временного интервала для заданного значения бита. Во время каждого промежуточного временного интервала сдвиг модуляции, определяемый посредством предварительно определяемого шаблона модуляции, соответствующим образом применяют, чтобы получить комбинированную модуляцию в четырех промежуточных временных интервалах, которая отражает один бит. Приемник 105 мощности может, соответственно, просто осуществлять корреляцию сигнала мощности промежуточных временных интервалов с возможным шаблоном модуляции для определения того, какой бит передают.
В примере предварительно определяемый шаблон модуляции определяет шаблон сдвига амплитуды для сигнала мощности и, в частности, определяет сдвиг амплитуды, который следует применять к сигналу мощности в каждом индивидуальном промежуточном временном интервале. Сдвиг амплитуды, в частности, может представлять собой сдвиг напряжения, применяемый к сигналу мощности, но в других вариантах осуществления может, например, представлять собой сдвиг тока.
На фиг. 9 проиллюстрирован пример того, как сигнал мощности можно модулировать посредством модулятора 205 передатчика 101 мощности. В примере сигнал мощности представляет собой амплитуду, модулируемую посредством сдвига модуляции, применяемого к немодулированному сигналу мощности.
В примере модулятор 205 содержит память 901, которая хранит один шаблон модуляции, например, соответствующий тому, что на фиг. 5. Модулятор 205, кроме того, содержит контроллер 903 модуляции, который считывает шаблон модуляции синхронно с промежуточными временными интервалами. Таким образом, в примере контроллер 903 модуляции управляет выводом из памяти 901 для предоставления значения шаблона модуляции для текущего промежуточного временного интервала. Контроллер 903 модуляции, кроме того, управляет выводом из памяти 901 так, чтобы иметь нулевое значение за пределами промежуточных временных интервалов (т.е. во время интервалов модуляции нагрузки).
Для примера на фиг. 5 значение шаблона модуляции постоянно в каждом промежуточном временном интервале, и, таким образом, только одно значение необходимо хранить для каждого промежуточного временного интервала. Память 901 в примере может хранить значения предварительно определяемого шаблона модуляции по следующему адресу, и контроллер 903 модуляции может просто осуществлять приращение адреса памяти, по которому считывают вывод, на единицу для каждого промежуточного временного интервала (при этом сохраняя нулевой вывод за пределами промежуточного временного интервала).
Получаемый сдвиг модуляции подают на умножитель 905, где сдвиг модуляции умножают на значение передаваемого бита, где бит представляют значениями -1 (соответствующим бинарному значению 0) или +1 (соответствующим бинарному значению 1). Получаемый вывод умножителя соответственно соответствует фиг. 5/6 или 7/8, в зависимости от значения бита. Затем получаемый сдвиг модуляции добавляют к немодулированной амплитуде A для предоставления значения модулированной амплитуды, которое равно A за пределами промежуточных временных интервалов, но сдвинута на значение, зависящее от значения бита в пределах каждого промежуточного временного интервала.
Следует принимать во внимание, что размер сдвига можно задавать на желаемом уровне, например, посредством предварительно определяемого шаблона модуляции, непосредственно отражающего желаемое значение сдвига (и, таким образом, глубину модуляции), или посредством, например, значения бита, вывода памяти или вывода умножителя, которые масштабируют соответствующим образом.
Затем получаемую модулированную амплитуду подают на возбудитель 207, который переходит к генерации сигнала мощности с соответствующей амплитудой.
В примере два предварительно определяемых шаблона модуляции генерируют для значений бита 0 и 1 (представленных значениями -1 и +1 соответственно) посредством модификации одного сохраненного, предварительно определяемого шаблона модуляции. В частности, абсолютное значение предварительно определяемого шаблона модуляции, применяемое к сигналу мощности, задают посредством сохраненных значений, тогда как знак задают посредством значения бита. Такой подход может обеспечивать особенно эффективную реализацию.
На фиг. 10 проиллюстрировано, как приемник 105 мощности может принимать сигнал, генерируемый модулятором с фиг. 9.
Принимаемый сигнал мощности сначала выпрямляют и сглаживают для предоставления сигнала амплитуды посредством средства 1001 извлечения амплитуды. Затем значение постоянного тока удаляют из сигнала амплитуды посредством средства 1003 извлечения постоянного тока (например, просто реализованного в виде конденсатора). Теперь получаемый сигнал соответствует таковому на фиг. 5 или 7, в зависимости от значения передаваемого бита данных.
Подобно модулятору 205, приемник 105 мощности содержит память 1005, которая хранит предварительно определяемый шаблон модуляции, такой как на фиг. 5, в конкретном примере. Также аналогично модулятору 205, память считывается контроллером 1007, который осуществляет синхронизацию с промежуточными временными интервалами.
Осуществляют корреляцию получаемой в результате локальной копии предварительно определяемого шаблона модуляции, распространяемого по промежуточным временным интервалам, с сигналом амплитуды после извлечения постоянного тока в корреляторе 1009. Корреляция, например, может быть выполнена посредством умножения двух сигналов и интегрирования по промежуточным временным интервалам. Вывод коррелятора 1009 подают на процессор 1011 принятия решения о бите, который принимает решение о значении принятого бита. Корреляцию выполняют только в промежуточных временных интервалах, и корреляцию не определяют для сигнала мощности во время интервалов модуляции нагрузки.
В частности, в идеальном случае, коррелятор 1009 обеспечивает (нормализованную) корреляцию для 1, если передано значение бита 1, и (нормализованную) корреляцию для -1, если передано значение бита -1. Конечно, эти значения могут быть ухудшены посредством шума и дефектов. Однако, допуская симметричность таких эффектов, критерии принятия решения могут быть такими, что передано значение бита +1 (соответствующее бинарному значению 1), если корреляция выше нуля, и передано значение бита -1 (соответствующее бинарному значению 0), если корреляция ниже нуля.
В некоторых вариантах осуществления амплитудную модуляцию можно реализовать с использованием существующих механизмов управления мощностью, которые уже определены для передатчика мощности посредством изменения тока первичной катушки. Эти механизмы управления включают в себя изменение частоты, напряжения питания или изменение коэффициента заполнения в (резонансном) контуре, обеспечивающем ток на первичную катушку.
В некоторых вариантах осуществления амплитудную демодуляцию можно реализовать с использованием существующего аппаратного обеспечения измерения мощности, которое уже требовалось для определения выпрямленной мощности в приемнике мощности. Приемник мощности может осуществлять контроль напряжения и/или тока на выходе выпрямителя (см. фиг. 4) для того, чтобы анализировать, изменяет ли передатчик мощности амплитуду сигнала мощности, как ожидают.
Следует принимать во внимание, что предварительно определяемый шаблон модуляции на фиг. 5 лишь представляет собой пример возможных модуляций/кодирований, которые могут быть использованы. Например, в некоторых вариантах осуществления бит может быть кодирован посредством уровня сигнала мощности, который поддерживают во всех промежуточных временных интервалах, посредством одного изменения в уровне сигнала мощности или, например, посредством множественных изменений в уровне сигнала мощности.
Например, начиная с уровня сигнала мощности по умолчанию, как определено в версии 1.1 спецификации Qi, одно из следующих кодирований может быть применено с использованием постоянного уровня сигнала мощности:
a. «1» = высокое значение (выше, чем по умолчанию), «0» = низкое значение (ниже, чем по умолчанию)
b. «1» = высокое значение (выше, чем по умолчанию), «0» = низкое значение (равно значению по умолчанию)
c. и т.д.
Если кодирование основано на изменении в уровне сигнала мощности, применяемым кодированием может быть, например, одно из следующего:
a. «1» = изменение от низкого значения до высокого значения или от высокого значения до низкого значения, «0» = нет изменения в значении
b. «1» = изменение от значения по умолчанию до другого значения или от другого значения обратно до значения по умолчанию, «0» = нет изменения в значении
c. и т.д.
Если используются множественные изменения в уровнях мощности, кодирования, например, могут представлять собой одно из следующего:
a. «1» = изменение от низкого до высокого, с последующим изменением от высокого до низкого, «0» = нет изменения
b. «1» = изменение от высокого до низкого, с последующим изменением от низкого до высокого, «0» = нет изменения
В ранее описанных примерах, основываясь на предварительно определяемом шаблоне модуляции на фиг. 5, использовали четыре постоянных значения, соответствующие четырем промежуточным временным интервалам, применяя изменения между каждым промежуточным временным интервалом.
Однако следует принимать во внимание, что в других вариантах осуществления сдвиг модуляции может быть непостоянным в пределах каждого из промежуточных временных интервалов. Например, функцию-сглаживатель можно использовать для того, чтобы снижать разброс модуляции по частоте и, например, облегчать реализацию. Например, для каждого промежуточного временного интервала можно применять изменение уровня половиной синусоидальной волны, что ведет к постепенному изменению уровня мощности от номинального уровня сигнала мощности и обратно к номинальному уровню сигнала мощности в пределах каждого из промежуточных временных интервалов. Для таких вариантов осуществления корреляция может отражать изменения модуляции в пределах каждого из промежуточных временных интервалов.
В некоторых вариантах осуществления шаблоны могут различаться для различных промежуточных временных интервалов. Например, в некоторых промежуточных временных интервалах шаблон может соответствовать половине синусоидальной волны, тогда как в других промежуточных временных интервалах он может соответствовать полной синусоидальной волне.
Примеры возможных шаблонов модуляции проиллюстрированы на фиг. 11.
Использование множества промежуточных временных интервалов позволяет уменьшать отклонения модуляции. Соответственно, можно разрабатывать предварительно определяемый шаблон модуляции для того, чтобы вводить относительно малые отклонения из-за модуляции.
Во многих вариантах осуществления предварительно определяемый шаблон модуляции может соответствовать среднему отклонению сигнала мощности из-за модуляции, которое не больше максимального отклонения между двумя из множества промежуточных битов. Например, в шаблоне на фиг. 5 максимальное отклонение между промежуточными временными интервалами составляет 2·X, где X представляет собой амплитуду сдвига модуляции. Однако среднее отклонение значительно меньше и, в частности, равно нулю в конкретном примере.
В действительности, во многих вариантах осуществления среднее отклонение модуляции относительно немодулированного сигнала мощности сохраняют малым и, в действительности, во многих вариантах осуществления предпочтительно меньше 5% или даже 2% от номинального уровня сигнала мощности. Во многих вариантах осуществления предварительно определяемый шаблон модуляции может соответствовать среднему сдвигу модуляции или отклонению, по существу, равному нулю.
Наличие малого среднего отклонения модуляции может быть полезно во многих вариантах осуществления и часто может снижать влияние на существующую функциональность. Кроме того, сохранение малого среднего отклонения модуляции также может допускать или способствовать сохранению малого максимального отклонения.
В действительности, типично в дополнение к сохранению малого среднего отклонения модуляции, передатчик 101 мощности может поддерживать малое максимальное отклонение модуляции.
В действительности, во многих вариантах осуществления предварительно определяемый шаблон модуляции можно разрабатывать для того, чтобы получать уровень максимального отклонения сигнала мощности из-за модуляции одного бита не больше 5% или, в действительности, в некоторых случаях, не больше 2%.
Такое малое отклонение типично ведет к изменениям, которые очень сложно обнаруживать в сигнале мощности, например, из-за шума. Однако из-за передачи одного бита, простирающейся по множественным промежуточным временным интервалам, малые изменения можно надежно обнаруживать, поскольку можно обнаруживать корреляцию в значительно более длительных временных интервалах и, таким образом, со значительно более высокой точностью.
Сохранение очень малого максимального отклонения гарантирует, что снижают влияние на другую функциональность или работу, тем самым снижая риск конфликтов. В действительности, во многих вариантах осуществления малые сдвиги модуляции могут быть незначительными, несущественными и, в действительности, незаметными для других функций, в частности, таких как работа по передаче мощности и функциональность.
В некоторых вариантах осуществления предварительно определяемый шаблон модуляции соответствует отклонению сигнала мощности из-за модуляции одного бита меньше значения допуска для сигнала мощности. Например, сигнал мощности может быть определен как имеющий номинальное значение A в пределах допуска, например, 5%. Передатчик 101 мощности в таких примерах можно разрабатывать для того, чтобы он был способен поддерживать амплитуду на заданном уровне A в пределах, например, 2%. Эту повышенную точность можно комбинировать с введением связи на основе изменений амплитуды сигнала мощности 3%. Это может делать возможной двунаправленную связь без влияния на какую-либо другую функциональность. В действительности, поскольку все оборудование, соответствующее стандарту, должно быть разработано так, чтобы быть способным работать с сигналом мощности, который может отклоняться от номинального значения вплоть до 5%, оно будет неотъемлемо способно работать с модулированным сигналом мощности.
В действительности, подход может допускать малозаметную модуляцию, где только оборудование, разработанное для приема сообщений данных от передатчика 101 мощности, будет способно обнаруживать модуляцию, тогда как другое оборудование может не замечать присутствие какой-либо модуляции. Таким образом, можно достичь улучшенной обратной совместимости.
В некоторых вариантах осуществления максимальное отклонение модуляции можно дополнительно увеличивать между промежуточными временными интервалами, т.е. система необязательно может стремиться к тому, чтобы минимизировать отклонение модуляции. Скорее, в некоторых вариантах осуществления, предварительно определяемый шаблон модуляции может обеспечивать изменение, например, уровня амплитуды, которое состоит из меньших изменений между множеством промежуточных временных интервалов.
В частности, шаблон модуляции может соответствовать применению сдвига к сигналу мощности, который формируют посредством серии меньших изменений в сигнале мощности, причем каждое изменение соответствует одному промежуточному временному интервалу. Пример такого предварительно определяемого шаблона модуляции для модуляции в трех промежуточных временных интервалах проиллюстрирован на фиг. 12.
В этом примере передатчик 101 мощности отправляет бит во время промежуточных временных интервалов посредством модуляции (типично) амплитуды или частоты сигнала мощности так, что происходит накопление количества изменения во время по меньшей мере двух промежуточных временных интервалов.
Подход можно иллюстрировать с помощью следующего примера.
В беспроводной системе передачи мощности переменное во времени магнитное поле индуцирует электродвижущую силу в катушку приемника. Типично это дает переменное во времени напряжение на катушке, которое превращают в напряжение постоянного тока с использованием схемы выпрямителя, которую присоединяют к катушке приемника. Обычно получаемое пульсирующее напряжение делают плоским с использованием электрической емкости, которая соединена с выходами схемы выпрямителя.
В качестве примера, можно разрабатывать такой приемник мощности, что он может надежно обнаруживать изменения в 0,5 В в уплощенном выходном напряжении (которое все еще может быть засорено значительной пульсацией). Кроме того, может быть невозможно менять переменное во времени магнитное поле таким образом, что изменение напряжения составляет больше чем 0,2 В, например, поскольку экспериментально определено, что более значительные изменения будут несовместимы с унаследованным оборудованием. В этом случае передатчик мощности может менять магнитное поле в трех промежуточных временных интервалах (которые необязательно должны быть последовательными) так, что совокупное изменение будет увеличено вплоть до 0,6 В. Это означает, что после третьей стадии приемник 105 мощности способен надежно обнаруживать, что передатчик 101 мощности отправил бит (и то, какое значение имеет бит).
В предыдущем примере связь от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности основана на амплитудной модуляции напряжения или тока сигнала мощности. Однако в других вариантах осуществления предварительно определяемый шаблон модуляции, например, может определять шаблон сдвига частоты для сигнала мощности. Таким образом, в таких вариантах осуществления, частоту сигнала мощности можно изменять между промежуточными временными интервалами (и/или, возможно, во время них), как определено посредством предварительно определяемого шаблона модуляции.
Приемник 105 мощности может соответствующим образом демодулировать сигнал для предоставления сигнала, отражающего частоту сигнала мощности вместо амплитуды сигнала мощности, и может переходить к осуществлению корреляции предварительно определяемого шаблона модуляции с этим сигналом. Модуляция частоты может быть полезна в некоторых вариантах осуществления. В частности, для зашумленной среды это может часто обеспечивать более надежную и менее зашумленную модуляцию.
Следует принимать во внимание, что описанный подход можно использовать в различных фазах. Однако подход во многих сценариях может конкретно быть подходящим и благоприятным для фазы конфигурации, такой как фаза идентификации и конфигурации системы Qi.
В частности, двунаправленная связь, в частности, благоприятна во время фазы конфигурации, где устанавливают и определяют взаимодействие между приемником 105 мощности и передатчиком 101 мощности. В действительности, эту фазу, в частности, можно усовершенствовать посредством передатчика 101 мощности, который способен осуществлять передачу с использованием приемника 105 мощности. Однако временные интервалы между моментами, когда приемник 105 мощности передает на передатчик 101 мощности, типично являются очень короткими (например, приблизительно 7 мс), что делает связь в другом направлении очень трудной. Однако посредством использования описанного подхода передатчик 101 мощности может быть способен надежно осуществлять передачу на приемник 105 мощности, при этом одновременно вызывая только относительно слабое влияние на характеристики сигнала мощности, обусловленные модуляцией.
Следует принимать во внимание, что передатчик 101 мощности может использовать подход для того, чтобы передавать любое подходящее сообщение. Далее предоставлены некоторые конкретные примеры:
Пример сообщения 1 Tx→Rx
Ответ да/нет на запрос от приемника мощности. Сообщение может быть кодировано с использованием одного бита, например «1» обозначает «да» и «0» обозначает нет.
Запрос может представлять собой:
- Приемник мощности имеет версию 1.1 или выше - версия передатчика мощности также представляет собой версию 1.1 или выше?
- «подходящая для работы мощность» приемника мощности составляет 5 Вт - передатчик мощности поддерживает этот уровень?
- Приемник мощности предпочитает применять другой режим связи - передатчик мощности поддерживает этот режим?
Пример сообщения 2 Tx→Rx
Число битов (например, 4), указывающее номер версии передатчика мощности
Пример сообщения 3 Tx→Rx
Число битов (например, 4), указывающее поддерживаемый уровень мощности передатчика мощности
Пример сообщения 4 Tx→Rx
Число битов (например, 4), указывающее поддерживаемый режим связи передатчика мощности
Если сообщение содержит множественные биты, часть битов можно применять для обнаружения ошибки или коррекции ошибки.
Предыдущее описание сосредоточено на примерах, где одно бинарное значение передают от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности посредством его модулирования на сигнал мощности во множестве промежуточных временных интервалов. Однако в некоторых вариантах осуществления один бит, передаваемый во множестве промежуточных временных интервалов, может представлять собой часть символа данных, представляющего больше чем один бит. В таком примере символ данных может представлять больше чем два возможных значения, т.е. больше, чем бинарные значения, представляемые одним битом. В таких вариантах осуществления каждое возможное значение символа данных может быть связано с одним из предварительно определяемых шаблонов модуляции, причем предварительно определяемые шаблоны модуляции различаются для различных значений.
В таком случае один бит передают во множестве промежуточных временных интервалов, если модуляция (и, таким образом, предварительно определяемый шаблон модуляции) различается между двумя возможными значениями символа данных по меньшей мере в двух промежуточных временных интервалах. Таким образом, существует два возможных значения символа данных, которые ведут к различным модуляциями по меньшей мере в двух промежуточных временных интервалах. Оптимальный приемник должен учитывать все временные интервалы, в которых сигнал мощности различается, чтобы осуществить принятие решения между двумя возможными значениями. Следовательно, оптимальный приемник не может осуществлять принятие решения между двумя возможными значениями символа данных без того, чтобы учитывать больше, чем один промежуточный временной интервал (Несмотря на то что субоптимальный приемник, возможно, сможет выполнить это ценой увеличенной частоты ошибок).
Например, как отмечалось ранее, передатчик 101 мощности может быть выполнен с возможностью передачи символа данных, который представляет четыре возможных значения. Символ данных, таким образом, соответствует двум битам. Каждое из четырех различных возможных значений ассоциировано с одним предварительно определяемым шаблоном модуляции, который определяет соответствующую модуляцию для множества промежуточных временных интервалов. Предварительно определяемый шаблон модуляции будет для по меньшей мере двух из значений различаться в по меньшей мере двух промежуточных временных интервалах. Таким образом, модуляция (по меньшей мере) двух значений (соответствующих одному биту) будет осуществляться во множестве промежуточных временных интервалов.
Подход не ограничен символами данных с целым числом битов. Однако аналогично примерам, где каждый символ данных соответствует целому числу битов, по меньшей мере два возможных значения символа данных различаются в модуляции сигнала мощности в по меньшей мере двух промежуточных временных интервалах. Таким образом, один бит, представленный этими двумя возможными значениями, модулируют во множестве промежуточных временных интервалов.
В качестве примера, символ данных может иметь три возможных значения, соответствующие 1,58 бита. По меньшей мере два из этих возможных значений данных отображают в предварительно определяемые шаблоны модуляции, которые различаются в по меньшей мере двух промежуточных временных интервалах. Таким образом, бит, соответствующий этим двум возможным значениям данных, модулируют в по меньшей мере двух промежуточных временных интервалах. Третье значение данных, возможно, может отличаться только от одного или обоих других значений данных в одном промежуточном временном интервале. Однако типично все возможные значения данных будут отображены в модуляции, которые различаются в по меньшей мере двух промежуточных временных интервалах относительно каждого из других возможных значений данных. Типично модуляции различаются во всех промежуточных временных интервалах.
Таким образом, даже для символов данных, представляющих больше чем один бит, передатчик 101 мощности модулирует сигнал мощности для того, чтобы представлять символы данных так, что различие модуляции между по меньшей мере двумя значениями данных различается во множестве промежуточных временных интервалов. Таким образом, различие модуляции между парами значений данных не ограничено различиями в одних промежуточных временных интервалах для всех пар.
Следует принимать во внимание, что в некоторых вариантах осуществления отображение из значения данных символа данных в соответствующую модуляцию может быть осуществлено через отображение значений данных во множество битов данных канала/символов, которые затем индивидуально отображают в соответствующие форматы модуляции.
Например, бинарный символ данных, соответствующий одному биту, может быть отображен в последовательность битов данных. Например, бинарное значение 0 может быть отображено в битовую последовательность, например, 000 и бинарное значение 1 может быть отображено в битовую последовательность, например, 111. Кроме того, канальные биты могут быть отображены непосредственно в отклонение модуляции. Например, значение канального бита 0 может быть отображено в сдвиг амплитуды -X, а значение канального бита 1 может быть отображено в сдвиг амплитуды +X. Каждый канальный бит может быть передан в одном промежуточном временном интервале. Таким образом, для бинарного значения 0 информационного бита амплитуду трех (типично последовательных) промежуточных временных интервалов можно снижать на X. Для бинарного значения 0 информационного бита амплитуду трех (типично последовательных) промежуточных временных интервалов можно увеличивать на X. Таким образом, несмотря на то что индивидуальные канальные биты можно передавать в отдельных промежуточных временных интервалах, значение передаваемого информационного бита модулируют во множестве промежуточных временных интервалов.
В качестве другого примера, можно рассматривать, что предварительно определяемый шаблон модуляции на фиг. 5 и 7 соответствует отображению информационного бита в битовые последовательности 1010 и 0101, причем каждый канальный бит отображают в модуляцию X и -X для 1 и 0 соответственно. Таким образом, отображение в канальные биты можно рассматривать как представление предварительно определяемого шаблона модуляции.
В качестве конкретного примера, три различных битовых шаблона можно определять для передатчика 101 мощности для подтверждения запроса на конкретную операцию, принятого от приемника 105 мощности, например:
1. 11111111 для подтверждения приема запроса и принятия запроса
2. 00000000 для подтверждения приема запроса и отклонения запроса
3. 01010101 для подтверждения приема запроса и указания, что запрос является неизвестным.
Таким образом, подтверждение представляет собой символ данных с тремя значениями, т.е. 1,58 бита.
В некоторых вариантах осуществления каждый канальный бит можно передавать в одном промежуточном временном интервале, причем каждый канальный бит отображают, например, в сдвиг на +X или -X, в зависимости от значения. Таким образом, символ данных подтверждения модулируют на восьми промежуточных временных интервалах.
Если использованию подлежит меньше промежуточных временных интервалов, три значения можно отображать в более короткие битовые последовательности, например, такие как для четырех временных интервалов:
1. 1111 для подтверждения приема запроса и принятия запроса.
2. 0000 для подтверждения приема запроса и отклонения запроса.
3. 0101 для подтверждения приема запроса и обозначения, что запрос является неизвестным.
или для двух временных интервалов:
1. 11 для подтверждения приема запроса и принятия запроса.
2. 00 для подтверждения приема запроса и отклонения запроса.
3. 01 для подтверждения приема запроса и обозначения, что запрос является неизвестным.
В качестве другого примера, больше чем один канальный бит может быть передан в каждом временном интервале, например, для временных интервалов, восемь канальных битов может быть передано в виде двух различных групп:
1. Первый промежуточный временной интервал, в котором передают 1111, за которым следует второй промежуточный временной интервал, в котором передают 1111, когда подтверждают прием запроса и принятие запроса.
2. Первый промежуточный временной интервал, в котором передают 0000, за которым следует второй промежуточной временной интервал, в котором передают 0000, когда подтверждают прием запроса и отклоняют запрос.
3. Первый промежуточный временной интервал, в котором передают 0101, за которым следует второй промежуточный временной интервал, в котором передают 0101, когда подтверждают запрос и указывают, что запрос является неизвестным.
В этом примере каждый канальный бит все еще можно индивидуально отображать в отклонение модуляции, но в этом случае различные модуляции для четырех канальных битов комбинируют в пределах каждого из промежуточных временных интервалов, например, посредством предоставления четверти промежуточного временного интервала для каждого канального бита. В качестве другого примера, группы канальных битов непосредственно можно отображать в различные модуляции (также необходимы только три различные модуляции).
Для того чтобы оптимизировать защиту от ошибок, приемник 105 мощности предпочтительно учитывает целую модуляцию сигнала мощности (или по меньшей мере части, где модуляция различается между различными значениями данных). Это гарантирует, что максимизируют отношение сигнала к шуму и что частоту ошибок, соответственно, минимизируют.
Однако в некоторых сценариях шум (в том числе шум, возникающий при реализации, такой как шум квантования) может быть достаточно слабым для предоставления достаточной частоты ошибок, даже если включают только часть энергии символа (бита). Следовательно, в некоторых вариантах осуществления и сценариях приемник 105 мощности может определять значение бита, основываясь только на части передачи. Например, можно осуществлять декодирование поднабора промежуточных временных интервалов, на протяжении которых модулируют бит, и, в действительности, в некоторых сценариях на основе только одного промежуточного временного интервала.
Например, в предыдущем примере, где восемь канальных битов передают на протяжении восьми промежуточных временных интервалов, приемник 105 мощности может в некоторых сценариях, где шум является очень слабым, декодировать данные только в первых двух промежуточных временных интервалах. Если это ведет к значениям 11, допускают, что полная передача представляет собой 11111111, если значения представляют собой 00, допускают, что полная передача представляет собой 00000000, и если значения представляют собой 01, допускают, что полная передача представляет собой 01010101. Если определение посредством приемника 105 мощности считают ненадежным (например, основываясь на оценке сигнала к шуму), можно переходить к декодированию дополнительных промежуточных временных интервалов, на протяжении которых закодирован символ данных.
В некоторых вариантах осуществления передатчик 101 мощности выполнен для того, чтобы не вводить какую-либо модуляцию сигнала мощности до тех пор, пока не будет подтверждено, что приемник 105 мощности способен принимать такую передачу. Однако передатчик мощности может начинать при первой возможности после выполнения такой верификации, так что приемник мощности может быстро получать информацию о том, что двунаправленная связь возможна.
Обнаружение совместимости как передатчика 101 мощности, так и приемника 105 мощности, которые способны поддерживать двунаправленную связь, можно осуществлять различными путями.
В качестве примера, система может быть основана на версии оборудования. Например, для системы Qi приемник мощности или передатчик мощности может быть совместимым с двунаправленной связью, если он имеет версию 1.1 или выше, но не если он имеет версию 1.0.
В качестве примера, для такой системы Qi, передатчик мощности (версии 1.1 или выше) может переходить к интерпретации поля версий пакета идентификации, указывающего, с какой версией спецификации совместим приемник мощности. Если версия не является достаточно высокой (т.е. она ниже версии 1.1), передатчик мощности не будет пытаться модулировать сигнал мощности, а будет поддерживать его постоянным (как определено, коррелятор 1009 до версии 1.1). Если версия является достаточно высокой (1.1 или выше), передатчик мощности будет модулировать сигнал мощности согласно новым требованиям, чтобы указать, что он допускает новые возможности стандарта (т.е. что он имеет версию 1.1 или выше). Приемник мощности может обнаруживать такую модуляцию и вместе с тем получать информацию о том, что передатчик мощности будет использовать двунаправленную связь.
Следует принимать во внимание, что в приведенном выше описании для прозрачности описаны варианты осуществления изобретения со ссылкой на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако очевидно, что любое подходящее распределение функциональности между различными функциональными схемами, блоками или процессорами можно использовать, не отступая от изобретения. Например, проиллюстрированную функциональность, которая должна быть осуществлена посредством отдельных процессоров или контроллеров, можно осуществлять посредством одного и того же процессора или контроллера. Таким образом, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы следует рассматривать только в качестве ссылок на подходящие средства для предоставления описанной функциональности вместо того, чтобы указывать на строгую логическую или физическую структуру или организацию.
Изобретение можно реализовать в любой подходящей форме, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, встроенное программное обеспечение или какую-либо их комбинацию. Изобретение необязательно можно реализовать, по меньшей мере частично, в качестве компьютерного программного обеспечения, запускаемого на одном или нескольких процессорах данных и/или цифровых сигнальных процессорах. Элементы и компоненты варианта осуществления изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим образом. В действительности, функциональность можно реализовать в одном блоке, во множестве блоков или в качестве части других функциональных блоков. По существу, изобретение можно реализовать в одном блоке или его можно физически и функционально распределять между различными блоками, схемами и процессорами.
Несмотря на то что настоящее изобретение описано применительно к некоторым вариантам осуществления, оно не должно быть ограничено конкретной формой, изложенной в настоящем документе. Скорее, объем настоящего изобретения ограничен только сопроводительной формулой изобретения. Дополнительно, несмотря на то что признак может казаться описанным применительно к конкретным вариантам осуществления, специалист в данной области поймет, что различные признаки описанных вариантов осуществления можно комбинировать в соответствии с изобретением. В формуле изобретения термин «содержит» не исключает присутствия других элементов или стадий.
Кроме того, несмотря на то что перечислены индивидуально, множество средств, элементов, схем или этапов способов можно реализовать посредством, например, одной схемы, блока или процессора. Дополнительно, несмотря на то что индивидуальные признаки могут быть включены в различные пункты формулы изобретения, возможно, их можно благоприятно объединять, и включение в различные пункты формулы изобретения не подразумевает, что комбинация признаков не является возможной и/или благоприятной. Также включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не подразумевает ограничения этой категорией, а, скорее, указывает на то, что признак в равной мере применим к другой категории пунктов формулы изобретения соответствующим образом. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не подразумевает какого-либо конкретного порядка, в котором признаки должны работать, и, в частности, порядок индивидуальных этапов в пункте формулы изобретения о способе не подразумевает, что этапы следует осуществлять в этом порядке. Скорее, этапы можно осуществлять в любом подходящем порядке. Кроме того, формы единственного числа не исключают множества. Таким образом, упоминания о «первом», «втором» и т.д. не исключают множества. Ссылочные позиции в формуле изобретения предоставлены лишь в качестве поясняющего примера, который не следует рассматривать в качестве ограничения объема формулы изобретения каким-либо образом.