CN102083186A

CN102083186A - 一种电路板组件和电路板

Info

Publication number: CN102083186A
Application number: CN2010105663934A
Authority: CN
Inventors: 约翰·沃利; 吉汉·卡若古; 阿玛德雷兹·罗弗戈兰; 纳拜瑞简·塞亚爵; 瑞利尔·范德里
Original assignee: Zyray Wireless Inc
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: EP2328254A2; EP2328254B1; HK1158431A1; EP2328254A3; US8525370B2; CN102083186B; TW201145750A; US20110127845A1; TWI462422B

Abstract

本发明涉及一种电路板组件和电路板。所述电路板组件包括多层基板、无线功率发射器控制模块、无线功率线圈组件以及多个集成电路。所述无线功率发射器控制模块由所述多层基板的一层支持并且所述无线功率线圈组件形成于所述多层基板的内层上。所述多个集成电路安装于所述多层基板的外层上，其中所述多个集成电路中的一个集成电路被对齐以与所述无线功率线圈组件的一个线圈重叠并由所述无线功率发射器控制模块通过所述线圈无线供电。

Description

一种电路板组件和电路板

技术领域

本发明涉及功率转换，更具体地说，本发明涉及无线功率转换及其支持的通信。

背景技术

无线电源(即不通过电源线给设备供电)的概念已出现了一段时间并在最近开始商业化。此外，正在进行两种标准的讨论(WPC-无线通信联盟和CEA-消费电子协会)以调节无线电源系统。

目前商业上可用的无线电源产品包括发射单元、接收单元和双向控制信道。在这些产品中，功率转换的主要方法是感应耦合，但是一些低功耗应用可以包括太阳能转换、热-电能量转换和/或电容能量转换。为了使用这些产品，接收单元是一个单独的单元，且必须与将要被无线供电的设备耦合。因此，没有耦合接收单元的设备本身不能被无线供电。

为了发展这些产品，已经针对感应功率转换、闭环系统和多负载支持做了很多努力。在感应功率转换领域，已经针对优化调谐发射和接收电路(发射电路和接收电路各包含一个电感)的共振、效率和/或散热问题、检测负载、关闭感应功率转换、线圈校准、磁校准、降低幻象电源、带负载补偿的D类、E类功率发射器、天线设计以及线圈切换做了很多努力。在多负载支持领域，已经针对功率共享和调谐、控制信道多接入以及冲突避免做了很多努力。

在闭环系统领域，已经针对调节发射功率、发射共振、校准以最大化安全性和/或利用特定控制信道协议(例如，反向散射、IrDA或蓝牙)的功率转换做了很多努力。就这一点而言，只要接收单元和发射单元来自同一供应商，其中控制信道使用同一通信协议，就可以实现无线功率转换。尽管上述标准组织正试图建立关于控制信道协议的标准，但是目前供应商们自由使用他们选择的各种协议，造成不同供应商的无线电源产品间的兼容问题。

发明内容

本发明提供一种运行装置和方法，并在以下附图说明和具体实施方式部分以及权利要求中给出进一步的描述。

根据一个方面，一种电路板组件，包括：

多层基板；

无线功率发射器控制模块，由所述多层基板中的一层支持；

无线功率线圈组件，形成于所述多层基板的内层上；以及

多个集成电路，安装在所述多层基板的外层上，其中所述多个集成电路中的一个集成电路：

被对齐以与所述无线功率线圈组件中的一个线圈重叠；

由所述无线功率发射器控制模块通过所述线圈无线供电。

优选地，所述电路板组件进一步包括：

所述集成电路与所述无线功率发射器控制模块通过所述线圈无线传送无线功率控制数据。

优选地，所述电路板组件进一步包括：

所述集成电路与所述无线功率发射器控制模块通过毫米波(MMW)收发器无线传送无线功率控制数据。

优选地，所述电路板组件进一步包括：

预设的人工磁镜，位于所述多层基板的另一内层上。

优选地，所述电路板组件进一步包括：

波导，位于所述多层基板的另一内层上；以及

波导端子，用于连接至所述集成电路以便所述波导向所述集成电路传送毫米波输入信号并从所述集成电路传送毫米波输出信号，其中所述集成电路包括毫米波收发器。

优选地，所述无线功率线圈组件包括：

线圈矩阵，形成于至少所述内层上；以及

导电线路，将所述线圈矩阵与所述无线功率发射器控制模块连接，其中所述无线功率发射器控制模块管理所述线圈矩阵产生的电磁信号的频率映射和功率电平。

优选地，所述电路板组件进一步包括：

所述多个集成电路中的每个集成电路与所述线圈矩阵中相应的一个线圈对齐，以便所述集成电路的接收线圈和与它相应的线圈重叠。

优选地，所述电路板组件进一步包括：

所述无线功率发射器控制模块包含集成电路；以及

所述多层基板包含引脚以便与所述无线功率发射器控制模块集成电路电气连接。

优选地，所述电路板组件进一步包括：

无线功率接收电路，用于将初始源电磁信号转换成电源电压，其中所述无线功率发射器控制模块：

由所述电源电压供电；

被供电时，生成交流电压；以及

将所述交流电压提供给所述无线功率线圈组件中的线圈，所述线圈生成第二源电磁信号。

优选地，所述电路板组件进一步包括：

电池，安装在所述多层基板的所述一层上，其中当存在所述初始源电磁信号时所述无线功率接收电路给所述电池充电，以及当不存在所述初始源电磁信号时所述电池给所述无线功率发射器控制模块提供电池电压。

优选地，所述电路板组件进一步包括：

所述无线功率发射器控制模块包含由所述多层基板的所述层支持的多个分立元件；以及

所述多层基板包含电连接所述无线功率发射器控制模块的所述多个分立元件的线路。

根据一个方面，一种电路板，包括：

多层基板；

无线功率发射器控制部分，位于所述多层基板的一层上；

无线功率线圈组件，形成于所述多层基板的内层上；

集成电路部分，位于所述多层基板的外层上，其中所述集成电路部分与所述无线功率线圈组件重叠；以及

导电连接结构，连接所述无线功率发射器控制部分与所述无线功率线圈组件。

优选地，所述电路板进一步包括：

伸出的人工磁镜，位于所述多层基板的另一内层上。

优选地，所述电路板进一步包括：

波导，位于所述多层基板的另一内层上；以及

波导端子，用于连接至安装在所述集成电路部分中的集成电路以便所述波导向所述集成电路传送毫米波输入信号以及从所述集成电路传送毫米波输出信号。

优选地，所述无线功率线圈组件包括：

线圈矩阵，形成于至少所述内层上；以及

导电线路，连接所述线圈矩阵与所述无线功率发射器控制模块部分。

优选地，所述电路板进一步包括：

所述集成电路部分包含针对多个集成电路中每个集成电路的各个部分，其中所述各个部分中的每个部分与线圈矩阵中的相应线圈对齐。

优选地，所述电路板进一步包括：

集成电路引脚，用于与无线功率发射器控制模块集成电路连接。

优选地，所述电路板进一步包括：

无线功率接收电路部分，具有将电源电压连接到所述无线功率发射器电路控制模块部分的线路。

优选地，所述电路板进一步包括：

位于所述多层基板的所述层上的电池安装区域；以及

导电连接结构，将所述电池安装区域与所述无线功率接收电路部分连接。

优选地，所述电路板进一步包括：

所述无线功率发射器控制模块部分包含由所述多层基板的所述层支持的多个分立的元件部分；以及

所述多层基板包含与所述多个分立的元件部分电气连接的线路。

本发明的各种特征和优点，将在以下具体实施例部分结合附图进行详细介绍。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的无线电源系统的示意框图；

图2是根据本发明另一个实施例的无线电源系统的示意框图；

图3是根据本发明另一个实施例的无线电源系统的示意框图；

图4是根据本发明另一个实施例的无线电源系统的示意框图；

图5是根据本发明一个实施例的无线电源系统的一部分的示意框图；

图6A是根据本发明一个实施例的经无线供电集成电路(IC)的示意框图；

图6B是根据本发明一个实施例的经无线供电的IC的示意框图；

图7是根据本发明另一个实施例的经无线供电的IC的示意框图；

图8是根据本发明一个实施例的一设备的包含经无线供电的集成电路的电路板的示意图；

图9是根据本发明一个实施例的一设备的包含经无线供电且支持无线片间通信的集成电路的电路板的示意图；

图10是根据本发明一个实施例的一设备的包含经无线供电且支持NFC片间通信的集成电路的电路板的示意图；

图11是根据本发明一个实施例的支持经无线供电的集成电路的电路板的示意框图；

图12是根据本发明一个实施例的用于支持经无线供电的集成电路的电路板中的线圈网格的示意图；

图13是根据本发明另一个实施例的经无线供电的IC的示意框图；

图14是根据本发明另一个实施例的经无线供电的IC的示意框图；

图15是根据本发明一个实施例的用于支持无线片间通信的电路板中的波导网格的示意图；

图16是根据本发明一个实施例的用于经无线供电的集成电路中的接收无线功率电路的示意框图；

图17是根据本发明一个实施例的用于经无线供电且支持无线片间通信的集成电路中的RF总线电路的示意框图；

图18是根据本发明一个实施例的用于经无线供电的且支持NFC片间通信的集成电路中的NFC总线电路的示意框图；

图19是根据本发明一个实施例的用于集成电路的无线功率和NFC通信的线圈的示意框图，该集成电路经无线供电且支持NFC片间通信；

图20是根据本发明另一个实施例的无线电源系统的示意框图；

图21是根据本发明另一个实施例的无线电源系统的示意框图；

图22是根据本发明另一个实施例的无线电源系统的示意框图；

图23是根据本发明一个实施例的无线电源系统中的频率规划(frequencyplanning)的示意图；

图24是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中频率规划的示意图；

图25是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中频率规划的示意图；

图26是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中频率规划的示意图；

图27是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中频率规划的示意图；

图28是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中频率规划的示意图；

图29是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中频率规划的示意图；

图30是根据本发明一个实施例的用于管理无线电源系统的方法流程图；

图31是根据本发明另一实施例的用于管理无线电源系统的方法流程图；

图32是根据本发明一个实施例的管理无线电源系统的示意图；

图33是根据本发明另一实施例的用于管理无线电源系统的方法流程图；

图34是根据本发明一个实施例的用于无线电源系统中的功率发射频谱的示意图；以及

图35是根据本发明另一实施例的用于管理无线电源系统的方法流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的包含无线功率(WP)发射(TX)单元10和一个或集成电路(IC)和/或设备12-14的无线电源系统的示意框图。该WP TX单元10包括处理模块18、WP收发器20和功率TX电路16。设备12-14中的每个设备包括WP接收(RX)电路22、28、处理模块26、32以及WP收发器24、30。IC或设备12-14最可能包括基于它所需要的功能的多个其它元件。例如，这些IC可以用于(或设备12-14可以是)蜂窝电话、个人音频/视频播放器、视频游戏单元、玩具等，并包括相应的电路。

WP TX单元10和设备12-14中每个设备中的处理模块18、26、32可以各是一个处理设备或各是多个处理设备。该处理设备可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理器单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑设备、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任意根据电路的硬代码和/或操作指令来处理信号(模拟和/或数字)的设备。处理模块18、26、32可以具有相关的存储器和/或存储器组件，上述存储器和/或存储器组件可以是单个存储器设备、多个存储器设备和/或处理模块18、26、32的嵌入式电路。该存储器设备可以是只读存储器、随机访问存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓冲存储器和/或存储数字信息的任意设备。注意若处理模块18、26、32包括多个处理设备，这些处理设备可以集中排布(例如，通过有线和/或无线总线结构直接连接在一起)或分散排布(例如，通过经局域网和/或广域网的间接连接进行云计算)。还要注意，当处理模块18、26、32通过状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路执行它的一个或多个功能时，存储相应操作指令的存储器和/或存储器组件可以嵌入或外接于包含该状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路中。还应注意，存储器组件存储、且处理模块18、26、32执行与如图1-35中所示的至少一些步骤和/或功能相关的硬代码和/或操作指令。

WP TX单元10通过一个或多个控制通道34与IC和/或设备12-14的WP收发器24、30通信，一个或多个控制通道34使用ISM频带36中的一个或多个频率和/或其它免许可频带38中的一个或多个频率。通过控制通道34的通信可以使用一个或多个标准化协议40、44和/或一个或多个专有协议42、46。例如，标准化协议40、44可以包括蓝牙(2400MHz)、HIPERLAN(5800MHz)、IEEE802.11(2400MHz和5800MHz)以及IEEE802.15.4(使用915MHz或2400MHz的个人局域网)。

ISM频带36包括：

WP功率收发器20、24、30(例如，在WP TX单元10中和在IC和/或设备12-14其中之一中)中的每一个包括基带处理(由相应处理模块18、26、32完成)、射频(RF)和/或毫米波(MMW)发射器部分以及RF和/或MMW接收器部分。在一个示例性工作过程中，基带处理根据一个或多个无线通信标准(例如GSM、CDMA、WCDMA、HSUPA、HSDPA、WiMAX、EDGE、GPRS、IEEE802.11、蓝牙、紫蜂、通用移动电信系统(UMTS)、长期演进(LTE)、IEEE802.16、数据优化改进(EV-DO)、专有协议等)将输出数据转化为输出符号流。这种转化包括以下至少一项：加扰、穿刺(puncturing)、编码、交错、群映射、调制、频率扩展、跳频、波束成形、空时分组编码、空频分组编码、频域-时域转换和/或数字基带-中频转换。

发射器部分将输出符号流转化为具有所给频带(例如，ISM频带36)内的载波频率的输出RF信号。在一个实施例中，可以通过将输出符号流与本地振荡混频来产生上上变频信号。一个或多个功率放大器和/或功率放大器驱动器放大可能经RF带通滤波的上变频信号以产生输出RF信号。在另一个实施例中，发射器部分包括产生振荡的振荡器。输出符号流提供相位信息(例如，+/-Δθ[相移]和/或θ(t)[相位调制])，这些相位信息可以用来调整振荡的相位以产生作为输出RF信号发射的调相的RF信号。在另一个实施例中，输出符号流包括幅度信息(例如，A(t)[幅度调制])，这些幅度信息可以用来调整调相的RF信号的幅度以产生输出RF信号。

在另一个实施例中，发射器部分包括产生振荡的振荡器。输出符号提供频率信息(例如，+/-Δf[频移]和/或f(t)[频率调制])，这些频率信息可以用来调整振荡的频率以产生作为输出RF信号发送的调频的RF信号。在另一个实施例中，输出符号流包括幅度信息，这些幅度信息可以用来调整调频的RF信号的幅度以产生输出RF信号。在另一个实施例中，发射器部分包括产生振荡的振荡器。输出符号提供幅度信息(例如+/-ΔA[幅移]和/或A(t)[幅度调制])，这些幅度信息可以用来调整振荡的幅度以产生输出RF信号。

接收器部分接收并放大输入RF信号以产生放大的输入RF信号。然后，接收器部分可以将放大的输入RF信号的同相(I)和正交(Q)成分与本地振荡的同相和正交成分混频以产生混频的I信号和混频的Q信号。将混频的I和Q信号合成以产生输入符号流。在本实施例中，输入符号可以包括相位信息(例如，+/-Δθ[相移]和/或θ(t)[相位调制])和/或频率信息(例如，+/-Δf[频移]和/或f(t)[频率调制])。在另一个实施例中和/或在上述实施例的进一步推进中，输入RF信号包括幅度信息(例如+/-ΔA[幅移]和/或A(t)[幅度调制])。为了恢复幅度信息，接收器部分可以包括幅度探测器譬如包络探测器、低通滤波器等。

基带处理根据一个或多个无线通信标准(例如GSM、CDMA、WCDMA、HSUPA、HSDPA、WiMAX、EDGE、GPRS、IEEE802.11、蓝牙、紫蜂、通用移动电信系统(UMTS)、长期演进(LTE)、IEEE802.16、数据优化改进(EV-DO)、专有协议等)将输入符号流转换为输入数据(例如，控制通道数据)。这种转化可以包括以下至少一项：数字中频-基带转换、时域-频域转换、空-时分组解码、空-频分组解码、解调、频率扩展解码、跳频解码、波束成形解码、群去映射、解交错、解码、解穿刺和/或解加扰。

WP TX单元10通过控制通道与IC和/或设备12-14通信以便于从WP TX单元10到设备12-14的功率RX电路22、28的高效无线功率传输。例如，可以利用上述通信来确定使用何种频率、来改变IC和/或设备12-14的位置以改善磁耦合、来调谐功率TX电路16和/或功率RX电路22、28的元件、来说明所需功率电平、来调整功率电平等。这样，在能量从功率TX电路16到一个或多个设备12-14的功率RX电路22、28的无线传输中，WP TX单元10与IC和/或设备12-14通信以提供所需的无线能量传输的性能水平。

在另一个示例性工作过程中，接收单元处理模块26、32能够识别无线功率发射单元10用来进行控制通道通信的控制通道协议。注意，控制通道包括多个控制通道协议中的一个，控制通道协议包括一个或多个或多个标准控制通道协议和/或一个或多个专有控制通道协议。还要注意，发射单元收发器20使用其中一个控制通道协议并能够使用一系列控制通道协议。例如，一个发射单元收发器20可以使用蓝牙协议或专有协议作为它的控制通道协议，而另一个无线功率发射单元10的发射单元收发器20可以使用不同的控制通道协议。因此，接收单元需要识别控制通道协议。

接收单元处理模块26、32可以通过解析发射单元收发器发射的信标信号来识别控制通道协议，以确定控制通道协议。可选地，或除了上述例子，接收单元处理模块26、32可以通过使用默认控制信道协议接收来自发射单元收发器20的启动通信(set-up communication)来识别控制信道协议。作为另一个可选实施例，或除了上述一个或多个例子，接收单元处理模块26、32可以通过以下方法识别控制通道协议：扫描用于控制通道活动的频谱以产生扫描的频谱，并从扫描的频谱中识别控制通道协议。作为另一个可选实施例，或除了上述一个或多个例子，接收单元处理模块26、32可以通过以下方法识别控制通道协议：使用已知控制通道协议来激活试错系统(trail and error system)。

当接收单元处理模块26、32识别控制通道协议时，它可以确定接收单元收发器是否能够利用该控制通道协议进行通信。例如，处理模块可以确定接收单元收发器24、30是否被配置为支持该控制通道协议。当接收单元收发器24、30能够利用该控制通道协议进行通信时，处理模块可以协调接收单元收发器的配置以便通过控制通道收发关于无线功率磁场的通信。

作为另一个识别控制通道协议的可选实施例，发射单元收发器20和接收单元收发器24、30可以协商使用何种控制通道协议。例如，发射单元收发器可以与接收单元收发器间进行协商信息(例如，它们各支持什么协议、所需数据率、可用带宽等)的收发以互动地选择控制通道协议。

若处理模块26、32不能识别控制通道或接收单元收发器24、30不能被配置来使用该控制通道协议，处理模块可以确定接收单元收发器是否缺少支持该控制通道协议的硬件或软件。当接收单元收发器缺少软件时，处理模块生成网络信息以下载支持该控制通道协议的软件。下载了该软件后，接收单元收发器24、30就可以被配置为支持该控制通道协议。

利用无线功率发射单元10与IC和/或设备12、14间建立的控制通道，无线功率发射电路16可以根据控制通道数据(例如，功率电平、频率、调谐等)生成无线功率磁场。无线功率接收电路22、28将无线功率磁场转换为电压，该电压可以用来给该设备的电池充电和/或给IC和/或设备12-14的至少一部分供电。

图2是根据本发明另一个实施例的包含无线功率(WP)发射(TX)单元10和一个或多个一个IC和/或设备的无线电源系统的示意框图。该WP TX单元10包括处理模块18、WP收发器20、RFID(射频识别)标签和/或读卡器48以及功率TX电路16。设备12-14中的每个IC和/或设备包括WP接收(RX)电路22、28、处理模块26、32、RFID标签和/或读卡器50、52及WP收发器24、30。IC和/或设备12-14最可能包括基于它所需要的功能的多个其它元件。

在本实施例中，RFID标签48、50、52包括关于IC和/或设备12-14以及WP TX单元10的无线功率需求和能力的信息。例如，这些信息可以包括使用的通信协议(例如，一个或多个标准化协议40、44或一个或多个专有协议42、46)、无线功率频谱、阻抗匹配信息、电池充电需求等。RFID读卡器和标签48、50、52可以是主动或被动设备并可以使用背向散射进行通信。因此，IC和/或设备12-14开始与WP TX单元10通信以交换启动信息，且启动后，设备12-14与WP TX单元10通过WP收发器20、24、30进行通信。

图3是根据本发明另一个实施例的包含无线功率(WP)发射(TX)单元10和一个或多个IC和/或设备12-14的无线电源系统的示意框图。该WP TX单元10包括处理模块18、RFID(射频识别)标签和/或读卡器48以及功率TX电路16。设备12-14中的每个设备包括WP接收(RX)电路22、28、处理模块26、32、RFID标签和/或读卡器50、52。

在本实施例中，RFID标签48、50、52包括关于IC和/或设备12-14以及WP TX单元10的无线功率需求和能力的信息。例如，这些信息可以包括使用的通信协议(例如，一个或多个标准化协议54或一个专或多个有协议56)、无线功率量频谱、阻抗匹配信息、电池充电需求等。除了交换启动信息，IC和/或设备12-14与WP TX单元10使用RFID标签和读卡器48、50、52作为它们之间主要的通信方式。注意，RFID读卡器和标签48、50、52可以是主动或被动设备并可以使用背向散射进行通信。

图4是根据本发明一个实施例的包含功率发射器电路84(可能在印刷电路板上实施)和功率接收器电路86(可能包含在IC中)的无线电源系统的一部分的示意框图。功率发射器电路84包括线圈(即电感)、整流及调节电路88、阻抗匹配及激励电路90、处理模块92以及RF和/或MMW收发器94。功率接收器电路86包括线圈、阻抗匹配及整流电路96、调节电路98以及RF和/或MMW收发器100。

在一个示例性工作过程中，功率发射器电路84的整流及调节电路将AC电压(例如，110VAC、220VAC等)转换为DC电压(例如，160VDC、320VDC等)。阻抗匹配及激励电路90在给定频率(例如，10MHz等)以交替的方式(例如，全桥逆变、半桥逆变)将TX功率线圈耦合到该DC电压上。阻抗匹配可以使电容和线圈组成的LC电路被调谐至所需共振频率且具有所需质量因子。例如，LC电路可以被调谐至以激励速率共振。

功率RX单元86的线圈靠近TX单元84的线圈，用于接收由TX线圈产生的磁场且用于从该磁场中产生AC电压。RX线圈和电容组成的LC电路可以被调谐至具有所需共振和/或所需质量因子。阻抗匹配及整流电路96对RX线圈的AC电压进行整流处理以产生DC干线电压(rail voltage)，该DC干线电压经调节电路进行调节。经调节的DC电压用于给该IC的其它电路模块供电。注意，功率TX电路84和功率RX电路86使用RF/MMW收发器来传送关于IC的无线供电的信息。这些信息包括功率设置、频率、反馈信息等。

图5是根据本发明一个实施例的包含功率发射器电路144(可能在印刷电路板上实施)和功率接收器电路146(可能包含在IC中)的无线电源系统的一部分的示意框图。功率发射器电路144包括整流及调节电路148、阻抗匹配及激励电路150、处理模块152、NFC调制/解调器154以及NFC线圈156。功率接收器电路146包括阻抗匹配及整流电路158、调节电路160、NFC调制/解调器162以及NFC线圈164。

在一个示例性工作过程中，功率发射器电路144的整流及调节电路148将AC电压(例如，110VAC、220VAC等)转换为DC电压(例如，160VDC、320VDC等)。阻抗匹配及激励电路150在给定频率(例如，10MHz等)以交替的方式(例如，全桥逆变、半桥逆变)将TX功率线圈耦合到该DC电压上。阻抗匹配可以使电容和线圈组成的LC电路被调谐至所需共振频率且具有所需质量因子。例如，LC电路可以被调谐至以激励速率共振。

功率接收器电路146的线圈靠近发射器电路144的线圈，用于接收由TX线圈产生的磁场且用于从该磁场中产生AC电压。RX线圈和电容组成的LC电路可以被调谐至具有所需共振和/或所需质量因子。阻抗匹配及整流电路158对RX线圈的AC电压进行整流处理以产生DC干线电压，该DC干线电压经调节电路160进行调节。

该IC通过NFC(近场通信)170与功率发射电路144通信。例如，当该IC有数据要传送给功率发射电路144时，处理模块166生成该数据并将该数据提供给NFC调制/解调器162。NFC调制/解调器162可以在驱动NFC线圈164的给定频率(例如，13MHz、900MHz、5GHz、60GHz等)下调制该数据。NFC线圈164产生一个磁场，该磁场由功率发射电路144的NFC线圈156接收。NFC调制/解调单元154解调由NFC线圈156产生的信号以恢复发射的数据，该数据将被提供给处理模块152。从功率发射器电路144到该设备的数据按照类似方式进行处理。

图6A是根据本发明另一个实施例的包含无线功率接收电路271、无线通信模块285以及一个或多个电路模块275-1至275-n的IC 254的示意框图。无线功率接收电路271包括整流及匹配电路(例如，电容和二极管)258、RX线圈260、输出电路273(例如，电容以及降压和/或升压转换器262)、升压控制模块272和/或降压控制模块274。无线通信模块285包括RF/MMW和/或NFC收发器278(例如，接收器和发射器部分)以及RF/MMW和/或NFC数据处理模块276。

在一个示例性工作过程中，RX线圈260(可以包括一个或多个可调电感)接收来自WP TX单元的磁场并从中生成AC电压。将电容调谐(与RX线圈260一起)至所需共振、阻抗和/或质量因子以便实现AC电压的生成。全桥整流器(例如，二极管)对AC电压进行整流以产生经整流的电压，该电压由电容滤波以产生DC干线电压(例如，3-20伏特)。

当要降低DC电压以产生一个电压时，降压和/或升压转换器262可以工作在降压转换器模式。当要升高DC干线电压以产生该电压时，降压和/或升压转换器262可以工作在升压转换器模式。注意，当降压和/或升压转换器262在升压模式时，降压晶体管被使能。还要注意，降压和/或升压转换器262可以包括多个电感、晶体管、二极管和电容以产生多个电源电压。

为了将该电压调节至一所需电平，可以激活升压控制模块272或降压控制模块274以感应该电压并将它与一个参考电压进行比较。根据上述比较，控制模块272或274可以生成一个调节信号并将该调节信号提供给合适的晶体管。注意，控制模块272和/或274可以与处理模块256一起实施。

降压和/或升压转换器262可以在电源管理单元282(若包含)的控制下给电路模块275-1至275-n中的多个电路模块提供电压。总而言之，电源管理模块282能够控制IC的功耗至一最佳水平(例如，均衡性能与能耗)。就这一点而言，电源管理模块282可以将每个电路模块275(例如，模拟电路、数字电路、存储器、数字逻辑等)作为一个能单独控制的孤立功率系统。例如，当电路模块275不活跃时，电源管理模块282可以不给电路模块275供电。作为另一个例子，当电路模块275不需要工作在它的最大潜能时，电源管理模块282可以降低提供给它的电压。

除了控制给每个孤立功率系统的电源电压，电源管理模块282还可以控制提供给每个使用时钟信号的电源模块275的时钟信号。例如当电路处于空闲时，电源管理模块282可以给电路模块275提供一个降低了的电源电压且使提供给它的时钟信号无效。这样，可以消耗最小功率，而电路模块275可以在需要时被快速激活。作为另一个例子，电源管理模块282可以在电路模块275不需要工作在它的最大潜能时降低给它的时钟信号的频率。

当电路模块被供电时，电路模块275可以生成数据以传送给该设备或另一设备的另一个IC。这些数据可以是语音、音频、语音、文本、图形、数字图像等。该电路模块将这些数据作为片间输出数据提供给数据处理模块276，数据处理模块276可以将这些数据转换为片间输出符号流。收发器278的发射器部分将输出符号流转换为片间输出无线信号(例如，MMW或NFC)。

收发器278的接收器部分从另一IC接收片间输入无线信号(例如，MMW或NFC)并将它转换为输入符号流。数据处理模块276将输入符号流转换为片间输入数据。电路模块可以处理(例如，存储、压缩、解压缩、加密、解密、格式转换等)片间输入数据。

图6B是根据本发明另一个实施例的包含多个无线功率接收电路271-1至271-n、多个无线通信模块285-1至285-n以及多个电路模块275-1至275-n的IC 254的示意框图。如图所示，每个电路模块与一个相应的无线功率接收电路以及一个相应的无线通信模块相连。可选地，一个或多个电路模块可以共享一个无线功率接收电路和/或共享一个无线通信模块。

在这个实例中，一个或多个无线通信模块支持片内通信(例如，在IC内)和/或支持片间通信(例如，各IC之间)。因此，电路模块可以在芯片内相互无线通信和/或与一个或多个其它IC的电路模块进行无线通信。

图7是根据本发明另一个实施例的经无线供电的IC的示意框图，该IC包括无线功率接收(WP RX)线圈260、整流电路258、输出电路273、处理模块256、RF/MMW和/或NFC收发器278以及多个电路模块275。处理模块256被配置为实施调节模块277以及RF/MMW和/或NFC数据处理单元276。

在一个示例性工作过程中，无线功率接收线圈从无线功率电磁信号中生成AC电压。整流电路258对该AC电压进行整流处理以产生经整流的电压。输出电路258包括用于滤波经整流的电压以产生DC电压的电容电路(例如，一个或多个电容)。

调节模块感应DC电压的电压电平并将它与所需电压电平比较以产生比较信号279。RF/MMW和/或NFC数据处理单元276接收比较信号并根据无线功率数据通信协议对其进行处理以产生经处理的比较信号。RF/MMW和/或NFC收发器278向WP TX单元发射经处理的比较信号。

WP TX单元解析该比较信号以确定是否调节无线功率电磁信号以调节DC电压至所需电压电平。以这种方式，WP TX单元和片上WP RX单元协同工作以调节用于给IC供电的电压。

作为另一个示例性工作过程，IC包括多个无线功率接收线圈、多个整流电路以及多个输出电路以产生多个DC电压。例如，多个无线功率接收线圈从一个或多个无线功率电磁信号(例如，一个通用电磁信号或来自多个电磁信号)中生成多个AC电压。多个整流电路从多个AC电压中生成多个经整流的电压且多个输出电路(例如，电容电路)从多个经整流的电压中生成多个DC电压。调节模块从DC电压中生成多个比较信号并将它们输出。

作为替换，或除此以外，对于IC中示出的电源电路，该电源电路可以包括具有与地连接的中心接头的线圈、双二极管整流电路258和输出电容以产生电压。该电源在图7的右上部分示出。

作为另一替换，或除此以外，处理模块256可以进一步用于实施功率需求模块和多个功率控制模块。在此例中，功率需求模块输出关于多个电路模块的功率需求的信息。可以将这些输出的信息提供给WP TX单元，该WP TX单元包括针对多个IC的电源管理单元。电源管理单元解析这些信息以确定对电路模块的功率调节并生成相应的功率控制信号。

多个功率控制模块接收一个或多个功率控制信号并根据该一个或多个功率控制信号控制给多个电路模块的功率。例如，功率控制信号可以应用于控制多个电路模块的功耗。可选地，多个功率控制信号可以用于单独控制每个电路模块的功耗。

图8是根据本发明一个实施例的包含一个或多个电路板300的设备的示意图。每个电路板300支持多个经无线供电的集成电路(IC)254。每个IC包括接收(RX)无线功率(WP)电路和多个电路模块(例如，处理模块、存储器、数字电路、模拟电路、逻辑电路、状态机等)。RX WP电路包括一个或多个RX线圈、整流器电路、DC-DC转换器以及一个或多个电容。该一个或多个RX线圈可以在IC的封装基板上和/或IC的晶片(die)上实现。其它元件可以在IC的晶片上和/或IC的封装基板上实现。

在一个示例性工作过程中，当WP TX单元在电路板300的无线功率范围内时，IC的RX线圈接收由WP TX单元创建的磁场(例如，初始源电磁(EM)信号302)并从其中生成AC电压。RX WP单元对该AC电压进行整流处理以产生DC干线电压，该DC干线电压由电容滤波。DC-DC转换器将该DC干线电压转换为一个或多个IC电源电压，用于给IC的其它模块供电。注意，每个IC 254可以包括电源管理模块来管理IC的功耗。进一步注意，WP TX单元用来生成磁场的频率可以是10MHz至10000MHz，以便RX线圈的大小适用于IC封装中。

在本实施例中，IC无线接收它们的功率；因此它们不需要IC引脚来接收电源电压。进一步地，电路板不需要线路来给IC提供电源电压。电路板包括一地线层，该地线层与每个IC连接。地线层连接结构包括一个或多个电感以及可以进一步包括一个或多个电容。在一个实施例中，一个电感将IC与地线层连接。在另一个实施例中，一个电容与一个电感并联以提供IC与地线层的连接。在另一个实施例中，一个串联LC电路和一个并联LC电路提供IC与地线层的连接。在有关电容的实施例中，该电容包括一个在电路板内的极板和另一个在IC内的极板。

尽管图示的WP TX单元与电路板是分离的，但它可以在一个或多个电路板内实施。例如，每个电路板包括它的WP TX单元以便给其上的IC无线供电。在此例中，可以利用频率映射来减少电路板间的干扰。在另一个实例中，一个电路板可以包括WP TX单元以便给它自己的IC和其它电路板的IC供电，这些将参考图11-14中至少一幅附图进行更详细地描述。

图9是根据本发明一个实施例的包含电路板300的设备的示意图；每个电路板支持多个IC 254。每个IC254包括WP RX电路(如上所述)、RF总线模块以及多个电路模块(例如，处理模块、存储器、数字电路、模拟电路、逻辑电路、状态机等)。RX WP电路包括一个或多个RX线圈、整流器电路、DC-DC转换器以及一个或多个电容以产生如上所述给IC的电源电压。

RF总线电路包括RF总线基带处理模块、RF发射器以及RF接收器。在一个示例性工作过程中，RF总线电路可以实现IC间的无线通信。RF总线电路包括以下一个或多个专利申请文件中所述的技术：

1.具有RF总线的RFID系统(RFID SYSTEM WITH RF BUS)，申请日为2007年1月31日，申请号为11/600,286；

2.RF总线控制器(RF BUS CONTROLLER)，申请日为2007年1月31日，申请号为11/700,285；

3.设备内RF总线及其控制(INTRA-DEVICE RF BUS AND CONTROLTHEREOF)，申请日为2007年1月31日，申请号为11/700,421；

4.共享RF总线结构(SHARED RF BUS STRUCTURE)，申请日为2007年1月31日，申请号为11/700,517；

5.具有RF总线的RF收发器设备(RF TRANSCEIVER DEVICE WITHRF BUS)，申请日为2007年1月31日，申请号为11/700,592；

6.RF总线接入协议和收发器(RF BUS ACCESS PROTOCOL ANDTRANSCEIVER)，申请日为2007年1月31日，申请号为11/700,591；

7.集成电路/印刷电路板基板结构和通信(INTEGRATEDCIRCUIT/PRINTED CIRCUIT BOARD SUBSTRATE STRUCTUREAND COMMUNICATIONS)，申请日为2006年12月30日，申请号为11/648,756；

8.设备内的本地无线通信(LOCAL WIRELESS COMMUNICATIONSWITHIN A DEVICE)，申请日为2006年12月30日，申请号为11/648,744；

9.设备内的多路径收发器布局(MULTI-PATH TRANSCEIVERLAYOUT WITHIN A DEVICE)，申请日为2006年12月30日，申请号为11/648,745；

10.设备内的频分多址通信(FREQUENCY DIVISION MULTIPLEACCESS COMMUNICATIONS WITHIN A DEVICE)，申请日为2006年12月30日，申请号为11/648,746；

11.设备内通信的冲突避免(COLLISION AVOIDANCE FORCOMMUNICATIONS WITHIN A DEVICE)，申请日为2006年12月30日，申请号为11/648,754；

12.设备内的匹配网络(MESH NETWORK WITHINADEVICE)，申请日为2006年12月30日，申请号为11/648,755；

13.基于动态多路径的频分多址频率分配(DYNAMIC MULTI-PATHBASED FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESSFREQUENCYASSIGNMENT)，申请日为2007年1月30日，申请号为11/700,210；

14.超高频绝缘基板波导(VERY HIGH FREQUENCY DIELECTRICSUBSTRATE WAVE GUIDE)，申请日为2007年3月26日，申请号为11/691,460；

15.高频信号混合(HIGH FREQUENCY SIGNAL COMBINING)，申请日为2007年5月1日，申请号为11/742,734；以及

16.完全集成的RF收发器集成电路(FULLY INTEGRATED RFTRANSCEIVER INTEGRATED CIRCUIT)，申请日为2007年5月23日，申请号为11/805,563。

图10是根据本发明一个实施例的包含电路板300的设备的示意图；每个电路板支持多个IC254。每个IC254包括接收(RX)无线功率(WP)电路、一个或多个NFC总线电路以及多个电路模块(例如，处理模块、存储器、数字电路、模拟电路、逻辑电路、状态机等)。RX WP电路包括一个或多个RX线圈、整流器电路、DC-DC转换器以及一个或多个电容以产生上述电压。

NFC总线电路包括NFC总线基带处理模块、NFC发射器、NFC接收器以及一个或多个NFC线圈。在一个示例性工作过程中，NFC总线电路可以实现IC间的无线通信。NFC总线电路包括以上列出的一个或多个专利申请文件中所述的技术。

图11是根据本发明一个实施例的包含多层基板、无线功率发射器控制部分、无线功率线圈组件1127、IC部分1116以及导电连接的电路板1114的示意框图。无线功率发射器控制部分在多层基板的一层上且包含无线功率发射器(WP TX)控制模块1125。无线功率线圈组件1127安装在多层基板的内层上且包括一个或多个与无线功率发射器控制模块1125通过至少一些导电连接结构或线路连接的线圈。IC部分位于多层基板的外层上，与无线功率线圈组件大致重叠，并支持多个IC254。

WP TX控制模块1125包括无线收发器1124、处理模块1126和TX功率电路1128。无线收发器1124可以是MMW收发器(例如，图4中的收发器100)和/或NFC收发器(例如，图5中的收发器162)。TX功率电路1128包括整流及调节电路(例如，图4中的148)，若是被AC供电，还包括阻抗匹配及激励电路90。

若电路板包括无线功率接收电路部分且支持其中的无线功率接收电路1118，无线功率接收电路1128可以将初始源电磁信号转换为电源电压。在此实例中，TX功率电路1128由该电源电压供电且包括转换器以便产生AC电压。TX功率电路1128给无线功率线圈组件的一个或多个线圈提供AC电压。一个或多个线圈生成第二源电磁信号，该第二源电磁信号由IC接收并用于给IC无线供电。注意，线圈组件1127的一线圈可以形成为电路板1114上的线路。可选地，线圈组件1127的一线圈可以作为独立元件安装在电路板1114上。

无线功率发射器控制模块可以作为置于电路板1114的WP TX控制模块部分中的集成电路来实施。在此实例中，多层基板包括有与无线功率发射器控制模块IC电气连接的引脚。可选地，无线功率发射器控制模块可以通过多个分立元件实施，这些分立元件可以安装和/或形成在多层基板的层上。在此实例中，多层基板包括有与无线功率发射器控制模块的多个分立元件电气相连的线路。

如进一步示出的，电路板1114可以支持电池充电器和/或DC-DC转换器1120以及电池。在此实例中，无线功率接收电路1118可以在存在初始源电磁信号时给电池充电，以及当不存在初始源电磁信号时，电池给无线功率发射控制模块提供电池电压。

电路板1114具有通用性质，它具有用于安装WP TX控制模块、WP RX电路、IC以及WP线圈组件1127的专用部分。因此，同一电路板可以用于支持多个设备的多个IC，而可以忽略不计电路板的定制。

图12是根据本发明一个实施例的用于支持经无线供电的集成电路的电路板中的线圈网格的示意图。在本实施例中，电路板包括多个嵌入式线圈电路和控制电路。每个线圈电路的线圈可以印制在板上或作为独立设备在电路板中实施。线圈电路和控制电路的功能已在上文做了详细描述。当IC安装在电路板中时，可以定位它们使得该IC的RX线圈与线圈矩阵的相应线圈大致重叠。

该电路板为无线供电的IC以及通过一个或多个RF和/或NFC总线通信的IC提供了通用电路板。就这一点而言，由于定制印刷电路板曾经支持的通信和电源线正在无线化，因此它们已基本消失。所以，通用电路板可以做成所需大小以支持设备的IC，并且IC的无线功率和无线通信便利了设备功能的实现。

图13是根据本发明一个实施例的安装在印刷电路板(PCB)255上的经无线供电的IC的代表性框图。该IC包括一个或多个晶片251和一个封装基板253。晶片251支持电路模块275、电源的元件以及还可以支持PMU 282。封装基板253支持一个或多个WP RX线圈260且印刷电路板255支持一个或多个WP TX线圈261和地线层263。作为替代，一个或多个WP RX线圈260可以位于晶片上以便线圈都在晶片上、都在封装基板上或在其组合上。

为了实现各层(例如，晶片、封装基板和/或PCB)间的连接，无线功率接收线圈包括第一端子和第二端子且封装基板包括分别与第一端子和第二端子连接的第一引脚和第二引脚。此外，整流电路包括第一节点和第二节点且晶片包括分别与第一节点和第二节点连接的第一焊盘和第二焊盘。进一步地，晶片包括有返回焊盘，用于通过封装基板的引脚连接多个电路返回节点257和PMU返回节点257到地线层。

在包括有经无线供电的电源(例如，WP RX线圈、整流电路、调节电路以及输出电路)的情况下，晶片和封装基板不包括有地线层；仅仅包括至PCB255的地线层263的连接手段(例如，通孔)。此外，由于电源电压是无线生成的，晶片和封装基板不包括有电源引脚。

图中还示出，PCB 255包括一个或多个波导267，波导267将参考图15和16进行更详细的描述。为了与波导267连接，IC包括一个或多个波导接口269，波导接口269可以包括波导、波导端子、柔性波导等。

图14是根据本发明另一个实施例的经无线供电的IC的示意框图，该IC与图13中的IC类似，但进一步包括预设的人工磁镜(projected artificialmagnetic mirror，缩写为PAMM)265。PAMM 265能够反射电磁能量以增强WP TX线圈261和WP RX线圈260间的磁耦合。

图中还示出，WP RX线圈260与WP TX线圈261对齐。对齐后，线圈间的磁耦合最佳。注意，类似的对齐可以包含在图13中。

图15是根据本发明一个实施例的用于支持无线片内通信的电路板中的波导网格的示意图。如图所示，电路板包括多个层一波导和多个层二波导。该波导进一步包括用于连接IC与相应波导的波导端子，以便波导向IC传送和/或从IC接收MMW信号。注意，波导的实施可以如以上列出的一个或多个专利申请文件中所述。

电路板可以包括图11和12所述特征的组合。例如，电路板可以包括一个或多个图15所示的波导层并可以进一步包括位于一个不同层上的如图12所示的线圈网格。作为另一个例子，电路板可以包括图12所示的线圈网格和图11所示的无线功率电路。作为另一个例子，电路板可以包括所有三幅图所示的特征。

图16是根据本发明一个实施例的用于经无线供电的集成电路中的接收无线功率电路1130的示意框图。RX WP电路1130包括RX线圈1132、整流器电路1134、DC-DC转换器1136和电容1138、1140以产生一个或多个电源电压(例如，Vdd、Vcc等)。

在一个示例性工作过程中，RX线圈1132从接收的磁场中生成AC电压。整流器电路1134对AC电压进行整流处理，再由电容1138滤波以产生DC干线电压。DC-DC转换器1136将DC干线电压转换为一个或多个IC电源电压。

图17是根据本发明一个实施例的用于经无线供电且支持无线片间通信的集成电路中的RF总线电路(即无线通信模块)1142的示意框图。RF总线电路1142包括RF总线基带处理模块1148、RF发射器(TX)1144以及RF接收器(RX)1146。RF总线电路1142的功能已在以上列出的一个或多个专利申请文件中进行了描述。

在一个示例性工作过程中，基带处理模块1148将片间输出数据转换为片间输出符号流。发射器部分1144将片间输出符号流转换为片间输出无线信号。天线部分将片间输出无线信号作为输出MMW信号发射。

天线部分还可以将输入MMW信号作为片间输入无线信号接收。接收器部分1146将片间输入无线信号转换为片间输入符号流。基带处理模块1148可以将片间输入符号流转换为片间输入数据。

图18是根据本发明一个实施例的用于经无线供电且支持NFC片间通信的集成电路中的NFC总线电路1150的示意框图。NFC总线电路1150包括NFC总线基带处理模块1152、NFC发射器(TX)1154以及NFC接收器(RX)1156。NFC总线电路1150的功能已在以上列出的一个或多个专利申请文件中进行了描述。

在一个示例性工作过程中，基带处理模块1152将片内输出数据转换为片间输出符号流。NFC发射器部分1154将片间输出符号流转换为片间输出NFC信号。线圈部分将片间输出NFC信号作为输出NFC信号发射。

线圈部分还可以将输入NFC信号作为片间输入NFC信号接收。接收器部分1156将片间输入无线信号转换为片间输入符号流。基带处理模块1152可以将片间输入符号流转换为片间输入数据。

图19是根据本发明一个实施例的用于集成电路的无线功率和NFC通信的线圈的示意框图，该集成电路经无线供电且支持NFC片间通信。如图所示，通用WP和NFC线圈包括多个电感(L1和L2)，其中电感L2的电感值远大于电感L1的电感值。电感L1支持以第二频率(f2)进行NFC通信，f2远大于WP的频率(f1)。电感L1和电感L2的串联连接为WP提供了线圈。

共享的WP和NFC线圈可以是在电路板上实施的平面结构，可以是串联的多个独立电感，可以是铁氧体磁芯电感，具有多个绕线以形成L2线圈以及多个小型空芯电感以提供L1线圈并与L2线圈连接。

线圈部分进一步包括NFC输入驱动电路、NFC输出放大器电路、无线功率输入放大器电路以及隔离电路。隔离电路将无线功率AC电压与输入和输出NFC信号隔离出来以产生隔离的无线功率AC电压、隔离的输入NFC信号以及隔离的输出NFC信号，并将隔离的无线功率AC电压从线圈提供给无线功率输入放大器，将隔离的输入NFC AC电压从线圈提供给NFC输入驱动电路，以及将隔离的输出NFC信号从NFC输出放大器电路提供给线圈。

图20是根据本发明另一个实施例的包含WP TX单元398和多个RX功率电路400-402的无线电源系统的示意框图。在本实施例中，WP TX单元398包括多个线圈404-406和阻抗匹配&激励电路408-410，其中TX线圈404-406分配给一个设备的RX功率电路400-402。TX线圈404-406与RX功率电路400-402的每组配对可以工作在唯一的频率以最小化干扰。进一步地，每个TX线圈404-406提供的功率可以根据WP TX单元398的功率分配功能进行限制。例如，若WP TX单元398具有100瓦的最大输出功率且它与6个RX单元400-402连接，每个RX单元需要20瓦，该WP TX单元根据分配机制(例如，平等共享、优先共享、基于需求等)分配功率给这6个RX单元400-402。

WP TX单元398进一步包括处理模块412以及与RX功率电路400-402中相应收发器418-422进行通信的数据通道收发器414(RF、MMW和/或NFC)。以这种方式，通信协议包括有支持多个通信的规定。

在本实施例中，发射单元处理模块412(与前面描述的处理模块相同)能够确定一定数量的发射单元线圈。然后，处理模块可以从多个无线功率接收单元中确定一定数量的接近的无线功率接收单元。处理模块继续于确定发射单元线圈的数量是否大于或等于接近的无线功率接收单元的数量。当发射单元线圈的数量大于或等于接近的无线功率接收单元的数量时，处理模块可以继续于从发射单元线圈中确定一个发射单元线圈与接近的无线功率接收单元中的一个无线功率接收单元配对。处理模块继续为每一配对确定以下至少一项：频率分配和功率分配。

当发射单元线圈数量少于接近的无线功率接收单元的数量时，处理模块继续于确定一个发射单元线圈与至少两个接近的无线功率接收单元的从属关系。处理模块继续于确定一个发射单元线圈由至少两个接近的无线功率接收单元共享的共享参数。共享发射线圈这一过程将参考图21进行更详细的描述。

图21是根据本发明另一个实施例的包含WP TX单元422和多个RX功率电路424-426的无线电源系统的示意框图。在本实施例中，WP TX单元422包括TX线圈428和阻抗匹配&激励电路430，其中RX功率电路424-426共享TX线圈428。对TX线圈428的共享可以是同时的和/或按顺序的。例如，若多个RX功率电路424-426的RX线圈436、440在TX线圈428产生的磁场范围内，则多个RX功率电路424-426可以同时使用。在这种情况下，需要根据WP TX单元422的供电能力和RX功率电路424-426的功率需求进行功率限制。

当TX线圈428以顺序方式共享时，给每个需要无线电源的RX功率电路424-426提供对TX线圈428的时分多址(TDMA)接入。TDMA分配机制的时间槽可以是同一大小或不同大小的。对于每个TDMA帧，RX功率电路424-426也可以分配有一个以上的时间槽。

当TX线圈428以同时和顺序方式共享时，可以对RX功率电路424-426进行分组，其中以组为单元有对TX线圈428的TDMA接入。然而，在一组中，对TX线圈428的接入是同时的。以这种方式，一个单独的TX线圈428可以支持多个RX功率电路424-426。

WP TX单元422进一步包括处理模块432以及与RX功率电路424-426中相应收发器438-442进行通信的数据通道收发器434(RF、MMW和/或NFC)。以这种方式，通信协议包括支持多个通信的规定。

图22是根据本发明另一个实施例的包含多个WP TX单元444-446和多个RX功率电路448-450的无线电源系统的示意框图。在本实施例中，每个WP TX单元444-446包括TX线圈454、460和阻抗匹配&激励电路452、462并且被分配给一个RX功率电路448-450。WP TX单元444-446与RX功率电路448-450的每组配对可以工作在唯一的频率以最小化干扰。

WP TX单元444-446进一步包括处理模块456、464以及与RX功率电路448、450中相应收发器470、474进行通信的数据通道收发器458、466(RF、MMW和/或NFC)。以这种方式，通信协议包括支持多个通信的规定。

对于给定的地理区域(例如，办公室、家庭、公共因特网咖啡屋等)可以包括如图18-20所示的一个或多个WP系统，它需要与系统进行通信以最小化其间的干扰。在任意系统中，RX功率电路可以与TX线圈配对以提供有效的WP传输。就这一点而言，可以改变分配给RX功率电路的RX线圈以使整个系统更高效。

图23是根据本发明一个实施例的无线电源系统中的频率规划的示意图，该频率规划包括用于无线功率(WP)发射的一个或多个频带(5-50MHz)、用于WP控制通道通信的一个或多个频带(例如，2400MHz、5800MHz、60GHz等)以及由设备基于设备功能使用的一个或多个频带(例如，900MHz、1800MHz、60GHz等)。还示出了WP频带的谐波以及设备频带可以与WP控制通道频带交叉或全部重叠。不进行频率规划，就会导致在设备的运行和/或控制通道通信中存在不必要的干扰。

图24是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中的频率规划以避免WP频带的谐波干扰设备正使用的通道的示意图。在这个例子中，避开了产生谐波的WP频率，该谐波频率与设备正使用的通道重叠，因此避免了干扰谐波的生成。WP TX单元可以通过读取设备的RFID、利用控制通道通信、利用频率扫描和/或任意其它检测机制来确定设备正使用的通道。

在这个例子中，设备正使用的通道不与WP控制通道频带重叠。因此，可以使用WP控制通道频带中的任意通道进行WP控制通道通信。

图25是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中的频率规划以避免WP频带的谐波干扰设备正使用的通道的示意图。在这个例子中，避开了产生谐波的WP频率，该谐波频率与设备正使用的通道重叠，因此避免了干扰谐波的生成。WP TX单元可以通过读取设备的RFID、利用控制通道通信、利用频率扫描和/或任意其它检测机制来确定设备正使用的通道。

在这个例子中，设备正使用的通道与WP控制通道频带重叠。因此，避开重叠的WP控制通道并使用WP控制通道频带的非重叠通道进行WP控制通道通信。

图26是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中的频率规划以避免WP频带的谐波干扰设备正使用的通道的示意图。在这个例子中，该设备使用它的整个频谱(例如，CDMA、扩展谱等)且不能避开WP频率的谐波与设备正使用的通道间的重叠。在这种情况下，可以降低TX信号的功率电平以减少谐波干扰。

图27是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中的频率规划的示意图，该无线电源系统通过多个TX线圈(例如，一个带多个线圈的单元或多个WP TX单元)支持多个RX功率电路。如图所示，每个设备使用该设备频谱中的一些而不是所有通道。这提供了WP频带中需要避开的频率。从可用频率中为第一设备选择一个或多个通道并为第二设备选择一个或多个通道。

图28是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中的频率规划的示意图，该无线电源系统通过单个TX线圈支持多个设备。在这个例子中，上述干扰问题适用于将TX线圈按TDMA方式分配给第一和第二设备的进一步处理中。注意，对于不同设备，每个设备的干扰避免手段是不同的。因此，每个设备用来避免干扰的工作频率可能与其它设备用来避免干扰的频率不同。还要注意，可以使用多个线圈，其中每个线圈以这种方式支持多个RX单元。

图29是根据本发明另一个实施例的无线电源系统中的频率规划的示意图，该无线电源系统通过单个TX线圈支持多个设备。在这个例子中，上述干扰问题适用于将TX线圈按TDMA和FDMA(频分多址)方式分配给第一和第二设备的进一步处理中。注意，对于不同设备，每个设备的干扰避免手段是不同的。因此，每个设备用来避免干扰的工作频率可能与其它设备用来避免干扰的频率不同。还要注意，可以使用多个线圈，其中每个线圈以这种方式支持多个RX单元。

图30是根据本发明一个实施例的用于管理无线电源系统的方法的流程图，该方法开始于WP TX单元确定是否正在对或将要对一个以上的设备充电476。若否，该方法将继续于WP TX单元通过具有多个WP TX单元的一个系统中的一个WP TX单元或通过一个WP TX单元中的一个TX线圈与设备配对478。上述配对可以根据近端位置、磁耦合效率、功率需求等确定。该方法将从开始步骤开始重复。

若有不止一个设备在充电，该方法将继续于WP TX单元确定该系统中是否具有不止一个的WP TX单元480。若否，该方法将继续于WP TX单元确定自己是否具有不止一个的TX线圈482。若否，该方法将继续于WP TX单元将TX线圈按TDMA方式、TDMA-FDMA方式、基于优先级需求方式、基于功率限制方式等分配给一个或多个设备484。该方法将继续于WP TX单元确定该无线电源系统中是否有设备添加或移除486(例如，关闭、电池充满电、该设备移到范围外等)。该方法将持续这种循环直至该系统中有设备添加或移除。

若WP TX单元确定自己包括不止一个的TX线圈，该方法将继续于WP TX单元确定是否有多于它所具有的TX线圈数量的设备需要无线电源服务488。若否，该方法将继续于WP TX单元根据频率、功率、接近度、控制通道通信方式、可用性、干扰避免等中至少一项将设备与线圈配对490。接下来，该方法从在系统中添加或删除设备这一步骤开始重复486。

若WP TX单元确定有多余它所具有的TX线圈数量的设备需要无线电源服务，该方法将继续于WP TX单元将设备分组以共享它的一个或多个TX线圈492。接下来，该方法将从在系统中添加或删除设备这一步骤开始重复486。

若WP TX单元确定该系统包括不只一个WP TX单元，该方法将继续于WP TX单元协同工作以将设备与一个或多个WP TX单元配对494。该方法将继续于WP TX单元确定，对于每个WP TX单元，分配给它的设备是否多于它所具有的线圈数量496。若否，该方法将继续于WP TX单元将设备与TX线圈配对498。若设备多于线圈，该方法将继续于WP TX单元将设备分组以共享它的一个或多个TX线圈500。接下来，该方法将从在系统中添加或删除设备这一步骤开始重复486。

图31是根据本发明另一个实施例的用于管理无线电源系统的方法的流程图，该方法开始于WP TX单元确定自己是否可以避免干扰502(例如，能够应用上述至少一种手段)。若是，该方法将继续于WP TX单元应用至少一种干扰避免手段504以及该方法将从开始步骤开始重复。

然而，若WP TX单元确定自己不能避免干扰，该方法将继续于WP TX单元确定是否存在一个或多个设备相对于其它设备对干扰较不敏感506。若否，该方法将继续于WP TX单元在干扰避免的不可行性与干扰抑制手段间进行平衡508。例如，可以降低功率、可以改变充电速率以降低功率、可以调整优先机制等。该方法将继续于WP TX单元确定该系统中是否有设备添加或移除510。若否，该循环将重复直至该系统中有设备添加或移除。当有设备添加或移除时，该方法将从开始步骤开始重复。

若WP TX单元确定存在至少一个低敏感设备506，该方法将继续于WPTX单元根据它们的敏感度将设备分组512。例如，将低敏感度设备归为一组，同样将高敏感度设备归为一组。该方法将继续于WP TX单元对高敏感设备应用干扰避免机制514以及对低敏感设备应用高效充电机制516。

图32是根据本发明一个实施例的管理无线电源系统的示意图，其中低敏感设备归为一组，同样高敏感设备归为一组。

图33是根据本发明另一个实施例的用于管理无线电源系统的方法的流程图，该方法开始于WP TX单元确定是否有至少一个设备将要充电和/或需要无线电源518。若否，该方法将继续于WP TX单元进入节能模式520。在这种模式中，WP TX单元不给它的TX线圈提供功率以降低功耗。在这种模式中，WP TX单元还给WP收发器提供足够的功率以使控制通道保留在活跃状态。

若有至少一个设备要充电或需要无线电源，该方法将继续于WP TX单元确定是否存在不只一个设备要充电或需要无线电源522。若否，该方法将继续于WP TX单元确定该设备的充电和/或无线电源需求是否超出WP TX单元的供电能力524。若否，该方法将继续于WP TX单元给设备提供无线电源以满足它的充电需求和/或无线电源需求526。

该方法将继续于WP TX单元确定该设备是否充电和/或是否满足该设备的无线电源需求528。若是，该方法将继续于确定该设备是否需要涓流充电(trickle charge)530。若是，该方法将继续于WP TX单元提供足够的无线功率以支持涓流充电532。接下来，该方法将从节能模式这一步骤520开始重复。然而，若该设备不需要涓流充电，该方法将从开始步骤开始重复。若该设备没有进行充电和/或没有满足该设备的无线电源需求，该方法将继续于WP TX单元确定该系统中是否有设备添加或移除534。若否，该方法将从基于需求给设备充电这一步骤526开始重复。但是，若该系统中有设备添加或移除(例如，该设备与WP TX单元间的连接断开)，该方法将从开始步骤开始重复。

若WP TX单元确定该设备的充电或无线电源需求超出它的供电能力，该方法将继续于WP TX单元调整该设备的充电和/或无线电源需求以符合WPTX单元的能力536。该方法将继续于WP TX单元给该设备提供无线电源以便对它的电池充电和/或以便满足它的无线电源需求538。该方法将继续于WP TX单元基于经调整后的无线电源需求确定该设备是否被充电和/或该设备的无线电源需求是否被满足540。若是，该方法将继续于确定该设备是否需要涓流充电530。若是，该方法将继续于WP TX单元提供足够的无线电源以支持涓流充电532。接下来，该方法将从节能模式这一步骤520开始重复。然而，若该设备不需要涓流充电，该方法将从开始步骤开始重复。若依据调整后的无线电源需求该设备没有进行充电和/或没有满足该设备的无线电源需求，该方法将继续于WP TX单元确定该系统中是否有设备添加或移除542。若否，该方法将从基于需求给设备充电这一步骤538开始重复。但是，若该系统中有设备添加或移除(例如，该设备与WP TX单元间的连接断开)，该方法将从开始步骤开始重复。

若WP TX单元确定存在不只一个设备要充电和/或需要无线电源，该方法将继续于WP TX单元确定上述不只一个设备的累计无线电源需求以及这个需求是否超出WP TX单元的能力544。若否，该方法将继续于WP TX单元根据它们各自的需求给这些设备提供无线电源以进行充电和/或满足它们的无线电源需求546。该方法将继续于WP TX单元确定其中一个设备是否被充电和/或是否满足它的无线电源需求548。若是，该方法将继续于WP TX单元给该设备提供无线电源以支持涓流充电模式552以及该过程将从确定不只一个设备这一步骤522开始重复。

若该设备没有被充电和/或还没有满足该设备的无线电源需求，该方法将继续于WP TX单元确定该系统中是否有设备添加或移除550。若否，该方法将从基于需求给设备充电这一步骤546开始重复。但是，若该系统中有设备添加或移除(例如，该设备与WP TX单元间的连接断开)，该方法将从开始步骤开始重复。

若WP TX单元确定累计无线电源需求超出了它的无线电源能力，该方法将继续于WP TX单元调整这些设备的充电和/或无线电源需求554。该过程可以单方面地或基于设备间的通信来完成。该方法将继续于WP TX单元根据调整的无线电源需求给这些设备提供无线电源556。该方法将继续于WP TX单元确定是否这些设备中的一个设备被充电和/或它的无线电源需求被满足558。若是，该方法将继续于WP TX单元给该设备提供无线电源以支持涓流充电模式552以及该过程将从确定不只一个设备这一步骤522开始重复。

若这些设备没有被充电和/或还没有满足这些设备的无线电源需求，该方法将继续于WP TX单元确定该系统中是否有设备添加或移除560。若否，该方法将从基于需求给设备充电这一步骤556开始重复。但是，若该系统中有设备添加或移除(例如，该设备与WP TX单元间的连接断开)，该方法将从开始步骤开始重复。

图34是根据本发明一个实施例的无线电源系统的功率发射频谱示意图。在这个例子中，WP TX单元的频谱包括均匀分布的多个频率。这些频率可以代表单个载波频率或一个通道(例如，一个频率范围)。WP TX单元可以包括有可调谐至它的频谱中的至少一些频率的一个线圈电路，或可以包括有可调谐至频谱中的至少两个频率的多个TX线圈电路。在一个实施例中，WP TX单元可以在控制通道上和/或通过RFID消息发射它的频谱模式。

图35是根据本发明另一个实施例的用于管理无线电源系统的方法的流程图，该方法开始于该设备从WP TX单元可以使用的WP TX频谱中确定TX WP频率560。例如，该设备可以接收表明WP TX频率的控制通道和/或RFID消息和/或可以执行频率扫描以识别TX WP频率。该方法继续于该设备识别自己可能使用以满足自己的无线电源需求的可能频率562。该设备将这些频率标记为候选频率。

该方法继续于该设备进入循环564。该循环开始于该设备从上述生成的候选频率列表中选择一个候选频率566。该方法将继续于该设备确定这个候选频率是否存在损耗问题568。损耗问题包括低质量的磁耦合、磁场干扰、设备运行中的干扰、控制通道通信的干扰和/或任意其它因素，这些因素可能导致不能达到与WP TX单元的最佳磁耦合和/或不能达到该设备的最佳性能。

若该设备确定当前候选频率没有损耗问题，该设备可以确定使用这个候选频率的效率570，这一过程可以包括确定磁耦合效率、设备RX线圈和阻抗匹配电路的调谐范围等。该设备记录这些信息。然而，若该设备确定存在损耗问题，该设备可以从列表中移除这一候选频率572。在任意一种情况下，该方法将继续于该设备确定自己是否分析了所有或所需数量的候选频率574。若否，该循环将从另一候选频率开始重复566。若是，该方法将继续于该设备退出循环576。

退出循环后，该设备选择一个剩下的候选频率使用以满足自己的无线电源需求578。该方法将继续于该设备将自己的频率选择传送给WP TX单元580。该方法将继续于该设备确定WP TX单元是否认可所选频率的使用582。若否，该设备确定超时期限是否到期584。若否，该设备在循环中等待ACK 582或等待超时期满。若超时期满，该设备选择另一频率578以及重复该过程。若WP TX单元认可所选频率，该方法将继续于该设备将它的RX功率电路调谐至所选频率586。

本文可能用到的，术语“基本上”或“大约”，对相应的术语和/或组件间的关系提供一种业内可接受的公差。这种业内可接受的公差从小于1％到50％，并对应于，但不限于，组件值、集成电路处理波动、温度波动、上升和下降时间和/或热噪声。组件间的关系从小百分比的差分到大的差分。本文还可能用到的，术语“可操作地连接”、“连接”和/或“耦合”，包括通过中间组件(例如，该组件包括，但不限于，组件、组件、电路和/或模块)直接连接和/或间接连接，其中对于间接连接，中间插入组件并不改变信号的信息，但可以调整其电流电平、电压电平和/或功率电平。本文还可能用到，推断连接(亦即，一个组件根据推论连接到另一个组件)包括两个组件之间用相同于“可操作地连接”的方法直接和间接连接。本文还可能用到，术语“可操作地连接”，表明组件包括以下一个或多个：功率连接、输入、输出等，用于在激活时执行一个或多个相应功能并可以进一步包括与一个或多个其它组件的推断连接。本文还可能用到，术语“相关的”，正如这里可能用的，包括单独组件和/或嵌入另一个组件的某个组件的直接和/或间接连接。本文还可能用到，术语“比较结果有利”，正如这里可能用的，指两个或多个组件、信号等之间的比较提供一个想要的关系。例如，当想要的关系是信号1具有大于信号2的振幅时，当信号1的振幅大于信号2的振幅或信号2的振幅小于信号1振幅时，可以得到有利的比较结果。

尽管上述附图中示出的晶体管是场效应晶体管(FET)，但本领域技术人员应该明白，上述晶体管可以使用任意类型的晶体管结构，包括但不限于，双极、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、N阱晶体管、P阱晶体管、增强型、耗尽型以及零电压阈值(VT)晶体管。

以上借助于说明指定的功能和关系的方法步骤对本发明进行了描述。为了描述的方便，这些功能组成模块和方法步骤的界限和顺序在此处被专门定义。然而，只要给定的功能和关系能够适当地实现，界限和顺序的变化是允许的。任何上述变化的界限或顺序应被视为在权利要求保护的范围内。

以上还借助于说明某些重要功能的功能模块对本发明进行了描述。为了描述的方便，这些功能组成模块的界限在此处被专门定义。当这些重要的功能被适当地实现时，变化其界限是允许的。类似地，流程图模块也在此处被专门定义来说明某些重要的功能，为广泛应用，流程图模块的界限和顺序可以被另外定义，只要仍能实现这些重要功能。上述功能模块、流程图功能模块的界限及顺序的变化仍应被视为在权利要求保护范围内。本领域技术人员也知悉此处所述的功能模块，和其它的说明性模块、模组和组件，可以如示例或由分立组件、特殊功能的集成电路、带有适当软件的处理器及类似的装置组合而成。

Claims

1.一种电路板组件，其特征在于，包括：

多层基板；

无线功率发射器控制模块，由所述多层基板中的一层支持；

无线功率线圈组件，形成于所述多层基板的内层上；以及

被对齐以与所述无线功率线圈组件中的一个线圈重叠；

由所述无线功率发射器控制模块通过所述线圈无线供电。

2.根据权利要求1所述的电路板组件，其特征在于，进一步包括：

3.根据权利要求1所述的电路板组件，其特征在于，进一步包括：

所述集成电路与所述无线功率发射器控制模块通过毫米波收发器无线传送无线功率控制数据。

4.根据权利要求1所述的电路板组件，其特征在于，进一步包括：

预设的人工磁镜，位于所述多层基板的另一内层上。

5.根据权利要求1所述的电路板组件，其特征在于，进一步包括：

波导，位于所述多层基板的另一内层上；以及

6.根据权利要求1所述的电路板组件，其特征在于，所述无线功率线圈组件包括：

线圈矩阵，形成于至少所述内层上；以及

7.一种电路板，其特征在于，包括：

多层基板；

无线功率发射器控制部分，位于所述多层基板的一层上；

无线功率线圈组件，形成于所述多层基板的内层上；

8.根据权利要求7所述的电路板，其特征在于，进一步包括：

预设的人工磁镜，位于所述多层基板的另一内层上。

9.根据权利要求7所述的电路板，其特征在于，进一步包括：

波导，位于所述多层基板的另一内层上；以及

10.根据权利要求7所述的电路板，其特征在于，进一步包括：

线圈矩阵，形成于至少所述内层上；以及