CN105516040A - 无线充电设备中fsk信号的低消耗解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其中包括接收线圈上的信号发送至解调芯片的比较器的输入端，所述的方法包括(1)对比较器的输出值进行采样并获取一周期内的采样点的个数；(2)根据一周期内的采样点的个数对信号进行解调；(3)根据解调结果合成完整的数据帧；(4)对所述的完整的数据帧进行校验并输出。采用该种结构的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，不需要复杂的模拟电路，其数字电路部分所需要的最高频率也仅有2MHz，且在该频率下只有简单的加法操作，主要工作频率在210KHz以下，相比于现有的FSK解码方法，更加契合QI标准的FSK信号，且成本低，解调速度快，易于调试，精度较高。

Description

无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及无线充电，具体是指一种无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法。

背景技术

在QI标准的无线充电设备中，能量发射端发射到的能量接收端的通信信号，是通过2FSK(二进制频移键控)的方式传输的，而与传统2FSK信号不同的是：依QI标准的通讯协议，同一系统的不同阶段，通信载波频率Fop与调制频率Fmod并不固定，且Fop与Fmod之间的频率差较小。

QI标准的无线充电设备，其在正常工作过程中通过不同频率的能量信号来传输不同的功率，而2FSK信号通讯有可能发生在任何能量信号频率点，且QI标准中为保证传输能量稳定性规定了载波频率Fop与调制频率Fmod的周期差——最大值为282ns、最小值仅为32ns。同时，由于无线充电系统中能量接收端所收到的信号为电感耦合过来的信号，从而导致其接收到的信号并非单频正弦信号，而是可能掺杂有大量高频噪声。

传统的2FSK解调方法主要是相干解调、滤波非相干解调与正交相乘非相干解调三种方式。

由于QI标准通信协议的限制，其载波频率Fop与调制频率Fmod差异较小，如果使用传统方法进行解调，整个系统就需要非常高的精度来分辨不同的频率，无论用模拟或者数字方式时间都将大增加整个电路的开销。同时，在同一系统的不同通信阶段载波频率Fop有可能是110～205KHz之间的任意值，更大大增加了整个解调系统的开销。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术提及的至少一个缺点，提供了一种根据QI标准中2FSK信号的特性、模拟电路部分仅用一个比较器代替ADC采样电路、数字部分最高仅用2MHz的时钟频率即可实现对该FSK信号的解调的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法。

为了实现上述目的，本发明的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法具有如下构成：

该无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其主要特点是，接收线圈上的信号发送至解调芯片的比较器的输入端，所述的方法包括以下步骤：

(1)对所述的比较器的输出值进行采样并获取一周期内的采样点的个数；

(2)根据所述的一周期内的采样点的个数对信号进行解调；

(3)根据解调结果合成完整的数据帧；

(4)对所述的完整的数据帧进行校验并输出。

进一步地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(1.1)通过2MHz频率读取所述的比较器的输出值；

(1.2)将所述的比较器的输出值通过第一低通滤波器以滤除高频信号；

(1.3)采样并获取一周期内的采样点的个数。

更进一步地，所述的步骤(1.2)具体为：

将所述的比较器的输出值通过一截止频率为250KHz，采样频率为2MHz的第一低通滤波器以滤除高频信号。

更进一步地，所述的步骤(1.3)具体包括以下步骤：

(1.3.1)判断通过第一低通滤波器后的比较器的输出值是否是由0变为1；

(1.3.2)如果通过第一低通滤波器后的比较器的输出值是由0变为1，则输出周期计数器的计数值以作为一周期内的采样点的个数后，将所述的周期计数器的计数值修改为1；

(1.3.3)如果通过第一低通滤波器后的比较器的输出值不是由0变为1，则所述的周期计数器的计数值加1后，继续步骤(1.1)。

再进一步地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)根据所述的一周期内的采样点的个数获取数个周期内的采样点的个数和；

(2.2)通过第二低通滤波器滤除所述的数个周期内的采样点的个数和的上下波动部分；

(2.3)根据滤除上下波动部分的数个周期的采样点的个数和检测频率抖动；

(2.4)如果存在频率抖动，则消除所述的频率抖动并输出比特0或比特1；

(2.5)如果不存在频率抖动，则输出比特0或比特1。

再进一步地，所述的步骤(2.1)具体包括以下步骤：

(2.1.1)判断所述的周期计数器是否有输出值；

(2.1.2)如果所述的周期计数器有输出值，则根据以下公式获取256个周期内的采样点的个数和：

SumTbuff＝SumTbuff+T_counter-Tbuffer[255]

其中，SumTbuff为256个周期内的采样点的个数和，T_counter为周期计数器的计数值；Tbuffer[255]为缓存器Tbuffer的第256个缓存值，其中缓存器Tbuffer用于存储周期计数器T_counter的输出值，所述的缓存器Tbuffer的深度为256，且符合先入先出的规则；

(2.1.3)更新所述的缓存器Tbuffer；

(2.14)如果所述的周期计数器无输出值，则继续步骤(2.1.1)。

再进一步地，所述的步骤(2.2)具体为：

通过一截止频率为5KHz且采样频率为210KHz的第二低通滤波器滤除所述的数个周期内的采样点的个数和的上下波动部分。

再进一步地，步骤(2.3)具体包括以下步骤：

(2.3.1)将所述的第二低通滤波器的当前值减去该第二低通滤波器的前一刻的值以获取一当前delta值；

(2.3.2)判断当前delta值与前一个delta值是否相等；

(2.3.3)如果当前delta值与前一个delta值相等，则delta值计数器加1；然后继续步骤(2.3.5)；

(2.3.4)如果当前delta值与前一个delta值不相等，则delta值计数器清零；然后继续步骤(2.3.5)；

(2.3.5)判断delta值计数器的计数值是否大于第一阈值；

(2.3.6)如果delta值计数器的计数值大于第一阈值，则将所述的delta值计数器、delta值累加器以及修饰累加器的计数值均清零，然后继续步骤(2.3.8)；

(2.3.7)如果delta值计数器的计数值不大于第一阈值，则继续步骤(2.3.8)；

(2.3.8)将当前delta值赋给前一个delta值且将当前delta值累加至delta值累加器中；

(2.3.9)判断delta值累加器的累加值的绝对值是否小于等于第二阈值；

(2.3.10)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值小于等于第二阈值，则清零所述的修饰累加器的计数值，并输出；

(2.3.11)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值不小于等于第二阈值，则判断当前delta值累加器的累加值的绝对值是否大于31；

(2.3.12)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值大于31，则判断当前delta值累加器的累加值是否大于0；

(2.3.13)如果当前delta值累加器的累加值大于零，则将所述的修饰累加器的计数值修改为31，并输出；

(2.3.14)如果当前delta值累加器的累加值小于零，则将所述的修饰累加器的计数值修改为-31，并输出；

(2.3.15)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值不大于31，则将修饰累加器的计数值修改为所述的当前delta值累加器的累加值，并输出。

采用了该发明中的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，不需要复杂的模拟电路，其数字电路部分所要求的最高频率也仅有2MHz，且在该频率下只有简单的加法操作，主要工作频率在210KHz以下。相比于现有的FSK解码方法，本方法的实现更加契合QI标准的FSK信号，且成本底，解调速度快，易于调试，对Fop是否固定没有要求，且精度较高。

附图说明

图1为本发明的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法的步骤流程图。

图2为本发明的数据采集步骤的一优选的实施方式的步骤流程图。

图3为本发明的解调步骤的一优选的实施方式的步骤流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法抛弃了传统2FSK相干解调与非相干解调的一贯做法，根据QI标准中2FSK信号的特性，模拟电路部分仅用一个比较器代替ADC采样电路，同时数字部分最高仅用2MHz的时钟频率即可实现对该FSK信号的解调。

请参阅图1所示，本发明的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法首先接收线圈上的信号发送至解调芯片的比较器的输入端，其次包括以下步骤：

(1)对所述的比较器的输出值进行采样并获取一周期内的采样点的个数；

(2)根据所述的一周期内的采样点的个数对信号进行解调；

(3)根据解调结果合成完整的数据帧；

(4)对所述的完整的数据帧进行校验并输出。

功率无线充接收端及通讯协议中，由于发射端产生正弦波的方式是通过PWM控制，此方式可以更加容易的控制输出信号的频率与占空比，同时也导致了信号频谱复杂，不能通过一般的FSK方式进行解调。由于PWM调制方式其占空比是变化的，但其周期是固定不变的，因此本设计通过检测信号周期点数，并以该点数为信号进行处理，从而得到编码数据。本算法固定256个周期之和为处理对象，每检测到一个周期结束，输出一次最近的256个周期计数之和。而后根据该和值的变化趋势进行数据判断。

请参阅图2所示，在一种优选的实施方式中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(1.1)通过2MHz频率读取所述的比较器的输出值；

(1.2)将所述的比较器的输出值通过第一低通滤波器以滤除高频信号；

(1.3)采样并获取一周期内的采样点的个数。

在一种优选的实施方式中，所述的步骤(1.2)具体为：

将所述的比较器的输出值通过一截止频率为250KHz，采样频率为2MHz的第一低通滤波器以滤除高频信号。

在一种优选的实施方式中，所述的步骤(1.3)具体包括以下步骤：

(1.3.1)判断通过第一低通滤波器后的比较器的输出值是否是由0变为1；

(1.3.2)如果通过第一低通滤波器后的比较器的输出值是由0变为1，则输出周期计数器的计数值以作为一周期内的采样点的个数后，将所述的周期计数器的计数值修改为1；

(1.3.3)如果通过第一低通滤波器后的比较器的输出值不是由0变为1，则所述的周期计数器的计数值加1后，继续步骤(1.1)。

在实际应用中，线圈上的信号进入芯片在经过比较器与0电平比较之后，通过2MHz频率读取比较器输出值，则该值可视为2MHz的1bit采样数据，为保证输入信号的波形其抖动不至于影响后面的解码算法，将此数据先过一个低通滤波器，滤除其频率较高的抖动波形，然后再进行解调与解码处理。

其中，T_counter是周期计数器，长度为5bit，通过固定的频率计数，每次遇到上升沿输出数据并清零重新计数，在计数过程中无需考虑溢出问题。

请参阅图3所示，在一种优选的实施方式中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)根据所述的一周期内的采样点的个数获取数个周期内的采样点的个数和；

(2.2)通过第二低通滤波器滤除所述的数个周期内的采样点的个数和的上下波动部分；

(2.3)根据滤除上下波动部分的数个周期的采样点的个数和检测频率抖动；

(2.4)如果存在频率抖动，则消除所述的频率抖动并输出比特0或比特1；

(2.5)如果不存在频率抖动，则输出比特0或比特1。

在一种优选的实施方式中，所述的步骤(2.1)具体包括以下步骤：

(2.1.1)判断所述的周期计数器是否有输出值；

(2.1.2)如果所述的周期计数器有输出值，则根据以下公式获取256个周期内的采样点的个数和：

SumTbuff＝SumTbuff+T_counter-Tbuffer[255](1)

其中，SumTbuff为256个周期内的采样点的个数和，T_counter为周期计数器的计数值；Tbuffer[255]为缓存器Tbuffer的第256个缓存值，其中缓存器Tbuffer用于存储周期计数器T_counter的输出值，所述的缓存器Tbuffer的深度为256，且符合先入先出的规则；

(2.1.3)更新所述的缓存器Tbuffer；

(2.14)如果所述的周期计数器无输出值，则继续步骤(2.1.1)。

在一种优选的实施方式中，所述的步骤(2.2)具体为：

通过一截止频率为5KHz且采样频率为210KHz的第二低通滤波器滤除所述的数个周期内的采样点的个数和的上下波动部分。

在一种优选的实施方式中，步骤(2.3)具体包括以下步骤：

(2.3.1)将所述的第二低通滤波器的当前值减去该第二低通滤波器的前一刻的值以获取一当前delta值；

(2.3.2)判断当前delta值与前一个delta值是否相等；

(2.3.3)如果当前delta值与前一个delta值相等，则delta值计数器加1；然后继续步骤(2.3.5)；

(2.3.4)如果当前delta值与前一个delta值不相等，则delta值计数器清零；然后继续步骤(2.3.5)；

(2.3.5)判断delta值计数器的计数值是否大于第一阈值；

(2.3.6)如果delta值计数器的计数值大于第一阈值，则将所述的delta值计数器、delta值累加器以及修饰累加器的计数值均清零，然后继续步骤(2.3.8)；

(2.3.7)如果delta值计数器的计数值不大于第一阈值，则继续步骤(2.3.8)；

(2.3.8)将当前delta值赋给前一个delta值且将当前delta值累加至delta值累加器中；

(2.3.9)判断delta值累加器的累加值的绝对值是否小于等于第二阈值；

(2.3.10)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值小于等于第二阈值，则清零所述的修饰累加器的计数值，并输出；

(2.3.11)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值不小于等于第二阈值，则判断当前delta值累加器的累加值的绝对值是否大于31；

(2.3.12)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值大于31，则判断当前delta值累加器的累加值是否大于0；

(2.3.13)如果当前delta值累加器的累加值大于零，则将所述的修饰累加器的计数值修改为31，并输出；

(2.3.14)如果当前delta值累加器的累加值小于零，则将所述的修饰累加器的计数值修改为-31，并输出；

(2.3.15)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值不大于31，则将修饰累加器的计数值修改为所述的当前delta值累加器的累加值，并输出。

其中，第一阈值和第二阈值是本发明中涉及的常数，即附图中的const1和const2；

Tbuffe是周期计数Tbuffer，用于保存T_counter的输出值深度为256，先入先出；

SumTbuff是周期计数Tbuffer成员之和，暂定15bit，初始值为-2840；

delta是LPF2输出值差分结果；

delta_old是前一个delta值；

Count_delta是delta值计数器，当delta不变时累加，变化时清零；

sum_delta是delta积分器，将delta进行累加；9bit

clip_sum_delta是修饰后的sum_delta数据。

如果计数器T_counter有输出，首先计算最近的256个周期的点数之和，然后将该输出值存入周期计数Tbuffer中，在此以后以周期计数Tbuffer成员之和SumTbuff为对象进行后续处理。

SumTbuff即为256个周期点数之和，因为Qi标准中规定初始的Fop为170～180KHz，而256×2MHz÷180KHz≈2844，所以为降低初始阶段SumTbuff中的直流分量将其初始值为-2840。由于采样及干扰等原因，即便是在单频信号的情况下，SumTbuff数据也必然会出现一定的波动。此处我们以SumTbuff作为一个输入信号，其点数和的上下波动可视为频率较高处的噪声。

因此在整个处理过程中首先通过低通滤波器LPF2将SumTbuff中点数和的上下波动部分进行平滑处理。

平滑后的SumTbuff曲线其反映的便是频率的变化，此时将其进行差分。同时将差分后的信号进行图3中的一系列处理，从而消除和值中的抖动与偏置，仅余变化值，从而进行判断。

采用了该发明中的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，不需要复杂的模拟电路，其数字电路部分所要求的最高频率也仅有2MHz，且在该频率下只有简单的加法操作，主要工作频率在210KHz以下。相比于现有的FSK解码方法，本方法的实现更加契合QI标准的FSK信号，且成本底，解调速度快，易于调试，对Fop是否固定没有要求，且精度较高。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其特征在于，接收线圈上的信号发送至解调芯片的比较器的输入端，所述的方法包括以下步骤：

(1)对所述的比较器的输出值进行采样并获取一周期内的采样点的个数；

(2)根据所述的一周期内的采样点的个数对信号进行解调；

(3)根据解调结果合成完整的数据帧；

(4)对所述的完整的数据帧进行校验并输出。

2.根据权利要求1所述的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(1.1)通过2MHz频率读取所述的比较器的输出值；

(1.2)将所述的比较器的输出值通过第一低通滤波器以滤除高频信号；

(1.3)采样并获取一周期内的采样点的个数。

3.根据权利要求2所述的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其特征在于，所述的步骤(1.2)具体为：

将所述的比较器的输出值通过一截止频率为250KHz，采样频率为2MHz的第一低通滤波器以滤除高频信号。

4.根据权利要求2所述的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其特征在于，所述的步骤(1.3)具体包括以下步骤：

(1.3.1)判断通过第一低通滤波器后的比较器的输出值是否是由0变为1；

(1.3.2)如果通过第一低通滤波器后的比较器的输出值是由0变为1，则输出周期计数器的计数值以作为一周期内的采样点的个数后，将所述的周期计数器的计数值修改为1；

(1.3.3)如果通过第一低通滤波器后的比较器的输出值不是由0变为1，则所述的周期计数器的计数值加1后，继续步骤(1.1)。

5.根据权利要求4所述的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)根据所述的一周期内的采样点的个数获取数个周期内的采样点的个数和；

(2.2)通过第二低通滤波器滤除所述的数个周期内的采样点的个数和的上下波动部分；

(2.3)根据滤除上下波动部分的数个周期的采样点的个数和检测频率抖动；

(2.4)如果存在频率抖动，则消除所述的频率抖动并输出比特0或比特1；

(2.5)如果不存在频率抖动，则输出比特0或比特1。

6.根据权利要求5所述的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其特征在于，所述的步骤(2.1)具体包括以下步骤：

(2.1.1)判断所述的周期计数器是否有输出值；

(2.1.2)如果所述的周期计数器有输出值，则根据以下公式获取256个周期内的采样点的个数和：

SumTbuff＝SumTbuff+T_counter-Tbuffer[255]

其中，SumTbuff为256个周期内的采样点的个数和，T_counter为周期计数器的计数值；Tbuffer[255]为缓存器Tbuffer的第256个缓存值，其中缓存器Tbuffer用于存储周期计数器T_counter的输出值，所述的缓存器Tbuffer的深度为256，且符合先入先出的规则；

(2.1.3)更新所述的缓存器Tbuffer；

(2.14)如果所述的周期计数器无输出值，则继续步骤(2.1.1)。

7.根据权利要求6所述的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其特征在于，所述的步骤(2.2)具体为：

通过一截止频率为5KHz且采样频率为210KHz的第二低通滤波器滤除所述的数个周期内的采样点的个数和的上下波动部分。

8.根据权利要求7所述的无线充电设备中FSK信号的低消耗解调方法，其特征在于，步骤(2.3)具体包括以下步骤：

(2.3.1)将所述的第二低通滤波器的当前值减去该第二低通滤波器的前一刻的值以获取一当前delta值；

(2.3.2)判断当前delta值与前一个delta值是否相等；

(2.3.3)如果当前delta值与前一个delta值相等，则delta值计数器加1；然后继续步骤(2.3.5)；

(2.3.4)如果当前delta值与前一个delta值不相等，则delta值计数器清零；然后继续步骤(2.3.5)；

(2.3.5)判断delta值计数器的计数值是否大于第一阈值；

(2.3.6)如果delta值计数器的计数值大于第一阈值，则将所述的delta值计数器、delta值累加器以及修饰累加器的计数值均清零，然后继续步骤(2.3.8)；

(2.3.7)如果delta值计数器的计数值不大于第一阈值，则继续步骤(2.3.8)；

(2.3.8)将当前delta值赋给前一个delta值且将当前delta值累加至delta值累加器中；

(2.3.9)判断delta值累加器的累加值的绝对值是否小于等于第二阈值；

(2.3.10)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值小于等于第二阈值，则清零所述的修饰累加器的计数值，并输出；

(2.3.11)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值不小于等于第二阈值，则判断当前delta值累加器的累加值的绝对值是否大于31；

(2.3.12)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值大于31，则判断当前delta值累加器的累加值是否大于0；

(2.3.13)如果当前delta值累加器的累加值大于零，则将所述的修饰累加器的计数值修改为31，并输出；

(2.3.14)如果当前delta值累加器的累加值小于零，则将所述的修饰累加器的计数值修改为-31，并输出；

(2.3.15)如果当前delta值累加器的累加值的绝对值不大于31，则将修饰累加器的计数值修改为所述的当前delta值累加器的累加值，并输出。