CN111953629A - 一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器及其解调方法 - Google Patents

一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器及其解调方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器及其解调方法，主要解决现有无线充电设备的FSK调制成本高、误码率高的问题。该解调器，包括第一带通滤波器和第二带通滤波器、差值比较器、分频器、捕获计数器、储存阵列及解码逻辑单元。通过上述设计，本发明利用第一、第二带通滤波器过滤掉85KHz～205KHz以外的信号，再利用差值比较器将模拟信号转成数字信号进行输出，再使捕获计数器中的高频时钟对分频后的数字信号进行采样，这样的设计使得FSK包络解析时帧同步出错率低，解调误码率低。因此，适宜推广应用。

Description

一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器及其解调方法
技术领域
本发明涉及一种无线充电技术领域，具体地说，是涉及一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器及其解调方法。
背景技术
现阶段部分手机、平板等便携式设备均支持Qi的无线充电标准。Qi标准占领了无线充电市场90％以上的市场份额了。所以对于支持无线充电的接收端也必须支持Qi的标准通信方式。
Qi标准的无线充电规定，发射端(以下简称TX)在向接收端(以下简称RX)进行数据通信时，以FSK的方式将数据调制到电源信号上。接收端接收到电源信号后，首先将数据信号从电源信号中分离出来，此时数据信号应该为一个85K～220K频率的载波信号，下一步将有效包络从载波信号中调制出来。Qi标准中对未调制的载波信号(以下简称为ac)和传统的FSK调制有以下几点不同：
1、ac的未调制频率不是固定的，其频率范围为85K～205K。当TX向RX发送数据包的时候，ac的频率可能是85K～205K之间的任意值；
2、载波信号同时也为电源信号，TX在发包的时候无法预知RX的负载变化情况。当RX负载变化剧烈时，线圈上的ac信号的电平会抖动非常厉害；
3、载波信号作为电源信号，其电平也是不固定的。根据协议，从3V～30V均有可能。此时则不能用单一的比较电压进行电平高低比较；
4、FSK的调制周期固定为256个周期。即每256个周期变化一次频率。
而现有技术的解调方式有两种，一是通过快速傅立叶变换将时域信号转换为频域信号。再根据频域信号算得频率的变换，解调出原始数据包络。但是这种解调方式需要高速ADC采样、需要大规模的数字储存区、需要非常多的乘法和加法单元。导致成本非常大；另一种是过高频时钟不停地采ac的频率。一旦ac的频率发生变化，就开始FSK包络的解析。这种解调方式的缺点是帧同步容易出错，导致误码率高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器及其解调方法，主要解决现有无线充电设备的FSK调制成本高、误码率高的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器，包括：
第一带通滤波器和第二带通滤波器，用于从无线充电设备的接收端的电源信号中获取两个频率相同，相位相差180度的高压信号；
差值比较器，与两个带通滤波器相连，将两个频率相同，相位相差180度的信号进行差值比较，输出一路数字电平的波号；
分频器，与差值比较器相连，用于将差值比较器输出的波号进行分频，产生一个新的信号；
捕获计数器，与分频器相连，用高频时钟对分频后的高电平、低电平进行采样计数；
储存阵列，与捕获计数器相连，用于连续存储捕获计数器获取的捕获采样值；
解码逻辑单元，与储存阵列相连，根据储存阵列中的捕获采样值将数据解码出来，并做奇偶校验，完成解调后输出有效包络。
进一步地，所述分频器为32分频器或64分频器。
作为优选，所述储存阵列为FIFO存储器或SRAM存储器。
本发明还提供了一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调方法，采用了上述基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器；包括如下步骤：
(S1)两个带通滤波器从无线充电设备的接收端的电源信号中将85KHz～205KHz以外的信号滤掉，取两个频率相同，相位相差180度的高压信号并输出；
(S2)差值比较器将两个带通滤波器的输出进行比较，当差值大于设定的固定阈值时，则输出第一带通滤波器的输出，否则输出第一带通滤波器的输出，完成将模拟信号转成数字信号；
(S3)利用分频器将差值比较器的输出进行32或者64分频；
(S4)利用捕获计数器中的高频时钟对分频后的信号进行采样计数；
(S5)将捕获计数器中采样获得的分频后的信号高电平、低电平的值送到储存阵列中，储存计数器最新的16/32组数据；
(S6)根据最新的16/32组数据，利用解码逻辑单元将FSK的有效数据解码出来，输出有效包络。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过设置的第一、第二带通滤波器过滤掉85KHz～205KHz以外的信号，再利用差值比较器将模拟信号转成数字信号进行输出，再利用捕获计数器中的高频时钟对分频后的数字信号进行采样，这样的设计对于未调制的载波信号频率不稳定的情况，本发明相当于将未调制的载波信号频率每64或者32个周期的误差求平均，这样避免了突然几个未调制的载波信号频率周期偏差过大的情况。同时将64个或者32个周期的误差累积，进行信道解码留有的冗余度也更大使得FSK包络解析时帧同步出错率低，解调误码率低。
(2)本发明避免使用了高速ADC、大量乘法加法运算单元，并减少了储存单元的需求(只需要传统方式的1/64或者1/32)，大大减少了芯片的成本开销。
附图说明
图1为本发明的整体原理框图。
图2为本发明解码逻辑单元的解码逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1所示，本发明公开的一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器，包括：
第一带通滤波器和第二带通滤波器，用于从无线充电设备的接收端的电源信号中获取两个频率相同，相位相差180度的高压信号；
差值比较器，与两个带通滤波器相连，将两个频率相同，相位相差180度的信号进行差值比较，输出一路数字电平的波号；
分频器，与差值比较器相连，用于将差值比较器输出的波号进行32分频或64分频，产生一个新的信号；
捕获计数器，与分频器相连，用高频时钟对分频后的高电平、低电平进行采样计数；
储存阵列，通常选用为FIFO存储器或者SRAM存储器，与捕获计数器相连，用于连续存储捕获计数器获取的捕获采样值；
解码逻辑单元，与储存阵列相连，根据储存阵列中的捕获采样值将数据解码出来，并做奇偶校验，完成解调后输出有效包络。
解码逻辑单元的解码逻辑如图2所示，其中，编码方式为曼彻斯特编码，原始数据为0、1，则编码完为1011；
Fop：未调制频率；
Fmod_neg：高电平的调制频率；
Fmod_pos：低电平的调制频率；
T1：当未调制时，捕获计数器的捕获值；
T2：从未调制到高电平时，捕获计数器的捕获值；
T3：从高电平到低电平时，捕获计数器的捕获值；
T4：从低电平到高电平时，捕获计数器的捕获值；
Tn：高电平时，捕获计数器的捕获值；
Tp：低电平时，捕获计数器的捕获值。
Fmod_neg和Fmod_pos的关系如表1所示，其中，Polarity(极性)＝positive(高电平)时，Fmod为Fmod_pos，Polarity＝negative(低电平)时，Fmod为Fmod_neg；Depth代表解调深度，即频率在调制过程中变化的范围，Unit是时间单位。
Figure BDA0002645052840000051
表1
本发明还提供了一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调方法，采用了上述基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器；包括如下步骤：
(S1)两个带通滤波器从无线充电设备的接收端的电源信号中将85KHz～205KHz以外的信号滤掉，取两个频率相同，相位相差180度的高压信号并输出；
(S2)因为接收端接收到未调制的的载波信号，电平范围为3V～30V。第一带通滤波器和第二带通滤波器输出的信号正好是互补的。因此，利用差值比较器将两个带通滤波器的输出进行比较，当差值大于设定的固定阈值时，则输出第一带通滤波器的输出，否则输出第一带通滤波器的输出，完成将模拟信号转成数字信号；
(S3)利用分频器将差值比较器的输出进行32或者64分频；
(S4)利用捕获计数器中的高频时钟(12MHz或者24MHz)对分频后的信号进行采样计数；
(S5)将捕获计数器中采样获得的分频后的信号高电平、低电平的值送到储存阵列中，储存计数器最新的16/32组数据；
(S6)根据最新的16/32组数据，利用解码逻辑单元将FSK的有效数据解码出来，输出有效包络。
通过上述设计，本发明通过设置的第一、第二带通滤波器过滤掉85KHz～205KHz以外的信号，再利用差值比较器将模拟信号转成数字信号进行输出，再利用捕获计数器中的高频时钟对分频后的数字信号进行采样，这样的设计使得FSK包络解析时帧同步出错率低，解调误码率低。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器，其特征在于，包括：
第一带通滤波器和第二带通滤波器，用于从无线充电设备的接收端的电源信号中获取两个频率相同，相位相差180度的高压信号；
差值比较器，与两个带通滤波器相连，将两个频率相同，相位相差180度的信号进行差值比较，输出一路数字信号；
分频器，与差值比较器相连，用于将差值比较器输出的波号进行分频，产生一个新的信号；
捕获计数器，与分频器相连，用高频时钟对分频后的高电平、低电平进行采样计数；
储存阵列，与捕获计数器相连，用于连续存储捕获计数器获取的捕获采样值；
解码逻辑单元，与储存阵列相连，根据储存阵列中的捕获采样值将数据解码出来，并做奇偶校验，完成解调后输出有效包络。
2.根据权利要求1所述的一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器，其特征在于，所述分频器为32分频器或64分频器。
3.根据权利要求1所述的一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器，其特征在于，所述储存阵列为FIFO存储器或SRAM存储器。
4.一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调方法，其特征在于，采用了如权利要求1～3任一项所述的一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器；包括如下步骤：
(S1)两个带通滤波器从无线充电设备的接收端的电源信号中将85KHz～205KHz以外的信号滤掉，取两个频率相同，相位相差180度的高压信号并输出；
(S2)差值比较器将两个带通滤波器的输出进行比较，当差值大于设定的固定阈值时，则输出第一带通滤波器的输出，否则输出第一带通滤波器的输出，完成将模拟信号转成数字信号；
(S3)利用分频器将差值比较器的输出进行32或者64分频；
(S4)利用捕获计数器中的高频时钟对分频后的信号进行采样计数；
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