CN113541703B - 用于无线电力传输系统的快速数据发送 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于无线电力传输系统的快速数据发送。本文提供了一种功率接收器。该功率接收器提供与功率发送器的带内通信。功率接收器识别标识训练序列的频率变化并确定关于训练序列的脉冲响应。功率接收器还消除了带内通信期间脉冲响应的影响。

Description

用于无线电力传输系统的快速数据发送
技术领域
本公开总体上涉及无线电力传输系统，并且更具体地，涉及用于无线电力传输系统的快速数据发送。
背景技术
通常，在数据通信的当代实现中，当前的无线电力传输方法提供了功率发送器(Tx)和功率接收器(Rx)之间的带内通信。例如，Qi方法将负载调制用于Rx到Tx的数据传输，并将频率调制用于Tx到Rx的数据传输。
当前的Tx数据传输速率相对较低。例如，在当前无线电力传输方法下，每个数据位在512个载波周期内发送。这样，对于128kHz的载波频率，当前的Tx数据传输速率只能产生250bps的数据速率。这些低的Tx数据传输速率故意较低，部分是为了避免在较高的数据速率下在Tx和Rx之间波动的固有的回波(例如脉冲响应)。
近来，当前的无线电力传输方法提供了从Tx到Rx的认证能力。但是，使用这些认证功能，需要将相对大量的认证数据从Tx传输到Rx。给定当前的Tx数据传输速率(相对较低)，认证数据的交换会花费大量时间，并会延迟Tx的认证功能。
在某些情况下，为了适应这些认证功能，增加数据速率的一种方法是减少周期数。然而，当减少周期数时，存在寄生谐振行为(相对于Tx和Rx)占主导的点，从而以当周期数为较高数时不存在的方式使比特解码复杂化。
因此，需要改进当前的无线电力传输方法。
发明内容
根据一个实施方案，提供了功率接收器。功率接收器提供与功率发送器的带内通信。功率接收器识别标识训练序列的频率变化并确定关于训练序列的脉冲响应。功率接收器还消除了带内通信期间的脉冲响应的影响。
根据一个或多个实施方案，可以将以上提供的功率接收器实施方案以及功率发送器实现为系统、方法、装置或计算机程序产品。
通过本公开的技术实现了附加的特征和优点。本文中详细描述了本公开的其他实施方案和方面。为了更好地理解本发明的优点和特征，请参考说明书和附图。
附图说明
在说明书结尾处的权利要求中特别指出并明确要求保护该主题。根据结合附图的以下详细描述，本文实施方案的前述和其他特征以及优点将变得显而易见，在附图中：
图1示出了描绘根据一个或多个实施方案的系统的功率接收器的框图；
图2描绘了根据一个或多个实施方案的系统的方法；
图3描绘了根据一个或多个实施方案的系统的方法；
图4示出了根据一个或多个实施方案的曲线图，该曲线图描绘了由工作频率的变化引起的脉冲响应，该工作频率的变化是由系统的功率接收器针对功率接收器上的不同负载确定的；
图5示出了根据一个或多个实施方案的曲线图；
图6描绘了根据一个或多个实施方案的系统的方法；
图7示出了描绘根据一个或多个实施方案的由系统的功率接收器接收的数据的曲线图；
图8描绘了根据一个或多个实施方案的表格；
图9描绘了根据一个或多个实施方案的表格；以及
图10示出了描绘根据一个或多个实施方案的系统的框图。
具体实施方式
本文公开的实施方案可以包括提供功率发送器(Tx)和功率接收器(Rx)的装置、系统、方法和/或计算机程序产品(在本文中通常作为系统来讨论)，该功率发送器能够以远高于当前的无线电力传输方法的比特率(例如，高达载波频率)来发送数据，功率接收器能够解码此数据，例如通过消除任何生成的脉冲响应。
一种示例性实施方式提供了一种Rx，该Rx从Tx中识别频率的变化(在带内通信期间，比特率更高)，并且针对训练序列确定脉冲响应。注意，频率的变化可以标识训练序列。注意，由于较高的比特率，脉冲响应扩展到多个比特。继而，Rx在数据的带内通信期间消除了脉冲响应的影响。另一示例实施方式可以包括使用从Rx接收到的值为0的控制错误分组的Tx作为用于将数据发送到Rx的触发。另一示例实施方式可以包括使用专用分组，其中每个分组包括用于训练Rx的均衡器的固定前同步码。
根据一个或多个优点、技术效果和益处，该系统通过相对于当前的无线电力传输方法维持系统接收器内的低复杂度，来使用于Tx和Rx的附加电路和用于Rx的设计成本最小化。例如，通过训练序列检测和脉冲响应确定来维持低复杂度和提高的比特率，同时解决(和消除)自然谐振行为(例如，这也使得本文中的系统能够与其他当前无线电力传输方法交错)。因此，本文描述的实施方案必须植根于系统的Tx和Rx的一个或多个控制器中以执行主动操作来克服在无线电力传输过程中带内通信领域中具体出现的问题(例如，通过增加双向带内通信的数据速率)。
图1示出了描绘根据一个或多个实施方案的系统100的框图。该系统包括功率发送器101和功率接收器102(在本文中分别称为Tx 101和Rx 102)。Tx 101是可以向Tx 101周围的空间产生电磁能的任何设备，该Tx 101用于向Rx 102提供功率。Rx102是当存在于Tx101周围的空间内时可以接收，使用和/或存储电磁能的任何设备。为了便于说明和简洁起见，图1的组件焦点是Rx 102的结构，同时注意Tx 101可以具有与Rx 102相似或相同的组件结构。
如图1所示，Rx 102包括用于接收和存储电磁能的电路，例如负载105。Rx 102的电路还可包括谐振线圈110；并联谐振电容器(电容器)115；串联谐振电容器(电容器)120；辅助负载125；直流至直流转换器(DC2DC)130；控制器135；以及整流器140。根据一些示例实施方案，Rx102可以用于从Tx 101无线地获取感应功率，以向负载105供电。例如，Rx102可以用于对负载105充电，其示例包括手持式电池、电源、其组合等。另外，Rx 102可能能够与Tx101无线通信(例如，带内通信)。根据一个或多个实施方案，Rx 102的谐振部(电路)可以包括被铁氧体覆盖的线圈110、电容器120和电容器115，Rx 102的电源部可以包括整流器140和DC2DC 130，Rx 102的控制和通信部可以包括控制器135和辅助负载125。
谐振电路组件的值被定义为与Tx 101的发射频率匹配。Rx 102可以有或没有电容器115。另外，或者替代地，谐振电路可以进一步包括至少一个分支，每个分支具有调谐电容器(rcap)150和由控制器135控制的开关155。
根据一个或多个实施方案，控制器135可以在其中包括逻辑上提供FIR均衡器的软件(例如，固件159)，训练序列的检测器(例如，将数据加载到FIR均衡器)，训练序列的分析器(例如，处理数据)，以及脉冲响应消除器(例如，使用FIR数据执行消除)。就这一点而言，控制器135可具有系统存储器，在该系统存储器中，软件和在适当位置执行该软件以实现本文描述的操作的处理器。此外，控制器135可以切换至少一个分支的开关155，以使分支rcap150作为附加并联电容器接合，该附加并联电容器可以改变谐振电路的谐振频率，从而改变系统100的操作点。
电源部的整流器140可以用于将由谐振电路获得的交流电压转换成直流电压。整流器140可以基于可商购的半波整流；全波整流；受控(例如基于FET的基于场效应晶体管的)全波整流；及其任何组合等。根据一个或多个实施方案，整流器140可以是使用一个或多个组件的任何整流器，例如4个二极管(例如，异步整流器)，2个二极管和2个FET(半同步)，4FET(同步)或2个电容器和2个开关，这些由如图1所描绘的专用逻辑电路或控制器135控制。
根据一个或多个实施方案，电源部的DC2DC 130可用于调节从整流器140到负载105的输出电压和/或电流。根据一个或多个实施方案，DC2DC 130可以是能够将其输出电压幅度提高到其输入电压以上，和/或将其输出电压降低到几乎为零的DC-DC转换器。为此，DC2DC利用了用于降压模式和升压模式的电感器112。DC2DC 130可以基于开关模式电源的原理，其输出电压在相对较大的范围内变化。DC2DC 130的输出电压可以通过在控制器135处生成的开关信号通过改变DC2DC 130开关的频率和占空比(例如开关模式电源)来进行调节。
根据一个或多个实施方案，控制器135可以是适于执行诸如图2-3和图5所示的方法的计算机化组件或多个计算机化组件。控制器135可以包括基于微处理器、电子电路、集成电路的中央处理单元(CPU)，该中央处理单元被实现为移植到诸如数字信号处理器，专用集成电路及其任何组合等的特定设备的特殊固件。控制器135可以包括存储计算机可读存储介质的计算机程序产品(例如，实现诸如图2-3和图5所示的方法)。根据一个或多个实施方案，控制器135可用于执行Rx 102或其中的任何电路所需的计算。
控制器135还可包括输入/输出(I/O)模块160，其用作接口以在控制器135与Rx102的元件(例如辅助负载125；DC2DC 130；整流器140；至少一个开关155；以及布线结170)之间发送和/或接收信息和指令。根据一个或多个实施方案，控制器135可以通过I/O模块160利用封装了由控制器135编码的信息的信号来激活辅助负载125。辅助负载125可以连接整流器140之前或之后。信号可以被配置成以影响Rx 102与Tx 101之间的耦合的方式来激励辅助负载125，因此Tx 101的检测电路可以对该信息进行解码。
根据一个或多个实施方案，控制器135可以通过I/O模块160感测DC2DC 130的DC输入电压(Vin)和DC输出电压(Vout)。控制器135还可以感测从DC2DC 130流到负载105的电流(i)。另外地或替代地，控制器可以利用开关信号来调节DC2DC 130的输出电压。根据一个或多个实施方案，控制器135可通过I/O模块160激活至少一个开关155中的一个或多个开关以改变谐振频率。通过使用至少一个开关155激活，可以将至少一个电容器(例如，rcap 150)并联添加到谐振电路，从而增加至少一个电容器的等效电容，这随后改变了谐振频率。
根据一个或多个实施方案，控制器135可以使Rx 102参与与Tx 101的带内通信。就这一点而言，控制器135可以在布线结170处确定/检测/感测一个或多个信号(例如，值、损耗、脉冲响应、数据和其他参数)。注意，系统100可以构想附加的位置，例如控制器135可以相对于Rx102的分流电阻器确定/检测/感测一个或多个信号。因此，控制器135可以利用一个或多个信号来接收来自Tx 101的带内通信，以对带内通信执行数字信号处理，并指示其中的电路响应Tx 101。参考图2，描述了带内通信上的数字信号处理的示例操作。
图2描绘了根据一个或多个实施方案的系统(例如，图1的系统100)的方法200。在Rx 102在Tx 101周围的空间中被呈现给Tx 101之后，控制器200可以执行方法200，使得至少开始以更高比特率进行数据的带内通信。此外，方法200通常是控制器135对带内通信的数据进行数字信号处理(例如，接收和解码)的示例操作，同时消除了任何生成的脉冲响应。
方法200在框220处开始，在框220处，Rx 102识别/检测频率变化(在带内通信中)。频率变化标识训练序列。根据一个或多个实施方案，Rx 102的控制器135可以监视带内通信以测量布线结170处的频率。基于该监视(例如，测量的频率)，控制器135可以从间隔推断训练序列或使用阈值水平(例如，存储在控制器135中的定义水平)。例如，控制器135可以检测Rx 102的电容器115或120或Rx 102的电感器110的与频率变化相对应的峰值之间的间隔(例如，最高点的观察)或限定的电压水平。根据一个或多个实施方案，带内通信的数据内的训练序列可以由Tx 101每个数据分组发送。此外，可以每两个数据分组或其他数量或数量的组合发送训练序列，以减少带内通信内的开销。
在框240处，Rx 102确定关于训练序列的脉冲响应。例如，控制器135使用框220的训练序列执行数字信号处理以确定脉冲响应。Rx 102必须事先知道训练序列，无论是单个脉冲还是多个脉冲(例如，存储在控制器113的计算机可读存储介质上的固件中，例如由于制造时的存储和/或由于先前的带内通信更新)。注意，脉冲响应是由于带内通信的较高比特率引起的，并且可以示例性地被称为带内通信的数据的回波。由于该回波，在控制器135接收到数据之前，数据变得失真了。
在框260，Rx 102消除脉冲响应对数据(例如，失真的数据)的影响。即，物理上存在脉冲响应，使得从Tx 101发送的所有数据比特都经受该脉冲响应并且变得失真或弄脏。继而，RX 102通过处理失真的数据来消除影响。例如，控制器135使用从训练序列确定的脉冲响应，对通过带内通信接收的失真数据进行数字信号处理，以消除脉冲响应对数据的影响。以这种方式，控制器135从失真的数据产生纯净的数据。
方法200可以是连续的和/或循环的，使得控制器135动态地确定与在一个或多个训练序列之后接收到的一个或多个数据分组相对应的一个或多个脉冲响应，并消除一个或多个失真数据分组中的一个或多个脉冲的影响。这样，即使由于负载变化而使回波不稳定，系统100和方法200也可以处理任何回波(例如，发送分组，学习相对回波并切断该回波)。根据一个或多个实施方案，可以扩展与方法200类似的方法以支持从Rx 102到Tx 101的传输的数据速率的增加。
现在转向图3，根据一个或多个实施方案描绘了系统(例如，图1的系统100)的方法300的示例性操作。在Rx 102T在Tx 101周围的空间中被呈现给Tx 101之后，方法300可以由Rx 102和Tx 101执行，使得至少开始以更高比特率进行数据的带内通信。如图3中的那些，方法300的一些操作由Tx 101执行，其他操作由Rx 102执行。
方法300开始于框305，其中，Tx 101发送带有数据分组的训练序列。Tx 101可以在120kHz至150kHz的频率范围内进行发送。Tx 101的控制器使用脉冲宽度调制(PWM)信号创建功率载波信号，并在发送数据比特时可以调制频率。Tx 101可以基于来自Rx 102的触发来发送训练序列，如此处所述(例如，Tx 101响应于从Rx 102发送的控制错误0分组或专用分组而发送数据。
例如，Tx 102向Rx 102发送训练脉冲或已知脉冲的组合作为训练序列。根据一个或多个实施方案，Tx 101选择发送的128kHz的工作频率。然后，Tx 101特别在带内通信中提供工作频率的变化，以发信号通知正在发送训练序列(例如，标识训练序列)。在实施例中，工作频率的变化包括以比当前工作频率高3kHz的频率发送由单个载波周期(例如，一个载波周期长度)组成的训练脉冲。
在框310处，Rx 102识别频率变化(在带内通信中)。频率的变化(例如，工作频率)标识了训练序列。作为识别频率变化的一部分，在框315，Rx 102可以基于电容器115或120、接收器谐振电路上的电感器110的电压峰值之间的间隔或基于过零间隔来监视载波周期长度。根据一个或多个实施方案，控制器135可以利用用于半同步整流器或全同步整流器FET的控制信号来测量转变之间的时间间隔。在一些实施方案中，有限脉冲响应(FIR)响应的训练在每个数据分组发送之前或在分组块之前执行。在另一个实施方案中，训练是在以一定速率(例如，沿从100毫秒到5秒的范围内的任何值)定期进行的。
现在转到图4，曲线图420、440和460描绘了由Rx 102针对Rx上的不同负载所确定的工作频率的变化所引起的脉冲响应。在每个曲线图420、440和460中，x轴表示载波周期数，y轴表示工作频率(例如，表示为时钟周期数的度量，例如对于480MHz时钟)。在曲线图420中，在载波周期124处发生工作频率的变化(例如，负载的脉冲响应R＝200欧姆)，这引起了通过多个载波周期的纹波。类似地，在曲线图440中，在载波周期124处发生工作频率的变化(例如，负载的脉冲响应R＝50欧姆)，这引起了在多个载波周期中的纹波；在曲线图460中，示出了载波周期124处的工作频率的变化(例如，R＝10欧姆的脉冲响应)。给定了曲线图420、440和460，根据一个或多个实施方案，实际传输速度可以基于脉冲响应来选择。Tx 101可以发送训练脉冲(或多个脉冲)，Rx 102可以根据响应确定可能的最佳数据速率，并且可以将可能的最佳数据速率通知Tx 101(即，每个比特在多少个周期上调制)。然后，Tx 101可以使用可能的最佳数据速率来调制数据。
作为示例，给定曲线图420、440、460中所示的脉冲响应，对于10欧姆的负载的脉冲响应，Rx可以选择1的速率(例如，每个比特在一个周期内编码)，但对于较高负载(例如50欧姆和200欧姆)的脉冲响应，速率为2(例如，每比特两个周期)，因为第一个增量不是最大的(例如，在两种情况下，第二个增量都是最大的)。注意，在某些情况下，FIR可用于消除这种影响，以使Tx 101甚至在较高负载下也可以每比特单个周期发送数据。选择较低速率N时，每N个周期执行一次间隔采样。Rx 102可以使用关于脉冲响应的不同标准来选择速率，例如脉冲响应的长度、脉冲响应的样本的相对幅度等。
根据一个或多个实施方案，在Rx 102中，监视载波周期的间隔，使得随后经由训练后的FIR响应来馈送先前比特的间隔，并且从当前接收的比特间隔中减去脉冲响应(例如，通过Rx 102的该操作使得稍后可以在方法300中消除脉冲响应的扩展效应)。然后将相减的结果与阈值(例如，存储在计算机可读存储介质中)进行比较，以确定一个比特是0还是1。在一个示例性实施方式中，通过保持载波频率处于其标准工作频率来对“0”比特进行编码，并且将“1”比特编码为频率增加3kHz。注意，系统100可以使用其他编码技术，例如双相(或其他)编码，以保持DC均方根(RMS)低。
例如，T(n)包括峰值或零交叉之间的监视时间间隔。FIR(n)包括均衡滤波器的系数。Out(n)包括经过均衡和归一化处理的间隔。Data(n)包括重建的数据。Scale包括归一化因子。在训练过程中，将公式1和2应用于控制器135的数字信号处理。
Scale＝T(1) 等式1
对于n＝1..6，FIR(n)＝T(n+1)-T(0) 等式12
在框330，Rx 102基于检测到的训练序列(例如，一个或多个脉冲)来确定脉冲响应。Rx 102使用间隔测量值来配置N个抽头的FIR均衡器。注意，如本文所述，FIR均衡器存在于控制器135的固件中。根据一个实施方案，FIR包括16个抽头。注意，由于系统100的脉冲响应扩展远远超出单个比特周期，因此该阶段中的系统102克服了对真正的高速数据的限制。此外，脉冲响应不是固定的，并且根据Rx 102和Tx 101的耦合、Tx Q因数(例如，较高的系统Q因数导致较长的脉冲响应)和负载而变化。
描述了用于检测脉冲响应的参考仿真实施方案，其中使用了对载波频率的特定脉冲的脉冲响应的模拟。测量单个周期F＝F0+ΔF的模拟脉冲响应(ΔF＝3kHz)。模拟Rx 102的谐振电路上的电流峰值之间的间隔(例如，以2ns的分辨率)。用12uH线圈模拟Tx 101和Rx102，并将谐振电路调谐到100kHz。耦合选择为0.45。针对Rx 102上的不同负载条件执行模拟。
在框340，Tx 101发送数据(例如，一个或多个数据分组)。在一个实施方案中，从Rx102到Tx 101的控制错误0消息的发送可以用作Tx 101发送数据分组的触发。数据可以编码为FM调制。可以在载波的一个或多个周期内对每个比特进行编码。在一个实施例中，可以将两个载波周期的数据速率设置为一个比特(例如，如果在某个时刻脉冲响应太长或太复杂，Tx 101可以在2或4个周期内发送该比特)。相对于当前的无线电力传输方法，数据通常可以是相对大量的。就这一点而言，数据可以包括认证证书、控制数据、固件配置或更新等(例如，一旦建立了健壮的通信信道，就可以发送任何相关数据，例如MP3音频文件、网页等)。
数据和/或数据分组可以包括10字节或100字节，以满足消费者和/或工业市场(以及其他5G通信系统和军事系统)的需求。根据一个或多个实施方案，数据分组可以由具有2字节报头的16比特前同步码组成。2字节的报头可以包括分组的类型，当前发送的分组的序列号，最后被确认的分组的序列号以及分组长度。该前同步码可以进一步包括对字节0b10000000进行编码的两个相同的8比特序列。两个字节中的每一个都可用于训练Rx 102的FIR(例如FIR长度<8)。此外，N个数据字节和2个字节的校验和或CRC可以位于分组的末尾。请注意，除了功率之外，还可以传输数据。另请注意，数据在发送时不会失真。由于系统100的更高的Tx数据传输速率，固有的回波(例如，脉冲响应)在Tx和Rx之间波动以使发送的数据失真。
根据另一实施方案，如果在比特开始的周期上在Tx 101和Rx 102之间没有同步，则在接收上存在歧义(例如，如果当前载波周期是新比特的开始或者是前一比特的中间)。最初的8比特前同步码用于验证正确的偏移量。如果信道失真不是非常高，则响应将显示高值样本，如果比特同步正确，则随后显示较低值的样本，或者如果未正确同步，则显示几乎相同的第一样本和第二样本。如果检测到不正确的同步，则Rx 102将采样相位改变为正确的定时，并且以正确的定时接收第二8比特前同步码，并将其用于训练FIR。
在框350，Rx 102消除脉冲响应对数据(例如，失真的数据)的影响。例如，控制器135使用从训练序列确定的脉冲响应，对通过带内通信接收的失真数据进行数字信号处理，以消除脉冲响应对数据的影响。注意，由控制器135进行的取消是在频率上而不是在时域上进行的(尽管后者对于控制器而言是可能的)。
在框370，根据以数字方式消除脉冲响应的影响，Rx 102从失真数据输出/产生纯净数据。根据一个或多个实施方案，在数据传输期间，在控制器135的数字信号处理内应用等式3和4。
Figure BDA0002934048380000111
Data(n)＝Out(n)＞0.5 等式4
根据一个或多个实施方案，可以利用将比特成帧为字节或分组的附加机制，以及错误检测机制(例如，奇偶校验比特或CRC)。在一些实施方案中，可以为每个数据块提供纠错方法(例如，RS代码)的附加。此外，可以由Rx 102实现重试机制，其中Rx 102确认接收到每个分组，而Tx 101重试未正确确认的分组的发送。此外，可以实现从Rx 102到Tx 101的反馈机制，以使Tx 101能够基于脉冲响应来动态地改变发送速率。
根据一个或多个实施方案，数据分组的比特长度可以是512个载波周期(尽管系统100能够具有1或2个周期速度)。根据一个或多个优点、技术效果和益处，系统100可以将发送比特长度切割为128kbPS的速度，以提供更好的用于认证的用户体验，并且还为新应用打开机会。
鉴于图3，描述了参考模拟实施方案，其中来自Tx 101的单个训练脉冲(框305)用于在Rx 102上训练(框310、315和330)16抽头FIR均衡器。注意，多个训练脉冲可以用于改善训练。然后，使用每比特单个周期的FM调制，从Tx 101发送100比特的数据(框340)。然后在RX 102上，使用FIR均衡器(框350和370)来均衡传入的间隔测量值。然后将阈值0.5用于确定比特值。将数据与实际发送的数据进行比较。所有模拟负载实现的误码率(BER)为0。在这方面，现在转向图5，根据一个或多个实施方案描绘了曲线图510和530。曲线图510示出了由Rx 102测量的100个数据周期的测量的载波峰值间隔(例如，100个数据比特响应，R＝10欧姆)。曲线图530(例如，100个数据比特均衡的Rx数据相对于Tx数据)示出了多个实心点，其表示将FIR滤波器响应和归一化应用到脉冲响应第一系数之后的间隔的均衡结果。此外，曲线图530的虚线点表示阈值定在0.5之后的结果。注意，所获得的比特与Tx 101实际发送的比特相同，并且本文描述的模拟具有0BER。
在某些情况下，脉冲响应的第一间隔增量可能不是最大的(即T(n)-T(n-1)之差)。在这些情况下，参考模拟实施方案的上述均衡方案可能不是最佳方案。反过来，FIR可以配置为捕获最大间隔之后的周期的间隔增量，并且比例因子可以设置为最大增量间隔而不是第一个增量间隔。
根据一个或多个实施方案，可以基于脉冲响应来选择实际的传输速度。Tx 101可以发送训练序列(例如，一个或多个脉冲)。Rx 102可以基于脉冲响应来确定可能的最佳数据速率，并且通知Tx 101其应该是什么(例如，每个比特被调制多少个周期)。然后，Tx可以使用定义的速率来调制数据。以这种方式，实现了从Rx 102到Tx 101的反馈机制，以使Tx101能够基于脉冲响应来动态地改变发送速率。
如本文所述，可以扩展与方法200相似的方法以支持增加从Rx 102到Tx 101的传输的数据速率。因此，在Rx 102传输的情况下，调制可以基于负载调制，负载调制通过将辅助负载125连接到接收器谐振电路或与负载105并联来实现的。反过来，在Tx 101中，监视值可以是功率发送器的初级线圈或谐振电容器上的电压或电流幅度或电压或电流相位(或其组合)。可以使用类似的训练和均衡方法(框301、330和350)，但基于对测得的电压/电流幅度或相位的分析。与具有固定比特长度并且与功率载波异步的当前接收器传输相反，该方法将需要使比特调制与载波周期同步。Rx 102可以基于对谐振电路组件的过零电压或电流峰值的分析来提取载波频率，然后相应地使其传输同步。
根据一个或多个实施方案，以现有的低速调制执行的附加消息传递可用于协商支持在Tx 101和Rx 102之间进行快速数据速率传输的能力以及在低速率异步传输到更快的同步传输之间切换的时间。请注意，协商可以包括Rx 102和Tx 101支持的速率范围。
现在转向图6，根据一个或多个实施方案描绘了系统(例如，图1的系统100)的方法600的示例性操作。在将Rx 102在Tx 101周围的空间中呈现给Tx 101之后，方法600可以由Rx 102和Tx 101执行，使得至少开始以更高比特率进行数据的带内通信。如图6中的那些，方法600的一些操作由Tx 101执行，其他操作由Rx 102执行。
根据替代训练实施方案，方法600在框601开始，该实施方案包括Tx 101发送(框605)带有数据分组的训练序列，Rx 102通过监视(框615)载波周期长度来识别(框610)标识训练序列的频率变化(在带内通信中)，并且Rx 102基于检测到的训练序列(例如，一个或多个脉冲)来确定(框630)脉冲响应。然后，Rx 102根据数字消除脉冲响应的影响，消除(框650)脉冲响应对数据(例如，失真的数据)的影响，并从失真数据输出/产生(框670)纯净数据。
在框601的示范性实施方案上，Tx 101使用从Rx 102接收的值为0的控制错误分组作为将传输发送到Rx 102的触发。在另一实施方案中，可以使用专用分组。每个分组可以包括用于训练Rx 102的均衡器的固定前同步码。根据一个或多个实施方案，训练序列可以包括单个“1”发送比特，后跟固定数目的“0”比特(例如7比特)，并且训练序列可以多次发送。在示例性实施方式中，它被发送两次。
此外，训练序列之后可以是数据(例如，在框640处由Tx 101发送的一个或多个数据分组)。例如，数据可以是8位长度的数据分组，后跟N字节数据和单个或双校验和/CRC字节。注意，可以使用频率调制在单个载波周期或更多个载波周期上执行单比特数据的传输，其中选择调制深度以不对功率传输产生明显的修改。如本文所述，调制深度可以选择为3kHz。在这方面，“0”比特作为未调制载波以原始工作点频率发送，而“1”比特作为已调制载波以比原始频率高3kHz的频率发送。Rx 102根据其触发分组的传输(例如，控制错误，值为0或其他值)“准备好”接受传入分组，并在同步模式的第一比特“1”上进行同步。
如果在一个以上的载波周期内发送了该比特(假设有N个周期)，并且Rx 102也以N个周期的分辨率对载波周期的持续时间进行了采样，则在需要Tx 101和Rx 102之间的比特开始定时的同步来将Rx 102采样与Tx 101的比特调制对齐。请注意，Rx 102可以基于初始训练顺序对Rx 102考虑到Tx 101定时所具有的偏移量进行推断。下一节提供了缺少此类同步的影响及其解决方法的实施例。
根据一个或多个实施方案，如果Tx调制对于每个比特使用4个周期的工作频率(例如，比特“0”作为4个周期的125kHz载波频率发送，而比特“1”作为4个载波周期的频率128kHz发送)并在'0'和'1'比特持续时间之间造成0.75μsec的时间差，并且Rx 102在采样0.563的变化时对于第一比特使用与Tx不同步的初始定时，然后第二比特为0.187μs，则Rx102可以推断当前有效的是早移1个周期。因此，Rx 102可以修改采样定时以与Tx 101的传输对齐，并以正确的时序接收第二训练序列。第二训练序列可以用于训练Rx 102的均衡器(FIR)，以对其余数据比特进行解码。如图7所示，根据一个或多个实施方案，曲线图700以实线描绘“0”比特调制，以虚线描绘“1”比特调制，将每次同步之前的间隔采样点描绘为圆圈。
返回图6，关于Rx 102在框630处确定脉冲响应，可以在接收到同步模式的第一“1”比特之前建立默认间隔。在开始发送“1”比特传输后测量的第一个间隔包括“1”比特的3个周期，因此，测量间隔比默认测量间隔短～0.563μsec，随后的第二个间隔包括“1”比特的一个周期(例如，因此比默认间隔短～0.187μsec)。注意，可以在从Rx 102发送触发分组的结束之后立即测量默认间隔(即，在本文的实施例中，控制错误0)。然后，Tx 101在接收到的触发分组结束后以某个定义的短延迟发送传输。如果在此延迟时段内测量频率，则可以保证代表未调制频率。
此外，由于Tx 101和Rx 102可能不仅仅包括线性分量，所以系统100的整体响应可能不是完全线性的。这里讨论的是一种均衡技术，其假设接近线性响应并且基于脉冲响应的训练序列使用FIR的训练来实现用于已调制数据的匹配滤波器。在替代实施方案中，系统100可在有限的时间跨度内假设脉冲响应的某些非线性，例如具有整流桥效应(例如，接收到的响应受先前发送的有限数量的比特影响)。
因此，假设脉冲响应限于数据的N位，则训练序列可以由Tx 101选择以包括N比特的所有2^N个组合。这可以通过使用最大周期为2^N-1的N比特线性反馈移位寄存器(LFSR)的输出来实现。全0组合由训练序列开始之前的初始比特提供。N＝5的训练序列的示例被提供为“000001001011001111100011011101010000”。
继而，在框685处，Rx 102然后收集针对最后5个接收比特(D(n)-D(nN-1))的不同5比特组合的所有脉冲响应S(D)，其中脉冲响应啥由Rx 102测量的比特的时间间隔。图8描绘了根据一个或多个实施方案的表格800。表格800提供了与上述训练序列有关的数据(例如，采样数据和存储的S值)的集合的示例。表中的位置D可以是由N个最后接收的位组成的值，其中最低有效位(LSB)是最后一个比特值。
然后，控制器135确定校正值C(X)，其中X是N-1比特索引，如等式5所示。
C(X)＝(S(2X+1)+S(S))/2 等式5
例如，图9描绘了根据一个或多个实施方案的表格900。表格900提供了用于硬决策的处理后的C值和C阈值。
在框695，当最后N-1是X的值时，校正值C(X)用作用于在0和1比特之间进行判定的阈值。就这一点而言，方法600对接收到的样本进行归一化并对于每个接收到的N比特序列执行专用均衡。
根据一个或多个优点、技术效果和优点，系统100(鉴于方法200、300和600)对于线性系统是有效的，并且提供了与用于线性系统的基于FIR的N个抽头的均衡器相似的结果。此外，系统100(鉴于方法200、300和600)具有降低Rx 102的控制器135所需的计算工作量的优点，因为FIR的多次乘法求和运算被替换为简单的查找表(例如表格900)。在这方面，系统100(鉴于方法200、300和600)在微控制器中提供了直接的实现，从而取消了对Rx 102中的特殊数字信号处理单元的需求(例如，用于解调来自Tx 101的快速带内通信的信号)。
根据一个或多个实施方案，本文所述的方法可以被组合。例如，初始的简单脉冲响应训练用于确定脉冲响应的长度和可能的定时偏移，并且其中第二训练序列使用由接收器确定并传送到发送器的N比特长度。如果需要这样的第二训练序列，则Rx 102还可以向Tx101发送信号。
根据一个或多个实施方案，初始训练序列可以用于确定每个比特要使用的周期数(例如，因此数据速率)。初始训练序列可以使用固定的少量周期(例如每比特单个周期)发送。Rx 102分析对初始训练序列的脉冲响应，然后将每比特要使用的周期数通知Tx 101。Rx103可以基于所接收的响应分布和/或其计算能力来确定周期数。每比特周期数的修改可以定期执行，也可以在操作期间根据需要进行。Rx 102可以将从该点开始进行传输每比特要使用的周期数通知Tx 101。
根据一个或多个实施方案，在Tx 101和Rx 102之间协商每比特的周期数。
根据一个或多个实施方案，Rx 102可以通知Tx 101，脉冲响应被分布在随后所需的更大数量的比特周期上，然后Tx 101可以修改传输频率以减小脉冲响应的分布。当Tx101和Rx 102在更靠近联合谐振点的位置工作并且系统负载105较低时，脉冲响应的散布会扩展。因此，Tx 101可以修改工作频率，以增加与联合谐振频率之间的间隙，并减小脉冲响应散布。Tx 102和Rx 102还可以将工作点设置为与耦合联合谐振点具有明显的间隙(例如，超过30kHz的间隙)。为此，Rx102可以在快速数据交换时段期间控制负载105和要求的整流电压。
根据一个或多个实施方案，Rx 102可以在负载105仍然没有已启用时中识别和配置(以及可能的协商和校准)之后并且在功率传输阶段之前，发起从Tx 101开始的快速数据传输。根据一个或多个优点、技术效果和益处，由系统100启动快速数据传输特别有利于完成Tx 101和Rx 102之间的快速认证交换，从而可以在少于100msec内完成完整的认证过程。初始训练序列可以在Tx 101或Rx 102之间的每个连接会话中，或者在每个定义的传输分组数或持续时间中发送一次。可以在每个分组或其他定义的间隔之前发送以每个比特的约定周期为单位的第二训练序列。
如本文所指示，本文所公开的实施方案可包括处于任何可能的技术细节集成水平的装置、系统、方法和/或计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括其上具有用于使控制器执行本发明的方面的计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或多个介质)。
例如，图10描绘了根据一个或多个实施方案的系统1000的示例。系统1000具有设备1001(例如，图1的系统100的Rx 102和/或Tx 101)，该设备1001具有一个或多个中央处理单元(CPU)，这些中央处理单元被统称为或一般地称为处理器1002(例如，图1的控制器135)。处理器1002，也称为处理电路，通过系统总线1003耦合到系统存储器1004和各种其他组件。系统存储器1004可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、内部或外部闪存、嵌入式静态RAM(SRAM)和/或任何其他易失性或非易失性存储器。例如，ROM耦合到系统总线，并且可以包括基本输入/输出系统(BIOS)，其控制设备1001的某些基本功能，并且RAM是耦合到系统总线1003以供处理器1002使用的读写存储器。
图10进一步描绘了输入/输出(I/O)适配器1005、通信适配器1006和耦合到系统总线1003的适配器1007。I/O适配器1005可以是与驱动器和/或任何其他类似的组件通信的小型计算机系统接口(SCSI)适配器。通信适配器1006将系统总线1003与网络1012互连，网络1012可以是外部网络(电源或其他网络)，使设备1001能够与其他此类设备(例如，与Rx 102连接的Tx 101)进行数据通信和/或传输功率)。显示器1013(例如，屏幕、显示监视器)通过适配器1007连接到系统总线1003，适配器1007可以包括用于改善图形密集型应用的性能的图形控制器和视频控制器。其他输入/输出设备可以通过适配器1007连接到系统总线1003，例如鼠标、触摸屏、小键盘、相机、扬声器等。
在一个实施方案中，适配器1005、1006和1007可以连接到一个或多个I/O总线，该I/O总线经由中间总线桥连接到系统总线1003。用于连接外围设备(例如硬盘控制器、网络适配器和图形适配器)的合适I/O总线通常包括通用协议，例如外围组件互连(PCI)。
系统存储器1004是计算机可读存储介质的示例，其中可以将软件1019存储为指令，以供处理器1002执行以使设备1001运行，例如在此参考图2-3和6所描述的。结合图1所示，软件1019可以代表用于Rx 102的固件159，使得存储器1004和处理器1002(例如，控制器135)在逻辑上提供FIR均衡器1051、训练序列检测器1052(例如，加载数据到FIR均衡器)，训练序列分析器1053(例如，用于处理数据)和脉冲响应消除器1054(例如，使用FIR数据来执行消除)。
计算机可读存储介质可以是可以保留和存储计算机可读程序指令的有形设备。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或前述的任何合适的组合。如本文所使用的，计算机可读存储介质不应被理解为本身是瞬时信号，例如无线电波或其他自由传播的电磁波，通过波导或其他传输介质(例如，穿过光纤电缆的光脉冲)传播的电磁波或通过电线传输的电信号。
本文所述的计算机可读程序指令可以经由连接(例如，带内通信)从装置、设备、计算机或外部存储装置通信和/或下载到相应的控制器。用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编程序指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微码、固件指令、状态设置数据、集成电路的配置数据或以一种或多种编程语言(包括面向对象的编程语言(例如Smalltalk，C++等)和过程编程语言(例如“C”编程语言或类似编程语言)的任何组合编写的源代码或目标代码。在一些实施方案中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令来个性化电子电路，以执行本发明的方面。
根据本文的公开，一个或多个实施方案包括功率接收器。功率接收器与功率发送器执行带内通信。功率接收器被配置成识别标识训练序列的频率变化；确定关于训练序列的脉冲响应；消除脉冲响应在带内通信期间的影响。
根据以上功率接收器实施方案，功率接收器可以被配置成监视带内通信以检测功率接收器的电容器或功率接收器的电感器的、与频率变化相对应的峰值之间的间隔或限定的电压水平。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，功率接收器可以被配置成动态地确定与在训练序列之后接收到的一个或多个数据分组相对应的一个或多个脉冲响应。
根据以上功率接收器实施方案中的任一者，功率接收器可被配置成消除一个或多个脉冲响应中的每一个相对于一个或多个失真数据分组的影响。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，训练序列对于功率接收器可以是已知的。
根据上述功率接收器实施方案中的任何一个，标识训练序列的频率变化可以包括发送训练脉冲作为训练序列，该训练脉冲由单个载波周期组成，该单个载波周期的频率至少比工作频率高3kHz。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，功率接收器可以被配置成向功率发送器提供至少一个分组以触发频率和训练序列的改变。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，至少一个分组可以包括控制错误分组。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，所述至少一个分组可以包括具有固定前同步码的专用分组。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，功率接收器可以被配置成在接收到同步模式的第一比特之前确定默认间隔。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，训练序列可以包括N个比特的所有2^N个组合。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，功率接收器可以被配置成收集用于不同比特组合的一个或多个脉冲响应，确定校正值，并且将校正值用作用于消除脉冲响应影响的决定的阈值。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，系统可以包括功率发送器和功率接收器。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，系统可以包括一个或多个非线性分量。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，带内通信可以包括一个或多个数据分组，每个数据分组包括至少在1或2个周期速度上延伸的比特长度。
根据以上功率接收器实施方案中的任何一个，带内通信可以包括传达认证证书、控制数据或固件配置的一个或多个数据分组。
根据本文的公开，一个或多个实施方案包括功率发送器。功率发送器与功率接收器执行带内通信。功率发送器被配置成识别标识训练序列的频率变化；确定关于训练序列的脉冲响应；消除脉冲响应在带内通信期间的影响。
根据上述功率发送器实施方案，频率变化可以包括基于通过将辅助负载连接到接收器谐振电路或者与功率接收器的负载并联而实现的负载调制的调制。
根据以上功率发送器实施方案中的任何一个，功率发送器可以被配置成监视带内通信以检测相对于功率发送器的初级线圈上或谐振电容器上的电压或电流幅度或电压或电流相位的值变化。
根据以上功率发送器实施方案中的任何一个，系统可以包括功率发送器和功率接收器。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各个实施方案的装置、系统、方法和计算机程序产品的可能的实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可以代表指令的模块、片段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，框中指出的功能可以不按附图中的流程图和框图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还应注意，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图的框的组合可以由执行指定功能或动作或执行特殊用途的硬件和计算机指令的组合的基于特定目的硬件的专用系统来实现。
在此使用的术语仅出于描述特定实施方案的目的，并不旨在进行限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组。
为了说明的目的已经给出了本文各种实施方案的描述，但并不意图是穷举性的或限于所公开的实施方案。在不脱离所描述的实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择这里使用的术语是为了最好地解释实施方案的原理，对市场上发现的技术的实际应用或技术上的改进，或者使本领域的其他普通技术人员能够理解这里公开的实施方案。

Claims (18)

1.用于无线电力传输系统的与功率发送器执行带内通信的功率接收器，该功率接收器被配置成：
识别标识训练序列的带内通信中的频率变化；
确定由于带内通信的比特率引起的关于所述训练序列的脉冲响应，其中数据由于所述脉冲响应在被功率接收器接收到之前变得失真；以及
对通过带内通信接收的失真数据进行数字信号处理，以消除带内通信期间所述脉冲响应的影响；
其中，所述功率接收器被配置成向所述功率发送器提供至少一个分组，以触发所述频率和所述训练序列的改变；而且其中，所述至少一个分组包括控制错误分组。
2.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述功率接收器被配置成监视所述带内通信，以检测所述功率接收器的电容器或所述功率接收器的电感器的与频率变化相对应的峰值之间的间隔或限定的电压水平。
3.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述功率接收器被配置成动态地确定与在训练序列之后接收的一个或多个数据分组相对应的一个或多个脉冲响应。
4.根据权利要求3所述的功率接收器，其中，所述功率接收器被配置成消除所述一个或多个脉冲响应中的每一者相对于一个或多个失真数据分组的影响。
5.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述训练序列是所述功率接收器已知的。
6.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，标识训练序列的频率的变化包括：发送训练脉冲作为所述训练序列，该训练脉冲由单个载波周期组成，该单个载波周期的频率比工作频率高至少3kHz。
7.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述至少一个分组包括具有固定前同步码的专用分组。
8.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述功率接收器被配置成在接收到同步模式的第一比特之前确定默认间隔。
9.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述训练序列包括N比特的所有2 ^ N个组合。
10.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述功率接收器被配置成收集用于不同比特组合的一个或多个脉冲响应，确定校正值，且将所述校正值用作决定用于消除所述脉冲响应的影响的阈值。
11.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，系统包括所述功率发送器和所述功率接收器。
12.根据权利要求11所述的功率接收器，其中，所述系统包括一个或多个非线性分量。
13.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述带内通信包括一个或多个数据分组，每个数据分组包括至少在1或2个周期速度上延伸的比特长度。
14.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述带内通信包括传达认证证书、控制数据或固件配置的一个或多个数据分组。
15.用于无线电力传输系统的与功率接收器执行带内通信的功率发送器，所述功率发送器被配置成：
识别标识训练序列的带内通信中的频率变化；
确定由于带内通信的比特率引起的关于训练序列的脉冲响应，其中数据由于所述脉冲响应在被功率接收器接收到之前变得失真；以及
对通过带内通信接收的失真数据进行数字信号处理，以消除带内通信期间所述脉冲响应的影响；
其中，所述功率接收器被配置成向所述功率发送器提供至少一个分组，以触发所述频率和所述训练序列的改变；而且其中，所述至少一个分组包括控制错误分组。
16.根据权利要求15所述的功率发送器，其中，所述频率变化包括基于负载调制的调制，所述负载调制是通过将辅助负载连接到接收器谐振电路或与所述功率接收器的负载并联连接来实现的。
17.根据权利要求15所述的功率发送器，其中，所述功率发送器被配置成监视所述带内通信，以检测相对于所述功率发送器的初级线圈或谐振电容器上的电压或电流幅度或电压或电流相位的值变化。
18.根据权利要求15所述的功率发送器，其中，系统包括所述功率发送器和所述功率接收器。
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