CN114069884A - 阻抗检测装置及其控制方法、无线充电装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请的实施例提供一种阻抗检测装置及其控制方法、无线充电装置及电子设备，涉及无线充电技术领域，能够对待检测负载的阻抗进行精确地检测。阻抗检测装置包括耦合电路、幅相检测电路及控制器，耦合电路用于耦合生成入射波检测信号与反射波检测信号，幅相检测电路用于检测生成反射波检测信号与入射波检测信号的相位差、入射波检测信号幅度及反射波检测信号幅度，控制器用于根据上述相位差、入射波检测信号幅度及反射波检测信号幅度计算检测反射系数，然后依据检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定实际反射系数，将检测反射系数校准为实际反射系数，依据实际反射系数确定负载的阻抗，可以提高阻抗检测的准确度。
Description
技术领域
本申请涉及无线充电技术领域，具体涉及一种阻抗检测装置及其控制方法、无线充电装置及电子设备。
背景技术
无线充电技术能够使用户摆脱对充电线的依赖，实现随时随地自由地充电，不同的设备只要满足同一标准也能够进行充电，大大提高了用户体验。
为了提高无线充电技术的能量转换效率，需要在能量转换过程中进行阻抗匹配，阻抗匹配的关键在于精准地检测阻抗后对阻抗匹配网络进行调整，现有的阻抗检测方式一般使用定向耦合器对检测端口的幅度和相位进行检测，利用检测到的幅度和相位来代替检测端口的幅度和相位进行阻抗的计算，但定向耦合器的各项参数无法达到理想状态，例如入射耦合器与反射耦合器的反射系数不相等、隔离系数无法达到零，导致利用定向耦合器测量到的检测值与检测端口的实际值并不相等，无法准确地确定待检测负载的阻抗。
发明内容
本申请实施例提供一种阻抗检测装置及其控制方法、无线充电装置及电子设备，以对信号源所连接的待检测负载的阻抗进行精确检测。
第一方面，提供一种阻抗检测装置，该阻抗检测装置用于检测信号源连接的待检测负载的阻抗，阻抗检测装置包括耦合电路、幅相检测电路以及控制器；其中，耦合电路包括信号输入端、信号输出端、第一耦合输出端及第二耦合输出端，信号输入端与信号源连接，信号输出端与待检测负载连接，其中，在耦合电路的信号输入端与信号输出端之间的路径上传输的入射波耦合至第一耦合输出端，生成入射波检测信号并自第一耦合输出端输出；在信号输出端与信号输入端之间的路径上传输的反射波耦合至第二耦合输出端，生成反射波检测信号并自第二耦合输出端输出；此外，第一耦合输出端、第二耦合输出端分别与幅相检测电路连接，幅相检测电路还与控制器连接，幅相检测电路用于对入射波检测信号进行检测得到入射波检测信号幅度、对反射波检测信号进行检测得到反射波检测信号幅度，以及对所述反射波检测信号与入射波检测信号的相位进行检测得到反射波检测信号与入射波检测信号的相位差信号；幅相检测电路用于将检测的反射波检测信号与入射波检测信号的相位差信号、入射波检测信号幅度以及反射波检测信号幅度发送至控制器，控制器根据相位差信号确定反射波检测信号与反射波检测信号的相位差，控制器还用于根据入射波检测信号幅度、反射波检测信号幅度以及相位差确定检测反射系数；控制器还用于根据检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定待检测负载的实际反射系数，其中检测反射系数、检测误差参数以及实际反射系数满足预设关系式；控制器还用于根据实际反射系数确定待检测负载的阻抗。在该示例中，由于控制器利用检测反射系数以及检测误差参数计算得到实际反射系数，利用实际反射系数代替检测反射系数去算阻抗，消除了系统误差，提高了测定阻抗的准确度。
在一种可能的设计中，阻抗检测装置包括选通电路，选通电路包括输入通道及多个输出通道，选通电路的控制端与控制器连接，选通电路用于根据控制器的指令将输入通道与多个输出通道中的一个输出通道导通；其中，输入通道与信号输出端连接，多个输出通道中的第一输出通道与待检测负载连接，当阻抗检测装置工作在检测模式，则控制器控制输入通道与第一输出通道导通，以检测待检测负载的阻抗。
在一种可能的设计中，多个输出通道还包括第二输出通道、第三输出通道及第四输出通道；其中第二输出通道开路，第三输出通道对地短路，第四输出通道连接校准负载，其中校准负载的阻抗值为系统阻抗；当阻抗检测装置工作在校准模式，则控制器用于控制输入通道与第二输出通道导通，以确定开路情况下的检测反射系数；控制器还用于控制输入通道与第三输出通道导通，以确定短路情况下的检测反射系数；控制器还用于控制输入通道与第四输出通道导通，以确定阻抗匹配情况下的检测反射系数；控制器还用于根据开路情况下的检测反射系数与实际反射系数、短路情况下的检测反射系数与实际反射系数以及阻抗匹配情况下的检测反射系数与实际反射系数以及上述的预设关系式确定检测误差参数，所述检测误差参数包括反射跟踪误差、方向性误差及源失配误差；其中，检测反射系数、实际反射系数以及检测误差参数满足以下预设关系式：
上式中，ΓL为实际反射系数，Γcpl为检测反射系数，ED为方向性误差、ER为反射跟踪误差、ES为源失配误差。
在一种可能的设计中，幅相检测电路包括第一幅度检测电路与第二幅度检测电路；其中第一幅度检测电路的输入端与第一耦合输出端连接，第一幅度检测电路的输出端与控制器的第一IO接口连接，第一幅度检测电路用于对入射波检测信号进行检测以确定入射波检测信号幅度，将入射波检测信号幅度发送至控制器；第二幅度检测电路的输入端与第二耦合输出端连接，第二幅度检测电路的输出端与控制器的第二IO接口连接，第二幅度检测电路用于对反射波检测信号进行检测以确定反射波检测信号幅度，将反射波检测信号幅度发送至控制器。
在一种可能的设计中，幅相检测电路包括鉴相电路，鉴相电路包括第一输入端、第二输入端及输出端；
鉴相电路的第一输入端与第一耦合输出端连接，鉴相电路的第二输入端与第二耦合输出端连接，鉴相电路的输出端与控制器的第三IO接口连接，鉴相电路用于对反射波检测信号与入射波检测信号的相位进行检测，以确定反射波检测信号与入射波检测信号的相位差信号，将相位差信号发送至控制器。
在一种可能的设计中，鉴相电路包括：第一D触发器、第二D触发器、与门、低通滤波器以及模数转换器；
第一D触发器的数据输入端与控制器的第四IO接口连接；第一D触发器的时钟输入端与鉴相电路的第一输入端连接，第一D触发器的锁存输出端与低通滤波器的输入端连接；
第二D触发器的数据输入端与控制器的第五IO接口连接；第二D触发器的时钟输入端与鉴相电路的第二输入端连接，第二D触发器的锁存输出端与低通滤波器的输入端连接；
与门的第一输入端与第一D触发器的锁存输出端连接，与门的第二输入端与第二D触发器的锁存输出端连接，与门的输出端与第一D触发器的复位端以及第二D触发器的复位端连接；
低通滤波电路的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与鉴相电路的输出端连接；
当鉴相电路工作时，控制器的第四IO接口、第五IO接口输出高电平，第一D触发器、第二D触发器用于对入射波检测信号与反射波检测信号的相位进行比较，生成相位差脉冲波形，低通滤波器用于将相位差脉冲波形转换为模拟的相位差信号，模数转换器用于将模拟的相位差信号转换为数字的相位差信号，并将数字的相位差信号发送至控制器。
在一种可能的设计中，控制器用于根据相位差信号确定反射波检测信号与入射波检测信号的相位差，其中，相位差与相位差信号满足以下关系式：
其中，
为反射波检测信号超前入射波检测信号的相位差，θ为反射波检测信号滞后入射波检测信号的相位差，Vout为相位差信号，V1为第四IO接口输出低电平、第五IO接口输出高电平时鉴相电路输出的相位差信号；V2为第四IO接口输出高电平、第五IO接口输出低电平时鉴相电路输出的相位差信号。
在一种可能的设计中，耦合电路包括第一定向耦合器，第一定向耦合器包括输入端、直通端、耦合端与隔离端；
输入端与信号输入端连接，直通端与信号输出端连接，耦合端与第一耦合输出端连接，隔离端与第二耦合输出端连接。
在一种可能的设计中，耦合电路包括第一定向耦合器与第二定向耦合器，第一定向耦合器的输入端与信号输入端连接，第一定向耦合器的直通端与第二定向耦合器的输入端连接，第二定向耦合器的直通端与信号输出端连接；
第一定向耦合器的耦合端与第一耦合输出端连接，第一定向耦合器的隔离端经过第一电阻接地；
第二定向耦合器的耦合端与第二耦合输出端连接，第二定向耦合器的隔离端经过第二电阻接地。
在一种可能的设计中，入射波检测信号幅度、反射波检测信号幅度以及相位差与检测反射系数满足以下关系式：
其中，Γcpl为检测反射系数，|V′refl|为反射波检测信号幅度，|V′inc|为入射波检测信号幅度，
为相位差。
在一种可能的设计中，控制器用于根据实际反射系数确定待检测负载的阻抗，待检测负载的阻抗、实际反射系数满足以下关系式：
其中，ZL为待检测负载的阻抗，ΓL为待检测负载的实际反射系数，Z0为系统阻抗。
第二方面，提供一种无线充电装置，无线充电装置包括功率放大器、可调匹配网络以及上述的阻抗检测装置；其中，阻抗检测装置包括耦合电路，当阻抗检测装置工作在检测模式时，耦合电路的信号输入端与功率放大器连接，耦合电路的信号输出端与可调匹配网络连接。
第三方面，提供一种电子设备，电子设备包括印制电路板PCB以及上述的阻抗检测装置，阻抗检测装置设置于PCB。
第四方面，提供一种阻抗检测装置的控制方法，该控制方法包括：根据检测的入射波检测信号幅度、反射波检测信号幅度以及相位差确定待检测负载的检测反射系数；根据检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定待检测负载的实际反射系数，其中检测反射系数、检测误差参数以及实际反射系数满足预设关系式，根据实际反射系数确定待检测负载的阻抗。
在一种可能的设计中，根据检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定待检测负载的实际反射系数之前，该控制方法还包括：获取信号源的负载为开路情况下的检测反射系数、信号源的负载为短路情况下的检测反射系数以及信号源的负载阻抗匹配情况下的检测反射系数，根据开路情况下的检测反射系数与实际反射系数、短路情况下的检测反射系数与实际反射系数以及阻抗匹配情况下的检测反射系数与实际反射系数确定检测误差参数，所述检测误差参数包括反射跟踪误差、方向性误差及源失配误差；其中，检测反射系数、实际反射系数以及检测误差参数满足以下关系式：
其中，ΓL为实际反射系数，Γcpl为检测反射系数，ED为方向性误差、ER为反射跟踪误差、ES为源失配误差。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种无线充电系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种无线充电电路与无线充电接收电路的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种无线充电电路的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种阻抗检测装置的原理示意图；
图5为本申请另一实施例提供的一种阻抗检测装置的结构示意图；
图6为本申请又一实施例提供的一种阻抗检测装置的结构示意图；
图7为本申请再一实施例提供的一种阻抗检测装置的结构示意图；
图8为本申请另一实施例提供的一种阻抗检测装置的结构示意图；
图9为本申请又一实施例提供的一种阻抗检测装置的结构示意图；
图10为本申请另一实施例提供的一种阻抗检测装置的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的一种鉴相电路的结构示意图；
图12为本申请实施例提供的鉴相电路输出波形示意图；
图13为本申请另一实施例提供的鉴相电路输出波形示意图；
图14为本申请实施例提供的一种阻抗检测装置的控制方法的流程示意图；
图15为本申请另一实施例提供的一种阻抗检测装置的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请的实施例中的附图，对本申请的实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”可以是实现信号传输的电性连接的方式，“连接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接的电性连接。
为了下述实施例的描述清楚简洁以及便于本领域技术人员容易理解，首先给出相关概念或技术的简要介绍。
阻抗，在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗通常用Z表示，是一个复数，阻抗的单位是欧姆。
系统阻抗，也称为特征阻抗或者特性阻抗，用Z0表示，系统阻抗Z0一般为根据设计要求设定的常数，如50Ω、75Ω。
阻抗匹配，阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配，阻抗匹配可以调整负载功率和抑制信号反射，阻抗匹配的方法主要有两个，一是改变阻抗力，二是调整传输线。改变阻抗力就是通过电容、电感与负载的串并联调整负载阻抗值，以达到源和负载阻抗匹配；调整传输线是加长信号源和负载之间的距离，配合电容和电感把阻抗力调整为零，此时信号不会发生发射，能量都能被负载吸收。
入射波，指由信号源发出的、由负载接收到的信号，如本申请实施例中，可调匹配网络接收到的由功率放大器发出的信号。
反射波，指负载接收到信号源发出的信号后，被接收端口反射至信号源的信号，如本申请实施例中，由可调匹配网络反射至功率放大器的信号。
反射系数，是一个描述在传输介质中因为阻抗的不连续造成有多少信号被反射的参数，反射系数等于反射波与入射波的比值，即：
式1中，Γ为反射系数，Vrefl为反射波的电压，Vinc为入射波的电压。入射波的电压与反射波的电压还可以向量表示，对式1进行转换，以复数形式进行表示，即：
式2中，|Vrefl|表示反射波的幅度，|Vinc|表示入射波的幅度，
表示反射波与入射波的相位差。
根据反射系数的定义，反射系数与负载的阻抗存在以下关系：
式3中，Z表示负载的阻抗，Z0为系统阻抗。对式3进行转换，可以得到负载的阻抗与反射系数之间的关系式如下：
由式4可知，在系统阻抗确定的情况下，若能够确定反射系数，则可以根据式4确定负载的阻抗，基于上述内容，下面对本申请的实施例的方案进行介绍。
本申请的实施例应用于无线充电系统，无线充电是指通过发射端设备将电能转换为其他形式的中继能量(如电磁场能、激光、微波及机械波等)，隔空传输一段距离后，再通过接收端设备将中继能量转换为电能，实现无线电能传输的传输方式，无线充电能够使用户摆脱对充电线的依赖，实现随时随地自由地充电，不同的设备只要满足同一标准也能够进行充电，大大提高了用户体验。
无线充电系统包括如图l所示的发射端设备10以及接收端设备20。其中，发射端设备10可以包括无线充电器或者具备对其他设备进行无线充电功能的电子设备，接收端设备20可以包括手机(mobile phone)、平板电脑(pad)、带无线收发功能的电脑、智能穿戴产品(例如，智能手表、智能手环)、虚拟现实(virtual reality，VR)终端设备、增强现实(augmented reality，AR)终端设备等电子设备，上述接收端设备20还可以是无线充电电动汽车、无线充电家用小型电器(例如豆浆机、扫地机器人)、无人机等电子设备。
发射端设备10包括如图1所示的无线充电电路11，以及与该无线充电电路11连接的电源12。该电源12用于提供充电电能。在一些可能的实现方式中，上述电源12可以为电源适配器，例如该电源12能够将220V的交流电根据充电功率的需要，转换成直流电(例如5V或10V等)，并将该直流电传输至无线充电电路11。接收端设备20内设置有无线充电接收电路21和与该无线充电接收电路21连接的电池22。
在信号或电能传输的过程中，为实现信号的无反射传输或最大功率传输，要求电路连接实现阻抗匹配，阻抗匹配关系着系统的整体性能，实现阻抗匹配可使系统性能达到最优。阻抗匹配的概念应用范围广泛，常见于各级放大电路之间，放大电路与负载之间，信号与传输电路之间。对于无线充电系统而言，在发射端设备10与接收端端设备20均需要进行阻抗匹配，如图2所示，图2示出了一种无线充电电路与无线充电接收电路的示意图，无线充电电路11包括功率放大器111、可调匹配网络112以及发射线圈113。功率放大器111、可调匹配网络112与发射线圈113依次连接。功率放大器111用于将信号进行功率放大，将放大后的信号传输至可调匹配网络112，可调匹配网络112包括电感、电容、电阻等器件中的一项或多项构成的电路网络，用于调节接入发射线圈113的阻抗，从而满足发射端设备10的功率输出需求，可调匹配网络112与发射线圈113组成振荡电路，将功率放大器111输出的交流功率信号转换为交变磁场进行发射。
无线充电接收电路21包括接收线圈211、接收可调匹配网络212，其中接收线圈211与接收可调匹配网络212连接，接收可调匹配网络212与电池22连接。接收线圈211用于接收发射线圈113发射的电磁波信号，将其转换为电信号传输至接收可调匹配网络212，接收可调匹配网络212用于调整接入电池22的阻抗。
在无线充电电路111利用可调匹配网络112对发射端设备10的阻抗进行调节，在接收端设备120利用接收可调匹配网络212对接收端设备120的阻抗进行调节，由于二者进行阻抗调节的原理基本相同，以下为了方便说明，以在发射端设备10进行阻抗匹配对阻抗检测装置进行介绍说明。
阻抗匹配的关键在于精准地检测负载的阻抗，以无线充电系统的发射端设备10为例，如图3所示，在功率放大器111与可调匹配网络112之间设置阻抗检测装置114，利用阻抗检测装置114与检测端口连接，对负载的阻抗进行检测，其中，检测端口指待检测负载的信号输入端，图3所示待检测负载包括可调匹配网络112及发射线圈113，检测端口即为可调匹配网络的信号输入端，上述的负载的阻抗即为可调匹配网络112与发射线圈113整体的阻抗。
在图3的基础上，请参阅图4，图4示出了一种阻抗检测装置114的原理示意图，阻抗检测装置114利用入射耦合器L1对检测端口的入射波进行耦合检测，利用反射耦合器L2对检测端口的反射波进行耦合检测，其中，入射耦合器L1对检测端口的入射波(即功率放大器111输出至可调匹配网络112的入射波)进行耦合得到耦合的入射波检测信号，利用反射耦合器L2对检测端口的反射波(即可调匹配网络112反射至功率放大器111的反射波)进行耦合得到耦合的反射波检测信号，对入射波检测信号、反射波检测信号的幅度和相位进行检测，如图4所示，例如，功率放大器111输出至入射耦合器L1、反射耦合器L2的输入波电压为
可调匹配网络112的入射波电压为Vinc、可调匹配网络112的反射波电压为Vrefl；而入射耦合器L1的耦合端耦合到的入射波检测信号电压为V′inc、反射耦合器L2的耦合端耦合到的反射波检测信号的电压为V′refl。利用检测到的入射波检测信号、反射波检测信号的幅度和相位等同于入射波、反射波的幅度和相位进行反射系数的计算，如下式所示：
上式中，Γcpl为检测反射系数(即根据检测的相位、幅度等计算得到的反射系数)，
为反射波检测信号与入射波检测信号的相位差，|V′refl|为反射波检测信号幅度、|V′inc|为入射波检测信号幅度，即根据耦合的反射波检测信号与耦合的入射波检测信号确定的反射系数，然后利用计算得到的Γcpl计算阻抗，并将其等效为负载的阻抗。
而检测端口实际的反射系数为检测端口的反射波与入射波的比值，即：
其中，ΓL为检测端口的实际反射系数，|Vrefl|为检测端口的反射波幅度，|Vinc|为检测端口的入射波幅度，
为反射波与入射波的相位差。上述方案利用入射耦合器L1、反射耦合器L2耦合检测得到信号的幅度和相位等效于检测端口实际的信号幅度和相位，即利用V′inc等效于Vinc、利用V′refl等效于Vrefl，利用计算得到的Γcpl等效于ΓL，进行阻抗的计算，并将计算得到的值等效为实际的阻抗值，这种等效计算方式是不准确的，甚至计算出来的阻抗结果与实际负载的阻抗相差巨大。
在利用入射耦合器L1、反射耦合器L2对检测端口的入射波、反射波进行耦合检测时，检测的基本过程如下：
功率放大器111提供信号a，经过入射耦合器L1、反射耦合器L2后大部分传输至检测端口，该信号经过入射耦合器L1的耦合路径达到检测电路(如入射波幅度/相位检测电路)，可调匹配网络112反射的信号经过反射耦合器L2的耦合路径达到检测电路(如反射波幅度/相位检测电路)，由于入射耦合器L1、反射耦合器L2的端口也存在反射，假设反射系数为S，那么在入射耦合器L1、反射耦合器L2的直通端口与检测端口之间会存在多次反射，多次反射的信号同样会经过耦合路径达到检测电路，由于入射耦合器L1、反射耦合器L2无法达到理想状态，其隔离度是有限的，这导致激励信号的一部分会经过隔离通道直接馈入检测电路。也就是说，检测电路接收到的信号b实际包含三部分：可调匹配网络112直接反射的信号，测试参考面处的多次反射信号，以及反射耦合器L2隔离通道泄漏的信号，因此利用入射耦合器L1、反射耦合器L2测得的信号与检测端口实际接收到的入射波、反射波不相同。
例如，入射耦合器L1、反射耦合器L2的各个参数的关系如下：
式7～式9中，
为反射耦合器的耦合系数，
为反射耦合器的隔离度，
为入射耦合器的耦合系数，
为入射耦合器的隔离度，
为入射耦合器的传输系数，理想状态下，反射耦合器的耦合系数与入射耦合器的耦合系数相等，为一个常量，即
入射耦合器、反射耦合器的隔离度为零，即
入射耦合器的传输系数
但实际情况下入射耦合器与反射耦合器并不能达到理想状态，反射耦合器的耦合系数与入射耦合器的耦合系数不相等即
反射耦合器的隔离度不等于零即
入射耦合器的隔离度不等于0即
入射耦合器的传输系数不等于1即
上述方案存在系统误差，因此利用耦合得到的入射波检测信号、反射波检测信号求取的检测反射系数并不等于实际反射系数，即Γcpl≠ΓL，利用检测反射系数计算得到的阻抗与实际负载的阻抗也会有较大的误差。
对利用入射耦合器、反射耦合器进行反射系数测量方案进行简化可得：实际反射系数ΓL与检测反射系数Γcpl满足以下关系式：
式10中，ED、ER、ES为检测误差参数，其中ED为方向性误差，是指由于耦合器隔离度不理想造成的误差；ER为反射跟踪误差，是指由于耦合器的耦合度以及传输系数共同作用产生的误差；ES为源失配误差，是指检测端口本身的不匹配造成的误差。由式10可知，检测反射系数并不能等同于实际反射系数，二者之间还存在方向性误差ED、反射跟踪误差ER、源失配误差ES三个检测误差参数，因此直接使用检测反射系数等效于实际反射系数进行阻抗的计算存在误差，但如果根据检测反射系数以及上述三个检测误差参数计算得到实际反射系数，再根据实际反射系数计算负载的阻抗，则可以消除上述误差，得到精确的阻抗。
基于上述分析，对本申请的实施例提供的阻抗检测装置进行介绍，本申请的实施例提供了一种阻抗检测装置，以确定信号源(例如可以包括图3中所示的功率放大器)连接的待检测负载(例如可以包括图3中的可调匹配网络以及发射线圈)的阻抗。请参阅图5，图5示出了本申请的实施例提供的阻抗检测装置114的示意图，本申请的实施例提供的阻抗检测装置114包括耦合电路1141、幅相检测电路1142以及控制器1143。
耦合电路1141包括信号输入端P1、信号输出端P2、第一耦合输出端P3及第二耦合输出端P4，其中耦合电路1141的信号输入端P1与信号源(例如，可以是图2～图4中所示的功率放大器)连接，耦合电路1141的信号输出端P2与检测端口连接，如图5中待检测负载的信号输入端IN。
信号源向待检测负载发送信号，对于待检测负载而言，将信号源发送至检测端口的信号称为入射波，将待检测负载对入射波进行反射、经过检测端口发送至信号源的信号称为反射波。其中入射波在耦合电路1141的信号输入端P1与信号输出端P2之间的路径上传输；反射波在耦合电路1141的信号输出端P2与信号输入端P1之间的路径上传输。
其中入射波耦合至第一耦合输出端P3生成入射波检测信号，并自第一耦合输出端P3输出；反射波耦合至第二耦合输出端P4生成反射波检测信号，并自第二耦合输出端P4输出。
第一耦合输出端P3、第二耦合输出端P4分别与幅相检测电路1142连接，以将入射波检测信号、反射波检测信号发送至幅相检测电路1142进行检测，其中，幅相检测电路1142用于对第一耦合输出端P3输出的入射波检测信号进行检测，确定入射波检测信号幅度；幅相检测电路1142还用于对第二耦合输出端P4输出的反射波检测信号进行检测，确定反射波检测信号幅度；幅相检测电路1142还用于对反射波检测信号与入射波检测信号的相位差进行检测，生成反射波检测信号与入射波检测信号的相位差信号，幅相检测电路1142的输出端与控制器1143连接，用于将检测的入射波检测信号幅度、反射波检测信号幅度以及上述相位差信号传输至控制器1143，控制器1143根据相位差信号确定反射波检测信号与入射波检测信号的相位差，控制器1143还用于根据反射波检测信号与入射波检测信号的相位差、入射波检测信号幅度、反射波检测信号幅度确定待检测负载的检测反射系数。
确定反射波检测信号与入射波检测信号的相位差、入射波检测信号幅度、反射波检测信号幅度之后，控制器1143用于根据前文所示的式5确定检测反射系数：
其中，Γcpl为检测反射系数，
为反射波检测信号与入射波检测信号的相位差，|V′refl|为反射波检测信号幅度、|V′inc|为入射波检测信号幅度。
控制器1143还用于根据检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定待检测负载的实际反射系数，其中检测反射系数、检测误差参数以及实际反射系数满足以下关系式：
上式中，ED、ER、ES为预先确定的检测误差参数，确定检测反射系数之后，控制器1143用于根据检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定负载的实际反射系数ΓL，进而根据实际反射系数ΓL确定待检测负载的阻抗，其中，待检测负载的阻抗与实际反射系数满足以下关系式：
其中，ZL为待检测负载的阻抗，ΓL为待检测负载的实际反射系数，Z0为系统阻抗，控制器1143用于根据实际反射系数以及式11确定待检测负载的阻抗。
本申请的实施例提供的阻抗检测装置114，利用耦合电路1141将入射波、反射波进行耦合得到入射波检测信号与反射波检测信号，通过幅相检测电路1142对入射波检测信号的幅度、反射波检测信号的幅度以及反射波检测信号与入射波检测信号之间的相位差进行检测，控制器1143根据入射波检测信号幅度、反射波检测信号幅度以及反射波检测信号与入射波检测信号的相位差确定检测反射系数，然后依据检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定待检测负载的实际反射系数，再利用待检测负载的实际反射系数计算待检测负载的阻抗。由于本申请的实施例提供的方案进行了检测反射系数与实际反射系数的换算，没有沿用传统的方案将检测反射系数等效于实际反射系数进行阻抗计算，而是利用换算后的实际反射系数进行阻抗计算，消除了系统误差，能够提高阻抗检测的准确度。
上述耦合电路1141可以包括至少一个定向耦合器，在图5的基础上，请参阅图6，作为一种可能的实现方式，耦合电路1141包括第一定向耦合器CPL1，第一定向耦合器CPL1包括输入端S1、直通端S2、耦合端S3与隔离端S4，其中第一定向耦合器CPL1的输入端S1与信号输入端P1连接，第一定向耦合器CPL1的直通端S2与信号输出端P2连接，第一定向耦合器CPL1的耦合端S3与第一耦合输出端P3连接，第一定向耦合器CPL1的隔离端S4与第二耦合输出端P4连接。
其中，信号源输出至待检测负载的入射波耦合至第一定向耦合器CPL1的耦合端S3，生成入射波检测信号，入射波检测信号由第一耦合输出端P3输出至幅相检测电路1142，待检测负载经过检测端口反射至信号源的反射波耦合至第一定向耦合器CPL1的隔离端S4，生成反射波检测信号，反射波检测信号由第二耦合输出端P4输出至幅相检测电路1142。
本申请的实施例利用第一定向耦合器CPL1同时耦合生成入射波检测信号与反射波检测信号，可以降低物料成本。
作为另一种可能的实现方式，耦合电路1141可以采用多个定向耦合器进行入射波与反射波的耦合检测。例如，在图5的基础上，请参阅图7，耦合电路1141包括第一定向耦合器CPL1与第二定向耦合器CPL2，其中第一定向耦合器CPL1用作为入射耦合器、第二定向耦合器CPL2用作为反射耦合器。
示例性的，第一定向耦合器CPL1包括输入端S1、直通端S2、耦合端S3与隔离端S4，第二定向耦合器CPL2包括输入端S5、直通端S6、耦合端S7与隔离端S8，其中第一定向耦合器CPL1的输入端S1与耦合电路1141的信号输入端P1连接，第一定向耦合器CPL1的直通端S2与第二定向耦合器CPL2的输入端S5连接，第一定向耦合器CPL1的耦合端S3与耦合电路1141的第一耦合输出端P3连接，第一定向耦合器CPL1的隔离端S4经过第一电阻R1接地，其中第一电阻R1的电阻等于系统阻抗。
信号源输出至待检测负载的入射波耦合至第一定向耦合器CPL1的耦合端S3，生成入射波检测信号，入射波检测信号经过耦合电路1141的第一耦合输出端P3输出至幅相检测电路1142，第一定向耦合器CPL1也会对反射波耦合，耦合的反射波检测信号经过第一电阻R1导地。
第二定向耦合器CPL2的输入端S5与第一定向耦合器CPL1的直通端S2连接，第二定向耦合器CPL2的直通端S6与耦合电路1141的信号输出端P2连接，第二定向耦合器CPL2的隔离端S8与耦合电路1141的第二耦合输出端P4连接，第二定向耦合器CPL2的耦合端S7经过第二电阻R2接地，其中第二电阻R2的电阻等于系统阻抗。
待检测负载反射至信号源的反射波耦合至第二定向耦合器CPL1的隔离端S8，生成反射波检测信号，反射波检测信号经过耦合电路1141的第二耦合输出端P4输出至幅相检测电路1142，第二定向耦合器CPL2也会对入射波耦合，耦合的入射波检测信号经过第二电阻R2导地。
上述实施例中第一定向耦合器CPL1用作为入射耦合器，耦合生成入射波检测信号；第二定向耦合器CPL2用作为反射耦合器，耦合生成反射波耦合信号，但并非限定于此，第一定向耦合器CPL1与第二定向耦合器CPL2的位置可以任意替换，第一定向耦合器CPL1也可用作为反射耦合器，第二定向耦合器CPL2也可用作入射耦合器，只需对相应的端口连接方式进行调整即可。
本申请的实施例利用耦合电路1141耦合生成入射波检测信号与反射波检测信号，从而可以对入射波检测信号与反射波检测信号进行检测，从而确定检测反射系数，根据检测反射系数确定实际反射系数，进而求取待检测负载的阻抗，在确定实际反射系数之前，需要对阻抗检测装置进行校准，校准确定检测误差参数，以消除系统误差。
消除系统误差的关键在于预先确定上述检测误差参数，才能够依据预先确定的检测误差参数以及检测反射系数计算实际反射系数。上述检测误差参数可以是预先确定、存储在控制器1143中，例如，在生产阶段对上述阻抗检测装置114的检测误差参数进行测定，也可以在阻抗检测装置114使用时进行测定。其中，控制器1143可以是通用中央处理器(central processing unit，CPU)、微处理器、特定应用集成电路(application-specificintegrated circuit，ASIC)，或者一个或多个用于实现本申请方案程序执行的集成电路。
在一些可能的实现方式中，阻抗检测装置114可以包括至少两种工作模式，如校准模式与检测模式，当阻抗检测装置114工作在校准模式时，可以用于对阻抗检测装置114的检测误差参数进行校准，确定检测误差参数；当阻抗检测装置114工作在检测模式时，可以对负载阻抗进行检测，利用检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定实际反射系数，然后依据实际反射系数确定待检测负载的阻抗。
下面对一种可能的实现方式进行举例说明，请参阅图8，阻抗检测装置114包括选通电路1144，选通电路1144包括控制端C、输入通道Tin及多个输出通道，输入通道Tin与耦合电路1141的信号输出端P2连接，多个输出通道包括第一输出通道Tout1，其中第一输出通道Tout1与待检测负载连接，选通电路1144的控制端C与控制器1143连接，选通电路1144用于根据控制器1143的指令将输入通道Tin与多个输出通道中的一个输出通道导通，例如，当阻抗检测装置114工作在检测模式，控制器1143控制输入通道Tin与第一输出通道Tout1导通，此时耦合电路1141的信号输入端P1与信号源连接，耦合电路1141的信号输出端P2通过选通电路1144的输入通道Tin、第一输出通道Toutl与检测端口(即待检测负载的信号输入端IN)连接，进而可以将信号源发送至待检测负载的入射波和待检测负载反射的反射波耦合，利用耦合到的信号对待检测负载的阻抗进行检测。
当阻抗检测装置114工作在校准模式时，可以对阻抗检测装置114的检测误差参数进行校准，确定检测误差参数，由前述分析可知，实际反射系数、检测反射系数与检测误差参数满足以下预设关系式：
上式中存在方向性误差ED、反射跟踪误差ER、源失配误差ES这三个检测误差参数，因此可以使用标定校准件对其进行校准，标定校准件包括开路(Open)、短路(Short)和匹配(Match)，利用开路、短路和匹配三个标定校准件联合对其校准，每个标定校准件对应可得到一个方程，联立上述三个标定校准件对应的方程即可唯一地求解出三个检测误差参数。
例如，在图8的基础上，请参阅图9，选通电路1144的多个输出通道还包括第二输出通道Tout2、第三输出通道Tout3及第四输出通道Tout4，其中第二输出通道Tout2开路，即上述的“开路”标定校准件，第三输出通道Tout3对地(GND)短路，即上述的“短路”标定校准件，第四输出通道Tout4连接阻抗为预定阻抗值的校准负载，即上述的“匹配”标定校准件，例如该预定阻抗值可以为上述的系统阻抗(Z0)。
当阻抗检测装置114工作在校准模式，控制器1143用于控制输入通道Tin与第二输出通道Tout2导通，检测输入通道Tin与第二输出通道Tout2导通情况下的反射波检测信号与入射波检测信号的相位差、入射波检测信号幅度以及反射波检测信号幅度，确定开路情况下的检测反射系数；同理，控制器1143用于控制输入通道Tin与第三输出通道Tout3导通，检测输入通道Tin与第三输出通道Tout3导通情况下的反射波检测信号与入射波检测信号的相位差、入射波检测信号幅度以及反射波检测信号幅度，以确定短路情况下的检测反射系数；控制器1143还用于控制输入通道Tin与第四输出通道Tout4导通，检测输入通道Tin与第四输出通道Tout4导通情况下的反射波检测信号与入射波检测信号的相位差、入射波检测信号幅度以及反射波检测信号幅度，以确定阻抗匹配情况下的检测反射系数。
控制器1143还用于根据开路情况下的检测反射系数与实际反射系数、短路情况下的检测反射系数与实际反射系数以及阻抗匹配情况下的检测反射系数与实际反射系数确定检测误差参数；其中，检测反射系数、实际反射系数以及检测误差参数满足以下预设关系式：
其中，ΓL为实际反射系数，Γcpl为检测反射系数，ED为方向性误差、ER为反射跟踪误差、ES为源失配误差。
控制器1143用于控制选通电路1144的输入通道Tin分别与第二输出通道Tout2、第三输出通道Tout3及第四输出通道Tout4导通，即分别将开路(Open)、短路(Short)和匹配(Match)三个标定校准件作为负载进行检测，确定上述三个标定校准件作为负载时的检测反射系数，当上述三个标定校准件分别作为负载时，其对应的实际反射系数如表1所示：
| 负载 | 实际反射系数Γ<sub>L</sub> |
| 开路 | +1 |
| 短路 | -1 |
| 阻抗匹配 | 0 |
表1
若输入通道Tin与第二输出通道Tout2导通，得到的检测反射系数为Γcpl 1，而第二输出通道Tout2开路，其实际反射系数为ΓL 1＝+1；若输入通道Tin与第三输出通道Tout3导通，得到的检测反射系数为Γcpl 2，而第三输出通道Tout3对地短路，其实际反射系数为ΓL 2＝-1；若输入通道Tin与第四输出通道Tout4导通，得到的检测反射系数为Γcpl3，而第四输出通道Tout4连接系统阻抗(Z0)，其实际反射系数为ΓL 3＝0；将上述三个标定校准件分别作为负载时的检测反射系数以及实际反射系数(即Γcpl 1与ΓL 1、Γcpl 2与ΓL2、Γcpl 3与ΓL 3三组数据)代入式10求解，即可确定方向性误差ED、反射跟踪误差ER、源失配误差ES的值，从而当阻抗检测装置114工作在检测模式时控制器1143可以根据方向性误差ED、反射跟踪误差ER、源失配误差ES以及检测反射系数确定负载的实际反射系数，进而进行待检测负载的阻抗计算。
本申请的实施例提供的阻抗检测装置114包括检测模式与校准模式，当阻抗检测装置114工作在校准模式，控制器1143控制选通电路1144的输入通道Tin分别与第二输出通道Tout2、第三输出通道Tout3及第四输出通道Tout4，确定开路、短路以及阻抗匹配情况下的检测反射系数，然后依据开路、短路以及阻抗匹配情况下的检测反射系数以及实际反射系数确定检测误差参数ED、ER、ES。当阻抗检测装置114工作在检测模式，控制器1143控制选通电路1144的输入通道Tin与第一输出通道Tout1导通，检测确定负载的检测反射系数，然后依据负载的检测反射系数以及预先确定的方向性误差ED、反射跟踪误差ER、源失配误差ES确定负载的实际反射系数，进而根据实际反射系数确定待检测负载的阻抗。通过设置选通电路以及开路、短路和匹配三个标定校准件，本申请的实施例提供的阻抗检测装置114可以在检测之前对检测误差参数进行校准确定，从而可以精确地确定待检测负载的阻抗，还可以消除批量生产过程中由于个体差异导致的误差。
示例性的，上述选通电路1144包括输入通道Tin以及四个输出通道，因此上述选通电路1144可以选用四选一选通电路，但不限于此，还可以选用其他具有相同或相似功能的元器件，例如还可以选用四选一开关，或者可以选用由多个开关器件组成的选通电路。选通电路1144包括控制端C，控制端C与控制器1143连接，当控制器1143向选通电路1144的控制端C发送控制指令时，选通电路1144依据控制指令对导通状态进行调节，例如，在一种可能的实现方式中，控制器1143向选通电路1144的控制端C发送的控制指令包括至少四种不同的状态，对应于选通电路四种不同的导通状态，如表2所示：
| 控制指令 | 导通状态 |
| 00 | 输入通道Tin与第一输出通道Tout1导通 |
| 01 | 输入通道Tin与第二输出通道Tout2导通 |
| 10 | 输入通道Tin与第三输出通道Tout3导通 |
| 11 | 输入通道Tin与第四输出通道Tout4导通 |
表2
示例性的，基于上述表2提供的内容，当阻抗检测装置114工作在检测模式时，控制器1143发送包含“00”的控制指令至选通电路1144，当阻抗检测装置114工作在校准模式时，控制器1143分别发送包含“01”、“10”、“11”的控制指令至选通电路1144。
当阻抗检测装置114工作在校准模式或是检测模式，均需要依据检测的幅度、相位差等进行检测反射系数的计算，本申请的实施例提供的阻抗检测装置114利用幅相检测电路对入射波检测信号、反射波检测信号进行检测，确定反射波检测信号与入射波检测信号的相位差、入射波检测信号的幅度以及反射波检测信号的幅度，然后控制器1143利用获得的反射波检测信号与入射波检测信号的相位差、入射波检测信号的幅度、反射波检测信号的幅度确定检测反射系数，请参阅图10，图10示出了本申请的实施例提供的幅相检测电路220的示意图。
幅相检测电路1142包括第一幅度检测电路U1、第二幅度检测电路U2以及鉴相电路U3，其中第一幅度检测电路U1用于检测入射波检测信号的幅度，并将入射波检测信号的幅度发送至控制器1143；第二幅度检测电路U2用于检测反射波检测信号的幅度，并将反射波检测信号的幅度发送至控制器1143；鉴相电路U3用于检测反射波检测信号与入射波检测信号的相位差，生成相位差信号，并将相位差信号发送至控制器1143。
示例性的，请参阅图10，第一幅度检测电路U1包括输入端U1_in与输出端U1_out，第一幅度检测电路U1的输入端U1_in与耦合电路1141的第一耦合输出端P3连接，第一幅度检测电路U1的输出端U1_out与控制器1143的第一IO接口IO1连接，第一幅度检测电路U1用于对第一耦合输出端P3输出的入射波检测信号进行检测以确定入射波检测信号幅度，并将检测的入射波检测信号幅度发送至控制器1143。
第二幅度检测电路U2包括输入端U2_in与输出端U2_out，第二幅度检测电路U2的输入端U2_in与定向耦合器230的第二耦合输出端P4连接，第二幅度检测电路U2的输出端U2_out与控制器的第二IO接口IO2连接，第二幅度检测电路U2用于对耦合电路1141的第二耦合输出端P4输出的反射波检测信号进行检测以确定反射波检测信号幅度，将反射波检测信号幅度发送至控制器1143。
作为一种可能的实现方式，上述第一幅度检测电路U1、第二幅度检测电路U2可以选用鉴幅器，还可以选用峰值检波二极管等鉴幅器件，本申请的实施例对此不作限定。
请继续参阅图10，鉴相电路U3包括第一输入端U3_in1、第二输入端U3_in2及输出端U3_out，鉴相电路U3的第一输入端U3_in1与耦合电路1141的第一耦合输出端P3连接，鉴相电路U3的第二输入端U3_in2与耦合电路1141的第二耦合输出端P4连接，鉴相电路23的输出端U3_out与控制器的第三IO接口IO3连接，鉴相电路U3用于对入射波检测信号与反射波检测信号进行检测，以确定反射波检测信号与入射波检测信号的相位差，生成相位差信号，将相位差信号发送至控制器1143。
在图10的基础上，请参阅图11，对鉴相电路U3的一种可能的实施方式进行介绍，如图11所示，鉴相电路U3包括：第一D触发器U4、第二D触发器U5、与门U6、低通滤波器F1以及模数转换器U7。
第一D触发器U4包括数据输入端D1、时钟输入端CLK1、锁存输出端Q1以及复位端CLR1，其中第一D触发器U4的数据输入端D1与控制器1143的第四IO接口IO4连接，第一D触发器U4的时钟输入端CLK1与鉴相电路U3的第一输入端U3_in1连接，第一D触发器U4的锁存输出端Q1与低通滤波器F1的输入端F1_in连接。
第二D触发器U5的数据输入端D2与控制器1143的第五IO接口IO5连接；第二D触发器U5的时钟输入端CLK2与鉴相电路U3的第二输入端U3_in2连接，第二D触发器U5的锁存输出端Q2与低通滤波器F1的输入端F1_in连接。
与门U6包括第一输入端U6_in1、第二输入端U6_in2与输出端U6_out，与门U6的第一输入端U6_in1与第一D触发器U4的锁存输出端Q1连接，与门U6的第二输入端U6_in2与第二D触发器U5的锁存输出端Q2连接，与门U6的输出端U6_out与第一D触发器U4的复位端CLR1、以及第二D触发器U5的复位端CLR2连接。
低通滤波电路F1的输出端F1_out与模数转换器U7的输入端U7_in连接，模数转换器U7的输出端U7_out与鉴相电路U3的输出端U3_out连接，鉴相电路U3的输出端U3_out与控制器1143的第三IO接口IO3连接。
第一D触发器U4与第二D触发器U5用于对入射波检测信号与反射波检测信号的相位进行比较，生成相位差脉冲波形，低通滤波器F1用于将相位差脉冲波形转换为模拟的相位差信号，模数转换器U7用于将模拟的相位差信号转换为数字的相位差信号，并将数字的相位差信号发送至控制器。
当反射波检测信号的相位领先入射波检测信号的相位时，第一D触发器U4的输出信号为0、第二D触发器U5的输出信号为1。当反射波检测信号的上升沿到来时，第一D触发器U4输出的信号从0转化为1状态，直到入射波检测信号的上升沿到来，第一D触发器U4的输出的信号再由1状态转化为无效0状态，而此时，第二D触发器的输出端Q输出的信号一直维持无效0状态。
如图12示出了当入射波检测信号与反射波检测信号周期相同，但是反射波检测信号相位领先于入射波检测信号时的波形图，从图上可以看出当两个信号的频率相同但反射波检测信号相位领先时，第二D触发器U5的输出信号为一系列的周期脉冲波形，而第一D触发器U4的输出信号则为一条水平的直线即无信号输出，而且第二D触发器U5的输出信号的脉冲宽度为两个信号的相位差值。
当入射波检测信号的相位领先反射波检测信号的相位时，第一D触发器U4的输出信号为1，第二D触发器U5的输出信号为0。当入射波检测信号的上升沿到来时，第一D触发器U4的输出信号从无效0状态转化为1状态，直到反射波检测信号的上升沿到来时，第一D触发器U4的输出信号再由1状态转换为0状态，但此时，第二D触发器U5的输出信号一直保持无效0状态。
如图13示出了当入射波检测信号与反射波检测信号周期相同，但是入射波检测信号的相位领先于反射波检测信号的波形图，从图上可以看出当两个信号的频率相同但是入射波检测信号的相位领先反射波检测信号的相位时，第一D触发器U4的输出信号为一系列的周期脉冲波形，而第二D触发器U5的输出信号的波形则为一条水平的直线即无信号输出，而且第一D触发器U4的输出信号的脉冲宽度为两个信号的相位差值。
基于上述内容可知，当反射波检测信号的上升沿在入射波检测信号的上升沿之前到达时，会使得第二D触发器U5的输出端从低电平跳转为高电平，在入射波检测信号的上升沿到来时，会使得第一D触发器U4与第二D触发器U5的复位端使能，第一D触发器U4与第二D触发器U5复位，第二D触发器U5的输出信号从高电平跳转为低电平，而第一D触发器U4的输出信号则不会出现变化(一直维持在0状态)；而当入射波检测信号的上升沿在反射波检测信号的上升沿之前到达时，第一D触发器U4的输出信号会从低电平跳转为高电平，在反射波检测信号的上升沿到来时，会使得两个触发器的复位端使能，两个D触发器复位，即会使得第一D触发器U4的输出信号从高电平跳转为低电平而第二D触发器U5的输出信号电位则不会有任何变化，这样产生的脉冲波形即是反射波检测信号与入射波检测信号的相位差信号。
为了便于对相位差信号进行测量，在鉴相电路U3中设置两个电流源：第一电流源A1与第二电流源A2，其中第一电流源A1的控制端Ctr1与第一D触发器U4的输出端Q1连接，第二电流源A2的控制端Ctr2与第二D触发器U5的输出端Q2连接，第二电流源A2的正极与一个外接电源正极V+连接，第二电流源A2的负极与低通滤波器F1的输入端F1_in连接；第一电流源A1的正极与低通滤波器F1的输入端F1_in连接，第一电流源A1的负极与外接电源负极V-连接。
当反射波检测信号的相位领先时，第二D触发器U5输出脉冲波形，第二电流源A2受控工作，第一D触发器U4无信号输出，第一电流源A1不工作，此时第二电流源A2对低通滤波器F1充电，低通滤波器F1将第二D触发器U5输出的相位差脉冲波形转换为正的电压信号，即模拟的相位差信号，低通滤波器F1将该正的电压信号发送至模数转换器U7，由模数转换器U7将模拟的相位差信号转换为数字的相位差信号，并将数字的相位差信号发送至控制器1143。
当入射波检测信号的相位领先时，第一D触发器U4输出脉冲波形，第一电流源A1受控工作，第二D触发器U5无信号输出，第二电流源A2不工作。第一电流源A1工作，低通滤波器F1对第一电流源进行放电，低通滤波器F1将第一D触发器U4输出的相位差脉冲波形转换为负的电压信号，即模拟的相位差信号，低通滤波器F1将该负的电压信号发送至模数转换器U7，由模数转换器U7将模拟的相位差信号转换为数字的相位差信号，并将数字的相位差信号发送至控制器1143。
根据以上鉴相电路U3的特性，当反射波检测信号的相位与入射波检测信号的相位相等时，鉴相电路23输出为0，当反射波检测信号的相位超前入射波检测信号的相位时，鉴相电路U3输出为正的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)波形，0°对应的占空比为0％，180°对应的占空比为50％，并且为线性变化；当反射波检测信号的相位滞后入射波检测信号的相位时，鉴相电路U3输出为负的PWM波形，0°对应的占空比为0％，-180°对应的占空比为50％，并且为线性变化。
为了降低误差，确定鉴相电路U3输出的相位差信号与实际的相位差之间的对应关系，需要预先对鉴相电路U3进行校准，校准过程如下：
控制器1143的第四IO接口IO4输出低电平、第五IO接口IO5输出高电平，此时第二D触发器U5的输入信号与第一D触发器U4的输入信号的相位差为2π，记录在当前情况下鉴相电路U3输出的相位差信号为V1。由于鉴相电路U3的输出信号与相位差的对应关系是线性变化的，因此当反射波检测信号的相位领先的情况下，若领先的相位差为
相位差信号为Vout，根据鉴相电路输出线性变化的特性，则有：
对上式进行转换，可得当反射波检测信号相位领先的情况下，实际的相位差与鉴相电路输出的相位差信号的对应关系为：
同理，当控制器的第四IO接口IO4输出高电平、第五IO接口IO5输出低电平时，此时第一D触发器U4输出信号与第二D触发器U5的输入信号的相位差为2π，记录在当前情况下鉴相电路U3输出的相位差信号为V2，由于鉴相电路U3的输出信号与相位差的对应关系是线性变化的，因此当入射波检测信号的相位领先、即反射波检测信号的相位滞后的情况下，若滞后的相位差为θ，相位差信号为Vout，根据鉴相电路U3输出线性变化的特性，则有：
对上式进行转换，可得当反射波检测信号相位滞后的情况下，实际的相位差与鉴相电路U3输出的相位差信号的对应关系为：
基于上述校准的结果，当鉴相电路U3将相位差信号发送至控制器1143时，控制器1143用于根据相位差信号确定反射波检测信号与入射波检测信号的相位差，其中，相位差与相位差信号满足以下关系式：
其中，
为反射波检测信号超前入射波检测信号的相位差，θ为反射波检测信号滞后入射波检测信号的相位差，Vout为鉴相电路U3输出的相位差信号，V1为第四IO接口IO4输出低电平、第五IO接口IO5输出高电平时鉴相电路U3的输出的相位差信号；V2为第四IO接口IO4输出高电平、第五IO接口IO5输出低电平时鉴相电路U3的输出的相位差信号。
基于上述阻抗检测装置，本申请的实施例还提供一种阻抗检测装置的控制方法，应用于阻抗检测装置的控制器，用于控制阻抗检测装置对待检测负载的阻抗进行检测，如图14所示，该控制方法包括如下步骤：
S310：根据检测的入射波检测信号幅度、反射波检测信号幅度以及相位差确定待检测负载的检测反射系数。
检测反射系数与反射波检测信号与入射波检测信号的相位差、入射波检测信号幅度以及反射波检测信号幅度满足以下关系式：
上式中，Γcpl为检测反射系数，
为反射波检测信号与入射波检测信号的相位差，|V′refl|为反射波检测信号幅度、|V′inc|为入射波检测信号幅度。
获得检测的入射波检测信号幅度、反射波检测信号幅度以及相位差后，即可根据式5确定待检测负载的检测反射系数。
S320：根据检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定待检测负载的实际反射系数，其中检测反射系数、检测误差参数以及实际反射系数满足预设关系式。
其中，检测误差参数包括方向性误差、反射跟踪误差以及源失配误差。确定检测反射系数后，根据检测反射系数以及预先确定的检测误差参数按照以下式子确定实际反射系数：
式10中，ED为方向性误差、ER为反射跟踪误差、ES为源失配误差，ΓL为实际反射系数。利用检测反射系数以及检测误差参数计算待检测负载的实际反射系数，再利用实际反射系数进行阻抗的计算，可以消除系统误差，提高阻抗检测的准确度。
S330：根据实际反射系数确定待检测负载的阻抗。
确定实际反射系数后，根据实际反射系数按照以下式子即可确定待检测负载的阻抗：
其中，ZL为待检测负载的阻抗，ΓL为待检测负载的实际反射系数，Z0为系统阻抗，一般而言，系统阻抗可以根据系统设计要求进行设定，例如50欧姆、75欧姆等等，也就是说，系统阻抗Z0为常数，故而在确定实际反射系数后，即可根据上式确定待检测负载的阻抗。
在检测确定待检测负载的实际阻抗之前，为了对阻抗检测装置进行校准，以消除系统误差，请参阅图15，阻抗检测装置的控制方法还包括以下步骤：
S301：获取信号源的负载为开路情况下的检测反射系数、信号源的负载为短路情况下的检测反射系数以及信号源的负载阻抗匹配情况下的检测反射系数。
其中，控制器控制选通电路的输入通道与第二输出通道导通，其中第二输出通道为开路，根据幅相检测电路检测的幅度以及相位差获得信号源的负载为开路情况下的检测反射系数；控制器控制选通电路的输入通道与第三输出通道导通，其中第三输出通道对地短路，根据幅相检测电路检测的幅度以及相位差获得信号源的负载为短路情况下的检测反射系数；控制器控制选通电路的输入通道与第四输出通道导通，其中第四输出通道连接第二负载，第二负载的阻抗为系统阻抗，根据幅相检测电路检测的幅度以及相位差获得阻抗匹配情况下的检测反射系数。
S302：根据开路情况下的检测反射系数与实际反射系数、短路情况下的检测反射系数与实际反射系数以及阻抗匹配情况下的检测反射系数与实际反射系数确定检测误差参数。
检测误差参数包括方向性误差、反射跟踪误差以及源失配误差，其中，检测反射系数、实际反射系数以及检测误差参数满足以下关系式：
其中，ΓL为实际反射系数，Γcpl为检测反射系数，ED为方向性误差、ER为反射跟踪误差、ES为源失配误差。分别将开路情况下的检测系数与实际反射系数、短路情况下的检测反射系数与实际反射系数、阻抗匹配情况下的检测反射系数与实际反射系数带入上式，得到3个等式，依据上述3个等式联立求解得到方向性误差ED、反射跟踪误差ER、源失配误差ES的值。
在一些可能的实现方式中，阻抗检测装置可以包括校准模式及检测模式，当阻抗检测装置工作在校准模式时，执行步骤301～步骤302，对系统误差进行校准，确定检测误差参数；当阻抗检测装置工作在检测模式时，执行步骤310～330。
基于上述实施例提供的阻抗检测装置，本申请的实施例还提供一种无线充电装置，无线充电装置可以为上述图3示出的无线充电电路，包括功率放大器、可调匹配网络、发射线圈以及上述实施例中提供的阻抗检测装置，其中，阻抗检测装置包括耦合电路及选通电路，耦合电路的信号输入端与功率放大器连接，耦合电路的信号输出端通过选通电路与检测端口连接，其中检测端口为可调匹配网络的信号输入端，其中阻抗检测装置用于对待检测负载的阻抗进行检测，以根据检测的阻抗对可调匹配网络的阻抗进行调整，达到满足系统阻抗匹配的要求。
此外本申请的实施例提供一种电子设备，包括：印制电路板(Printed CircuitBoard，PCB)及上述的阻抗检测装置，阻抗检测装置设置于PCB上，该电子设备可以为无线充电系统中的发射端设备或者接收端设备，在一些其他可能的实现方式中，还可以是任意的需要进行阻抗匹配或阻抗检测的设备，例如通信系统中的天线组件。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1.一种阻抗检测装置，所述阻抗检测装置用于对信号源连接的待检测负载的阻抗进行检测，其特征在于，所述阻抗检测装置包括耦合电路、幅相检测电路以及控制器；
所述耦合电路包括信号输入端、信号输出端、第一耦合输出端及第二耦合输出端，所述信号输入端与所述信号源连接，所述信号输出端与所述待检测负载连接，其中，在所述耦合电路的所述信号输入端与所述信号输出端之间的路径上传输的入射波耦合至所述第一耦合输出端，生成入射波检测信号并自所述第一耦合输出端输出；在所述信号输出端与所述信号输入端之间的路径上传输的反射波耦合至所述第二耦合输出端，生成反射波检测信号并自所述第二耦合输出端输出；
所述第一耦合输出端、所述第二耦合输出端分别与所述幅相检测电路连接，所述幅相检测电路还与所述控制器连接，所述幅相检测电路用于对所述入射波检测信号进行检测得到入射波检测信号幅度、对所述反射波检测信号进行检测得到反射波检测信号幅度，以及对所述反射波检测信号与入射波检测信号的相位进行检测得到反射波检测信号与入射波检测信号的相位差信号；
所述幅相检测电路用于将检测的反射波检测信号与入射波检测信号的相位差信号、入射波检测信号幅度以及反射波检测信号幅度发送至所述控制器，所述控制器根据所述相位差信号确定所述反射波检测信号与所述反射波检测信号的相位差，所述控制器还用于根据所述入射波检测信号幅度、所述反射波检测信号幅度以及所述相位差确定检测反射系数；
所述控制器还用于根据所述检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定待检测负载的实际反射系数，其中所述检测反射系数、所述检测误差参数以及所述实际反射系数满足预设关系式；所述控制器还用于根据所述实际反射系数确定所述待检测负载的阻抗。
2.根据权利要求1所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述阻抗检测装置包括选通电路，所述选通电路包括输入通道及多个输出通道，所述选通电路的控制端与所述控制器连接，所述选通电路用于根据所述控制器的指令将所述输入通道与所述多个输出通道中的一个输出通道导通；
所述输入通道与所述信号输出端连接，所述多个输出通道中的第一输出通道与所述待检测负载连接，当所述阻抗检测装置工作在检测模式，所述控制器控制所述输入通道与所述第一输出通道导通，以检测所述待检测负载的阻抗。
3.根据权利要求2所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述多个输出通道还包括第二输出通道、第三输出通道及第四输出通道；
其中所述第二输出通道开路，所述第三输出通道对地短路，所述第四输出通道连接校准负载，其中所述校准负载的阻抗值为系统阻抗；
当所述阻抗检测装置工作在校准模式，所述控制器用于控制所述输入通道与所述第二输出通道导通，以确定开路情况下的检测反射系数；所述控制器用于控制所述输入通道与所述第三输出通道导通，以确定短路情况下的检测反射系数；所述控制器还用于控制所述输入通道与所述第四输出通道导通，以确定阻抗匹配情况下的检测反射系数；
所述控制器还用于根据所述开路情况下的检测反射系数与实际反射系数、所述短路情况下的检测反射系数与实际反射系数以及所述阻抗匹配情况下的检测反射系数与实际反射系数以及所述预设关系式确定所述检测误差参数，所述检测误差参数包括反射跟踪误差、方向性误差及源失配误差；
其中，所述检测反射系数、所述实际反射系数以及所述检测误差参数满足以下预设关系式：
其中，ΓL为所述实际反射系数，Γcpl为所述检测反射系数，ED为所述方向性误差、ER为所述反射跟踪误差、ES为所述源失配误差。
4.根据权利要求1所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述幅相检测电路包括第一幅度检测电路与第二幅度检测电路；
所述第一幅度检测电路的输入端与所述第一耦合输出端连接，所述第一幅度检测电路的输出端与所述控制器的第一IO接口连接，所述第一幅度检测电路用于对所述入射波检测信号进行检测以确定所述入射波检测信号幅度，将所述入射波检测信号幅度发送至所述控制器；
所述第二幅度检测电路的输入端与所述第二耦合输出端连接，所述第二幅度检测电路的输出端与所述控制器的第二IO接口连接，所述第二幅度检测电路用于对所述反射波检测信号进行检测以确定所述反射波检测信号幅度，将所述反射波检测信号幅度发送至所述控制器。
5.根据权利要求1所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述幅相检测电路包括鉴相电路，所述鉴相电路包括第一输入端、第二输入端及输出端；
所述鉴相电路的第一输入端与所述第一耦合输出端连接，所述鉴相电路的第二输入端与所述第二耦合输出端连接，所述鉴相电路的输出端与所述控制器的第三IO接口连接，所述鉴相电路用于对所述反射波检测信号与所述入射波检测信号的相位进行检测，以确定所述反射波检测信号与所述入射波检测信号的相位差信号，将所述相位差信号发送至所述控制器。
6.根据权利要求5所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述鉴相电路包括：第一D触发器、第二D触发器、与门、低通滤波器以及模数转换器；
所述第一D触发器的数据输入端与所述控制器的第四IO接口连接；所述第一D触发器的时钟输入端与所述鉴相电路的第一输入端连接，所述第一D触发器的锁存输出端与所述低通滤波器的输入端连接；
所述第二D触发器的数据输入端与所述控制器的第五IO接口连接；所述第二D触发器的时钟输入端与所述鉴相电路的第二输入端连接，所述第二D触发器的锁存输出端与所述低通滤波器的输入端连接；
所述与门的第一输入端与所述第一D触发器的锁存输出端连接，所述与门的第二输入端与所述第二D触发器的锁存输出端连接，所述与门的输出端与所述第一D触发器的复位端以及所述第二D触发器的复位端连接；
所述低通滤波电路的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述鉴相电路的输出端连接；
当所述鉴相电路工作时，所述控制器的第四IO接口、所述第五IO接口输出高电平，所述第一D触发器、所述第二D触发器用于对所述入射波检测信号与所述反射波检测信号的相位进行比较，生成相位差脉冲波形，所述低通滤波器用于将所述相位差脉冲波形转换为模拟的相位差信号，所述模数转换器用于将所述模拟的相位差信号转换为数字的相位差信号，并将所述数字的相位差信号发送至所述控制器。
7.根据权利要求6所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述控制器用于根据所述相位差信号确定所述反射波检测信号与所述入射波检测信号的相位差，其中，所述相位差与所述相位差信号满足以下关系式：
其中，
为所述反射波检测信号超前所述入射波检测信号的相位差，θ为所述反射波检测信号滞后所述入射波检测信号的相位差，Vout为所述相位差信号，V1为所述第四IO接口输出低电平、第五IO接口输出高电平时所述模数转换器的输出的相位差信号；V2为所述第四IO接口输出高电平、第五IO接口输出低电平时所述模数转换器的输出的相位差信号。
8.根据权利要求1所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述耦合电路包括第一定向耦合器，第一定向耦合器包括输入端、直通端、耦合端与隔离端；
所述输入端与所述信号输入端连接，所述直通端与所述信号输出端连接，所述耦合端与所述第一耦合输出端连接，所述隔离端与所述第二耦合输出端连接。
9.根据权利要求1所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述耦合电路包括第一定向耦合器与第二定向耦合器，所述第一定向耦合器的输入端与所述信号输入端连接，所述第一定向耦合器的直通端与所述第二定向耦合器的输入端连接，所述第二定向耦合器的直通端与所述信号输出端连接；
所述第一定向耦合器的耦合端与所述第一耦合输出端连接，所述第一定向耦合器的隔离端经过第一电阻接地；
所述第二定向耦合器的耦合端与所述第二耦合输出端连接，所述第二定向耦合器的隔离端经过第二电阻接地。
10.根据权利要求1所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述入射波检测信号幅度、所述反射波检测信号幅度以及所述相位差与所述检测反射系数满足以下关系式：
其中，Γcpl为所述检测反射系数，|Vr ′ efl|为所述反射波检测信号幅度，|Vi ′ nc|为所述入射波检测信号幅度，
为所述相位差。
11.根据权利要求1所述的阻抗检测装置，其特征在于，所述控制器用于根据所述实际反射系数确定所述待检测负载的阻抗，所述待检测负载的阻抗、所述实际反射系数满足以下关系式：
其中，ZL为所述待检测负载的阻抗，ΓL为所述待检测负载的实际反射系数，Z0为系统阻抗。
12.一种无线充电装置，其特征在于，所述无线充电装置包括功率放大器、可调匹配网络以及如权利要求1～11任意一项所述的阻抗检测装置；
所述阻抗检测装置包括耦合电路，当所述阻抗检测装置工作在检测模式时，所述耦合电路的信号输入端与所述功率放大器连接，所述耦合电路的信号输出端与所述可调匹配网络连接。
13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括印制电路板PCB以及如权利要求1～11任意一项所述的阻抗检测装置，所述阻抗检测装置设置于所述PCB。
14.一种如权利要求1-11任一项所述的阻抗检测装置的控制方法，其特征在于，包括：
根据检测的入射波检测信号幅度、所述反射波检测信号幅度以及所述相位差确定待检测负载的检测反射系数；
根据所述检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定待检测负载的实际反射系数，其中所述检测反射系数、所述检测误差参数以及所述实际反射系数满足预设关系式；
根据所述实际反射系数确定待检测负载的阻抗。
15.根据权利要求14所述的阻抗检测装置的控制方法，其特征在于，根据所述检测反射系数以及预先确定的检测误差参数确定待检测负载的实际反射系数之前，还包括：
获取信号源的负载为开路情况下的检测反射系数、信号源的负载为短路情况下的检测反射系数以及信号源的负载阻抗匹配情况下的检测反射系数；
根据所述开路情况下的检测反射系数与实际反射系数、所述短路情况下的检测反射系数与实际反射系数以及所述阻抗匹配情况下的检测反射系数与实际反射系数确定所述检测误差参数，所述检测误差参数包括反射跟踪误差、方向性误差及源失配误差；
其中，所述检测反射系数、所述实际反射系数以及所述检测误差参数满足以下关系式：
其中，ΓL为所述实际反射系数，Γcpl为所述检测反射系数，ED为所述方向性误差、ER为所述反射跟踪误差、ES为所述源失配误差。
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| CN117517783A (zh) * | 2024-01-02 | 2024-02-06 | 成都迅翼卫通科技有限公司 | 一种单端口阻抗检测装置、方法及电子设备 |
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