CN116260257B - 检测物体的方法和充电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及检测物体的方法和充电设备。一种检测物体的方法包括以下步骤：使用无线充电设备中的谐振电路发送脉冲信号，其中，脉冲信号中的各个脉冲包括时钟信号的多个周期，时钟信号的频率大于谐振电路的标称谐振频率；针对脉冲信号中的各个脉冲：在发送各个脉冲期间，生成表示谐振电路的品质因子(Q因子)的测量信号；以及在发送各个脉冲期间，对测量信号进行滤波，以获得指示谐振电路的Q因子的经滤波的测量信号；以及当谐振电路的第一Q因子不同于谐振电路的第二Q因子时，确定已在谐振电路的线圈附近放置了可充电设备，其中，第一Q因子是在发送第一脉冲期间测量的，并且第二Q因子是在发送先前发送的第二脉冲期间测量的。

Description

检测物体的方法和充电设备
本申请是原案申请号为202080039602.1的发明专利申请(国际申请号：PCT/US2020/034985，申请日：2020年5月28日，发明名称：自适应被动PING)的分案申请。
优先权要求
本申请要求2020年5月27日在美国专利局提交的美国专利申请No.16/885,236、2019年5月28日在美国专利局提交的美国临时专利申请No.62/853,708、2019年6月4日在美国专利局提交的美国临时专利申请No.62/856,933、以及2019年9月16日在美国专利局提交的美国临时专利申请No.62/901,256的优先权和权益，这些专利申请的全部内容通过引用并入本文，如同在下面完整地并且出于所有适用目的进行了阐述一样。
技术领域
本发明总体上涉及电池(包括移动计算设备中的电池)的无线充电，并且更具体地，涉及对待充电设备进行定位。
背景技术
无线充电系统已经部署为使某些类型的设备能够在不使用物理充电连接的情况下为内部电池充电。可以利用无线充电的设备包括移动处理和/或通信设备。诸如由无线充电联盟定义的Qi标准的标准使第一供应商制造的设备能够使用第二供应商制造的充电器进行无线充电。无线充电的标准针对设备的相对简单配置进行了优化，并倾向于提供基本的充电能力。
常规的无线充电系统通常使用“Ping”来确定用于无线充电的基站(basestation)中的发送线圈上或附近是否存在接收设备。发送器线圈具有电感(L)，并且具有电容(C)的谐振电容器联接至发送线圈以获得谐振LC电路。通过向谐振LC电路供电来产生Ping。在发送器监听来自接收设备的响应的同时，持续通电一段时间(在一个示例中为90ms)。可以在使用幅移键控(ASK)调制编码的信号中提供响应。这种常规的基于Ping的方法由于90ms的持续时间而可能很慢，并且会耗散大量且显著的能量，每次Ping可能总计80mJ。在一个示例中，典型的发送基站可以每秒ping 12.5次(周期＝1/80ms)，而每秒的功耗(80mJ*12.5)＝1W。在大多数实践中，设计会通过降低ping速率来权衡响应性以降低静态功耗。作为示例，发送器每秒可以ping 5次，从而产生400mW的功耗。
对于采用单个发送线圈的基站来说，通常可能会进行权衡，因为每秒5次的ping速率通常足以在设备放置在充电垫上1秒钟内检测到该设备。然而，对于多线圈自由位置充电垫来说，响应性和静态功耗特性可能会受损。例如，每秒将需要35次ping才能在7线圈自由位置充电垫扫描的各个发送线圈上产生每秒5次ping。在给定由设计规范定义的功率限制的情况下，7线圈自由位置充电垫具有超过1.78秒的响应速率，这对于用户体验而言通常是不可接受的，并且可能会违反监管功率标准或电池供电设计的功率预算。
需要无线充电能力的改进以支持不断增加的移动设备复杂性和不断变化的形状因子。例如，需要更快、更低功率的检测技术。
发明内容
本公开的第一方面涉及一种检测物体的方法，所述方法包括以下步骤：使用无线充电设备中的谐振电路发送脉冲信号，其中，所述脉冲信号中的各个脉冲包括时钟信号的多个周期，所述时钟信号的频率大于所述谐振电路的标称谐振频率；针对所述脉冲信号中的各个脉冲：在发送所述各个脉冲期间，生成表示所述谐振电路的品质因子(Q因子)的测量信号；以及在发送所述各个脉冲期间，对所述测量信号进行滤波，以获得指示所述谐振电路的Q因子的经滤波的测量信号；以及当所述谐振电路的第一Q因子不同于所述谐振电路的第二Q因子时，确定已在所述谐振电路的线圈附近放置了可充电设备，其中，所述第一Q因子是在发送第一脉冲期间测量的，并且所述第二Q因子是在发送先前发送的第二脉冲期间测量的。
本公开的第二方面涉及一种充电设备，所述充电设备包括：谐振电路，所述谐振电路包括位于所述充电设备的表面附近的充电线圈；脉冲生成电路，所述脉冲生成电路被配置为向所述谐振电路提供脉冲信号，其中，所述脉冲信号中的各个脉冲包括时钟信号的多个周期，所述时钟信号的频率大于所述谐振电路的标称谐振频率；测量电路，所述测量电路被配置为在发送所述脉冲信号中的各个脉冲期间提供指示所述谐振电路的Q因子的测量信号；滤波器，所述滤波器被配置为在发送所述各个脉冲期间提供指示所述谐振电路的Q因子的经滤波的测量信号；比较逻辑单元，所述比较逻辑单元被配置为对在发送第一脉冲期间测量的第一Q因子和在发送先前发送的第二脉冲期间测量的第二Q因子进行比较；以及控制器，所述控制器被配置为在所述谐振电路的所述第一Q因子不同于所述谐振电路的所述第二Q因子时确定已在所述谐振电路的线圈附近放置了可充电设备。
本公开的第三方面涉及一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质包括用于以下操作的代码：使用无线充电设备中的谐振电路发送脉冲信号，其中，所述脉冲信号中的各个脉冲包括时钟信号的多个周期，所述时钟信号的频率大于所述谐振电路的标称谐振频率；针对所述脉冲信号中的各个脉冲：在发送所述各个脉冲期间，生成表示所述谐振电路的品质因子(Q因子)的测量信号；以及在发送所述各个脉冲期间，对所述测量信号进行滤波，以获得指示所述谐振电路的Q因子的经滤波的测量信号；以及当所述谐振电路的第一Q因子不同于所述谐振电路的第二Q因子时，确定已在所述谐振电路的线圈附近放置了可充电设备，其中，所述第一Q因子是在发送第一脉冲期间测量的，并且所述第二Q因子是在发送先前发送的第二脉冲期间测量的。
附图说明
图1例示了根据本文公开的某些方面的可以用于提供充电表面的充电单元的示例。
图2例示了可以根据本文公开的某些方面适配的当多个层覆盖在充电表面的区段内时的充电单元的布置的示例。
图3例示了根据本文公开的某些方面的可以在充电器基站中提供的无线发送器。
图4例示了根据本文公开的某些方面的对被动ping的响应的第一示例。
图5例示了根据本文公开的某些方面的对被动ping的响应的观察到的差异的示例。
图6是例示了涉及在根据本文公开的某些方面适配的无线充电设备中实现的被动ping的方法的流程图。
图7例示了谐振电路对以该谐振电路的谐振频率提供的ping的频率响应。
图8例示了根据本文公开的某些方面的谐振电路的频率响应，其例示了以大于该谐振电路的谐振频率的频率提供的ping的效果。
图9例示了根据本文公开的某些方面的可以用于对谐振电路对被动ping的响应进行测量的电路。
图10是例示了可以由根据本文公开的某些方面实现的无线充电设备采用的功率传递管理过程的流程图。
图11例示了根据本文公开的某些方面的可以用于确定物体的存在的系统的第一示例。
图12例示了根据本文公开的某些方面的可以用于更可靠地确定物体的存在的系统的第一示例。
图13是例示了根据本文公开的某些方面的用于检测物体的方法的示例的流程图。
图14例示了采用可以根据本文公开的某些方面适配的处理电路的装置的一个示例。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，并不旨在表示可以实践本文描述的概念的唯一配置。为了提供对各种概念的透彻理解，详细描述包括特定细节。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些情况下，以框图形式示出了众所周知的结构和部件，以避免使这些概念晦涩难懂。
现在将参考各种装置和方法来呈现无线充电系统的多个方面。这些装置和方法将在下面的详细描述中进行描述，并在附图中通过各种框、模块、部件、电路、步骤、过程、算法等(统称为“要素”)进行例示。可以使用电子硬件、计算机软件或其任何组合来实现这些要素。将这些要素实现为硬件还是软件取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束。
通过示例的方式，可以利用包括一个或更多个处理器的“处理系统”来实现要素或要素的任何部分或要素的任何组合。处理器的示例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、门控逻辑、分立硬件电路以及被配置为执行在整个本公开中描述的各种功能的其它合适硬件。处理系统中的一个或更多个处理器可以执行软件。无论是被称为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其它形式，软件应广义地解释为指的是指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行文件、执行线程、过程、功能等。软件可以存在于处理器可读存储介质上。通过示例的方式，处理器可读存储介质(在本文中也可以称为计算机可读介质)可以包括磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字通用盘(DVD))、智能卡、闪存设备(例如，卡、棒、钥匙驱动器)、近场通信(NFC)令牌、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦PROM(EPROM)、电可擦PROM(EEPROM)、寄存器、可移除磁盘、载波、传输线以及用于存储或发送软件的任何其它合适介质。计算机可读介质可以存在于处理系统中、在处理系统外部或跨包括处理系统的多个实体分布。计算机可读介质可以体现在计算机程序产品中。通过示例的方式，计算机程序产品可以在封装材料中包括计算机可读介质。本领域技术人员将认识到，如何最佳地实现贯穿本公开呈现的所述功能取决于特定应用和施加在整个系统上的总体设计约束。
概述
本公开的某些方面涉及适用于无线充电设备和技术的系统、装置和方法。充电单元可以配置有一个或更多个感应线圈，以提供可以对一个或更多个设备进行无线充电的充电表面。可以通过将设备的位置与以充电表面上的已知位置为中心的物理特性的变化相关联的感测技术来检测待充电设备的位置。可以使用电容性、电阻性、电感性、触摸、压力、负载、应变和/或另一适当类型的感测来实现位置感测。
本公开的一个方面涉及使得能够对放置在充电表面附近的物体进行快速、低功率检测的系统、装置和方法。在一个示例中，当提供给充电电路的脉冲刺激(stimulate)充电电路或其某一部分中的振荡时，可以检测到物体。响应于脉冲的充电电路的振荡频率或充电电路的振荡的衰减速率可以指示或确定已放置在充电电路的线圈附近的可充电设备的存在。可以基于充电电路的特性的变化来识别物体的类型或性质。提供给充电电路的脉冲的持续时间可以小于充电电路的标称谐振频率的周期的一半。
在本公开的一个方面，一种对充电表面附近的物体进行检测的装置具有：谐振电路，该谐振电路包括附接至充电表面的充电线圈；电路，该电路被配置为基于谐振电路对被动ping的测量的响应提供表示该谐振电路的品质因数的测量信号；滤波器，该滤波器被配置为提供测量信号的经滤波版本，该测量信号的经滤波版本以比该测量信号慢的速率发生变化；以及比较逻辑，该比较逻辑被配置为生成检测信号，该检测信号在测量信号与测量信号的经滤波版本之间的差异超过阈值水平时进行切换。检测信号可以指示物体是否定位在充电线圈附近。
充电单元
根据本文公开的某些方面，可以使用邻近充电表面部署的充电单元来提供充电表面。在一个示例中，充电单元是根据蜂窝状封装构造部署的。可以使用一个或更多个线圈来实现充电单元，各个线圈可以沿着与邻近于该线圈的充电表面基本正交的轴线感应出磁场。在本说明书中，充电单元可以指的是具有一个或更多个线圈的元件，其中，各个线圈被配置为产生电磁场，该电磁场相对于充电单元中的其它线圈产生的场是相加的，并且沿着或接近于公共轴线定向。
在一些实现方式中，充电单元包括沿着公共轴线堆叠和/或重叠以使得其对基本正交于充电表面的感应磁场有贡献的线圈。在一些实现方式中，充电单元包括布置在充电表面的定义部分内并对与充电单元相关联的基本正交于充电表面的部分内的感应磁场有贡献的线圈。在一些实现方式中，可以通过向包括在动态定义的充电单元中的线圈提供激活电流来配置充电单元。例如，充电设备可以包括跨充电表面部署的多个线圈堆叠，并且充电设备可以检测待充电设备的位置，并且可以选择线圈堆叠的某种组合以提供与待充电设备相邻的充电单元。在一些情况下，充电单元可以包括单个线圈或被表征为单个线圈。然而，应当理解，充电单元可以包括多个堆叠线圈和/或多个相邻线圈或线圈堆叠。
图1例示了可以被部署和/或配置为提供充电表面的充电单元100的示例。在该示例中，充电单元100具有基本为六边形的形状，其包含使用导体、导线或电路板迹线构造的可以接收足以在功率传递区域104中产生电磁场的电流的一个或更多个线圈102。在各种实现方式中，一些线圈102可以具有基本多边形的形状，包括图1所示的六边形充电单元100。其它实现方式可以提供具有其它形状的线圈102。线圈102的形状可以至少部分地由制造技术的能力或限制来确定，和/或优化充电单元在诸如印刷电路板基板的基板106上的布局。各个线圈102可以使用螺旋构造的导线、印刷电路板迹线和/或其它连接件来实现。各个充电单元100可以跨越由绝缘体或基板106隔开的两层或更多层，使得不同层中的线圈102围绕公共轴线108居中。
图2从两个视角200、210例示了当充电表面的区段内覆盖有多个层时的充电单元的布置的示例，其可以根据本文公开的某些方面进行适配。在充电表面的区段内设有充电单元层202、204、206、208。各个充电单元层202、204、206、208内的充电单元是根据蜂窝状封装构造布置的。在一个示例中，充电单元层202、204、206、208可以形成在具有四层或更多层的印刷电路板上。可以将充电单元100的布置选择为提供与所示区段相邻的指定充电区域的完全覆盖。
被动Ping
根据本文公开的某些方面，位置感测可以依赖于形成充电单元中的线圈的电导体的一些属性的变化。电导体的属性的可测量差异可以包括当将物体放置在一个或更多个线圈附近时电容、电阻、电感和/或温度的变化。在一些示例中，将物体放置在充电表面上可以影响位于放置点附近的线圈的可测量电阻、电容、电感。在一些实现方式中，可以提供电路来测量位于放置点附近的一个或更多个线圈的电阻、电容和/或电感的变化。在一些实现方式中，可以提供传感器以通过检测充电表面中的触摸、压力、负载和/或应变的变化来实现位置感测。当前无线充电应用中用于检测设备的常规技术采用“ping”方法，该方法驱动发送线圈并消耗大量功率(例如，100mW-200mW)。发送线圈所生成的磁场用于检测接收设备。
无线充电设备可以根据本文公开的某些方面进行适配，以支持可以取代和/或补充常规的ping传输的低功率发现技术。常规的ping是通过驱动包括基站发送线圈的谐振LC电路产生的。然后，基站等待来自接收设备的ASK调制响应。低功率发现技术可以包括利用被动ping提供快速和/或低功率发现。根据某些方面，可以通过利用包括少量能量的快速脉冲来驱动包括谐振LC电路的网络来产生被动ping。快速脉冲激发(excite)谐振LC电路，并使网络按照其自然谐振频率振荡，直到注入的能量衰减并耗散完为止。在一个示例中，快速脉冲可以具有与网络和/或谐振LC电路的谐振频率的一半周期相对应的持续时间。当基站被配置为在100kHz至200kHz频率范围内无线传输功率时，快速脉冲的持续时间可以小于2.5μs。
可以基于固有频率(包括谐振LC电路的网络在该频率下振铃)以及网络中能量的衰减速率来表征和/或配置被动ping。网络和/或谐振LC电路的振铃频率可以定义为：
衰减速率由振荡器网络的品质因子(Q因子)控制，定义如下：
式1和式2示出了谐振频率受L和C影响，而Q因子受L、C和R影响。在根据本文公开的某些方面提供的基站中，无线驱动器具有由谐振电容器的选择确定的固定的C值。L和R的值由无线发送线圈以及与无线发送线圈相邻放置的物体或设备确定。
无线发送线圈被配置为与放置得与该发送线圈紧密靠近的设备中的接收线圈磁耦合，并且将其一些能量耦合到附近的待充电设备中。发送器电路的L和R值会受到待充电设备的特性和/或与发送线圈紧密靠近的其它物体的影响。作为示例，如果一块高磁导率的铁质材料放置在发送器线圈附近，则可能增加发送器线圈的总电感(L)，从而导致较低的谐振频率，如式1所示。由于涡流感应，所以一些能量可能会通过材料的加热而损失，这些损失可以表征为增加R的值，从而降低Q因子，如式2所示。
放置得与发送器线圈紧密靠近的无线接收器也会影响Q因子和谐振频率。接收器可以包括具有高Q值的调谐LC网络，这可能导致发送器线圈具有较低的Q因子。由于在接收器中添加了磁性材料(该磁性材料现在是整个磁性系统的一部分)，所以发送器线圈的谐振频率可能会降低。表1例示了由放置得与发送器线圈紧密靠近的不同类型物体造成的某些影响。
物体 L R Q 频率
不存在 基值 基值 基值(高) 基值
铁质 小幅增加 大幅增加 大幅减少 小幅减少
非铁质 小幅减少 大幅增加 大幅减少 小幅增加
无线接收器 大幅增加 小幅减少 小幅减少 大幅减少
表1
图3例示了可以设在充电器基站中的无线发送器300。控制器302可以接收由滤波器电路308滤波或以其它方式处理的反馈信号。控制器可以控制驱动器电路304的操作。驱动器电路304将交变电流提供给谐振电路306，该谐振电路包括电容器312和电感器314。交变电流的频率可以根据定时电路320所提供的充电时钟信号328来确定。测量电路可以获得表示在谐振电路306的LC节点310处测量的电流或电压316的测量信号318。可以将测量信号318用于计算或估计谐振电路306的Q因子。
定时电路320可以向控制器提供一个或更多个时钟信号324，包括对控制器302的操作进行控制的系统时钟信号。所述一个或更多个时钟信号324还可以包括用于对谐振电路306中的充电电流上承载的数据信号进行调制或解调制的时钟信号。定时电路320可以包括可配置时钟发生器，该可配置时钟发生器按照根据配置信息定义的频率来产生信号，包括充电时钟信号328。可以将定时电路320通过接口326联接至控制器。控制器302可以对充电时钟信号328的频率进行配置。在一些实现方式中，控制器302可以根据本文公开的某些方面来对用于被动ping的脉冲信号的持续时间和频率进行配置。在一个示例中，脉冲信号包括脉冲信号的多个周期。
被动ping技术可以使用在LC节点310处测量或观察到的电压和/或电流来识别接收线圈的存在，该接收线圈位于根据本文公开的某些方面适配的设备的充电垫附近。许多常规的无线充电器发送器包括对LC节点310处的电压进行测量或对网络中的电流进行测量的电路。可以监测这些电压和电流，以用于功率调节的目的和/或支持设备之间的通信。在图3所示的示例中，可以对LC节点310处的电压进行测量，尽管可以设想电路可以适配或设置成使得可以另外地或另选地监测电流以支持被动ping。谐振电路306对被动ping(初始电压V0)的响应可以由LC节点310处的电压(VLC)表示，使得：
图4例示了对被动ping的响应400、420的示例。在响应400、420中的各个响应中，初始电压根据式3衰减。在时间＝0的激发脉冲之后，可以看到电压和/或电流按照式1定义的谐振频率振荡，并且具有由式3定义的衰减速率。第一振荡周期在电压水平V0处开始，并且VLC在Q因子和ω的控制下继续衰减至零。第一响应400例示了当没有物体存在或接近充电垫时的典型开路或空载的响应。在该第一响应400中，可以假设Q因子的值为20。第二响应420例示了当物体存在或接近充电垫时可以观察到的加载了线圈的加载的响应。在所例示的第二响应420中，Q因子可以具有值7。相对于电压响应400，VLC在电压响应420中按照更高的频率振荡。
图5例示了一组示例，其中可以观察到响应500、520、540的差异。当驱动器电路304使用短于2.5μs的脉冲来激发谐振电路306时，发起被动ping。不同类型的无线接收器和放置在发送器上的异物导致可在发送器的LC节点310处的电压或谐振电路306中的电流中观察到不同的响应。这些差异可以指示振荡频率为V0的谐振电路306的Q因子的变化。表2例示了关于开路状态放置在充电垫上的物体的某些示例。
物体 频率 Vpeak(mV) 50％衰减周期 Q因子
不存在 96.98kHz 134mV 4.5 20.385
Type-1接收器 64.39kHz 82mV 3.5 15.855
Type-2接收器 78.14kHz 78mV 3.5 15.855
Type-3接收器 76.38kHz 122mV 3.2 14.496
未对准的Type-3接收器 210.40kHz 110mV 2.0 9.060
铁质物体 93.80kHz 110mV 2.0 9.060
非铁质物体 100.30kHz 102mV 1.5 6.795
表2
在表2中，Q因子可以计算如下：
其中，N是从激发到幅度下降到0.5V0以下的周期数。
图6是例示了在根据本文公开的某些方面适配的无线充电设备中实现的涉及被动ping的方法的流程图600。在框602，控制器可以生成短激发脉冲，并且可以将该短激发脉冲提供给包括谐振电路的网络。网络可以具有标称谐振频率，并且短激发脉冲可以具有小于网络的标称谐振频率的一半的持续时间。当谐振电路的发送线圈与外部物体(包括铁质物体、非铁质物体和/或待充电设备中的接收线圈)隔离时，可以观察到标称谐振频率。
在框604，控制器可以确定网络的谐振频率，或者可以监测响应于脉冲的网络的谐振的衰减。根据本文公开的某些方面，当将设备或其它物体放置在发送线圈附近时，可以改变与网络相关联的谐振频率和/或Q因子。当谐振电路的发送线圈与外部物体隔离时，谐振频率可以相对于观察到的标称谐振频率增加或减少。当谐振电路的发送线圈与外部物体隔离时，网络的Q因子可以相对于可测量的标称Q因子增大或减小。根据本文公开的某些方面，当相对于与标称Q因子相关联的延迟，Q因子的差异延长或加速谐振电路中的振荡幅度的衰减时，延迟的持续时间可以指示放置在发送线圈附近的物体的存在或类型。
在一个示例中，控制器可以使用过渡检测器电路来确定网络的谐振频率，该过渡检测器电路被配置为使用比较器等来检测表示LC节点310处的电压的信号的过零。在一些情况下，可以从信号中滤除直流(DC)分量以提供过零。在一些情况下，比较器可以使用偏移量来将DC分量纳入考虑，以检测与公共电压水平的交叉。可以采用计数器来对检测到的过零进行计数。在另一示例中，控制器可以使用过渡检测器电路来确定网络的谐振频率，该过渡检测器电路被配置为检测表示LC节点310处的电压的信号穿过阈值电压的交叉，其中信号的幅度被钳位或限制在逻辑电路可以检测和监测的电压范围内。在该示例中，可以采用计数器来对信号中的过渡进行计数。可以使用其它方法来测量、估计和/或计算网络的谐振频率。
在另一示例中，可以采用计时器或计数器来确定VLC从电压水平V0衰减到阈值电压水平所用的时间。经过的时间可以用来表示网络的衰减特性。阈值电压水平可以被选择为提供足以使计数器或计时器能够区分对脉冲的不同响应500、520、540的粒度。VLC可以由检测或测量的峰值、峰峰值、包络502和/或整流电压水平表示。可以使用其它方法来测量、估计和/或计算网络的衰减特性。
如果在框606，控制器确定谐振频率相对于标称谐振频率的变化指示在发送线圈附近存在物体，则控制器可以在框612尝试识别物体。如果控制器在框606确定谐振频率与标称谐振频率基本相同，则在框608，控制器可以考虑谐振电路中振荡幅度的衰减特性。当频率保持在以标称谐振频率为中心或包括标称谐振频率的定义频率范围内时，控制器可以确定网络的谐振频率与标称谐振频率基本相同。在一些实现方式中，控制器可以使用谐振频率和衰减特性的变化来识别物体。在这些后面的实现方式中，不管谐振频率如何，控制器都可以在框608继续，并且当识别到位于发送线圈附近的物体时，可以将谐振频率的变化用作附加参数。
在框608，控制器可以使用计时器和/或可以对谐振电路中在初始VO幅度与用于评估衰减特性的阈值幅度之间经过的振荡周期进行计数。在一个示例中，可以将VO/2选择为阈值幅度。在框610，可以使用初始VO幅度与阈值幅度之间的周期数或经过的时间来表征谐振电路中的振荡幅度的衰减，并且将表征的衰减与对应的标称衰减特性进行比较。如果在框610没有检测到频率和延迟特性的变化，则控制器可以通过确定没有物体位于传输线圈附近而终止该过程。如果在框610已检测到频率和/或延迟特性的变化，则控制器可以在框612识别物体。
在框612，控制器可以被配置为识别放置在充电垫上的接收设备。控制器可以被配置为忽略其它类型的物体，或者未被最佳放置在充电垫上的接收设备，包括例如与提供被动ping的传输线圈未对准的接收设备。在一些实现方式中，控制器可以使用由谐振频率、衰减时间、谐振频率的变化、衰减时间的变化和/或Q因子估计索引的查找表。查找表可以提供标识特定设备类型的信息，和/或在对所识别的设备或一类设备进行充电时要使用的充电参数。
被动ping使用非常短的激发脉冲，该激发脉冲可以小于在谐振电路306中的LC节点310处观察到的标称谐振频率的半周期。常规的ping可以主动驱动传输线圈超过16000个周期。常规的ping消耗的功率和时间可能会超出被动ping使用的功率和时间几个数量级。在一个示例中，被动ping每次ping消耗约0.25μJ，最大ping时间约为～100μs，而常规的主动ping每次ping消耗约80mJ，最大ping时间约为90ms。在该示例中，能量耗散可以减少320000倍，并且每次ping的时间可以减少300倍。
当使用短激发脉冲来在谐振电路306中产生谐振信号时，LC节点310处的电压衰减的检测和表征可能需要快速、灵敏和/或低电压的电路来适应LC节点310处的谐振信号的低功率性质。在一些情况下，可以使用谐振电路306的标称谐振频率下的能量突发来实现被动ping。能量突发可以具有标称谐振频率的多个周期的持续时间。这种突发模式被动ping在每次ping时必须消耗比由短激发脉冲发起的被动ping更多的能量。附加能量提供了附加时间来表征谐振响应。
图7例示了当谐振电路306由ping(在这里是被动ping 702)激励时该谐振电路306的频率响应700的示例，该ping包括按照谐振电路306的标称谐振频率(f0 712)或接近该标称谐振频率振荡的信号的多个周期。第一频率响应704例示了当不存在设备时谐振电路306的响应，而第二频率响应706例示了当存在可充电物体时谐振电路306的响应。可充电物体降低了谐振电路306的Q因子。与当可充电设备降低谐振电路306的Q因子(这使得谐振电路306响应于按照f0 712的被动ping而产生较低电压、消耗较少电流并且具有较短的衰减时间)时所产生的电压响应710相比，当不存在设备时谐振电路306的较高Q因子使谐振电路306响应于按照f0 712的被动ping702而产生显著较高的电压响应708，并以最长的衰减时间消耗最大电流。在典型的应用中，在充电设备处于工作状态的时间中的大部分时间内不存在物体，并且充电设备中的谐振电路306在所述时间中的大部分时间内具有高Q因子。高Q因子导致高功耗。当谐振电路306具有高Q因子时，它具有较慢的响应时间，这是因为被动ping702中的能量需要更多的时间来衰减，从而延迟另一ping的发起。
根据本文公开的某些方面实现的改进的被动ping技术可以减少与被动ping 702相关联的功耗，并且可以增加ping速率。改进的被动ping技术可以使用与谐振电路306的谐振频率显著不同的频率。
图8例示了谐振电路306的频率响应800的示例，其例示了作为如下激励信号的突发而提供的ping(在这里是脉冲802)的效果：该激励信号按照大于谐振电路306的标称谐振频率(f0 808)的频率(fp 812)振荡。该突发跨越激励信号的两个或更多个周期。在一个示例中，突发的持续时间可以由计时器来控制。在另一示例中，可以使用选通信号来调制激励，该选通信号使激励信号按照希望的重复率并且以定义突发中的激励信号的周期数的活动持续时间提供给谐振电路。在一些实现方式中，将ping提供为具有低于f0 808的频率的激励信号的多周期突发。
使用具有与谐振电路306的谐振频率不同的频率的激励信号可以导致充电设备的主导状态(其中，不存在可充电物体)具有比针对具有按照或接近谐振电路306的谐振频率的频率的激励信号而言所预期的更低的功耗和更快的衰减速率。相对于图7所例示的示例，使用非谐振激励信号可以提供改进的性能。公开的ping技术可以获得增加的衰减速率，并且可以限制导致对可充电物体进行检测的脉冲802的较高功耗的发生。在检测之后，附加脉冲802通常是多余的。
谐振电路306可以在被动ping过程期间由如下脉冲信号激励：该脉冲信号包括持续时间可以包括按照fp 812的多个周期的脉冲。第一频率响应804例示了当不存在设备时谐振电路306对脉冲802的响应，而第二频率响应806例示了当存在可充电物体时谐振电路306对脉冲802的响应。可充电物体对谐振电路306的影响可以表现为谐振电路306的Q因子的减小。与存在可充电设备时所产生的电压电平816相比，当不存在设备时，谐振电路306响应于按照fp 812的ping，产生显著较低的电压电平814，并且以更短的衰减时间消耗较低的电流。在典型的应用中，在充电设备处于工作状态的时间中的大部分时间内不存在物体，并且相对于图7所例示的示例，谐振电路306表现出每次ping的较低的功耗以及更快的衰减时间。
谐振频率(f0 808)与ping频率(fp 812)之间的频率扩展(fp-f0或f0-fp)可以与f0808的值成比例。例如，频率扩展可以随着f0 808的增加而增加。在一些实现方式中，频率扩展和f0 808a具有对数(以10为底的对数)关系。在符合或兼容Qi标准(其中，80KHz<f0<110KHz)的示例中，可以将被动ping频率定义成使得175KHz<fp<210KHz。
根据本文公开的某些方面，可以将频率扩展选择为信噪比(SNR)与功耗或响应时间之间的折衷。在图8所例示的示例中，频率扩展的过高值可能导致较低的SNR，而频率扩展的过高值可以导致高功耗和/或慢响应。SNR与功耗之间的最佳平衡可以随应用而改变。在一些实现方式中，通过将fp 812设定得尽可能高同时允许在给定系统的SNR的情况下可靠地检测物体来获得最低功率和快速扫描速率。
可以将脉冲802的持续时间定义为fp 812的周期的多个分数。在一个示例中，可以将被动ping脉冲的持续时间设定成fp 812的半周期。在另一示例中，可以将被动ping脉冲的持续时间设定成fp 812的多个周期。在一些实现方式中，被动ping脉冲的持续时间包括fp812的足够的半周期，以获得处于充电设备的微处理器中的模数转换器(ADC)的可检测范围内的电流消耗。被动ping脉冲可以包括附加的周期以适应SNR容限。附加周期的数量可以是在限制功率和ping时间的同时增加SNR的折衷的主题。在一个示例(其中，fp＝190KHz并且f0＝100KHz)中，被动ping脉冲的持续时间小于100μs。
当优先考虑检测速度时，可以动态地确定脉冲激励信号中的脉冲802的重复率。在一个示例中，可以检查ADC，以确定在发射下一脉冲802之前电流何时回落至零。以这种方式，检测电路可以确定在发起下一脉冲802之前没有来自脉冲802的能量仍保留在谐振电路306中。在一些实现方式中，可以实现脉冲802之间的固定延迟。在一个示例中，可以将固定延迟配置为在谐振电路306中预期或观察到的最长衰减时间常数的6倍。在一个示例中，可以将固定延迟配置为在脉冲之间提供一毫秒的间隔。该一毫秒的ping间隔可以使得18线圈充电垫能够在18ms内被扫描，从而允许亚秒级设备检测。如果不需要进一步优化速度，则可以使用固定时间方法。例如，当在充电垫中设置大量充电线圈时，可以使用动态ping间隔。
图9例示了可以用于对谐振电路在被动ping过程中的响应进行测量的电路900。在例示示例中，电路900监测被供应至产生脉冲910的逆变器906的功率902。可以将功率902测量为去往谐振电路908的电流。在一些实现方式中，可以将功率902测量为谐振电路908两端的电压。在例示示例中，电流感测电路920将测量结果提供给控制器904，该控制器配置、发起和/或触发向谐振电路908提供的脉冲910。在一个示例中，电流感测电路920使用比较器924来测量耦合至逆变器906的电源中的低值电阻器922两端的电压。可以将低通滤波器926用于提供平均或均方根值作为电流感测电路920的输出928。
被动ping过程还可以与另一种降低功率的感测方法(诸如电容式感测)相结合。电容式感测等可以提供确定物体是否存在于充电表面附近的超低功率检测方法。在电容式感测检测之后，可以在各个线圈上依次或同时发送被动ping，以产生潜在接收设备和/或物体所处位置的更准确的映射。在执行被动ping过程后，可以在最可能的设备位置中提供主动ping。在图10中例示了用于设备位置感测、识别和充电的示例算法。
图10是流程图1000，其例示了涉及多种感测和/或询问(interrogation)技术的功率传递管理过程，所述技术可以由根据本文公开的某些方面实现的无线充电设备采用。该过程可以周期性地启动，并且在一些情况下，可以在无线充电设备退出低功率或睡眠状态之后启动。在一个示例中，可以按照计算出的频率重复该过程，以对设备在充电垫上的放置提供亚秒级响应。当在该过程的第一次执行期间检测到错误情况，和/或在放置在充电垫上的设备的充电已完成后，可以重新进入该过程。
在框1002，控制器可以使用电容式接近感测来进行初始搜索。电容式接近感测可以快速且低功耗地执行。在一个示例中，可以迭代地执行电容式接近感测，其中在每次迭代中测试一个或更多个传输线圈。每次迭代中测试的传输线圈的数量可以由控制器可用的感测电路的数量来确定。在框1004，控制器可以确定电容式接近感测是否已检测到接近传输线圈之一的物体的存在或潜在存在。如果通过电容式接近感测没有检测到物体，则在框1024，控制器可以使充电设备进入低功率、空闲和/或睡眠状态。如果已检测到物体，则控制器可以在框1006发起被动ping感测。
在框1006，控制器可以发起被动ping感测，以确认在一个或更多个传输线圈附近存在物体，和/或评估位于附近的物体的性质。被动ping感测可能会消耗与电容式接近感测相近的功率量，但比电容式接近感测跨越更长的时间。在一个示例中，每次被动ping可以在约100μs内完成，并且可以消耗0.25μJ。可以向通过电容式接近感测识别为受关注的各个传输线圈提供被动ping。在一些实现方式中，被动ping可以被提供给通过电容式接近感测识别为受关注的各个传输线圈附近的传输线圈，包括覆盖的传输线圈。在框1008，控制器可以确定被动ping感测是否已检测到接近传输线圈之一的潜在可充电设备的存在，该可充电设备可以是接收设备。如果已检测到潜在可充电设备，则控制器可以在框1010发起主动的数字ping感测。如果没有检测到潜在可充电设备，则可以在框1006继续进行被动ping感测，直到已测试了所有线圈和/或控制器终止了被动ping感测为止。在一个示例中，在所有发送线圈都经过测试之后，控制器终止被动ping感测。当被动ping感测未能找到潜在可充电设备时，控制器可以使充电设备进入低功率、空闲和/或睡眠状态。在一些实现方式中，当检测到潜在可充电设备时，可以暂停被动ping感测，从而可以使用主动ping来询问该潜在可充电设备。在获得主动ping的结果之后，可以恢复被动ping感测。
在框1010，控制器可以使用主动ping来询问潜在可充电设备。可以将主动ping提供给通过被动ping感测识别的发送线圈。在一个示例中，标准定义的主动ping交换可以在约90ms内完成，并且可以消耗80mJ。可以向与潜在可充电设备相关联的各个传输线圈提供主动ping。
在框1012，控制器可以识别和配置可充电设备。在框1010提供的主动ping可以被配置为激励可充电设备，使得其发送包括标识该可充电设备的信息的响应。在一些情况下，控制器可能无法识别或配置通过被动ping检测到的潜在可充电设备，并且控制器可能会恢复框1006的基于被动ping的搜索。在框1014，控制器可以确定应当将基准充电配置文件还是协商的充电配置文件用于对识别的可充电设备进行充电。基准或默认充电配置文件可以由标准定义。在一个示例中，基准配置文件将充电功率限制为5W。在另一示例中，协商的充电配置文件可以使充电在高达17W下进行。当选择了基准充电配置文件时，控制器可以在框1020开始传递功率(充电)。
在框1016，控制器可以启动可以优化功率传递的标准定义的协商和校准处理。控制器可以与可充电设备协商以确定与针对基准充电配置文件定义的功率配置文件不同的扩展功率配置文件。控制器可以在框1018确定协商和校准处理已失败，并且可以终止功率传递管理过程。当控制器在框1018确定协商和校准处理已成功时，根据协商配置文件的充电可以在框1020开始。
在框1022，控制器可以确定充电是否已成功完成。在一些情况下，当将协商的配置文件用于控制功率传递时，可能会检测到错误。在后一种情况下，控制器可以在框1016尝试重新协商和/或重新配置配置文件。当充电已成功完成时，控制器可以终止功率传递管理过程。
本文公开的被动ping技术的使用可以使得能够对已最接近充电表面放置或定位的设备或物体进行快速、低功率检测或发现。采用被动ping的充电设备可以受益于减少的静态功耗、增加的检测速度以及减少的辐射EMI。使用被动ping检测的常规系统通过提供被用于测量电流或电压值或衰减速率以便确定被激励的网络的特性的激励脉冲来操作。例如，常规系统努力检测由激励脉冲激励的谐振电路的Q因子的变化。可以基于电或电磁信号与阈值的比较来计算或估计Q因子的值。
图11例示了可以被用于确定靠近或接触谐振电路的物体的存在的系统1100。可以将测量电路1102用于测量和/或计算表征被用于被动ping检测的谐振电路的一个或更多个参数。所测量的参数可以包括Q因子、电压、电流、阻抗、振荡频率等。测量电路1102提供测量信号1110，该测量信号具有电压电平或者承载表示测量参数的电流。使用提供二元物体检测信号1108的比较器1106来将测量信号1110与阈值信号1112进行比较。在所例示的系统1100中，阈值信号1112是由参考电路1104产生的，该参考电路被设计成提供具有恒定、固定电压或电流电平的阈值信号，以使得系统1100能够可靠地确定谐振电路的特性何时充分改变从而指示物体已靠近谐振电路的部件。
在某些实现方式中，测量信号1110或阈值信号1112的电平可能漂移。漂移可能是由于工艺、电压和温度(PVT)变化而发生的。工艺变化是在集成电路(IC)设备的制造期间出现的，并且可以使不同设备中的参考电路1104产生具有不同电压或电流电平的阈值信号1112。电压和温度的变化可以与环境温度、电源、干扰、IC工作温度、加载、激励变化以及其它因素或原因的变化相连接和/或可能由环境温度、电源、干扰、IC工作温度、加载、激励变化以及其它因素或原因的变化而引起。在一个示例中，温度的增加可以增加铜的电阻率，这然后可以显著地影响谐振电路的Q因子。
曲线图1120示出了温度变化对测量信号1110的影响的示例。为简单起见，假设阈值信号1112的电平仍保持恒定。初始地，当测量信号1110不受显著漂移影响时，系统1100和被动脉冲谐振电路在稳定时段1122期间工作。在例示示例中，当没有物体被放置得靠近谐振电路时，测量信号1110处于恒定的低电压电平1126。当物体被放置得靠近谐振电路的部件时，测量信号1110上升到较高的电压电平1130，并且当测量信号1110上升到阈值信号1112的电平之上时，物体检测信号1108在第一时间点1128切换为有效，指示已检测到物体。系统1100仍保持在物体检测状态1132，直到测量信号1110的电平在第二时间点1134下降到阈值信号1112的电平以下从而使系统1100退出物体检测状态1132为止。
漂移时段1124开始于第三时间点1136。例如，漂移可能是由温度升高而引起的。当没有物体被放置得靠近谐振电路时，漂移可以增加存在的低电压电平1126。在第四时间点1138，测量信号1110上升到阈值信号1112的电平之上，从而使物体检测信号1108切换为有效，尽管没有物体被放置得靠近谐振电路。系统1100进入错误的物体检测状态1140。在一些情况下，温度的降低可以降低Q因子并降低系统1100的检测灵敏度。在一个示例中，降低的检测灵敏度可能导致系统无法检测较小的设备。
其它类型的PVT变化可能导致被假设为由电路设计者固定的参数的变化，并且可能不利地影响物体检测灵敏度。在一些常规系统中，可以设置补偿电路来独立地校正关键部件中的漂移。然而，补偿电路的添加可以显著增加成本和复杂性，并且在大规模生产期间和/或在工作条件下可能出现其它无法预见的漂移源。
根据本公开的某些方面，可以部署自适应被动ping系统，其可以消除或减少由PVT变化而引起的漂移的影响。可以将自适应被动ping配置为基于测量信号1110的变化率来确定物体的存在，该测量信号的变化率可以在算法上被表示为测量信号1110的导数。在一个示例中，当测量信号1110的变化率超过所指定或配置的速率或增量(变化)时，用信号通知物体的检测结果。
图12例示了可以根据本文公开的某些方面适配成可靠地确定靠近或接触谐振电路的物体的存在的系统1200。可以将系统1200配置为容忍电压或电流的漂移，其中该漂移可以归因于PVT变化。在各种实现方式中，系统1200采用可以以软件、硬件或其某一组合来实现的自适应被动ping阈值处理(thresholding)。在一个示例中，自适应被动ping阈值处理可以使用低通滤波器、有限脉冲响应(FIR)滤波器和/或被用于优化低通滤波器的另一合适的数字滤波技术以可编程数字硬件来实现。FIR滤波器通常具有脉冲响应(该脉冲响应具有有限持续时间)，并且可以被配置为在期望的有限时间内变稳定。
系统1200例示了使用低通滤波器1204以硬件实现自适应被动ping阈值处理(其中具有迟滞比较器)的示例。通常，比较器是用于区分两个信号电平的设备。在一个示例中，可以将比较器用于指示这两个信号中的哪个信号具有更大的电压电平。图11中的比较器1106具有联接至以标称方式固定的阈值信号1112的一个输入，并且比较器1106的输出指示测量信号1110的电压电平大于还是小于阈值信号1112的电压电平。当测量信号1110的电平接近阈值信号1112的电平时，会发生多次转变。可以使用迟滞比较器来通过设定不同的上差异阈值和下差异阈值避免多次转变。
在一些实现方式中，迟滞比较器包括比较电路1206以及将差异信号1214与可变阈值电平进行比较的迟滞电路1208。差异信号1214可以表示两个输入信号之间的差异。可以将迟滞电路1208配置为抑制对测量信号1210的缓慢变化的响应。可以将迟滞电路1208配置为抑制对测量信号1210的低电压变化(其因与装置相关联的电压或温度的变化而造成)的响应。在一些情况下，可以将比较电路1206和迟滞电路1208设置为单独的物理部件。在一些情况下，比较电路1206和迟滞电路1208可以以软件、硬件或者软件和硬件的某一组合来实现。例如，可以使用数字信号处理器或其它可编程逻辑来实现比较电路1206和迟滞电路1208。
在一个示例中，当差异信号1214的电压电平超过针对正转变定义的高阈值电平时(例如，当差异信号1214正在上升时)，检测信号1216转变为高，而当差异信号1214的电压电平小于针对负转变定义的低阈值电平时(例如，当差异信号1214正在下降时)，检测信号1216转变为低。低阈值电平和高阈值电平的组合可以定义增量变化阈值。
在图12的系统1200的示例中，采用迟滞来有效地调节阈值电压，该阈值电压使系统1200输出的检测信号1216在检测到物体状态与未检测到物体状态之间切换。可以将迟滞电路1208配置为对如下差异信号1214的大变化作出反应：该差异信号表示由测量电路1202输出的测量信号1210与作为低通滤波器1204的输出1212提供的测量信号1210的经延迟版本之间的差异。可以将低通滤波器1204配置为紧密跟踪测量信号1210的归因于PVT变化的漂移。可能需要一些优化以确保系统1200能够快速响应物体靠近谐振电路的部件放置。可以选择低通滤波器1204的滤波器常数，以检测根据应用需求和/或参考用户响应时间定义的合理时间帧内的物体放置的变化。可以将与迟滞电路1208的增量变化阈值相对应的检测迟滞配置为定义测量信号1210的合理变化，当存在物体时，该合理变化可靠地触发检测信号1216的变化。
曲线图1220示出了系统1200对测量信号1210上的温度变化的响应的示例。初始地，当测量信号1210不受显著漂移影响时，系统1200和被动脉冲谐振电路在稳定时段1222期间工作。在例示示例中，当没有物体被放置得靠近谐振电路时，测量信号1210处于恒定的低电压电平1226。低通滤波器1204的输出端的输出1212可以处于或接近测量信号1210的电压电平。在一些情况下，如果在测量信号1210上发生了新近的变化，则低通滤波器1204的输出端的输出1212可以朝着低电压电平1226上升或下降。
当物体被放置得靠近谐振电路的部件时，测量信号1210上升到较高的电压电平1230，并且低通滤波器1204的输出1212遵循测量信号1210。低通滤波器1204阻止测量信号1210的较高频率分量，从而使低通滤波器1204的输出1212的上升比在测量信号1210中观察到的上升慢。测量信号1210的电平与低通滤波器1204的输出1212之间的差异迅速增加，并且在某一时间点1228超过迟滞电路1208的正切换阈值1238。检测信号1216进行切换，从而指示系统1200处于检测到物体状态1232。低通滤波器1204的输出朝着测量信号1210的较高电压电平继续。
然后，移走物体，并且测量信号1210迅速下降到低电压电平1226。低通滤波器1204的输出1212遵循测量信号1210。低通滤波器1204阻止测量信号1210的较高频率分量，从而使低通滤波器1204的输出1212的下降比在测量信号1210中观察到的下降慢。测量信号1210的电平与低通滤波器1204的输出1212之间的差异迅速增加，并且在时间点1234超过迟滞电路1208的负切换阈值。低通滤波器1204的输出朝着测量信号1210的较低电压电平继续。在该示例中，比较器输出在将物体放置得靠近谐振电路的部件之后切换成检测到物体状态，并且在将物体移走时切换成未检测到物体状态。
漂移时段1224开始于第三时间点1236。例如，漂移可能是由温度升高而引起的。当没有物体被放置得靠近谐振电路时，漂移可能导致相对于低电压电平1226的增加。低通滤波器1204的输出1212收敛于漂移测量信号1210。在例示示例中，当测量信号1210因漂移而开始上升时，低通滤波器1204的输出1212发生下降。测量信号1210的电平和低通滤波器1204的输出1212可以在时间点1240重合。低通滤波器1204的输出1212停止下降而开始上升，从而遵循测量信号1210并且使得能够在检测信号1216中可靠指示物体检测结果。
在一些实现方式中，当在测量信号1210与低通滤波器1204的输出1212之间观察到差异的时间段超过阈值最小时间间隔时，可以切换检测信号1216。使用时间间隔来判断物体的存在可以适应测量信号1210与低通滤波器1204的输出1212之间的较低差异电压，并且可以使得系统1200能够通过减小由低通滤波器1204引入的延迟的滤波常数而更快速地做出响应。
可以将本文公开的自适应被动ping阈值处理技术用于去除或改善系统漂移或偏移的影响，而不管它们的起源。本文公开的自适应被动ping技术直接对系统传递功能起作用，使得不需要获知或理解导致漂移的机制。
图13是用于检测靠近充电设备的表面的物体的方法的流程图1300。在一些实现方式中，该方法可以由充电设备中的控制器来管理或执行。在框1302，控制器可以向充电电路提供脉冲信号。脉冲信号中的各个脉冲可以包括时钟信号的多个周期，该时钟信号具有大于或小于充电电路的标称谐振频率的频率。在一些情况下，脉冲可以包括时钟信号的整数个周期。在一些情况下，脉冲可以是时钟信号的整数个周期和时钟信号的分数。脉冲中的时钟周期数可以由控制脉冲持续时间的计时器来加以确定。
在框1304，控制器可以基于充电电路对脉冲信号中的第一脉冲的响应相对于该充电电路对该脉冲信号中的先前发送的第二脉冲的对应响应的差异来检测该充电电路的谐振变化。在框1306，控制器可以基于响应的差异来确定已在充电电路的线圈附近放置了可充电设备。
在一个示例中，响应的差异包括在充电电路中响应于第二脉冲而流动的电流相对于在该充电电路中响应于第一脉冲而流动的电流的增加。在另一示例中，响应的差异包括充电电路的线圈两端的电压的增加。
在一些实现方式中，控制器可以在充电电路的线圈感应耦合至可充电设备中的接收线圈时确定针对该可充电设备的充电配置；以及根据该充电配置向充电电路提供充电电流。在一些实现方式中，控制器可以根据对可充电设备进行充电的标准定义的规范来发送主动ping；以及根据从可充电设备接收的调制信号中编码的信息来识别该可充电设备。
在某些实现方式中，充电电路的谐振变化包括该充电电路的Q因子的降低。控制器可以接收表示充电电路的Q因子的测量信号；对测量信号进行滤波，以获得该测量信号的经滤波版本，测量信号的经滤波版本按照比该测量信号慢的速率发生变化；以及生成检测信号，该检测信号在测量信号与该测量信号的经滤波版本之间的差异超过阈值水平时进行切换。控制器可以使用比较器来对测量信号和该测量信号的经滤波版本进行比较，该比较器包括迟滞电路，该迟滞电路被配置为抑制响应以减慢测量信号的变化，所述变化包括因工作电压或温度的变化而造成的测量信号的变化。对测量信号进行滤波可以包括：使用FIR滤波器对测量信号进行滤波或者使用低通滤波器对测量信号进行滤波。比较逻辑可以是迟滞比较器和/或可以具有迟滞电路，该迟滞电路被配置为抑制对测量信号的缓慢变化的响应和/或抑制对由与装置相关联的电压或温度的变化造成的测量信号的低电压变化的响应。
处理电路的示例
图14是例示了用于装置1400的硬件实现方式的示例的示意图，该装置可以被并入使得电池能够被无线充电的充电设备或接收设备中。在一些示例中，装置1400可执行本文公开的一个或更多个功能。根据本公开的各个方面，可以使用处理电路1402来实现如本文公开的元件或元件的任何部分或元件的任何组合。处理电路1402可以包括一个或更多个处理器1404，其由硬件和软件模块的某种组合来控制。处理器1404的示例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、SoC、ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、定序器、门控逻辑、分立硬件电路以及被配置为执行贯穿本公开描述的各种功能的其它合适硬件。一个或更多个处理器1404可以包括执行特定功能并且可以由软件模块1416之一配置、扩充或控制的专用处理器。一个或更多个处理器1404可以通过在初始化期间加载的软件模块1416的组合来配置，并且还可以通过在操作期间加载或卸载一个或更多个软件模块1416来配置。
在所示的示例中，处理电路1402可以利用总线架构来实现，该总线架构通常由总线1410表示。取决于处理电路1402的特定应用和总体设计约束，总线1410可以包括任何数量的互连总线和桥接器。总线1410将包括一个或更多个处理器1404和存储部1406在内的各种电路链接在一起。存储部1406可以包括存储器设备和大容量存储设备，并且在本文中可以称为计算机可读介质和/或处理器可读介质。存储部1406可以包括暂时性存储介质和/或非暂时性存储介质。
总线1410还可以链接各种其它电路，诸如定时源、计时器、外围设备、电压调节器和功率管理电路。总线接口1408可以提供总线1410与一个或更多个收发器1412之间的接口。在一个示例中，可以提供收发器1412以使装置1400能够根据标准定义的协议与充电或接收设备进行通信。取决于装置1400的性质，还可以提供用户接口1418(例如，小键盘、显示器、扬声器、麦克风、操纵杆)，并且该用户接口1418可以直接或通过总线接口1408通信地联接至总线1410。
处理器1404可以负责管理总线1410并负责一般处理，该一般处理可以包括执行存储在可以包括存储部1406的计算机可读介质中的软件。在这方面，包括处理器1404的处理电路1402可以用于实现本文公开的任何方法、功能和技术。存储部1406可以用于存储由处理器1404在执行软件时操纵的数据，并且该软件可以被配置为实现本文公开的任何一种方法。
处理电路1402中的一个或更多个处理器1404可以执行软件。无论是被称为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其它形式，软件应广义地解释为指的是指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行文件、执行线程、过程、功能、算法等。软件可以以计算机可读形式存在于存储部1406中或外部计算机可读介质中。外部计算机可读介质和/或存储部1406可以包括非暂时性计算机可读介质。通过示例的方式，非暂时性计算机可读介质包括磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩盘(CD)或数字通用盘DVD))、智能卡、闪存设备(例如“闪存驱动器”、卡、棒或钥匙驱动器)、RAM、ROM、可编程只读存储器(PROM)、包括EEPROM的可擦写PROM(EPROM)、寄存器、可移除磁盘和用于存储可以由计算机访问和读取的软件和/或指令的任何其它适合的介质。通过示例的方式，计算机可读介质和/或存储部1406还可以包括载波、传输线以及用于传输可以由计算机访问和读取的软件和/或指令的任何其它合适的介质。计算机可读介质和/或存储部1406可以存在于处理电路1402中、处理器1404中、处理电路1402外部、或者跨包括处理电路1402在内的多个实体分布。计算机可读介质和/或存储部1406可以体现在计算机程序产品中。通过示例的方式，计算机程序产品可以在封装材料中包括计算机可读介质。本领域技术人员将认识到，如何最佳地实现贯穿本公开呈现的所述功能取决于特定应用和施加在整个系统上的总体设计约束。
存储部1406可以保持以可加载代码段、模块、应用、程序等保持和/或组织的软件，其在本文中可以称为软件模块1416。各个软件模块1416可以包括指令和数据，这些指令和数据在被安装或加载到处理电路1402上并由一个或更多个处理器1404执行时对控制一个或更多个处理器1404的操作的运行时映像1414做出贡献。当执行时，某些指令可以使处理电路1402执行根据本文描述的某些方法、算法和处理的功能。
一些软件模块1416可以在处理电路1402的初始化期间被加载，并且这些软件模块1416可以将处理电路1402配置为使得能够执行本文公开的各种功能。例如，一些软件模块1416可以配置处理器1404的内部器件和/或逻辑电路1422，并且可以管理对外部设备(诸如收发器1412、总线接口1408、用户接口1418、计时器、数学协处理器等)的访问。软件模块1416可以包括控制程序和/或操作系统，该控制程序和/或操作系统与中断处理程序和设备驱动程序交互，并且控制对由处理电路1402提供的各种资源的访问。所述资源可以包括存储器、处理时间、对收发器1412、用户接口1418的访问等。
处理电路1402的一个或更多个处理器1404可以是多功能的，由此一些软件模块1416被加载并配置为执行不同的功能或同一功能的不同实例。一个或更多个处理器1404可以另外适配成管理例如响应于来自用户接口1418、收发器1412和设备驱动器的输入而发起的后台任务。为了支持多种功能的执行，一个或更多个处理器1404可以被配置为提供多任务环境，从而根据需要或期望，将多个功能中的各个功能实现为由一个或更多个处理器1404服务的任务集。在一个示例中，可以使用分时共享程序1420来实现多任务环境，该分时共享程序1420在不同任务之间传递处理器1404的控制，由此，在完成任何未完成的操作后和/或响应于诸如中断的输入，各个任务将一个或更多个处理器1404的控制返回给分时共享程序1420。当任务控制一个或更多个处理器1404时，处理电路有效地专用于由与该控制任务相关联的功能所提出的目的。分时共享程序1420可以包括操作系统、基于轮循转移控制的主循环、根据功能的优先级分配对一个或更多个处理器1404的控制的功能和/或通过向处理功能提供一个或更多个处理器1404的控制来响应外部事件的中断驱动主循环。
在一个实现方式中，装置1400可以在无线充电设备中实现，该无线充电设备具有被联接至充电电路的电池充电电源、多个充电单元以及控制器，该控制器可以包括所述一个或更多个处理器1404。可以将所述多个充电单元配置为向接近充电设备的表面的一个或更多个充电线圈提供电流。可以将至少一个线圈配置为引导电磁场穿过各个充电单元的电荷传递区域。
装置1400可以包括脉冲生成电路，该脉冲生成电路被配置为向充电电路提供脉冲信号。该脉冲信号中的各个脉冲皆可以包括时钟信号的多个周期，该时钟信号具有大于或小于充电电路的标称谐振频率的频率。在一个示例中，脉冲生成电路包括在计时器的控制下选通时钟信号的逻辑电路。可以将控制器配置为基于充电电路对脉冲信号中的第一脉冲的响应相对于充电电路对脉冲信号中的先前发送的第二脉冲的对应响应的差异，检测充电电路的谐振变化。可以将控制器配置为基于响应的差异来确定已在充电线圈附近放置了可充电设备。在一个示例中，响应的差异包括在充电电路中响应于第二脉冲而流动的电流相对于在充电电路中响应于第一脉冲而流动的电流的增加。在另一示例中，响应的差异包括充电电路的线圈两端的电压的增加。
在一些实现方式中，可以将控制器配置为当充电电路的线圈感应耦合至可充电设备中的接收线圈时，确定针对可充电设备的充电配置；以及使充电电路根据充电配置向充电电路提供充电电流。在一个示例中，可以将控制器配置为使充电电路根据对可充电设备进行充电的标准定义的规范来发送主动ping；以及根据从可充电设备接收的调制信号中编码的信息来识别可充电设备。
在某些实现方式中，装置1400具有测量电路，该测量电路被配置为基于充电电路对脉冲信号的响应来提供表示充电电路的谐振的测量信号。在一些示例中，充电电路的谐振变化包括充电电路的Q因子的降低。装置1400可以包括滤波器，该滤波器被配置为提供测量信号的经滤波版本，测量信号的经滤波版本按照比测量信号慢的速率发生变化；以及比较逻辑，该比较逻辑被配置为生成检测信号，该检测信号在测量信号与测量信号的经滤波版本之间的差异超过阈值水平时进行切换。检测信号可以指示物体是否定位在充电线圈附近。可以将滤波器实现为有限脉冲响应滤波器或低通滤波器。比较逻辑可以包括迟滞电路，该迟滞电路被配置为抑制对由与装置相关联的电压或温度的变化造成的测量信号的低电压变化的响应。
在一些实现方式中，存储部1406保持指令和信息，其中，所述指令被配置为使所述一个或更多个处理器1404向充电电路提供脉冲信号，其中，脉冲信号中的各个脉冲包括时钟信号的多个周期，时钟信号具有大于或小于充电电路的标称谐振频率的频率；基于充电电路对脉冲信号中的第一脉冲的响应相对于充电电路对脉冲信号中的先前发送的第二脉冲的对应响应的差异，检测充电电路的谐振变化；以及基于响应的差异，确定已在充电电路的线圈附近放置了可充电设备。响应的差异包括充电电路的线圈两端的电压的增加，或者在充电电路中响应于第二脉冲而流动的电流相对于在充电电路中响应于第一脉冲而流动的电流的增加。
在一些实现方式中，可以将所述指令配置为使所述一个或更多个处理器1404在充电电路的线圈感应耦合至可充电设备中的接收线圈时确定针对可充电设备的充电配置；以及根据充电配置向充电电路提供充电电流。在一些实现方式中，可以将所述指令配置为使所述一个或更多个处理器1404根据对可充电设备进行充电的标准定义的规范来发送主动ping；以及根据从可充电设备接收的调制信号中编码的信息来识别可充电设备。
在某些实现方式中，充电电路的谐振变化包括充电电路的Q因子的降低。可以将所述指令配置为使所述一个或更多个处理器1404接收表示充电电路的Q因子的测量信号；对测量信号进行滤波，以获得测量信号的经滤波版本，测量信号的经滤波版本按照比测量信号慢的速率发生变化；以及生成检测信号，该检测信号在测量信号与测量信号的经滤波版本之间的差异超过阈值水平时进行切换。可以将所述指令配置为使所述一个或更多个处理器1404使用比较器来对测量信号和测量信号的经滤波版本进行比较，该比较器包括迟滞电路，该迟滞电路被配置为抑制响应，以减慢测量信号的变化，所述变化包括因工作电压或温度的变化而造成的测量信号的变化。对测量信号进行滤波可以包括使用FIR滤波器对测量信号进行滤波或者使用低通滤波器对测量信号进行滤波。比较逻辑可以是迟滞比较器和/或可以具有迟滞电路，该迟滞电路被配置为抑制对由与装置相关联的电压或温度的变化造成的测量信号的低电压变化的响应。
提供先前的描述以使本领域任何技术人员能够实践本文描述的各个方面。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可以应用于其它方面。因此，权利要求不旨在限于本文中所示出的方面，而是应被赋予与语言权利要求一致的完整范围，其中，除非明确指出，否则以单数形式提及要素并不旨在表示“一个且仅一个”，而是“一个或更多个”。除非另有特别说明，否则用语“一些”是指一个或更多个。本领域普通技术人员已知或以后将知道的贯穿本公开内容所描述的各个方面的要素的所有结构和功能等同物均明确地通过引用并入本文，并且旨在由权利要求涵盖。此外，本文所公开的任何内容均不旨在面向公众，不管在权利要求中是否明确记载了这种公开。权利要求要素均不得在35U.S.C.§112第六段的规定下解释，除非使用短语“用于…的装置”明确叙述该要素，或者在方法权利要求的情况下，使用短语“用于…的步骤”叙述该要素。

Claims (20)

1.一种检测物体的方法，所述方法包括以下步骤：
向无线充电设备中的谐振电路发送脉冲信号，其中，所述脉冲信号中的各个脉冲包括时钟信号的多个周期，所述时钟信号的频率大于所述谐振电路的标称谐振频率；
针对所述脉冲信号中的各个脉冲：
在发送所述各个脉冲期间，生成表示所述谐振电路的品质因子Q因子的测量信号；
在发送所述各个脉冲期间，对所述测量信号进行滤波，以获得所述测量信号的经滤波版本；
在发送所述各个脉冲期间，对所述测量信号和所述测量信号的经滤波版本进行比较，以获得指示所述谐振电路的Q因子的变化的检测信号；以及
当所述谐振电路的Q因子的第一测量结果或估计结果不同于所述谐振电路的Q因子的第二测量结果或估计结果时，确定已在所述谐振电路的线圈附近放置了可充电设备，其中，Q因子的所述第一测量结果或估计结果是在发送第一脉冲期间测量的，并且Q因子的所述第二测量结果或估计结果是在发送先前发送的第二脉冲期间测量的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当已在所述谐振电路的所述线圈附近放置了所述可充电设备时，Q因子的所述第一测量结果或估计结果超过阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述谐振电路的所述线圈附近放置所述可充电设备之前，Q因子的所述第二测量结果或估计结果小于所述阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
在发送所述第一脉冲与发送所述第二脉冲之间，检测所述测量信号的变化；以及
当所述测量信号的所述变化超过阈值差值时，确定已在所述谐振电路的所述线圈附近放置了所述可充电设备。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将所述测量信号的经低通滤波版本和所述测量信号的经滤波版本提供给比较器的相应输入；以及
当所述比较器指示其输入之间的差异时，确定已在所述谐振电路的所述线圈附近放置了所述可充电设备。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述测量信号的所述经低通滤波版本是从被配置为阻止所述测量信号的较高频率分量的低通滤波器获得的。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述比较器包括迟滞电路。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量信号是通过对所述谐振电路中的电流进行测量而获得的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量信号是通过对所述谐振电路中的电压进行测量而获得的。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
使用所述谐振电路，根据对所述可充电设备进行充电的标准定义的规范来发送主动ping；以及
根据从所述可充电设备接收的调制信号中编码的信息来识别所述可充电设备；
其中，所述时钟信号的频率大于由所述标准定义的规范定义的标称谐振频率。
11.一种充电设备，所述充电设备包括：
谐振电路，所述谐振电路包括位于所述充电设备的表面附近的充电线圈；
脉冲生成电路，所述脉冲生成电路被配置为向所述谐振电路提供脉冲信号，其中，所述脉冲信号中的各个脉冲包括时钟信号的多个周期，所述时钟信号的频率大于所述谐振电路的标称谐振频率；
测量电路，所述测量电路被配置为在发送所述脉冲信号中的各个脉冲期间提供指示所述谐振电路的Q因子的测量信号；
滤波器，所述滤波器被配置为在发送所述各个脉冲期间提供所述测量信号的经滤波版本；
比较逻辑单元，所述比较逻辑单元被配置为在发送所述各个脉冲期间对所述测量信号和所述测量信号的经滤波版本进行比较，以获得指示所述谐振电路的Q因子的变化的检测信号；以及
控制器，所述控制器被配置为当所述谐振电路的Q因子的第一测量结果或估计结果不同于所述谐振电路的Q因子的第二测量结果或估计结果时，确定已在所述谐振电路的所述充电线圈附近放置了可充电设备，其中，Q因子的所述第一测量结果或估计结果是在发送第一脉冲期间测量的，并且Q因子的所述第二测量结果或估计结果是在发送先前发送的第二脉冲期间测量的。
12.根据权利要求11所述的充电设备，其中，当已在所述谐振电路的所述充电线圈附近放置了所述可充电设备时，Q因子的所述第一测量结果或估计结果超过阈值。
13.根据权利要求12所述的充电设备，其中，在所述谐振电路的所述充电线圈附近放置所述可充电设备之前，Q因子的所述第二测量结果或估计结果小于所述阈值。
14.根据权利要求11所述的充电设备，其中，所述控制器还被配置为：
在发送所述第一脉冲与发送所述第二脉冲之间，检测所述测量信号的变化；以及
当所述测量信号的所述变化超过阈值差值时，确定已在所述谐振电路的所述充电线圈附近放置了所述可充电设备。
15.根据权利要求11所述的充电设备，其中，所述比较逻辑单元还被配置为：
基于提供所述测量信号的经低通滤波版本和所述测量信号的经滤波版本的比较来确定已在所述谐振电路的所述充电线圈附近放置了所述可充电设备。
16.根据权利要求15所述的充电设备，所述充电设备还包括：
低通滤波器，所述低通滤波器被配置为通过阻止所述测量信号的较高频率分量来提供所述测量信号的所述经低通滤波版本。
17.根据权利要求15所述的充电设备，其中，所述比较逻辑单元包括迟滞电路。
18.根据权利要求11所述的充电设备，其中，所述测量信号是通过对所述谐振电路中的电流进行测量而获得的。
19.根据权利要求11所述的充电设备，其中，所述测量信号是通过对所述谐振电路中的电压进行测量而获得的。
20.根据权利要求11所述的充电设备，其中，所述控制器还被配置为：
使用所述谐振电路，根据对所述可充电设备进行充电的标准定义的规范来发送主动ping；以及
根据从所述可充电设备接收的调制信号中编码的信息来识别所述可充电设备；
其中，所述时钟信号的频率大于由所述标准定义的规范定义的标称谐振频率。
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