CN116470656A - 电子装置、建立高速通信的方法及无线功率传输系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种电子装置、建立高速通信的方法及无线功率传输系统，包括：耦合到接收器线圈的整流器，所述接收器线圈与无线功率传输系统的发射器线圈磁耦合，其中所述整流器被配置为将交流电压转换成直流电压；第一通信装置，被配置为在所述无线功率传输系统的接收器和发射器之间提供低速通信；以及第二通信装置，被配置为在所述无线功率传输系统的接收器和发射器之间提供高速通信，其中所述第二通信装置提供的高速通信是通过所述第一通信装置提供的低速通信来启动。

Description

电子装置、建立高速通信的方法及无线功率传输系统

技术领域

本申请涉及一种通信装置，以及在特定的实施例中，涉及用于控制无线功率传输系统中的高速通信装置的方法。

背景技术

随着技术的进一步发展，无线功率传输已成为向基于电池的移动设备(如手机、平板电脑、数码相机、MP3播放器和/或类似设备)供电或充电的高效和便捷的机制。无线功率传输系统通常包括原边发射器和副边接收器。原边发射器通过磁场耦合与副边接收器进行磁耦合。磁耦合可以实现为松耦合的变压器，该变压器具有形成于原边发射器的原边线圈和形成于副边接收器的副边线圈。

原边发射器可以包括功率转换单元，例如功率转换器的原边。该功率转换单元与电源耦合，并能够将功率转换为无线功率信号。副边接收器能够通过松耦合的变压器接收无线功率信号，并将接收到的无线功率信号转换为适合负载的电功率。

在无线功率传输系统中，可以根据副边接收器的运行参数生成各种控制信号。该控制信号可从副边接收器传输到原边发射器。特别地，控制信号可以使用适当的调制方案，以调制信号的形式从接收器线圈传输到发射器线圈。幅移键控(ASK)是无线功率传输系统的接收器中广泛使用的调制方案。ASK是通过调制无线功率传输系统中的模拟信号的振幅来进行的。信息是通过模拟信号的振幅变化传递的。模拟传感设备被用来检测控制信号，这些信号可能包括在应用到传输线圈的电流和/或电压中。在原边发射器处的解调器可被用于解调由模拟传感装置检测到的信号，并将解调信号馈送至发射器控制器，以便更好地控制发射器的运行。

通信信息可以通过改变发射器的运行参数从接收器传输到发射器。一种相对简单的改变发射器运行参数的方法是基于阻抗调制方法。例如，一对电容开关网络分别与接收器线圈的两端耦合。在通信过程中，这对电容开关网络的开关被接通和关闭，从而使耦合到接收器线圈的阻抗发生变化。阻抗的变化对发射器的电气特性有影响。为了应对这种影响，一些运行参数(例如，流经发射器线圈的电流和/或发射器线圈上的电压)可能会变化。发射器中的控制电路检测到至少一个运行参数的变化，并通过解调该运行参数的变化获取通信信息。基于振幅移动键控调制的通信也被称为带内通信。

随着无线功率传输系统的进一步发展，各种通信技术(例如，蓝牙、NFC、Wi-Fi等)已经被用于在发射器和接收器之间传输数据信息。

蓝牙是一种短距离的无线电频率通信技术，用于在无线功率传输系统的发射器和接收器之间交换数据信息。基于蓝牙的通信主要被用作有线连接的替代。蓝牙的数据传输速度约为1Mbps。近场通信(NFC)是一组通信协议，使两个彼此相邻的实体(如无线功率传输系统的发射器和接收器)之间实现通信信道。NFC的数据传输速度约为424Kbps。Wi-Fi是一种无线网络技术，允许移动设备等相互交换数据信息，以形成网络。Wi-Fi的数据传输速度约为480Mbps。

随着无线功率传输系统的功率越来越高，可能需要使用各种先进的通信技术(如Wi-Fi)将通信信息从接收器有效地传输到发射器。本公开内容解决了这一需求。

发明内容

这些和其他问题一般通过本公开的优选实施例得到解决或规避，并且一般实现技术优势，该实施例提供了用于控制无线功率传输系统中的高速通信装置的方法。

根据一个实施例，提供了一种电子装置，包括：耦合到接收器线圈的整流器，所述接收器线圈被配置与无线功率传输系统的发射器线圈磁耦合，其中所述整流器被配置为将交流电压转换成直流电压；第一通信装置，被配置为与无线功率传输系统的发射器之间提供低速通信；以及第二通信装置，被配置为与无线功率传输系统的发射器之间提供高速通信，其中所述第二通信装置提供的高速通信是通过所述第一通信装置提供的低速通信来启动。

根据另一个实施例，提供了一种建立高速通信的方法，包括：建立接收器与一无线功率传输系统的发射器之间的低速通信；使用所述低速通信在所述接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输认证数据；使用所述低速通信从所述接收器向一无线功率传输系统的发射器发送高速通信请求，或使用所述低速通信使所述接收器接收来自一无线功率传输系统的发射器的高速通信请求；以及一旦接收到连接批准回复，建立所述接收器与一线功率传输系统的发射器之间的高速通信。

根据又一个实施例，提供了一种无线功率传输系统，包括：耦合到功率源的第一功率转换器；耦合到所述第一功率转换器的输出的发射器电路；耦合到所述发射器电路的发射器线圈；与所述发射器线圈磁耦合的接收器线圈；与所述接收线圈连接的整流器，所述接收器线圈与所述发射器线圈磁耦合，其中，所述整流器被配置为将交流电压转换为直流电压；连接在所述整流器和负载之间的第二功率转换器；第一通信装置，被配置为在所述系统的接收器和发射器之间提供低速通信；以及第二通信装置，被配置为在所述系统的接收器和发射器之间提供高速通信，其中，由所述第二通信装置提供的高速通信是通过实施第一通信装置提供的低速通信来启动的。

前面已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下公开的详细描述。下文将描述本公开的附加特征和优点，其构成本公开权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效结构不脱离所附权利要求中阐述的本公开内容的精神和范围。

附图说明

为了更完整地理解本公开内容及其优点，现结合附图参考以下描述，其中：

图1示出了根据本公开的各种实施例的无线功率传输系统的简化框图；

图2示出了根据本公开的各种实施例的无线功率传输系统的框图；

图3示出了根据本公开的各种实施例的用于建立高速通信的握手过程的时序图；

图4示出了根据本公开的各种实施例的用于断开高速通信的过程的时序图；

图5示出了根据本公开的各种实施例的接收器的第一半导体封装实现方式；

图6示出了根据本公开的各种实施例的接收器的第二半导体封装实现方式；

图7示出了根据本公开的各种实施例的接收器的第二半导体封装实现方式的框图；

图8示出了根据本公开的各种实施例的建立高速通信的方法的流程图；

图9示出了根据本公开的各种实施例的断开高速通信的第一方法的流程图；以及

图10示出了根据本公开的各种实施例的断开高速通信的第二方法的流程图。

除非另有说明，不同附图中的对应数字和符号通常指对应的部分。绘制这些附图是为了清楚地说明各种实施例的相关方面，并不一定按比例绘制。

具体实施方式

下面详细讨论当前优选实施例的制作和使用。然而，应该理解的是，本公开提供了许多可以体现在各种特定背景中的可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅用于说明制作和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。

本公开将针对特定背景中的实施例进行描述，即用于控制无线功率传输系统中的高速通信装置的方法。然而，本公开也可以应用于控制电子系统中各种通信设备。下文中，将参考附图具体解释各种实施例。

图1示出了根据本公开的各种实施例的无线功率传输系统的简化框图。该无线功率传输系统包括发射器110和接收器120。发射器110包括发射器数据收发器206、通信调制器和解调器208、发射器电路107和发射器线圈L1。接收器120包括接收器数据收发器216、通信调制器和解调器218、整流器112和接收器线圈L2。

在一些实施例中，通信调制器和解调器208以及通信调制器和解调器218构成无线功率传输系统的第一通信装置。此时，在一些实施例中，第一通信装置能够在无线功率传输系统的接收器120和发射器110之间提供带内通信。

在一些实施例中，第一通信装置包括耦合到通信解调器的通信调制器。也即此时的第一通信装置为接收器120中的通信调制器，该第一通信装置(通信调制器)被配置为与无线功率传输系统的发射器110中的通信解调器耦合。此时，在一些实施例中，第一通信装置能够在接收器120与无线功率传输系统的发射器110之间提供带内通信。

带内通信是无线功率传输系统的接收器120和发射器110之间的低速通信。

为了实现带内通信，多个开关电容网络可以耦合到无线功率传输系统的接收器线圈L2。通信调制器和解调器208以及通信调制器和解调器218是基于无线功率传输系统使用的幅移键控(ASK)调制而设计的。在运行中，多个开关电容网络被配置成使得根据无线功率传输系统使用的ASK调制来调整耦合到接收线圈的阻抗。此外，多个开关电容网络被配置为使用多个开关电容网络的不同接通和断开组合来提供耦合到接收线圈L2的多个阻抗。在一些实施例中，多个阻抗包括对应于ASK调制的高电平状态的第一阻抗和对应于ASK调制的低电平状态的第二阻抗。接收器中的通信调制器和解调器218用作ASK调制器。发射器中的通信调制器和解调器208用作ASK解调器。ASK解调器检测ASK调制的高电平状态和低电平状态，并通过解调ASK调制的状态变化来取回通信信息。

本领域技术人员将认识到，上文描述的ASK调制仅仅是生成带内通信的一种方式，并且可以为该功能采用其他的和替代的实施例调制(例如频移键控调制)。例如，当信号从发射器传输到接收器时，通信调制器和解调器208以及通信调制器和解调器218是基于无线功率传输系统使用的频移键控(FSK)调制而设计的。特别地，通信调制器和解调器208用作FSK调制器。通信调制器和解调器218用作FSK解调器。

在一些实施例中，发射器数据收发器206和接收器数据收发器216形成无线功率传输系统的第二通信装置。在一些实施例中，第二通信装置能够在无线功率传输系统的接收器120和发射器110之间提供高速通信。

在一些实施例中，第二通信装置包括耦合到第二数据收发器的第一数据收发器。也即此时的第二通信装置为接收器120中的第一数据收发器，该第二通信装置(第一数据收发器)被配置为与无线功率传输系统的发射器110中的第二数据收发器耦合。此时，在一些实施例中，第二通信装置能够在接收器120与无线功率传输系统的发射器110之间提供高速通信。

在一些实施例中，高速通信可以实现为基于Wi-Fi的高速通信，其数据传输速度高达480M比特每秒(bps)。

在运行中，由第二通信装置提供的高速通信通过由第一通信装置提供的低速通信来启动。更特别的是，由第二通信装置提供的高速通信是在第一通信装置中完成握手过程后建立的。

在运行中，由第二通信装置提供的高速通信在接收器120从发射器110移开一段预定的超时时段后与无线功率传输系统断开。可替代地，在接收到用户断开命令后，由第二通信装置提供的高速通信与无线功率传输系统断开。例如，一个按键与无线功率传输系统相关联。当用户触摸按键时，就会产生一个断开指令。作为对断开指令的响应，由第二通信装置提供的高速通信立即与无线功率传输系统断开。

具有由第二通信装置提供的高速通信的一个有利特征是，高速通信有助于消除由带内通信引起的声音噪音。

图2示出了根据本公开的各种实施例的无线功率传输系统的框图。无线功率传输系统100包括在输入功率源102和负载114之间级联连接的功率转换器104和无线功率传输设备101。在一些实施例中，采用功率转换器104来进一步提高无线功率传输系统100的性能。在另一个实施例中，功率转换器104是一个可选的元件。换句话说，无线功率传输设备101可以直接连接到输入功率源102。

无线功率传输设备101包括发射器110和接收器120。如图2所示，发射器110包括级联连接的发射器电路107和发射器线圈L1。发射器电路107的输入与功率转换器104的输出耦合。发射器110进一步包括通信和控制单元204、发射器数据收发器206和通信调制器和解调器208。如图2所示，第一处理器CPU1 202被耦合到发射器110。

接收器120包括级联连接的接收器线圈L2、谐振电容Cs、整流器112和功率转换器113。如图2所示，谐振电容Cs与接收线圈L2串联，并进一步连接到整流器112的输入。整流器112的输出被连接到功率转换器113的输入。功率转换器113的输出与负载114耦合。接收器120进一步包括通信和控制单元214、接收器数据收发器216和通信调制器和解调器218。如图2所示，第二处理器CPU2 212被耦合到接收器120。

当接收器120被置于发射器110附近时，发射器110通过磁场与接收器120磁耦合。由作为发射器110的一部分的发射器线圈L1和作为接收器120的一部分的接收器线圈L2形成松耦合变压器115。因此，功率可以从发射器110传输到接收器120。

在一些实施例中，发射器110可以在充电垫内。发射器线圈L1被置于充电垫的顶面之下。接收器120可以被嵌入到移动电话中。当移动电话被放置在充电垫附近时，发射器线圈L1和接收器线圈L2之间会建立磁耦合。换句话说，发射器线圈L1和接收器线圈L2可以形成一个松耦合的变压器，通过它在发射器110和接收器120之间产生功率传输。发射器线圈L1和接收器线圈L2之间的耦合强度由耦合系数k来量化。在一些实施例中，k在约0.05至约0.9的范围内。

在一些实施例中，在发射器线圈L1和接收器线圈L2之间建立磁耦合之后，发射器110和接收器120可形成功率系统，通过该系统将功率从输入功率源102无线地传输到负载114。

输入功率源102可以是将公用线路电压转换为直流(dc)电压的电源适配器。可替代地，输入功率源102可以是可再生电源，如太阳能电池板阵列。此外，输入功率源102可以是任何合适的储能设备，诸如可充电电池、燃料电池、其任何组合和/或类似的设备。

负载114表示由耦合到接收器120的移动设备(例如，移动电话)所消耗的功率。可选地，负载114可以指串联/并联的可充电电池和/或电池组，并耦合到接收器120的输出。此外，负载114可以是下游的功率转换器，诸如电池充电器。

根据一些实施例，发射器电路107可以包括全桥转换器的原边开关。可替代地，发射器电路107可包括任何其他合适的功率转换器的原边开关。该功率转换器诸如是半桥转换器、推挽式转换器、其任何组合和/或类似转换器。

应该注意的是，上面描述的功率转换器只是例子。拥有本领域普通技术的人将认识到基于E类拓扑结构的功率转换器(例如E类放大器)的其他合适的功率转换器可以根据设计需要和不同应用被替代地使用。

发射器电路107可进一步包括谐振电容(未示出)。谐振电容和发射器线圈的磁感应可以形成谐振腔。根据设计需要和不同的应用，该谐振腔可以进一步包括谐振电感。在一些实施例中，谐振电感可以实现为外部电感。在另一实施例中，谐振电感可以实现为连接线。

接收器120包括接收器线圈L2，该接收器线圈L2在接收器120被放置在发射器110附近之后与发射器线圈L1磁耦合。由此，功率可以被传输到接收器线圈并通过整流器112进一步传递到负载114。如图2所示，接收器120可以包括次级谐振电容Cs。在整个说明书中，次级谐振电容Cs可替代性地被称为接收器谐振电容。

接收器120可以进一步包括通信装置。该通信装置包括多个第一电容-开关网络和多个第二电容-开关网络。多个第一电容-开关网络并联连接在整流器112的第一输入端和地之间。多个第二电容开关网络并联连接在整流器112的第二输入端和地之间。控制多个第一电容-开关网络和多个第二电容-开关网络的接通和关闭，使得通信调制器和解调器218以及通信调制器和解调器208能够提供接收器120和发射器110之间的带内通信。

整流器112将从包括接收器线圈L2和接收器谐振电容Cs的谐振腔接收的交变极性波形转换为单极性波形。整流器112可以是全波二极管桥或半波二极管桥。在一些实施例中，整流器112包括全波二极管桥和输出电容。在其他实施例中，全波二极管桥可以被由开关元件(如n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管)形成的全波桥取代。

此外，整流器112可以由其他类型的可控器件形成，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件、双极结晶体管(BJT)器件、超级结晶体管(SJT)器件、绝缘门双极晶体管(IGBT)器件、基于氮化镓(GaN)的功率器件和/或类似器件。整流器112的详细运行和结构在本领域中是众所周知的，因此在此不作讨论。

功率转换器113耦合在整流器112和负载114之间。功率转换器113是非隔离的功率转换器。在一些实施例中，功率转换器113被实现为线性稳压器，例如低压差稳压器(LDO)。在其他实施例中，功率转换器113被实现为步降(step-down)功率转换器，如降压(buck)转换器。此外，功率转换器113可以被实现为四开关降压-升压功率转换器。

此外，功率转换器113可以被实现为混合功率转换器。该混合转换器是非隔离式功率转换器。通过控制混合转换器的开关的接通或关闭，混合转换器可以被配置为降压转换器、电荷泵转换器或混合转换器。

此外，功率转换器113可以包括以级联方式连接的第一功率级和第二功率级。第一功率级被配置为在不同的模式下运行，以便对负载114(例如，可充电电池)进行有效充电。在一些实施例中，第一功率级可以实现为步降功率转换器(例如，降压转换器)、四开关降压-升压转换器、混合转换器及其任何组合。第二功率级被配置为分压器或隔离开关。

图3示出了根据本公开的各种实施例的用于建立高速通信的握手过程的时序图。该时序图包括两行。上面一行代表无线功率传输系统的发射器的状态。下面一行代表无线功率传输系统的接收器的状态。

在t0处，发射器被接通电源。从t0到t1，接收器处于空状态。空状态是接收器不接收功率的状态。在t1，发射器进入ping阶段，其中采用多个ping信号来检测接收器的存在。在一些实施例中，ping信号是通过向发射器线圈施加多个测试脉冲实现的。一旦检测到接收器的存在，在从t1到t2的时间段内，接收器被接通电源。

从t2到t3，建立发射器和接收器之间的带内通信。通过带内通信，发射器和接收器都进入配置阶段。在配置阶段，发射器识别接收器并获得从接收器发送的各种配置参数(例如，接收器能够处理的最大功率值)。基于配置参数，发射器和接收器相应地确定功率传输设置。

在t3，发射器和接收器都进入功率传输阶段，其中功率从发射器传输到接收器。此外，发射器和接收器之间的带内通信从t3到t4时刻保持开启。换句话说，从t3到t4，在接收器和发射器之间传输功率，以及使用接收器和发射器之间的带内通信传输数据信息是同时进行的。

从t4到t5，发射器和接收器进入认证阶段，其中发射器确定是否通过带内通信检测到认证设备。此外，发射器根据接收器的状态相应地调整功率传输水平。例如，如果检测到未认证的设备，则从发射器传输到接收器的功率可以降低到较低的水平，以便保护无线功率传输系统不被损坏。

一旦认证阶段完成，发射器和接收器在t5进入高速通信请求阶段。在该阶段，发射器和接收器之间存在握手过程。采用该握手过程使得发射器和接收器之间的高速通信得以进行。

如图3所示，通过发射器和接收器之间的带内通信，接收器发送高速通信认证信号。在一些实施例中，高速通信认证信号可以是媒体访问控制(MAC)地址。该MAC地址用于识别接收器。认证过程完成后，发射器确定是否有必要建立高速通信。一旦发射器批准了高速通信，就使用发射器和接收器之间的带内通信向接收器发送一个连接请求信号。一旦高速通信请求阶段完成，在t6时刻建立发射器和接收器之间的高速通信。

在运行中，上述的连接请求可以以其他合适的方式实现。在第一实现方式中，发射器向接收器发送MAC地址。接收器确定是否有必要建立高速通信。一旦接收器批准了高速通信，就使用发射器和接收器之间的带内通信向发射器发送连接请求信号。在此之后，在无线功率传输系统中建立高速通信。

在第二实现方式中，接收器使用带内通信向发射器发送MAC地址和连接请求信号。发射器确定这两个信号是否与预注册的信息相匹配。如果这两个信号与预注册的信息相匹配，发射器和接收器立即建立高速通信。

在第三实现方式中，发射器使用带内通信向接收器发送MAC地址和连接请求信号。接收器确定这两个信号是否与预注册的信息相匹配。如果这两个信号与预注册的信息相匹配，发射器和接收器立即建立高速通信。

如图3所示，从t6到t7，发射器和接收器之间有两次通信。虚线代表发射器和接收器之间的高速通信。实线代表发射器和接收器之间的带内通信。从t6到t7，功率从发射器传输到接收器。换句话说，在t6到t7的时间段内，在接收器和发射器之间传输功率，使用接收器和发射器之间的带内通信传输第一数据信息，以及使用接收器和发射器之间的高速通信传输第二数据信息是同时进行的。

图4示出了根据本公开的各种实施例的断开高速通信的过程的时序图。该时序图包括两行。上面一行代表无线功率传输系统的发射器的状态。下面一行代表无线功率传输系统的接收器的状态。

从t0到t1，发射器和接收器的工作原理与上文关于图3中的t6到t7的时间段所讨论的类似，因此在此不复赘述。

在t1，接收器从发射器上移开(例如，接收器从目标区域移开)。响应于这一变化，接收器中整流器的输出电压下降。如图4所示，接收器处于功率下降状态。经过一个预定的超时时段(例如，从t1到t2的大约1.5秒)，接收器和发射器之间的带内通信被关闭。从t2到t3，发射器和接收器都处于超时时段。从t3到t4，无线功率传输系统断开高速通信连接。

从t4到t5，接收器处于空状态。发射器进入ping阶段，其中采用多个ping信号来检测接收器的存在。

如上所述，在接收器从发射器上移开后，无线功率传输系统断开高速通信。在替代的实现方式中，在接收器和发射器之间传输断开信号之后，无线功率传输系统断开高速通信。该断开信号可以以各种方式实现。

在第一实现方式中，接收器通过接收器和发射器之间的带内通信向发射器发送断开信号。一旦发射器接收到断开信号，无线功率传输系统就立即断开高速通信。

在第二实现方式中，发射器通过接收器和发射器之间的带内通信向接收器发送断开信号。一旦接收器接收到断开信号，无线功率传输系统就立即断开高速通信。

在第三实现方式中，接收器通过接收器和发射器之间的高速通信向发射器发送断开信号。一旦发射器接收到断开信号，无线功率传输系统就立即断开高速通信。

在第四实现方式中，发射器通过接收器和发射器之间的高速通信向接收器发送断开信号。一旦接收器接收到断开信号，无线功率传输系统就立即断开高速通信。

在第五实现方式中，接收器通过带内通信和高速通信向发射器发送断开信号。由带内通信传输的断开信号和由高速通信传输的断开信号以交替的方式被发送到发射器。一旦发射器接收到两个连续有效的断开信号，无线功率传输系统就立即断开高速通信。

在第六实现方式中，发射器通过带内通信和高速通信向接收器发送断开信号。由带内通信传输的断开信号和由高速通信传输的断开信号以交替的方式发送到接收器。一旦接收器收到两个连续有效的断开信号，无线功率传输系统就立即断开高速通信。

图5示出了根据本公开的各种实施例的接收器的第一半导体封装实现方式。该无线功率传输系统的接收器包括多个功能单元。更特别的是，接收器可以包括通信ASK调制器、FSK解调器和整流电路510(例如，图2中所示的通信和控制单元214、通信调制器和解调器218、整流器112和功率转换器113)、接收器数据收发器514(例如，图2中所示的接收器数据收发器216)以及控制单元512(例如，图2中所示的处理器CPU2 212)。

在一些实施例中，控制单元512被制造在第一半导体裸片中。第一半导体裸片的半导体制造工艺可以是先进工艺，诸如90纳米的eFlash工艺。包括整流器、ASK调制器、FSK解调器和功率转换器的通信ASK调制器、FSK解调器和整流电路510被制造在第二半导体裸片中。第二半导体裸片的半导体制造工艺可以是合适的电源管理工艺，如180纳米的Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)工艺。接收器数据收发器514被制造在第三半导体裸片中。第一半导体裸片、第二半导体裸片和第三半导体裸片被嵌入同一个半导体封装502中。在一些实施例中，半导体封装502被实现为嵌入式晶圆级球栅阵列型(eWLB)封装。在替代的实施例中，半导体封装502被实现为嵌入式硅扇出型(eSiFO)封装。eWLB封装和eSiFO封装都是本领域内众所周知的，因此在此不作进一步详细讨论。

将三个不同的裸片封装到一个简单的封装中的一个有利特征是，将三个半导体裸片集成到一个封装中有助于提高系统性能和降低无线功率传输系统的成本。

图6示出了根据本公开的各种实施例的接收器的第二半导体封装实现方式。图6中所示的功能单元与图5中所示的功能单元类似，因此在此不再次讨论。

在一些实施例中，控制单元512被制造在第一半导体裸片中。第一半导体裸片的半导体制造工艺可以是先进工艺，例如90纳米的eFlash工艺。包括整流器、ASK调制器、FSK解调器和功率转换器的通信ASK调制器、FSK解调器和整流电路510被制造在第二半导体裸片中。第二半导体裸片的半导体制造工艺可以是合适的电源管理工艺，如180纳米的BCD工艺。接收器数据收发器514被制造在第三半导体裸片中。第一半导体裸片和第二半导体裸片被嵌入到第一半导体封装602中。在一些实施例中，第一半导体封装602被实现为eWLB封装。在替代的实施例中，第一半导体封装602被实现为eSiFO封装。第三半导体裸片被嵌入第二半导体封装604中。第一半导体封装602通过适当的连接(如印刷电路板上的导线)与第二半导体封装604电性耦合。

图7示出了根据本公开的各种实施例的接收器的第二半导体封装实现方式的框图。如图7所示，控制单元512被制造在第一半导体裸片中。通信ASK调制器、FSK解调器和整流电路510被制造在第二半导体裸片中。第一半导体裸片和第二半导体裸片被嵌入到第一半导体封装602中。第一半导体封装602通过接收器谐振电容Cs耦合到接收器线圈L2。

如图7所示，通信ASK调制器、FSK解调器和整流电路510包括整流器112、第一线性稳压器620、第二线性稳压器622、寄存器和数字电路612、从处理器618、ASK调制器614、FSK解调器615和保护电路616。回到图2，功率转换器113被实现为第一线性稳压器620。第一线性稳压器620是LDO。第二线性稳压器622被采用以提供偏置电压VDD。通信调制器和解调器218包括ASK调制器614和FSK解调器615。寄存器和数字电路612、从处理器618和保护电路616是图2中所示的通信和控制单元214的一部分。寄存器和数字电路612、从处理器618和保护电路616被配置为提供接收器的各种控制和保护功能。

如图7所示，控制单元512包括微控制器(MCU)内核630、通用输入/输出(GPIO)636、存储单元632和主处理器634。这四个功能单元在本领域是众所周知的，因此在此不作详细讨论。如图7所示，在通信ASK调制器、FSK解调器和整流电路510以及控制单元512之间连接有三条总线VDD、SDA和SCL。VDD是为控制单元512提供偏置电源的电压总线。SDA是串行数据线。SCL是串行时钟线。

图8示出了根据本公开的各种实施例的建立高速通信的方法的流程图。图8中所示的流程图仅仅是一个例子，它不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替代和修改方案。例如，图8所示出的各种步骤可以被添加、移除、替换、重新安排和重复。

返回参考图1，无线功率传输系统包括第一通信装置和第二通信装置。第一通信装置包括通信调制器(例如，图1所示的通信调制器和解调器218中的ASK调制器)，或第一通信装置包括通信调制器(例如，图1所示的通信调制器和解调器218中的ASK调制器)和通信解调器(例如，图1所示的通信调制器和解调器208中的ASK解调器)。通信调制器在接收器中(例如，图1所示的接收器120)。通信解调器在发射器中(例如，图1所示的发射器110)。第一通信装置被配置为在无线功率传输系统的接收器和发射器之间提供低速通信。

第二通信装置包括第一数据收发器(例如，图1所示的接收器数据收发器216)，或第二通信装置包括第一数据收发器(例如，图1所示的接收器数据收发器216)和第二数据收发器(例如，图1中所示的发射器数据收发器206)。第一数据收发器在接收器中。第二数据收发器在发射器中。第二通信装置被配置为在无线功率传输系统的接收器和发射器之间提供高速通信。

在步骤802，建立接收器与一无线功率传输系统的发射器之间的低速通信。

在步骤804，使用低速通信在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输认证数据。

在步骤806，使用低速通信从接收器向一无线功率传输系统的发射器发送高速通信请求，或使用低速通信使接收器接收来自一无线功率传输系统的发射器的高速通信请求。在一些实施例中，使用低速通信将高速通信请求从无线功率传输系统的接收器发送至发射器。

在步骤808，一旦接收到连接批准回复，建立接收器与一无线功率传输系统的发射器之间的高速通信。

返回参考图2，低速通信是接收器与一无线功率传输系统的发射器之间的带内通信，并且高速通信由接收器数据收发器执行。在一具体实施例中，高速通信由接收器数据收发器和发射器数据收发器进行。

该方法进一步包括在低速通信中，配置耦合到无线功率传输系统的接收器线圈的多个开关电容网络，使得耦合到接收器线圈的阻抗根据无线功率传输系统使用的幅移键控(ASK)调制而调整。其中，多个开关电容网络被配置为使用多个开关电容网络的不同接通和断开组合来提供耦合到接收器线圈的多个阻抗，并且其中多个阻抗包括对应于ASK调制的高电压状态的第一阻抗和对应于ASK调制的低电压状态的第二阻抗。

该方法进一步包括使用低速通信将高速通信请求从接收器发送。

该方法进一步包括在接收器远离无线功率传输系统的发射器预定的超时时段之后，断开高速通信。

该方法进一步包括在接收到用户断开命令后，断开高速通信。

该方法进一步包括在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输功率，以及使用低速通信在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输多个数据信息，其中一旦建立了低速通信，在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输功率的步骤，以及在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输多个数据信息的步骤是同时进行的。

该方法进一步包括在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输功率，使用低速通信在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输多个第一数据信息，以及使用高速通信在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输多个第二数据信息。其中，一旦建立了高速通信，在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输功率的步骤、使用低速通信在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输多个第一数据信息的步骤以及使用高速通信在接收器与一无线功率传输系统的发射器之间传输多个第二数据信息的步骤是同时进行的。

返回参考图2，无线功率传输系统包括耦合到功率源的第一功率转换器、耦合到第一功率转换器的输出的发射器电路、耦合到发射器电路的发射器线圈、磁耦合到发射器线圈的接收器线圈、连接到接收器线圈的整流器、以及连接在整流器和负载之间的第二功率转换器。

该方法进一步包括使用低速通信从发射器发送高速通信请求。在一实施例中，使用低速通信从接收器接收来自发射器发送的高速通信请求。

图9示出了显示根据本公开的各种实施例的断开高速通信的第一方法的流程图。图9中所示的流程图仅仅是一个例子，它不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替代和修改方案。例如，图9中所示的各种步骤可以被添加、移除、替换、重新安排和重复。

在步骤902，在无线功率传输系统的接收器和发射器之间建立低速通信。

在步骤904，在建立低速通信之后，在接收器和发射器之间建立高速通信。

在步骤906，在接收器远离发射器预定的超时时段后，高速通信与无线功率传输系统断开。

图10示出了根据本公开的各种实施例的断开高速通信的第二方法的流程图。图10中所示的流程图仅仅是一个例子，它不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替代和修改方案。例如，图10中所示的各种步骤可以被添加、移除、替换、重新安排和重复。

在步骤1002，在无线功率传输系统的接收器和发射器之间建立低速通信。

在步骤1004，在建立低速通信之后，在接收器和发射器之间建立高速通信。

在步骤1006，在接收到用户断开命令后，高速通信与无线功率传输系统断开。

尽管已经详细描述了本公开的实施例及其优点，但是应当理解，在不背离所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。正如本领域普通技术人员从本公开的公开内容中容易理解的那样，执行基本相同的功能的过程、机器、制造、物质组合物、手段、方法或步骤，目前存在或以后将被开发或实现与根据本公开可利用本文描述的相应实施例基本相同的结果。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (20)

1.一种电子装置，包括：

耦合到接收器线圈的整流器，所述接收器线圈被配置为与无线功率传输系统的发射器线圈磁耦合，其中所述整流器被配置为将交流电压转换成直流电压；

第一通信装置，被配置为与无线功率传输系统的发射器之间提供低速通信；以及

第二通信装置，被配置为与无线功率传输系统的发射器之间提供高速通信，其中所述第二通信装置提供的高速通信是通过所述第一通信装置提供的低速通信来启动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，

在所述第一通信装置中完成握手过程后，建立由所述第二通信装置提供的高速通信；以及

在所述电子装置远离所述无线功率传输系统的发射器预定的超时时段后，由所述第二通信装置提供的所述无线功率传输系统的高速通信断开。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，

在所述第一通信装置中完成握手过程后，建立由所述第二通信装置提供的高速通信；和

在用户断开命令被接收到后，由所述第二通信装置提供的所述无线功率传输系统的高速通信断开。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述第一通信装置包括通信调制器，被配置为与所述无线功率传输系统的发射器中的通信解调器耦合；以及

所述第二通信装置包括第一数据收发器，被配置为与一无线功率传输系统的发射器中的第二数据收发器耦合。

5.根据权利要求4所述的装置，进一步包括：

包括处理器的控制单元；

幅移键控(ASK)调制器，被配置为提供在所述电子装置与所述无线功率传输系统的发射器之间的低速通信；以及

连接到所述整流器的输出端的功率转换器。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，

所述控制单元被制造在第一半导体裸片中；

所述整流器、所述ASK调制器和所述功率转换器被制造在第二半导体裸片中；以及

所述第一数据收发器被制造在第三半导体裸片中，并且其中，所述第一半导体裸片、所述第二半导体裸片和所述第三半导体裸片被嵌入在同一个半导体封装中。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，

所述控制单元被制造在第一半导体裸片中；以及

所述整流器、所述ASK调制器和所述功率转换器被制造在第二半导体裸片中。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，

所述第一半导体裸片和所述第二半导体裸片是在嵌入式晶圆级球栅阵列型(eWLB)封装中。

9.根据权利要求7所述的装置，其中，

所述第一半导体裸片和所述第二半导体裸片是在嵌入式硅扇出型(eSiFO)封装中。

10.一种建立高速通信的方法，包括：

建立接收器与一无线功率传输系统的发射器之间的低速通信；

使用所述低速通信在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输认证数据；

使用所述低速通信从所述接收器向所述无线功率传输系统的发射器发送高速通信请求，或使用所述低速通信使所述接收器接收来自所述无线功率传输系统的发射器的高速通信请求；以及

一旦接收到连接批准回复，建立所述接收器与一无线功率传输系统的发射器之间的高速通信。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述低速通信是所述接收器与一无线功率传输系统的发射器之间的带内通信；以及

所述高速通信是由接收器数据收发器执行。

12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

使用所述低速通信将MAC地址从所述接收器发送至所述发射器。

13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

在所述接收器远离无线功率传输系统的发射器预定的超时时段后，断开所述高速通信。

14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

在接收到用户断开指令后，断开所述高速通信。

15.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输功率；以及

使用所述低速通信在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输多个数据信息，其中，一旦建立了所述低速通信，在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输功率的步骤以及在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输多个数据信息的步骤被同时进行。

16.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输功率；

使用所述低速通信在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输多个第一数据信息；以及

使用所述高速通信在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输多个第二数据信息，其中，一旦建立了所述高速通信，在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输功率的步骤，使用所述低速通信在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输多个第一数据信息的步骤，以及使用所述高速通信在所述接收器与所述无线功率传输系统的发射器之间传输多个第二数据信息的步骤被同时进行。

17.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

使用所述低速通信所述接收器接收来自所述发射器的MAC地址和所述高速通信请求。

18.一种无线功率传输系统，包括：

耦合到功率源的第一功率转换器；

耦合到所述第一功率转换器的输出的发射器电路；

耦合到所述发射器电路的发射器线圈；

与所述发射器线圈磁耦合的接收器线圈；

与所述接收线圈连接的整流器，所述接收器线圈与所述发射器线圈磁耦合，其中，所述整流器被配置为将交流电压转换为直流电压；

连接在所述整流器和负载之间的第二功率转换器；

第一通信装置，被配置为在所述系统的接收器和发射器之间提供低速通信；以及

第二通信装置，被配置为在所述系统的接收器和发射器之间提供高速通信，其中，由所述第二通信装置提供的高速通信是通过实施第一通信装置提供的低速通信来启动的。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，

所述第一通信装置包括通信调制器和通信解调器，其中，所述通信调制器在接收器中，且所述通信解调器在发射器中；

所述第二通信装置包括接收器数据收发器和发射器数据收发器；

所述低速通信是在所述系统的接收器和发射器之间的带内通信；

由所述第二通信装置执行的高速通信是在所述第一通信装置中完成握手过程后建立的；并且

在接收器远离发射器预定的超时时段后，由所述第二通信装置执行的高速通信与系统断开连接。

20.根据权利要求18所述的系统，进一步包括：

控制单元，包括处理器；以及

幅移键控(ASK)调制器，被配置为提供在接收器和发射器之间的低速通信，并且其中，

所述控制单元被制造在第一半导体裸片中；以及

所述整流器、所述ASK调制器和所述第二功率转换器被制造在第二半导体裸片中，其中，所述第一半导体裸片和所述第二半导体裸片被嵌入在同一个封装中。