CN212134812U - 一种用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种成本低、体积小且测试全面的用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路。该电路包括系统电源单元（1）、信号收发单元（2）、信号采集单元（3）以及信号处理单元（4），所述信号收发单元（2）、所述信号采集单元（3）和所述信号处理单元（4）依次连接，所述系统电源单元（1）为所述信号采集单元（3）、所述信号处理单元（4）及待测无线充电器主板供电。本实用新型用于无线充电器测试领域。

Description

一种用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路

技术领域

本实用新型涉及无线充电器测试领域，尤其涉及一种用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路。

背景技术

随着时代的发展，电子产品在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，但是电池容量却一直都不能满足用户的需求。在电池的材料，技术，成本不易突破的现状下，无线充电便是一种能有效解决电子产品高电能需求的新兴技术。它取缔了供电设备与用电设备之间的物理连接，通过无线能量的传输为用电设备充电，有效的提高了用电设备的便捷性和美观性。

目前应用最成熟的一种无线充电技术就是利用电磁感应原理进行无线充电。这种技术是通过供电设备与被充设备之间相互靠近的线圈，实现电信号-磁信号-电信号的变化，并依据收发双方的协议，完成供电与通信的功能。

市场上越来越多的耳机、手机、电脑等电子产品采用电磁感应式的无线充电器。这种无线充电器主板的充电波形既要满足传递能量的同时又要满足通信，所以设计一种可以测试无线充电器主板充电波形的设备显得极为重要。传统的无线充电测试设备都是用标准的电源、示波器等设备组成一个测试系统来测试，但其价格高昂，体积巨大，且只能测试效率等基本功能。在大规模自动化测试生产中不符合高效，稳定的精益生产原则。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种成本低、体积小且测试全面的用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型所述电路包括系统电源单元，用于为待测无线充电器主板提供宽范围的供电电源；

信号收发单元，包括发送线圈和接收线圈，用于接收待测无线充电器主板的充电波形；

信号采集单元，用于对信号收发单元接收到的信号进行处理，采集需要的波形；

以及信号处理单元，用于将接收到的待测无线充电器的波形信号由模拟信号转换成数字信号，并对转换后的数字信号进行振幅、频率、失真及傅里叶变换的波形频谱分析；

所述信号收发单元、所述信号采集单元和所述信号处理单元依次连接，所述系统电源单元为所述信号采集单元、所述信号处理单元及待测无线充电器主板供电。

上述方案可见，以独立的系统电源单元为各个部分宽范围的供电电源，使得本实用新型可满足大范围测试的要求；将信号采集单元、信号处理单元等集成到板卡上，大大地节省了空间，使得整个电路的体积大大地减小了；信号处理单元对转换后的数字信号能够进行振幅、频率、失真及傅里叶变换的波形频谱分析，极大地丰富了测试项目，使得测试更加全面，也大大地提高了测试效率，还避免了人为因素的过多引入，保证了测试精度，且提高了可靠性；与现有的采用昂贵的标准仪器相比，本实用新型大大地降低了成本，也简化了操作流程，降低了操作人员的劳动强度，使得本实用新型大批量地应用于电子产品的自动化测试中成为可能。

进一步地，所述系统电源单元包括降压电路、电流检测电路和电压调节电路，所述压降电路包括DC-DC、第一电容、第一二极管和第一电感，所述第一电容连接在所述DC-DC的PH脚和BOOT脚的两端，所述第一二极管的负极与所述DC-DC的PH脚连接，正极接地，所述第一电感的一端与所述DC-DC的PH脚连接，另一端与所述电流检测电路相连接，所述电流检测电路包括与所述第一电感连接的采样电阻和连接在所述采样电阻的电流检测放大器，所述电流检测放大器的输出端输出电流检测值，所述电压调节电路包括电压调节比较器，所述电压调节比较器的一个输入脚与电压输出端连接，另一个输入脚与调压DAC连接，所述电压调节比较器的输出端与所述DC-DC的Sensor脚连接。

上述方案可见，由DC-DC、第一电容、第一二极管和第一电感组成的完整的降压电路对输入的电压进行精确控制，通过采集电路对电流进行采集，确保输出电压的稳定性和可靠性，而电压调节电路的设置则完成降压电路的反馈和DAC调节电压的功能，进而使得整个电源单元为待测的无线充电器主板提供一个较宽范围的供电电源，保证电路的适用性较广。

再进一步地，所述信号采集单元包括带通滤波器、衰减器、高带宽差动放大器和全差分输出器，所述带通滤波器包括依次连接的第二电容、第二电阻和第四电阻，所述第二电阻和第四电阻之间连接有第三电阻并接地，所述第四电阻的另一端连接有第三电容并接地，所述衰减器包括依次连接的第五电阻和第六电阻，所述第六电阻的另一端接地，所述高带宽差动放大器包括第四放大器和第五放大器，所述第五电阻和所述第六电阻的连接点与所述第四放大器的输入正极连接，所述第四放大器的输入负极和所述第五放大器的输入正极之间通过差动第一电阻相连接，所述第四放大器的输入负极与输出极之间和所述第五放大器的输入正极与输出极之间均通过差动第二电阻相连接，所述第五放大器的输入负极接地，所述全差分输出器包括差分比较器，所述差分比较器的输入正极和输入负极分别与所述第四放大器的输出端和所述第五放大器的输出端连接，所述差分比较器还与基准参考电压相连接。

上述方案可见，带通滤波器能够对信号进行过滤，而衰减器则能够确保输入信号在后级运放的输入范围足够大；高带宽差动放大器将获得的小信号放大至后级全差分输出器和ADC的最佳输入范围内，并保证放大信号不失真，且使得整个采集单元的响应速度大大提高；全差分输出器的设置则能够避免外界信号对本电路的干扰，保证了测试精度。

再进一步地，所述信号处理单元包括高速模数转换器和信号处理芯片，所述高速模数转换器和所述信号处理芯片相连接，所述高速模数转换器为所述全差分比较器提供基准参考电压。由此可见，高速模数转换器能够大大地提高测试分析精度，且大大提高了分析响应速度，同时保证了完整波形的模数转换，通过信号处理芯片，将收到的模拟信号波形分解为数字信号进行振幅、频率、失真以及傅里叶变换等的运算，极大地扩展了测试功能。

最后，该电路还包括校准器，所述校准器为示波器，所述示波器连接于所述信号采集单元的输出端。由此可见，利用信号发生器输出不同幅值的正弦波加载到信号收发单元的接收线圈，由信号采集单元和信号处理单元完成波形的采集和处理，同时通过示波器抓取波形，将经过信号处理单元处理后输出的波形的幅值与示波器所得到的幅值使用最小二乘法进行曲线拟合， 即可保证采集的波形和标准仪器保持高度一致，完成信号校准。

附图说明

图1是本实用新型的简易架构图；

图2是所述系统电源单元的简易电路原理图；

图3是所述信号收发单元的简易电路原理图；

图4是所述信号采集单元的简易电路原理图；

图5是所述信号处理单元的简易电路原理图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型包括系统电源单元1、信号收发单元2、信号采集单元3以及信号处理单元4。所述系统电源单元1用于为待测无线充电器主板提供宽范围的供电电源。所述信号收发单元2包括发送线圈TX和接收线圈RX，用于接收待测无线充电器主板的充电波形。所述信号采集单元3用于对信号收发单元接收到的信号进行处理，采集需要的波形。所述信号处理单元4用于将接收到的待测无线充电器的波形信号由模拟信号转换成数字信号，并对转换后的数字信号进行振幅、频率、失真及傅里叶变换的波形频谱分析。所述信号收发单元2、所述信号采集单元3和所述信号处理单元4依次连接，所述系统电源单元1为所述信号采集单元3、所述信号处理单元4及待测无线充电器主板供电。如图3所示，本单元电路由线圈和继电器等器件构成。根据电磁感应定律，当一个带有铁心的线圈中电流有变化的时候，另一个线圈便会产生互感耦合现象。这样便可以接收到无线充电器主板的充电波形。

具体地，所述系统电源单元1包括降压电路、电流检测电路和电压调节电路，所述压降电路包括DC-DCU1、第一电容C1、第一二极管D1和第一电感L1，所述第一电容C1连接在所述DC-DCU1的PH脚和BOOT脚的两端，所述第一二极管D1的负极与所述DC-DCU1的PH脚连接，正极接地，所述第一电感L1的一端与所述DC-DCU1的PH脚连接，另一端与所述电流检测电路相连接，所述电流检测电路包括与所述第一电感L1连接的采样电阻Rc和连接在所述采样电阻Rc的电流检测放大器U2，所述电流检测放大器U2的输出端输出电流检测值，所述电压调节电路包括电压调节比较器U3，所述电压调节比较器U3的一个输入脚与电压输出端连接，另一个输入脚与调压DAC连接，所述电压调节比较器U3的输出端与所述DC-DCU1的Sensor脚连接。如图2所示，本单元电路由DC-DC、仪表运放和采样电阻等器件构成。原理为由U1,C1,D1,L1组成一个完整的BUCK降压电路拓扑结构，由U3完成降压电路的反馈和DAC调节电压功能，U2完成链路上电流检测功能。这样便可以为无线充电器主板提供一个较宽范围的供电。

所述信号采集单元3包括带通滤波器、衰减器、高带宽差动放大器和全差分输出器，所述带通滤波器包括依次连接的第二电容C2、第二电阻R2和第四电阻R4，所述第二电阻R2和第四电阻R4之间连接有第三电阻R3并接地，所述第四电阻R4的另一端连接有第三电容C3并接地，所述衰减器包括依次连接的第五电阻R5和第六电阻R6，所述第六电阻R6的另一端接地，所述高带宽差动放大器包括第四放大器U4和第五放大器U5，所述第五电阻R5和所述第六电阻R6的连接点与所述第四放大器U4的输入正极连接，所述第四放大器U4的输入负极和所述第五放大器U5的输入正极之间通过差动第一电阻Rg相连接，所述第四放大器U4的输入负极与输出极之间和所述第五放大器U5的输入正极与输出极之间均通过差动第二电阻Rr相连接，所述第五放大器U5的输入负极接地，所述全差分输出器包括差分比较器U6，所述差分比较器U6的输入正极和输入负极分别与所述第四放大器U4的输出端和所述第五放大器U5的输出端连接，所述差分比较器U6还与基准参考电压Vref相连接。如图4所示，该单元由前级带通滤波，衰减，差动放大和全差分输出构成。带通滤波器由C1100nF,C2(10pF)，R1(5.1kΩ)，R2200Ω,R3100Ω构成，其是一个截至频率为1.5K~3M的滤波器。衰减电路由R4(9MΩ)，R5(1MΩ)构成一个十倍的衰减，以确保最输入信号在后级运放的输入范围。高带宽的差动放大由U1,U2和Rg以及Rr构成，将获得的小信号放大至后级全差分运放和ADC的最佳输入范围内ADC最佳输入范围靠近Vref/2，并保证放大信号不会失真，差动放大倍数为：Vout=2Rr+Rg/Rg*Vin。全差分输出由U3完成，将获得信号转为差分信号送至ADC，以减小系统其他信号对其干扰。

所述信号处理单元4包括高速模数转换器ADC和信号处理芯片FPGA，所述高速模数转换器ADC和所述信号处理芯片FPGA相连接，所述高速模数转换器ADC为所述差分比较器U6提供基准参考电压Vref。如图5所示，该单元由高速ADC和FPGA构成。高速ADC具有50nS采样率和2^12分辨率，以确保完整波形的模数转换；将收到的模拟信号波形分解为离散的数字信号送至FPGA中进行振幅，频率，失真，FFT等参数的运算。

该电路还包括校准器，所述校准器为示波器，所述示波器连接于所述信号采集单元的输出端。校准过程如下：利用信号发生器输出不同幅值的正弦波加载到信号收发单元的接收线圈，由信号采集单元和信号处理单元完成波形的采集和处理，同时通过示波器抓取波形，将经过信号处理单元处理后输出的波形的幅值与示波器所得到的幅值使用最小二乘法进行曲线拟合， 即可保证采集的波形和标准仪器保持高度一致，完成信号校准。

在信号采集单元中，高带宽差动放大器为单端信号输出时，可去掉全差分输出器，单端信号直接进入信号处理单元的ADC。

本实用新型响应速度快，电路简单，成本低，可靠性高，可应用信号采集处理方案中，可大批量应用于电子产品自动化测试设备中。

Claims (5)

1.一种用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路，其特征在于：该电路包括

系统电源单元（1），用于为待测无线充电器主板提供宽范围的供电电源；

信号收发单元（2），包括发送线圈（TX）和接收线圈（RX），用于接收待测无线充电器主板的充电波形；

信号采集单元（3），用于对信号收发单元接收到的信号进行处理，采集需要的波形；

以及信号处理单元（4），用于将接收到的待测无线充电器的波形信号由模拟信号转换成数字信号，并对转换后的数字信号进行振幅、频率、失真及傅里叶变换的波形频谱分析；

所述信号收发单元（2）、所述信号采集单元（3）和所述信号处理单元（4）依次连接，所述系统电源单元（1）为所述信号采集单元（3）、所述信号处理单元（4）及待测无线充电器主板供电。

2.根据权利要求1所述的一种用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路，其特征在于：所述系统电源单元（1）包括降压电路、电流检测电路和电压调节电路，所述降压电路包括DC-DC（U1）、第一电容（C1）、第一二极管（D1）和第一电感（L1），所述第一电容（C1）连接在所述DC-DC（U1）的PH脚和BOOT脚的两端，所述第一二极管（D1）的负极与所述DC-DC（U1）的PH脚连接，正极接地，所述第一电感（L1）的一端与所述DC-DC（U1）的PH脚连接，另一端与所述电流检测电路相连接，所述电流检测电路包括与所述第一电感（L1）连接的采样电阻（Rc）和连接在所述采样电阻（Rc）的电流检测放大器（U2），所述电流检测放大器（U2）的输出端输出电流检测值，所述电压调节电路包括电压调节比较器（U3），所述电压调节比较器（U3）的一个输入脚与电压输出端连接，另一个输入脚与调压DAC连接，所述电压调节比较器（U3）的输出端与所述DC-DC（U1）的Sensor脚连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路，其特征在于：所述信号采集单元（3）包括带通滤波器、衰减器、高带宽差动放大器和全差分输出器，所述带通滤波器包括依次连接的第二电容（C2）、第二电阻（R2）和第四电阻（R4），所述第二电阻（R2）和第四电阻（R4）之间连接有第三电阻（R3）并接地，所述第四电阻（R4）的另一端连接有第三电容（C3）并接地，所述衰减器包括依次连接的第五电阻（R5）和第六电阻（R6），所述第六电阻（R6）的另一端接地，所述高带宽差动放大器包括第四放大器（U4）和第五放大器（U5），所述第五电阻（R5）和所述第六电阻（R6）的连接点与所述第四放大器（U4）的输入正极连接，所述第四放大器（U4）的输入负极和所述第五放大器（U5）的输入正极之间通过差动第一电阻（Rg）相连接，所述第四放大器（U4）的输入负极与输出极之间和所述第五放大器（U5）的输入正极与输出极之间均通过差动第二电阻（Rr）相连接，所述第五放大器（U5）的输入负极接地，所述全差分输出器包括差分比较器（U6），所述差分比较器（U6）的输入正极和输入负极分别与所述第四放大器（U4）的输出端和所述第五放大器（U5）的输出端连接，所述差分比较器（U6）还与基准参考电压（Vref）相连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路，其特征在于：所述信号处理单元（4）包括高速模数转换器（ADC）和信号处理芯片（FPGA），所述高速模数转换器（ADC）和所述信号处理芯片（FPGA）相连接，所述高速模数转换器（ADC）为所述差分比较器（U6）提供基准参考电压（Vref）。

5.根据权利要求1或3所述的一种用于无线充电器主板充电波形频谱分析的电路，其特征在于：该电路还包括校准器，所述校准器为示波器，所述示波器连接于所述信号采集单元的输出端。

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