JP2012501500A

JP2012501500A - 並行して行う無線電力伝送および近接場通信

Info

Publication number: JP2012501500A
Application number: JP2011525155A
Authority: JP
Inventors: クック、ニゲル・ピー．; シエベル、ルカス; ウィドマー、ハンズペーター
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2012-01-19
Also published as: CN102132501A; KR20110048567A; KR101247436B1; EP2338238B1; EP2338238A1; JP2014140293A; WO2010025157A1; US20100190436A1

Abstract

例示的な実施形態は、無線電力の伝達および近接場通信（ＮＦＣ）の動作について述べられる。電子デバイス（４００）は、ＮＦＣ周波数で共振し、誘導電流を生成するように構成されたアンテナ（４０２）を含む。電子デバイスは、誘導電流に各々ともに結合される、整流回路（４０４）とＮＦＣ回路（４１０）とをさらに含む。整流回路は、電子デバイスのために、誘導電流を直流電力に整流するように構成され、ＮＦＣ回路は、誘導電流の任意のデータを復調するように構成される。無線電力とＮＦＣを並行して受け取るための方法は、アンテナ（６０２）から誘導電流を受け取ることと、電子デバイス（６０４）による使用のために誘導電流を直流電力に整流することと、ＮＦＣ（６０６）のための任意のデータを決定するために、整流と並行して誘導電流を復調すること、とを含む。

Description

３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９下の優先権主張
本願は、２００８年８月２６日に出願された、「デュアルファンクションアンテナを使用した、電子デバイスへの無線電力およびＲＦＩＤの共同統合化（JOINT INTEGRATION OF WIRELESS POWER AND RFID INTO ELECTRONIC DEVICES USING DUAL FUNCTION ANTENNA）」と題する、米国仮特許出願番号第６１／０９２，０２２号の、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）下の優先権を主張し、その開示は、その全体が引用によってここに組み込まれる。

本発明は、概して無線充電（wireless charging）に関し、より詳細には、無線充電システムに関連する、デバイス、システム、および方法に関する。

一般的に、無線電子デバイス等の電源供給型デバイスは、それぞれ、それ独自の有線の充電器および電源を必要とし、それは、通常、交流（ＡＣ）電源出力である。そのような有線の構成は、多くのデバイスが充電を必要とする場合に、扱いづらくなる。充電される電子デバイスに接続される送受信機間の、空中を介した（over-the-air）、または無線（wireless）による電力伝送を使用するアプローチが、開発されている。受信アンテナは、放射電力を収集し、それを、デバイスへの電力の供給またはデバイスのバッテリーの充電のために使用できる電力に整流する。無線によるデバイスの電力供給は、他の通信システムによって占有されることもある伝送周波数を利用することができる。１つのそのような例は、たとえば１３．５６ＭＨｚ帯域を利用することのできる、（一種の「ＲＦＩＤ」として一般に知られている）近接場通信（Near-Field Communication：ＮＦＣ）システムである。

さらに、共通の周波数帯域を利用する単一の電子デバイスとして常駐する分離したアプリケーションもある。したがって、共通の周波数帯域での、さまざまなアプリケーションの互換性のある相互動作を可能にする必要性がある。

無線電力伝送システムの簡略化されたブロック図である。無線電力伝送システムの簡略化された概略図である。例示的な実施形態に係る、ループアンテナの概略図である。例示的な実施形態に係る、無線電力伝送システムの機能ブロック図である。例示的な実施形態に係る、ＮＦＣと無線電力伝送の共存のための送信機の配置を示す図である。別の例示的な実施形態に係る、ＮＦＣと無線電力伝送の共存のための別の送信機の配置を示す図である。例示的な実施形態に係る、共存する無線電力充電とＮＦＣを含む電子デバイスを示す図である。例示的な実施形態に係る、ＮＦＣと無線電力を受信するための方法のフローチャートである。

詳細な説明

「例示的（exemplary）」という語は、「例、事例、または実例としての役割を果たす」ことを意味するためにここでは使用される。「例示的」であるとしてここで説明されるいずれの実施形態も、他の実施形態より利点がある、または好ましいものとして、必ずしも解釈されるべきでない。

付属の図面との関連で以下に述べられる詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明として意図されるが、本発明が実現可能である唯一の実施形態を表すことは意図しない。この説明を通して使用される「例示的な」という語は、「例、事例、または実例としての役割を果たす」ことを意味し、他の実施形態より利点がある、または好ましいものとして、必ずしも解釈されるべきでない。詳細な説明は、発明の例示的な実施形態の完全な理解を提供するという目的のために、具体的な詳細を含む。発明の例示的な実施形態がこれらの具体的な詳細なしでも実現されることができるということは、当業者にとって明らかであろう。いくつかの例において、周知の構造およびデバイスは、ここに提示される例示的な実施形態の新規性を曖昧にすることを回避するために、ブロック図の形態で示されている。

「無線電力（wireless power）」という語は、電場、磁場、電磁場、または、物理的な電磁導体を使用せずに、送信機から受信機へ送信される他のものに関連づけられる、任意の形態のエネルギーを意味するために、ここでは使用される。システムにおける電力の変換は、たとえば、モバイル電話、コードレス電話、ｉＰｏｄ（登録商標）、ＭＰ３プレイヤー、ヘッドセット、等を含むデバイスを無線で充電するために、ここでは説明される。一般的に、無線エネルギー伝送の１つの基礎をなす原理は、たとえば、３０ＭＨｚ以下の周波数を使用した、磁気結合による共振（すなわち、共振の誘導（resonant induction））を含む。しかしながら、免許免除の動作が比較的高い放射レベルで許可される、たとえば、１３５ｋＨｚ（ＬＦ）以下または１３．５６ＭＨｚ（ＨＦ）のいずれかの周波数を含む、さまざまな周波数が、用いられる場合がある。無線周波数識別（Radio Frequency Identification：ＲＦＩＤ）システムによって一般的に使用される、これらの周波数において、システムは、欧州におけるＥＮ３００３３０、または米国におけるＦＣＣ規則のパート１５（FCC Part 15 norm）といった干渉および安全の規格に適合しなくてはならない。限定ではなく例として、省略形ＬＦおよびＨＦは、「ＬＦ」がｆ_０＝１３５ｋＨｚのことを指し、「ＨＦ」がｆ_０＝１３．５６ＭＨｚのことを指すように、ここでは使用される。

「ＮＦＣ」という語は、ＲＦＩＤの機能（functionality）をも含むことができ、「ＮＦＣ」および「ＲＦＩＤ」という語は、互換性のある機能が、そのような置き換えを許容する場合に、入れ替えられることができる。一方または他方の用語の使用は、限定と考えられるものではない。

「トランシーバ」という用語は、トランスポンダの機能をも含むことができ、「トランシーバ」と「トランスポンダ」という用語は、互換性のある機能がそのような置き換えを許容する場合に、入れ替えられることができる。一方または他方の用語の使用は、限定と考えられるものではない。

図１は、さまざまな例示的な実施形態に係る、無線電力伝送システム１００を示す。入力電力１０２は、エネルギー伝達を供給するための磁場１０６を生成するために、送信機１０４に供給される。受信機１０８は、磁場１０６に結合し、出力電力１１０に結合された（図示しない）デバイスによる保存または消費のための出力電力１１０を生成する。送信機１０４と受信機１０８の両者は、距離１１２だけ離れている。１つの例示的な実施形態において、送信機１０４と受信機１０８は、互いに共振する関係によって構成され、そして、受信機１０８の共振周波数と送信機１０４の共振周波数が一致しているとき、受信機１０８が磁場１０６の「近接場」に位置すると、送信機１０４と受信機１０８間の伝送損失は最小である。

送信機１０４は、エネルギー伝送のための手段を提供する送信アンテナ１１４をさらに含み、受信機１０８は、エネルギーの受け取りまたは結合のための手段を提供する受信アンテナ１１８をさらに含む。送信および受信アンテナは、それらに関連づけられるアプリケーションおよびデバイスに合わせた寸法である。上述のとおり、効率的なエネルギーの伝達は、非近接場に電磁波でエネルギーの大半を伝搬するのではなく、送信アンテナの近接場において受信アンテナにエネルギーの大部分を結合することにより、起こる。この近接場において、結合が、送信アンテナ１１４と受信アンテナ１１８の間で確立されうる。この近接場結合が起こりうるアンテナ１１４と１１８の周りのエリアは、ここでは結合モード領域と称する。

図２は、無線電力伝送システムの簡略化された概略図を示す。送信機１０４は、入力電力１０２によってドライブされ、発振器１２２と、電力増幅器、つまり電力段１２４と、フィルタおよびマッチング回路１２６、とを含む。発振器は、所望の周波数を生成するように構成され、それは、調整信号１２３に応じて調整されることができる。発振器信号は、制御信号１２５に反応する電力出力とともに、電力増幅器１２４によって増幅されることができる。フィルタおよびマッチング回路１２６は、高調波または他の好ましくない周波数をフィルタリングし、かつ、送信アンテナ１１４に送信機１０４のインピーダンスを一致させるために、含まれることができる。

電子デバイス１２０は、受信機１０８を含み、図２に示すバッテリー１３６の充電、または受信機に結合されたデバイス（図示せず）への電力供給のための直流電力出力を生成するために、マッチング回路１３２と、整流器およびスイッチング回路１３４とを含むことができる。マッチング回路１３２が、受信アンテナ１１８に受信機１０８のインピーダンスを一致させるために含まれることができる。

さらに、通信チャネル１１９が、送信機１０４と受信機１０８との間に存在することができる。ここに説明されるように、通信チャネル１１９は、近接場通信（ＮＦＣ）の形態をとることもできる。ここに説明される１つの例示的な実施形態において、通信チャネル１１９は、磁場１０６とは別のチャネルとして実現され、別の例示的な実施形態において、通信チャネル１１９は、磁場１０６と組み合わせられる。

図３に示すように、例示的な実施形態において使用されるアンテナは、「ループ」アンテナ１５０として構成されることができ、ここでは、「磁気」、「共振」、または「磁気共振」アンテナと称される場合もある。ループアンテナは、空芯、またはフェライト芯といった物理的な芯を含むように構成されることもできる。さらに、空芯のループアンテナは、芯のエリア内における他の構成要素の配置を許容する。さらに、空芯のループは、送信アンテナ１１４（図２）の結合モード領域が、より効率化され得るように、送信アンテナ１１４（図２）の平面内に受信アンテナ１１８（図２）を配置することを、より容易に可能にすることができる。

上述のとおり、送信機１０４と受信機１０８間の効率的なエネルギー伝達は、送信機１０４と受信機１０８間の、一致した、または、ほぼ一致した共振の間に起こる。しかし、送信機１０４と受信機１０８間の共振が一致しない場合であっても、エネルギーは、より低い効率で伝達されることができる。エネルギーの伝達は、送信アンテナから自由空間へエネルギーを伝搬するのではなく、送信アンテナの近接場から、この近接場が確立される付近に存在する受信アンテナに、エネルギーを結合することにより、起こる。

ループアンテナの共振周波数は、インダクタンスとキャパシタンスに基づく。ループアンテナにおけるインダクタンスは、一般的に、ループによってつくり出されるインダクタンスであるが、キャパシタンスは、一般的に、所望の共振周波数で共振構造をつくり出すために、ループアンテナのインダクタンスに追加される。非限定の例として、キャパシタ１５２とキャパシタ１５４が、アンテナに追加されることができ、正弦曲線または準正弦曲線の信号１５６を生成する共振回路をつくり出す。このように、より大きな直径のループアンテナでは、共振を誘発するために必要とされるキャパシタンスの大きさは、ループの直径またはインダクタンスが大きくなると、減少する。さらに、ループアンテナの直径が大きくなると、効率的な近接場のエネルギー伝達エリアが、「近接」結合デバイスのために、増える。当然のことながら、他の共振回路が可能である。別の非限定の例として、キャパシタは、ループアンテナの２つのターミナル間で並列に配置されることもできる。さらに、当業者は、送信アンテナにとって、共振信号１５６がルーアンテナ１５０への入力であることもできる、ということを理解するであろう。

本発明の例示的な実施形態は、互いの近接場にある２つのアンテナ間の結合電力を含む。上述したとおり、近接場とは、電磁場が存在するがアンテナから伝搬または放射することのない、アンテナの周囲のエリアである。それらは、一般的に、アンテナの物理的な体積に近い体積に制限される。本発明の例示的な実施形態において、単数および複数回巻きのループアンテナのようなアンテナは、アンテナを取り巻く可能性のある環境の大半が、誘電性であり、したがって、電場と比較して、磁場へのより少ない影響を持つために、送信（Ｔｘ）および受信（Ｒｘ）アンテナシステムの両方に使用される。さらに、アンテナは、「電気」アンテナ（たとえば、ダイポールおよびモノポール）として主として構成され、または磁気および電気アンテナの組み合わせもまた考えられる。

Ｔｘアンテナは、上述の誘導アプローチおよび非近接場によって許容されるよりも著しく大きく離れた距離の小さなＲｘアンテナに対して、良好な結合効率（たとえば、＞１０％）を達成するために、十分に大きいアンテナのサイズで、および十分に低い周波数で、動作されることができる。Ｔｘアンテナが適切な寸法であれば、高い結合効率（たとえば、３０％）が、ホストデバイスのＲｘアンテナが、ドライブされたＴｘループアンテナの結合モード領域内（すなわち、近接場または強く結合された体制（regime））に配置されている場合に、達成可能である。

ここに開示されるさまざまな例示的な実施形態は、異なる電力変換アプローチに基づいた、異なる結合の変形（variants）を特定し、伝送レンジは、デバイスのポジショニングの柔軟性（たとえば、ほぼ距離がゼロの充電パッドソリューションのための、密接した「近接（proximity）」結合、または、ショートレンジの無線電力ソリューションのための、「近傍（vicinity）」結合）を含む。密接した近接結合用途（すなわち、強く結合された体制であって、結合ファクタは、一般的にｋ＞０．１）は、アンテナのサイズによって、一般的に数ミリメートルまたは数センチメートル程度の、短い、または非常に短い距離で、エネルギー伝達を提供する。近傍結合用途（すなわち、緩慢に結合された体制であって、結合ファクタは、一般的にｋ＜０．１）は、アンテナのサイズによって、一般的に１０ｃｍ乃至２ｍの範囲の距離で、比較的低い効率のエネルギー伝達を提供する。

ここに説明されるように、「近接」結合および「近傍」結合は、電力ソース／シンクをアンテナ／結合ネットワークに適合させるために、異なるマッチングアプローチを必要としうる。さらに、さまざまな例示的な実施形態は、ＬＦとＨＦアプリケーションの両方のための、および送信機と受信機のための、システムパラメータ、設計の目標、実施の変形、および仕様を提供する。これらのパラメータおよび仕様のいくつかは、たとえば特定の電力変換アプローチにより良好に適合するために、必要に応じて変化しうる。システム設計パラメータは、さまざまな優先順位およびトレードオフを含みうる。具体的には、送信機および受信機のサブシステムで考慮すべきことは、低コストでの実施を結果的にもたらす、高い伝送効率、回路の複雑性の低さを含むことができる。

図４は、例示的な実施形態に係る、送信機および受信機間のダイレクトフィールド結合（direct field coupling）のために構成された無線電力伝送システムの機能ブロック図を示す。無線電力伝送システム２００は、送信機２０４と受信機２０８を含む。入力電力Ｐ_ＴＸｉｎは、エネルギー伝達を提供するためのダイレクトフィールド結合ｋ２０６によって支配的に非放射性である場を生成するために、送信機２０４に供給される。受信機２０８は、非放射性の場２０６に直接結合され、出力ポート２１０に結合されたバッテリーまたは負荷２３６による保存または消費のために、出力電力Ｐ_{ＲＸｏｕｔ}を生成する。送信機２０４および受信機２０８の両者は、ある距離だけ離れている。１つの例示的な実施形態において、送信機２０４および受信機２０８は、互いに共振する関係によって構成され、受信機２０８の共振周波数ｆ_０と、送信機２０４の共振周波数が一致する場合に、受信機２０８は、送信機２０４によって生成された放射場の「近接場」に位置する間、送信機２０４および受信機２０８間の伝送損失は最小である。

送信機２０４は、エネルギー伝達のための手段を提供する送信アンテナ２１４をさらに含み、受信機２０８は、エネルギーを受け取るための手段を提供する受信アンテナ２１８をさらに含む。送信機２０４は、ＡＣ−ＡＣコンバータとして少なくとも部分的に機能する、送信電力変換ユニット２２０をさらに含む。受信機２０８は、ＡＣ−ＤＣコンバータとして少なくとも部分的に機能する、受信電力変換ユニット２２２をさらに含む。

まさまざまな受信アンテナの構成がここに説明され、送信アンテナ２１４と受信アンテナ２１８の両方が共通の共振周波数に同調した場合に、磁場を介して、送信アンテナ２１４から受信アンテナ２１８へ、エネルギーを効率的に結合することが可能な共振構造を形成する、容量負荷されたワイヤループまたは複数回巻きのコイルを使用する。このように、強く結合された体制における、電子デバイス（たとえば、モバイルフォン）の高効率の無線充電が説明され、送信アンテナ２１４と受信アンテナ２１８は、密接し近接しており、一般的に３０％を上回る結合ファクタを結果としてもたらす。このように、ワイヤループ／コイルアンテナ、および調和したパッシブダイオード整流回路を含む、さまざまな受信機のコンセプトが、ここに説明される。

多くのリチウムイオンバッテリーで電力供給される電子デバイス（たとえば、モバイルフォン）は、３．７Ｖから動作し、１Ａに及ぶ電流で充電される（たとえば、モバイルフォン）。したがって、最大の充電電流で、バッテリーは、４オーム程度の受信機に対する負荷抵抗を示す。これは、より高い負荷抵抗がこれらの条件において最大の効率を達成するために一般的に必要とされるため、強く結合された共振誘導システムへの適合を、一般的に非常に困難にする。

最適な負荷抵抗は、二次電流のＬ−Ｃ比（アンテナのインダクタンス対キャパシタンス比）の関数である。しかしながら、周波数、所望のアンテナ形成ファクタ、およびＱファクタによって、Ｌ−Ｃ比の選択における制限が一般的に存在することが示されうる。このように、デバイスのバッテリーによって示された負荷抵抗に調和する共振受信アンテナを設計することは、常に可能であるわけではない。

アクティブまたはパッシブ変換ネットワーク、たとえば受信電力変換ユニット２２２は、負荷インピーダンスの調整のために使用されることができるが、アクティブ変換ネットワークは、電力を消費するか、無線電力受信機に損失と複雑性を追加するかのどちらかであり、不適切なソリューションであると思われる。ここに説明されるさまざまな例示的な実施形態において、受信電力変換ユニット２２２は、負荷２３６の負荷インピーダンスＲ_Ｌよりも大きい、基本周波数での入力インピーダンスを示す、ダイオード整流回路を含む。そのような整流回路は、低Ｌ−Ｃ共振受信アンテナ２１８と組み合わせると、望ましい（すなわち、最適に近い）ソリューションを提供することができる。

一般的に、たとえば１ＭＨｚを上回る、特に１３．５６ＭＨｚといった、より高い動作周波数では、ダイオードのリカバリー時間に起因する損失効果（すなわち、ダイオードのキャパシタンス）が、顕著となる。したがって、低いｄｖ／ｄｔのダイオード電圧波形を示すダイオードを含む回路が、望まれる。例として、これらの回路は、一般的に、アンテナインダクタンスを補完することによって伝達効率を最大化するために必要なアンチリアクターとしての役割を果たすことのできる、入力での分路キャパシタを必要とする。

分路キャパシタが伝達効率を最大化するために必要とされるというファクトは、結合ファクタとバッテリー負荷抵抗の両者の関数であり、これらのパラメータの一方が変化すると、自動適応（再同調）が必要とされるであろう。しかしながら、限られた範囲内での結合ファクタの変化を伴う強く結合された体制、および最も高い電力でのみ最大の効率であることを想定すると、合理的な妥協は、自動同調を要求しないということがわかるであろう。

磁気誘導原理に基づく無線電力伝送のための別の設計ファクタは、高調波が整流回路によって生成されるということである。受信アンテナ電流に含まれ、したがって受信アンテナを取り巻く磁場にも含まれる、高調波は、許容できるレベルを超えることもある。したがって、受信機／整流回路は、誘電受信アンテナ電流における最小のひずみを生成することが望ましい。

図５乃至図８は、さまざまな例示的な実施形態に係る、無線電力伝送が存在する場合に、ＲＦＩＤ（たとえば、ＮＦＣ）をサポートする、さまざまな構成を示す。さまざまな送信機の配置が、無線電力充電能力とＮＦＣ機能の両方を含む受信機との相互作用のために、説明される。

一般的に、欧州で動作される、ＮＦＣを含むＲＦＩＤシステムは、ＥＣＣの規格と、米国の対応する規格に従わなくてはならない。これらの規格は、専用の周波数帯域および放射（フィールドの強度）レベルを規定している。ＩＳＭ−帯域とほぼ一致するこれらの周波数帯域は、それらが、一般的に、増加した放射レベルでの免許免除の使用が可能であるため、携帯用電子デバイスの無線電力供給および充電用にも関心を持たれている。

パッシブトランシーバ（たとえば、トランスポンダ）をサポートするＮＦＣリーダー（たとえば、ＲＦＩＤリーダー）は、時に好ましくない状況で、トランシーバ（たとえば、トランスポンダ）にエネルギーを与えるのに十分に強い信号を送信しなくてはならない。例として、１３．５６ＭＨｚのＲＦＩＤ／ＮＦＣ送信機は、一般的に、たとえば、１Ｗ乃至１０Ｗの範囲の電力を使用して、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）変調キャリアを放射する。変調の程度は、一般的に非常に低い。周波数領域において、ＡＳＫ−変調ＮＦＣ信号は、強い離散キャリア波コンポーネントとして、また、送信された情報を含む非常に弱い下側と上側の側波帯として、現れる。１３．５６ＭＨｚの送信機のキャリア波コンポーネントは、１３．５６００ＭＨｚ＋／−７ｋＨｚによって規定された、狭い周波数帯域内でなくてはならない。

主に、ＮＦＣ放射場の高い電力のキャリアコンポーネントは、同一の周波数で動作する無線電力伝送システムのそれと区別可能ではない。したがって、無線電力伝送システムは、有害な干渉を作り出すことなく、ＮＦＣとともに存在することができる。反対に、コヒーレントでない（すなわち、絶対的に周波数同期である）場合、ＮＦＣシステムと無線電力伝送システムの組み合わせは、概して、受信エネルギーを増加するにすぎない。そのような結果は、たとえば、充電運用目的のために、低いボーレートで情報を送信する無線電力伝送システムと同様である。

図５は、１つの例示的な実施形態に係る、無線電力伝送およびＮＦＣの共存のための、送信機の配置を示す。図５の配置３００は、ＮＦＣ送信機またはリーダー３０４とは別に、独立して動作する、無線電力送信機３０２を示す。さまざまな例示的な実施形態において、無線電力送信機３０２およびＮＦＣ送信機３０４の両者が実質的に同一の送信周波数帯域でそれぞれ動作することが、想定される。無線電力送信機３０２は、周波数ｆ_０で、変調されていない磁気近接場３０６を生成し、ＮＦＣ送信機３０４は、周波数ｆ_０で、変調された磁気近接場３０８を生成する。

無線電力送信機３０２は、ＮＦＣ送信機３０４を組み込んだＮＦＣシステムとは別の独立した充電システムとして実現されることもできる。したがって、無線電力送信機３０２とＮＦＣ送信機３０４によって送信される、それぞれのキャリア波は、位相が一致しない。しかしながら、上記のとおり、組み合わされた電力が有害でなく有益であることが示されている。

電子（たとえば、ホスト）デバイス３１０は、無線電力受信機３１２を介して無線電力を受信することと、ＮＦＣ受信機またはトランシーバ３１４を介してＮＦＣに携わること、との二重の機能を含む。図５は、この二重の機能を、別々に示しているが、図７は、無線電力受信機３１２とＮＦＣトランシーバ３１４のさまざまな相互関係性を以下のとおり詳しく示す。

図６は、別の例示的な実施形態に係る、無線電力伝送およびＮＦＣの共存のための、別の送信機の配置を示す。図６の配置３２０は、共通の発振器等の電子コンポーネントを共有することのできる、組み合わせられた無線電力およびＮＦＣ送信機またはリーダー３２２を示す。上述のとおり、さまざまな例示的な実施形態において、無線電力伝送およびＮＦＣの両者が実質的に同一の送信周波数帯域で起こることが想定されている。組み合わせられた無線電力およびＮＦＣ送信機３２２は、周波数ｆ_０で、磁気近接場３２４でのＮＦＣの間、変調を生成し、そうでなければ、周波数ｆ_０で、変調されていない磁気近接場３２４を生成する。

図６の無線電力送信機３０２は、図５を参照した説明によって実現されるが、組み合わせられた無線電力およびＮＦＣ送信機３２２によって送信されるキャリア波は、無線電力伝達およびＮＦＣの両方のためのシングルキャリア波であり、したがって、いずれの位相の関係性も存在しない。

図７は、例示的な実施形態に係る、共存する無線電力充電およびＮＦＣを含む電子デバイスを示す。電子デバイス４００は、図５と図６の無線電力受信機３１２とＮＦＣ受信機３１４の機能を組み合わせたものであり、電子デバイス４００の実現は、特定の機能を実現するための共通の要素を利用する。さらに、ここに説明される無線電力伝送手法の共存する互換性により、無線電力受信機とＮＦＣトランシーバ（たとえば、トランスポンダ）の機能は、電子デバイス４００に一緒に統合されることができる。

電子デバイス４００は、無線電力伝送およびＮＦＣの両方のための役割を果たすように構成されたアンテナ４０２を含む。さらに、アンテナ４０２は、周波数ｆ_０の変調されていない磁気近接場３０６（図５）、または周波数ｆ_０の変調された磁気近接場３０８（図５）のいずれかによって励磁されると、共振するように構成されている。さらに、アンテナ４０２は、（ｉ）周波数ｆ_０の変調されていない磁気近接場３０６（図５）、または周波数ｆ_０の変調された磁気近接場３０８（図５）を生成する、１つ以上の個々のキャリア波、または（ｉｉ）シングルキャリア波、のいずれかによって励磁されると、共振するように構成されており、変調されても変調されなくても、磁気近接場３２４（図６）を生成する。さらに、アンテナ４０２は、無線電力伝送の機能とＮＦＣの機能との間でスイッチされず、その代わりに、変調された、または変調されていない、磁気近接場のいずれかに反応する。

電子デバイス４０２は、バッテリー（負荷）４２６の充電、またはホストデバイスエレクトロニクス４０６への無線電力供給のために、誘導電流をＤＣ電圧に変えて整流するように構成された、整流回路４０４をさらに含む。電子デバイス４０２は、バッテリー４２６からホストデバイスエレクトロニクス４０６に、保存されたエネルギーを結合することにより、ホストデバイスエレクトロニクス４０６を活性化するためのスイッチ４０８をさらに含むことができる。その代わりに、ホストデバイスエレクトロニクス４０６は、バッテリー４２６等のエネルギー保存デバイスが存在しない場合に、整流回路４０４から直接電力供給されることもできる。

電子デバイス４０２は、パッシブトランシーバ（たとえば、トランスポンダ）回路４１２、またはアクティブトランシーバ（たとえば、トランスポンダ）回路４１４のいずれかを含むように構成されることもでき、パッシブおよびアクティブトランシーバ回路を含むように構成されることもできる、ＲＦＩＤ／ＮＦＣ回路４１０をさらに含む。パッシブトランシーバ回路４１２は、整流回路４０４から直流電力４１６を受け取ることができる。さらに、整流回路４０４、またはＮＦＣ回路４１０のいずれかは、有害となる可能性のある無線電力伝送信号レベルが存在する場合に、損害を与える可能性のある電力レベルから、パッシブトランシーバ回路４１２を保護するために、電力制限回路を含むことを必要としうる。

アクティブトランシーバ回路４１４は、より高い電力の要求を示すことによって、バッテリー４２６等の保存されたエネルギーのソースから、直流電力４１８を受け取ることができる。ＮＦＣ回路４１０は、パッシブトランシーバ回路４１２よりもＮＦＣ回路４１０におけるアクディブトランシーバ回路４１４の選択を引き起こす、直流電力４１８を検出するようにさらに構成されることもできる。あるいは、スイッチ４２０は、パッシブトランシーバ回路４１２を選択するように、ＮＦＣ回路４１０にさせる、保存されたエネルギーの不在（すなわち、バッテリーがない、または放電している）を象徴的に示す。

変調された磁気近接場がアンテナ４０２における励磁を誘導すると、変調されたデータは、復調される必要がある。さらに、電子デバイス４００が関与しているとき、ＮＦＣ回路４１０における、または、データ経路４２８によって受け取られたＮＦＣデータは、データ経路４２４およびアンテナ４０２を介して、（たとえば、アンテナ負荷インピーダンス変調を使用して）、変調および送信されなくてはならない。したがって、電子デバイス４００は、パッシブトランシーバ回路４１２、またはアクティブトランシーバ回路４１４のいずれかによる使用のために、ＮＦＣ回路４１０の一部として示された、復調／変調（demod/mod）回路４２２をさらに含む。復調／変調回路４２２は、ＮＦＣ回路４１０の一部として示されているが、整流回路４０４に含まれてもよい。さらに、復調／変調回路４２２は、パッシブトランシーバ回路４１２およびアクティブトランシーバ回路の各々の中に含まれてもよい。

共振磁気アンテナ、たとえば、アンテナ４０２は、より低いＱファクタ（たとえば、＜１００）を一般的に示す電子デバイスに、コンパクトに組み込まれる。これは、データ変調のための帯域幅と電力効率間のトレードオフを必要とするＮＦＣに関して、利点があるものと考えられうる。

図８は、例示的な実施形態に係る、ＮＦＣおよび無線電力を並行して受け取るための方法のフローチャートを示す。ＮＦＣおよび無線電力を並行して受け取るための方法６００は、ここに説明された、さまざまな構造および回路によってサポートされる。方法６００は、アンテナから誘導電流を受け取るためのステップ６０２を含む。方法６００は、電子デバイスによる使用のために、誘導電流を直流電力に整流するためのステップ６０４をさらに含む。方法６００は、ＮＦＣのための任意のデータを決定するために、整流と並行して、誘導電流を復調するためのステップ６０６をさらに含む。

当業者は、制御情報および信号が任意のさまざまな異なる手法および技術を使用して表されうるということを理解するであろう。たとえば、上記説明を通して言及されうる、データ、命令、指示、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光場または光粒子、またはそれらの任意の組合せによって表されることができる。

当業者は、さらに、ここに開示された実施形態に関連して説明された、さまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムのステップが、電子ハードウェアとして実現されても、コンピュータソフトウェアによって制御されても、または両者の組み合わせであってもよい、ということを理解するであろう。ハードウェアとソフトウェアのこの相互互換性をわかりやすく説明するために、さまざまな例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能の点で、概して上述された。そのような機能がハードウェアとして実現されるかソフトウェアによって制御されるかどうかは、システム全体に課された設計の制約および特定の用途に依存する。当業者は、各特定の用途のために、さまざまな方法で、説明された機能を実現することができるが、そのような実現の決定は、本開示の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を生じるものとして解釈されるべきではない。

ここに開示された実施形態に関連して説明された、さまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、離散ゲートまたはトランジスタ論理、離散ハードウェアコンポーネント、または、ここに説明された機能を実行するように設計された、それらの任意の組み合わせによって、制御されることもできる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサでもよいが、その代わりに、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、またはステートマシンでもよい。プロセッサは、コンピュータデバイスの組み合わせ、たとえば、ＤＳＰと、１つのマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと結合された１つ以上のマイクロプロセッサとの組み合わせ、または任意の他のそのような構成としても実現されることができる。

ここに開示された実施形態に関連して説明された方法またはアルゴリズムの制御ステップは、ハードウェアで直接的に、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、または、その２つの組み合わせにおいて、具現化されることもできる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的にプログラム可能なＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能でプログラム可能なＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当該技術で周知の任意の他の形態の記憶媒体の中に存在することもできる。例示的な記憶媒体は、プロセッサに結合されているので、プロセッサは、記憶媒体から情報を読み、記憶媒体に情報を書くことができる。その代わりに、記憶媒体は、プロセッサに統合されてもよい。プロセッサと記憶媒体は、ＡＳＩＣの中に存在することもできる。ＡＳＩＣは、ユーザー端末の中に存在することもできる。その代わりに、プロセッサと記憶媒体は、ユーザー端末における離散コンポーネントとして存在することもできる。

１つ以上の例示的な実施形態において、説明された制御機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または、これらの任意の組合せにおいて実現可能である。ソフトウェアにおいて実現される場合、機能は、コンピュータ可読媒体における１つ以上の命令またはコードとして記憶または伝送されることができる。コンピュータ可読媒体は、１つの場所から他へのコンピュータプログラムの移送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体およびコンピュータ記憶媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによるアクセスが可能な任意の入手可能な媒体であってもよい。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または、他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、または、他の磁気記憶デバイス、または、コンピュータによるアクセスが可能であり、データ構造または命令の形態の所望のプログラムコードを記憶または搬送するために使用可能な任意の他の媒体を含むことができる。さらに、いずれの接続も当然のことながらコンピュータ可読媒体と呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、または、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）を使用する他のリモートソース、または、赤外線、無線、および、マイクロ波といった無線技術によって伝送される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または、赤外線、無線、および、マイクロ波といった無線技術は、媒体の定義に含まれる。ディスク（disk）およびディスク（disc）は、ここに使用されているように、コンパクトディスク（disc）（ＣＤ）、レーザー（登録商標）ディスク（disc）、光ディスク（disc）、デジタル多用途ディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク（disk）、およびブルーレイ（登録商標）ディスク（disc）を含み、ディスク（disks）は普通、データを磁気的に再生するが、ディスク（discs）は普通、レーザーで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、また、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

開示された例示的な実施形態の先の説明は、本発明を製造または使用することを、いずれの当業者にも可能にするために提供されている。これらの例示的な実施形態へのさまざまな変更は、当業者に容易に理解され、ここに定義された一般的な原理は、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他の実施形態に適用されることができる。このように、本発明は、ここに示された実施形態に限定されることは意図せず、ここに開示された原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。

電子デバイス４００は、バッテリー（負荷）４２６の充電、またはホストデバイスエレクトロニクス４０６への無線電力供給のために、誘導電流をＤＣ電圧に変えて整流するように構成された、整流回路４０４をさらに含む。電子デバイス４００は、バッテリー４２６からホストデバイスエレクトロニクス４０６に、保存されたエネルギーを結合することにより、ホストデバイスエレクトロニクス４０６を活性化するためのスイッチ４０８をさらに含むことができる。その代わりに、ホストデバイスエレクトロニクス４０６は、バッテリー４２６等のエネルギー保存デバイスが存在しない場合に、整流回路４０４から直接電力供給されることもできる。

電子デバイス４００は、パッシブトランシーバ（たとえば、トランスポンダ）回路４１２、またはアクティブトランシーバ（たとえば、トランスポンダ）回路４１４のいずれかを含むように構成されることもでき、パッシブおよびアクティブトランシーバ回路を含むように構成されることもできる、ＲＦＩＤ／ＮＦＣ回路４１０をさらに含む。パッシブトランシーバ回路４１２は、整流回路４０４から直流電力４１６を受け取ることができる。さらに、整流回路４０４、またはＮＦＣ回路４１０のいずれかは、有害となる可能性のある無線電力伝送信号レベルが存在する場合に、損害を与える可能性のある電力レベルから、パッシブトランシーバ回路４１２を保護するために、電力制限回路を含むことを必要としうる。

Claims

磁気近接場において共振し、共振中に誘導電流を生成する、ように構成された、アンテナと、
共振中に、前記アンテナからの前記誘導電流を整流するために、前記アンテナに結合された、整流回路と、
前記誘導電流の任意のデータを復調するために、前記アンテナに結合された、近接場通信（ＮＦＣ）回路
とを含む、電子デバイス。
前記ＮＦＣ回路が、アクティブトランシーバ回路およびパッシブトランシーバ回路のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
前記ＮＦＣ回路が前記パッシブトランシーバ回路を含む場合に、前記整流回路が、前記パッシブトランシーバ回路に電力を供給するようにさらに構成される、請求項２に記載のデバイス。
前記整流回路が、前記パッシブトランシーバ回路への電力を制限するようにさらに構成される、請求項３に記載のデバイス。
前記ＮＦＣ回路が前記アクティブトランシーバ回路を含む場合に、前記整流回路が、前記アクティブトランシーバ回路に電力を供給するようにさらに構成される、請求項２に記載のデバイス。
前記アクティブトランシーバ回路を使用不可にするために、前記アクティブトランシーバ回路への前記電力を使用不可にするためのスイッチをさらに含む、請求項５に記載のデバイス。
前記ＮＦＣ回路が、前記パッシブトランシーバ回路およびアクティブトランシーバ回路のうちの１つにおいて、前記誘導電流のデータを復調し、送信データを変調する、ようにさらに構成されている、請求項２に記載のデバイス。
前記アンテナが、前記誘導電力の整流中に、前記整流回路に結合されるとともに、前記パッシブトランシーバ回路および前記アクティブトランシーバ回路のうちの１つから受け取った送信データの変調と、前記誘導電流の任意のデータの復調、とのうちの少なくとも１つの間に、前記ＮＦＣ回路に結合される、請求項１に記載のデバイス。
前記ＮＦＣ回路は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）回路として構成される、請求項１に記載のデバイス。
ＮＦＣ周波数で共振し、誘導電流を生成する、ように構成された、アンテナと、
前記誘導電流に、各々ともに結合されている、整流回路と、ＮＦＣ回路であって、前記整流回路は、電子デバイスのために、前記誘導電流を直流電力に整流するように構成され、前記ＮＦＣ回路は、前記誘導電流の任意のデータを復調するように構成される、整流回路と、ＮＦＣ回路
とを含む、電子デバイス。
前記誘導電流は、変調されていないキャリア波と、変調されたデータを含む変調されたデータキャリア波、とのうちの少なくとも１つから生成される、請求項１０に記載の電子デバイス。
前記誘導電流が変調されたデータキャリア波から生成される場合に、前記整流回路は、さらに、前記変調されたデータを直流電力に整流する、請求項１１に記載の電子デバイス。
アンテナから誘導電流を受け取ることと、
電子デバイスによる使用のために、前記誘導電流を直流電力に整流することと、
ＮＦＣのための任意のデータを決定するために、整流と並行して前記誘導電流を復調すること
とを含む、ＮＦＣおよび無線電力を並行して受け取るための方法。
復調することは、アクティブトランシーバ回路およびパッシブトランシーバ回路のうちの少なくとも１つのために、任意のデータを復調することを含む、請求項１３に記載の方法。
前記アクティブトランシーバ回路およびパッシブトランシーバ回路のうちの少なくとも１つに、前記直流電力により電力供給することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
前記アクティブトランシーバ回路およびパッシブトランシーバ回路のうちの少なくとも１つが、両方を含む場合に、前記方法は、前記パッシブトランシーバ回路に復調することを指示するために、前記アクティブトランシーバ回路の前記直流電力をオフにスイッチすることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記誘導電流は、変調されていないキャリア波と、変調されたデータを含む変調されたデータキャリア波、とのうちの少なくとも１つから生成される、請求項１３に記載の方法。
前記誘導電流が変調されたデータキャリア波から生成される場合に、前記方法が、前記変調されたデータを直流電力に整流することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
アンテナから誘導電流を受け取るための手段と、
電子デバイスによる使用のために、前記誘導電流を直流電力に整流するための手段と、
ＮＦＣのための任意のデータを決定するために、整流と並行して前記誘導電流を復調するための手段
とを含む、ＮＦＣおよび無線電力を並行して受け取るための電子デバイス。
前記復調するための手段が、アクティブトランシーバ回路およびパッシブトランシーバ回路のうちの少なくとも１つのために任意のデータを復調するための手段を含む、請求項１９に記載の電子デバイス。
前記アクティブトランシーバ回路およびパッシブトランシーバ回路のうちの少なくとも１つに、前記直流電力により電力供給するための手段をさらに含む、請求項２０に記載の電子デバイス。
前記アクティブトランシーバ回路およびパッシブトランシーバ回路のうちの少なくとも１つが、両方を含む場合に、前記電子デバイスは、前記パッシブトランシーバ回路に復調することを指示するために、前記アクティブトランシーバ回路の前記直流電力をオフにスイッチするための手段をさらに含む、請求項２１に記載の電子デバイス。