KR102393065B1 - 단순화된 무선 전력 수신기 아키텍처 - Google Patents

단순화된 무선 전력 수신기 아키텍처 Download PDF

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Abstract

무선 전력 수신기 클라이언트 아키텍처를 사용하여 무선 전력을 수신하기 위한 시스템, 방법 및 장치가 개시된다. 단순화된 무선 전력 수신기 장치는 에너지 저장 디바이스와, 안테나를 포함하는 무선 주파수(RF) 송수신기를 포함한다. 에너지 저장 디바이스 및 RF 송수신기에는 에너지 수확기 회로가 결합되고, 에너지 저장 디바이스, RF 송수신기 및 에너지 수확기에는 제어 회로가 결합된다. 제어 회로는, RF 송수신기로 하여금, 무선 전력 송신기(WPT)와의 접속을 수립하게 하고, WPT로 비컨 신호를 송신하게 하고, WPT로부터 무선 전력 신호를 수신하게 한다. 제어 회로는 에너지 수확기 회로로 하여금 무선 전력 신호의 에너지의 적어도 일부를 저장을 위해 에너지 저장 디바이스에 전달하게 한다. 일부 실시예에서는, 비컨 신호의 송신과 무선 전력 신호의 수신 모두에 단일 안테나가 사용된다.

Description

단순화된 무선 전력 수신기 아키텍처
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2019년 4월 10일자로 출원된, 발명의 명칭이 "단순화된 무선 전력 수신기 아키텍처(Simplified Wireless Power Receiver Architecture)"인 미국 가특허 출원 제62/832,185호에 대한 우선권을 주장하며, 이 미국 가특허 출원은 그 전체가 본원에 참조에 의해 통합된다.
배경
많은 휴대용 전자 디바이스는 배터리에 의해 전력을 공급받는다. 종래의 건전지를 교체하는 데 드는 비용을 피하거나 소중한 자원을 절약하기 위해 재충전 가능한 배터리가 흔히 사용된다. 그러나, 종래의 재충전 가능한 배터리 충전기를 갖는 재충전 배터리는 교류(AC) 전력 콘센트에 접속해야 하는데, 이런 콘센트는 때로는 이용 불가능하거나 또는 가까이에 없어 불편한 경우가 있다. 그러므로, 전자기(electromagnetic: EM) 방사로부터 클라이언트 디바이스 배터리의 재충전 배터리 전력을 유도하는 것이 바람직할 수 있다.
전력 수신기는 전통적으로 전력 전달을 위해 사이드 채널 통신을 요구해왔다. 이 사이드 채널은 전통적으로 전력 수신기 등록, 전력 전달 타이밍 조정 및 수신기 상태 통신에 사용되는 IEEE 802.15.4 라디오였다. 이런 라디오의 포함은 비용을 증가시키고, 라디오 자체는 대상 디바이스의 다른 라디오(예컨대, BLUETOOTH LOW ENERGY(BLE) 또는 WI-FI)와 중복될 수 있다.
따라서, 전술한 문제를 극복하면서 추가적인 이점을 제공하는 기술이 요구되고 있다. 몇몇 종래 또는 관련 시스템 및 이와 연관된 제한에 대해 본 명세서에 제공된 예들은 예시적인 것으로 배타적인 것은 아니다. 기존의 또는 종래 시스템의 다른 제한은 다음의 상세한 설명을 읽을 때 당업자에게 명백해질 것이다.
본 출원은 발명의 명칭이 "무선 전력 전송 시스템에서의 항시적 비커닝(Anytime Beaconing in a Wireless Power Transmission System)"인 미국 특허 출원 제15/852,216호 및 발명의 명칭이 "무선 전력 전송을 위한 타이밍 획득 모듈(Timing Acquisition Module For Wireless Power Transmission)"인 미국 특허 출원 제16/244,013호와 관련되고 이들을 참조하며, 이들 둘 모두는 그 전체가 본원에 통합된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예는 첨부 도면에 제한이 아닌 예로서 도시되어 있는데, 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 가리킨다.
도 1은 일부 실시예에 따른, 무선 전력 전달 환경 내에서 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템으로부터 다양한 무선 디바이스로의 무선 전력 전달을 나타내는 예시적인 무선 전력 전달 환경을 포함하는 블록도를 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따른, 무선 전력 전달을 개시하기 위한 무선 전력 전송 시스템과 무선 전력 수신기 클라이언트 간의 예시적인 동작을 나타내는 순서도를 도시한다.
도 3은 공지된 무선 전력 수신기 클라이언트의 예시적인 구성요소를 나타내는 블록도를 도시한다.
도 4a는 일부 실시예에 따른 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트의 예시적인 구성요소를 나타내는 블록도를 도시한다.
도 4b는 일부 실시예에 따른, 도 4a의 예시적인 구현을 나타내는 블록도를 도시한다.
도 4c는 일부 실시예에 따른, 전자 선반 라벨(electronic shelf label: ESL) 애플리케이션에 대한 도 4a의 예시적인 구현의 블록도를 도시한다.
도 4d는 일부 실시예에 따른, 전통적인 AA 또는 AAA 배터리 애플리케이션에 대한 도 4a의 예시적인 구현의 블록도를 도시한다.
도 4e는 일부 실시예에 따른, 상이한 전원을 갖는 도 4a의 예시적인 구현의 블록도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 일부 실시예에 따른, 예시적인 다중 경로 무선 전력 전달 환경을 나타내는 도면을 도시한다.
도 6은 일부 실시예에 따른, 무선 전력 송신기의 관점에서 사이드 채널 통신에 의존하지 않는 도 4a 내지 도 4e의 무선 전력 수신기 클라이언트를 사용하는 비컨/전력 전달 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 7은 일부 실시예에 따른, 무선 전력 수신기의 관점에서 사이드 채널 통신에 의존하지 않는 도 4a 내지 도 4e의 무선 전력 수신기 클라이언트를 사용하는 비컨/전력 전달 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 8은 일부 실시예에 따른, 무선 전력 수신기 또는 클라이언트를 갖는 대표적인 모바일 디바이스 또는 태블릿 컴퓨터의 예시적인 구성요소를 나타내는 블록도를 도시한다.
도 9는 컴퓨터 시스템의 머신으로 하여금 본 명세서에서 논의되는 방법들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령어 세트가 실행될 수 있는 컴퓨터 시스템의 머신의 개략도를 도시한다.
이하의 설명 및 도면은 예시적인 것이며 제한적인 것으로 해석해서는 안 된다. 본 명세서의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 어떤 경우에는, 설명을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 공지 또는 종래의 세부사항은 설명되지 않는다. 본 개시내용에서 일 실시예 또는 실시예에 대한 언급은 동일한 실시예를 지칭할 수도 있지만 반드시 그런 것은 아니며, 이러한 언급은 실시예들 중 적어도 하나를 의미한다.
본 명세서에서 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은 그 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 명세서의 여러 곳에서 "일 실시예에서"라는 어구의 등장은 모두 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니며, 다른 실시예와 상호 배타적인 별개의 또는 대안적인 실시예를 지칭하는 것도 아니다. 또한, 일부 실시예에 의해 제시될 수 있지만 다른 실시예에 의해서는 제시되지 않을 수도 있는 다양한 특징이 설명된다. 유사하게, 몇몇 실시예에 대한 요구조건일 수 있지만 다른 실시예에 대해서는 아닐 수도 있는 다양한 요구조건이 설명된다.
본 명세서에서 사용된 용어는 일반적으로 본 개시내용의 문맥 내에서 및 각각의 용어가 사용되는 특정 문맥에서 당해 기술 분야의 일반적인 의미를 갖는다. 본 개시내용을 설명하는 데 사용된 소정 용어는 이하에서 또는 명세서의 다른 부분에서 본 개시내용의 설명에 관해 실무자에게 추가 지침을 제공하기 위해 논의된다. 편의상 특정 용어는 예컨대, 이탤릭체 및/또는 인용부호를 사용하여 강조될 수 있다. 강조 표시의 사용은 용어의 범위와 의미에 영향을 미치지 않으며, 용어의 범위와 의미는 동일한 문맥에서 강조 표시되는지 여부와 상관없이 동일하다. 동일한 대상이 여러 방식으로 설명될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
결과적으로, 본 명세서에 개시된 임의의 하나 이상의 용어의 다른 표현 및 동의어가 사용될 수 있고, 본 명세서에 용어가 상술되거나 논의되는지 여부에 따라서 어떤 특별한 의미가 부여되는 것은 아니다. 소정 용어의 동의어가 제공된다. 하나 이상의 동의어에 대한 설명은 다른 동의어의 사용을 배제하지 않는다. 본 명세서에서 논의되는 임의의 용어의 예를 포함하여 본 명세서의 어디에서나 예의 사용은 예시적일 뿐이며, 본 개시내용 또는 임의의 예시된 용어의 범위 및 의미를 더 제한하고자 하는 것은 아니다. 마찬가지로, 본 개시내용은 본 명세서에 주어진 다양한 실시예로 제한되지 않는다.
이하, 본 개시의 범주를 더 한정하는 일 없이, 본 개시의 실시예에 따른 기기, 디바이스, 방법 및 이들과 관련된 결과가 제공된다. 독자의 편의를 위해 예에서 제목 또는 부제가 사용될 수 있는데, 이는 어떠한 방법으로도 개시내용의 범위를 제한해서는 안 된다는 점에 유의해야 한다. 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시내용과 관련된 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 충돌이 있는 경우, 정의를 포함한 본 문서가 우선시될 것이다.
본 개시내용은 무선 전력 수신기 클라이언트 아키텍처를 사용하여 무선 전력을 수신하기 위한 시스템, 방법 및 장치가 개시됨을 설명한다. 단순화된 무선 전력 수신기 장치는 에너지 저장 디바이스와, 안테나를 포함하는 무선 주파수(RF) 송수신기를 포함한다. 에너지 저장 디바이스 및 RF 송수신기에는 에너지 수확기 회로(energy harvester circuitry)가 결합되고, 에너지 저장 디바이스, RF 송수신기 및 에너지 수확기에는 제어 회로가 결합된다. 제어 회로는 RF 송수신기로 하여금, 무선 전력 송신기(wireless power transmitter: WPT)와의 접속을 수립하게 하고, WPT에 비컨 신호를 전송하게 하고, WPT로부터 무선 전력 신호를 수신하게 한다. 제어 회로는 에너지 수확기로 하여금 무선 전력 신호의 에너지의 적어도 일부를 저장을 위해 에너지 저장 디바이스에 전달하게 한다. 일부 실시예에서는, 비컨 신호의 송신과 무선 전력 신호의 수신 모두에 단일 안테나가 사용된다.
본 기술의 실시예에서, 무선 전력 전달을 위한 개시된 방법은 임의의 사이드 채널 통신 없이 달성될 수 있다. 이는 비컨 신호를 사용하여 무선 전력 수신기 클라이언트에서 WPT로 기본 정보(ID, 일반 상태 등)를 전달함으로써 달성된다. 개시된 실시예에 따르면, 공지된 시스템 및 방법에서의 WPT와 무선 전력 수신기 간의 직접 통신은, 개시된 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트에 의한 비컨 신호 내에 상이한 데이터가 내장되거나 인코딩되게 촉구하도록 전력 신호의 지속기간을 사용하여 시그널링하는 시스템, 방법 및 장치로 대체되었다. 이는 예를 들어 통신을 위한 전용 라디오 없이 COTA 관련 무선 전력 수신기 클라이언트의 생성을 허용함으로써, 설계를 단순화하는 동시에 구성요소 복잡성과 비용을 줄이고 관련 전력 소비를 감소시킨다. 본 기술의 개시된 실시예의 실제 응용의 예는, 예를 들어 제한 없이, 전자 선반 라벨링(electronic shelf labeling: ESL)과, 별도의 라디오의 포함이 시스템 설계/비용에 상당한 부담을 제공하는 다른 저전력 사물 인터넷(Internet-of-things: IoT) 애플리케이션을 포함한다. 본 기술의 실시예는 전용 라디오를 필요로 하는 공지된 시스템에 비해 더 낮은 무선 전력 수신기 클라이언트 비용 및 복잡성을 유리하게 제공한다. 전력 신호 지속기간에 따라 비컨 신호에 상이한 데이터를 임베딩 및 인코딩하는 개시된 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트에 추가하여 또는 그 대신에, 일부 실시예에서, 그 지속기간은 개시된 무선 전력 수신기 클라이언트에게 자신의 비컨 주파수를 시프트하도록 촉구함으로써 전체 시스템(예컨대, 수신기와 송신기 모두)이 무선 전력 전송을 위한 새로운 채널을 점유할 수 있게 할 수 있다.
도 1은, 일부 실시예에 따른, 무선 전력 전달 환경(100) 내에서 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템(wireless power transmission systems: WPTS)(101a~n)("무선 전력 전달 시스템", "안테나 어레이 시스템" 및 "무선 충전기"로도 지칭됨)으로부터 다양한 무선 디바이스(102a~n)로의 무선 전력 전달을 나타내는, 예시적인 무선 전력 전달 환경(100)을 포함하는 블록도를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 1은 무선 전력 및/또는 데이터가 하나 이상의 무선 전력 수신기 클라이언트(103a-103n)(본 명세서에서 "클라이언트" 및 "무선 전력 수신기"로도 지칭됨)를 가진 이용가능한 무선 디바이스(102a-102n)로 전달될 수 있는 예시적인 무선 전력 전달 환경(100)을 나타낸다. 무선 전력 수신기 클라이언트는 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)으로부터 무선 전력을 수신하고 처리하도록 구성된다. 개시된 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트의 양태를 구현하는 예시적인 무선 전력 수신기 클라이언트(103)의 구성요소는 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 보다 상세하게 도시되고 논의된다.
도 1의 예시에 도시된 바와 같이, 무선 디바이스(102a~102n)는 모바일 폰 디바이스 및 무선 게임 제어기를 포함한다. 그러나, 무선 디바이스(102a-102n)는, 전력을 필요로 하고 하나 이상의 통합형 무선 전력 수신기 클라이언트(103a-103n)를 통해 무선 전력을 수신할 수 있는 임의의 디바이스 또는 시스템일 수 있다. 본 명세서에서 논의될 때, 하나 이상의 통합형 무선 전력 수신기 클라이언트는 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)으로부터 전력을 수신하여 처리하고 무선 디바이스(102a-102n)(또는 무선 디바이스의 내부 배터리)에 동작을 위한 전력을 제공한다.
각각의 무선 전력 전송 시스템(101)은 무선 디바이스(102a-102n)에 무선 전력을 전달할 수 있는 복수의 안테나(104a-n), 예컨대, 수백 또는 수천 개의 안테나를 포함하는 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 안테나는 적응 위상(adaptively-phased) RF 안테나이다. 무선 전력 전송 시스템(101)은 코히어런트 전력 전송 신호를 무선 전력 수신기 클라이언트(103a-103n)에 전달하기에 적절한 위상을 결정할 수 있다. 어레이는 복수의 안테나로부터 서로에 대해 특정 위상에서 신호(예컨대, 연속파 또는 펄스 전력 전송 신호)를 방출하도록 구성된다. "어레이"라는 용어의 사용이 반드시 안테나 어레이를 특정 어레이 구조로 제한하는 것은 아님을 이해해야 한다. 즉, 안테나 어레이는 특정 "어레이" 형태 또는 기하 구조로 구성될 필요가 없다. 또한, 본 명세서에서 사용될 때 "어레이" 또는 "어레이 시스템"이라는 용어는 라디오, 디지털 로직 및 모뎀과 같은 신호 생성, 수신 및 송신을 위한 관련 및 주변 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 전력 전송 시스템(101)은 하나 이상의 안테나 또는 송수신기를 통한 데이터 통신을 위한 내장형 Wi-Fi 허브를 가질 수 있다.
무선 디바이스(102)는 하나 이상의 무선 전력 수신기 클라이언트(103)를 포함할 수 있다. 도 1의 예에 도시된 바와 같이, 전력 전달 안테나(104a-104n)가 도시된다. 전력 전달 안테나(104a)는 무선 전력 전달 환경에서 무선 라디오 주파수(RF) 전력의 전달을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전력 전달 안테나(104a-104n) 중 하나 이상은 무선 전력 전달에 추가하여 또는 무선 전력 전달 대신에 데이터 통신을 위해 대안적으로 또는 추가적으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 데이터 통신 안테나는 무선 전력 수신기 클라이언트(103a-103n) 및/또는 무선 디바이스(102a-102n)에 데이터 통신을 발신하고 이로부터 데이터 통신을 수신하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 데이터 통신 안테나는 BLUETOOTH, WI-FI, ZIGBEE 등을 통해 통신할 수 있다. 다른 데이터 통신 프로토콜도 가능하다.
각각의 무선 전력 수신기 클라이언트(103a-103n)는 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)으로부터 신호를 수신하는 하나 이상의 안테나(도시되어 있지 않음)를 포함한다. 마찬가지로, 각각의 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)은 서로에 대해 특정 위상에서 연속파 또는 이산(펄스) 신호를 방출할 수 있는 하나 이상의 안테나 및/또는 안테나 세트를 갖는 안테나 어레이를 포함한다. 전술한 바와 같이, 각각의 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)은 무선 전력 수신기 클라이언트(102a-102n)에 코히어런트 신호를 전달하기 위한 적절한 위상을 결정할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 코히어런트 신호는 비컨 (또는 캘리브레이션) 신호를 전송하였던 특정 무선 전력 수신기 클라이언트에 전력을 전달하기 위해 위상이 정해지도록 어레이의 각각의 안테나에서 수신된 비컨 (또는 캘리브레이션) 신호의 복소 공액(complex conjugate)을 계산함으로써 결정될 수 있다.
도시되어 있지는 않지만, 환경의 각각의 구성요소(예컨대, 무선 디바이스, 무선 전력 전송 시스템 등)는 제어 및 동기화 메커니즘(예컨대, 데이터 통신 동기화 모듈)을 포함할 수 있다. 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)은, 예를 들어, 무선 전력 전송 시스템을 빌딩 내의 표준 또는 1차 AC 전원에 연결하는 전력 콘센트 또는 소스와 같은 전원에 연결될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)은 배터리에 의해 또는 예컨대, 태양 전지 등과 같은 다른 메커니즘을 통해 전력을 공급받을 수 있다.
무선 전력 수신기 클라이언트(102a-102n) 및/또는 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)은 다중 경로 무선 전력 전달 환경에서 동작하도록 구성된다. 즉, 무선 전력 수신기 클라이언트(102a-102n) 및 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)은, 예를 들어, 무선 전력 전달 환경 내에서 비컨 (또는 캘리브레이션) 신호를 송신하고/하거나 무선 전력 및/또는 데이터를 수신하기 위한 범위 내에서 벽 또는 다른 RF 반사 장애물과 같은 반사 물체(106)를 이용하도록 구성된다. 반사 물체(106)는 차단 물체가 무선 전력 전송 시스템과 무선 전력 수신기 클라이언트(103a-103n) 사이의 가시선(line of sight)에 있는지 여부에 관계없이 다방향 신호 통신에 이용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 각각의 무선 디바이스(102a~102n)는 예시적인 환경(100) 내에서 다른 디바이스, 서버 및/또는 다른 시스템과의 접속을 수립할 수 있는 임의의 시스템 및/또는 디바이스, 및/또는 디바이스/시스템의 임의의 조합이 될 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 디바이스(102a-102n)는 사용자에게 데이터를 제시하기 위한 디스플레이 또는 다른 출력 기능부 및/또는 사용자로부터 데이터를 수신하기 위한 입력 기능부를 포함한다. 예로서, 무선 디바이스(102)는 비디오 게임 제어기, 서버 데스크탑, 데스크탑 컴퓨터, 컴퓨터 클러스터, 모바일 컴퓨팅 디바이스, 예컨대, 노트북, 랩탑 컴퓨터, 핸드헬드 컴퓨터, 모바일폰, 스마트폰, PDA, BLACKBERRY 디바이스, TREO 및/또는 IPHONE 등일 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 제한이 아닌 예로서, 무선 디바이스(102)는 시계, 목걸이, 반지 또는 심지어 고객 위에 또는 내에 내장된 디바이스와 같은 임의의 착용형 디바이스일 수도 있다. 무선 디바이스(102)의 다른 예는 안전 센서(예컨대, 화재 또는 일산화탄소), 전동 칫솔, 전자 도어락/핸들, 전등 스위치 제어기, 전기 면도기 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
도 1에 도시되어 있지는 않지만, 무선 전력 전송 시스템(101) 및 무선 전력 수신기 클라이언트(103a-103n)는 각각 데이터 채널을 통한 통신을 위한 데이터 통신 모듈을 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 무선 전력 수신기 클라이언트(103a-103n)는 무선 디바이스(102a-102n)가 기존의 데이터 통신 모듈을 통해 무선 전력 전송 시스템과 통신하도록 지시할 수 있다. 일부 실시예에서, 비컨 신호는 본 명세서에서 주로 연속파형을 가리키지만, 대안적으로 또는 추가적으로 변조된 신호의 형태를 취할 수도 있다.
도 2는, 실시예에 따른, 다중 경로 무선 전력 전달에서 무선 전력 전달을 수립하기 위한, 무선 전력 전달 시스템(예컨대, WPTS(101))과 무선 전력 수신기 클라이언트(예컨대, 무선 전력 수신기 클라이언트(103)) 사이의 예시적인 동작을 나타내는 순서도(200)를 도시한다. 초기에, 무선 전력 전송 시스템(101)과 전력 수신기 클라이언트(103) 사이에 통신이 수립된다. 초기 통신은 예를 들어 무선 전력 전송 시스템(101)의 하나 이상의 안테나(104)를 통해 수립되는 데이터 통신 링크일 수 있다. 논의되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 하나 이상의 안테나(104a-104n)는 데이터 안테나, 무선 전력 전송 안테나, 또는 이중 목적 데이터/전력 안테나일 수 있다. 이러한 데이터 통신 채널을 통해 무선 전력 전송 시스템(101)과 무선 전력 수신기 클라이언트(103) 간에 다양한 정보가 교환될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 시그널링은 무선 전력 전달 환경에서 다양한 클라이언트 사이에서 시간 분할될 수 있다. 그러한 경우에, 무선 전력 전송 시스템(101)은 무선 전력 수신기 클라이언트(103)가 비컨 신호를 전송(브로드캐스트)할 시기, 전력에 대해 청취할 시기 등을 알 수 있도록, 비컨 스케줄 정보, 예컨대, 비컨 비트 스케줄(beacon beat schedule: BBS) 사이클, 전력 사이클 정보 등을 발신할 수 있다.
도 2의 예를 계속하면, 무선 전력 전송 시스템(101)은 전력을 수신하는 하나 이상의 무선 전력 수신기 클라이언트를 선택하고 선택된 무선 전력 수신기 클라이언트(103)에 비컨 스케줄 정보를 발신한다. 무선 전력 전송 시스템(101)은 또한 무선 전력 수신기 클라이언트(103)가 무선 전력 전송 시스템으로부터 무선 전력을 예상할 시기(예컨대, 시간 윈도우)를 알도록 전력 전송 스케줄링 정보를 발신할 수 있다. 그 다음에 무선 전력 수신기 클라이언트(103)는 비컨(또는 캘리브레이션) 신호를 생성하고, 비컨 스케줄 정보, 예컨대 BBS 사이클에 의해 표시된 할당된 비컨 전송 윈도우(또는 타임 슬라이스) 동안 비컨을 브로드캐스팅한다. 본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 무선 전력 수신기 클라이언트(103)는 무선 전력 수신기 클라이언트(103)가 내장된 무선 디바이스(102)에 근접한 3차원 공간에서 방사 및 수신 패턴을 갖는 하나 이상의 안테나(또는 송수신기)를 포함한다.
무선 전력 전송 시스템(101)은 전력 수신기 클라이언트(103)로부터 비컨을 수신하고, 비컨 신호가 다수의 안테나에서 수신되는 위상(또는 방향)을 검출 및/또는 측정한다. 그 다음에 무선 전력 전송 시스템(101)은 각각의 대응하는 안테나에서 수신된 비컨의 검출되거나 측정된 위상(또는 방향)에 기초하여 다수의 안테나(104)로부터 전력 수신기 클라이언트(103)로 무선 전력을 전달한다. 일부 실시예에서, 무선 전력 전송 시스템(101)은 비컨의 측정된 위상의 복소 공액을 결정하고, 그 복소 공액을 사용하여 비컨 신호가 무선 전력 수신기 클라이언트(103)로부터 수신되었던 것과 동일한 경로를 통해 무선 전력을 무선 전력 수신기 클라이언트(103)로 전달 및/또는 향하게 하도록 안테나를 구성하는 전송 위상을 결정한다.
일부 실시예에서, 무선 전력 전송 시스템(101)은 많은 안테나를 포함한다. 많은 안테나 중 하나 이상은 전력 수신기 클라이언트(103)에 전력을 전달하는 데 사용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템(101)은 비컨 신호가 각각의 안테나에서 수신되는 위상을 검출 및/또는 결정하거나 측정할 수 있다. 다수의 안테나는 무선 전력 전송 시스템(101)의 각각의 안테나에서 수신되는 비컨 신호의 상이한 위상을 초래할 수 있다. 전술한 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템(101)은 각각의 안테나에서 수신된 비컨 신호의 복소 공액을 결정할 수 있다. 복소 공액을 사용하여, 하나 이상의 안테나는 무선 전력 전송 시스템(101)에서 다수의 안테나의 영향을 고려하는 신호를 방출할 수 있다. 환언하면, 무선 전력 전송 시스템(101)은, 안테나 중 하나 이상으로부터의 합계 신호(aggregate signal)를 생성하고 비컨의 파형을 반대 방향으로 적절하게 재생성하는 방식으로, 하나 이상의 안테나로부터 무선 전력 전송 신호를 방출할 수 있다. 달리 말하면, 무선 전력 전송 시스템(101)은 비컨 신호가 무선 전력 전송 시스템(101)에서 수신되는 것과 동일한 경로를 통해 무선 전력 수신기 클라이언트에 무선 RF 전력을 전달할 수 있다. 이러한 경로는 환경 내의 반사 물체(106)를 이용할 수 있다. 추가적으로, 무선 전력 전송 신호들이 클라이언트 디바이스에 근접한 3차원(3D) 공간에서 클라이언트 디바이스의 안테나 방사 및 수신 패턴에 집합적으로 매칭되도록, 무선 전력 전송 신호들은 무선 전력 전송 시스템(101)으로부터 동시에 송신될 수 있다.
도시된 바와 같이, 비컨 (또는 캘리브레이션) 신호는 예를 들어 BBS에 따라 전력 전달 환경 내의 무선 전력 수신기 클라이언트(103)에 의해 주기적으로 전송될 수 있어서, 무선 전력 전송 시스템(101)은 무선 전력 전달 환경에서 전력 수신기 클라이언트(103)의 위치에 대한 지식을 유지하고/하거나 그 위치를 추적할 수 있다. 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 수신기 클라이언트(103)로부터 비컨 신호를 수신하고 차례로 그 특정 무선 전력 수신기 클라이언트로 향하는 무선 전력으로 응답하는 프로세스는 본 명세서에서 역지향성 무선 전력 전달(retrodirective wireless power delivery)로 지칭된다.
나아가, 본 명세서에 논의되는 바와 같이, 무선 전력은 전력 스케줄 정보에 의해 정의된 전력 사이클로 전달될 수 있다. 이하에서는 도 4a 내지 도 4e를 참조하여, 개시된 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트를 사용하여 무선 전력 전달을 개시하는 데 요구되는 시그널링의 보다 상세한 예가 설명된다.
도 3은 공지된 무선 전력 수신기 클라이언트(300)의 예시적인 구성요소를 나타내는 블록도이다. 도 3의 예에 도시된 바와 같이, 수신기(300)는 제어 로직(310), 배터리(320), IoT 제어 모듈(325), 통신 블록(330) 및 연관된 안테나(370), 전력계(340), 정류기(350), 결합기(355), 비컨 신호 생성기(360), 비컨 코딩 유닛(362) 및 연관된 안테나(380), 정류기(350) 또는 비컨 신호 생성기(360)를 하나 이상의 연관된 안테나(390a-n)에 접속하는 스위치(365)를 포함한다. 일부 실시예에서는 구성요소의 일부 또는 전부가 생략될 수 있다. 일부 예에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(300)는 그 자신의 안테나를 포함하지 않고 대신에 무선 전력 수신기 클라이언트가 내장되는 무선 디바이스의 하나 이상의 안테나(예컨대, WI-FI 안테나)를 이용 및/또는 공유한다. 또한, 일부 예에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(300)는 데이터 송신 기능뿐만 아니라 전력/데이터 수신 기능도 제공하는 단일 안테나를 포함할 수 있다. 추가 구성요소도 가능하다.
수신기(300)가 하나 이상의 안테나를 갖고 있는 경우에, 결합기(355)는 전력 송신기로부터 전력 전송 신호를 수신하고 수신한 전력 전송 신호를 결합한다. 결합기는 매칭된 조건을 유지하면서 출력 포트들 사이의 격리를 달성하도록 구성되는 임의의 결합기 또는 분할기 회로일 수 있다. 예를 들어, 결합기(355)는 윌킨슨(Wilkinson) 전력 분할기 회로일 수 있다. 정류기(350)는 결합기(355)가 존재할 경우 그로부터 결합된 전력 전송 신호를 수신하는데, 결합된 전력 전송 신호는 전력계(340)를 통해 충전을 위해 배터리(320)에 공급된다. 다른 예에서, 각각의 안테나의 전력 경로는 그 자신의 정류기(350)를 가질 수 있고 정류기로부터의 DC 전력은 전력계(340)에 공급되기 전에 결합된다. 전력계(340)는 수신된 전력 신호 강도를 측정하고 제어 로직(310)에 이 측정치를 제공할 수 있다.
배터리(320)는 보호 회로 및/또는 모니터링 기능을 포함할 수 있다. 또한, 배터리(320)는 전류 제한, 온도 보호, 초과/부족 전압 경고 및 보호, 및 쿨롱(coulomb) 모니터링을 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
제어 로직(310)은 배터리(320) 자체로부터 배터리 전력 레벨을 수신하고 처리한다. 제어 로직(310)은 또한 통신 블록(330)을 통해 클록 동기화를 위한 기본 신호 클록과 같은 데이터 캐리어 주파수 상의 데이터 신호를 송신/수신할 수 있다. 비컨 신호 생성기(360)는 비컨 신호 또는 캘리브레이션 신호를 생성하고, 비컨 신호가 인코딩된 후에 안테나(380) 또는 안테나(390)를 사용하여 비컨 신호를 송신한다.
배터리(320)가 무선 전력 수신기 클라이언트(300)에 의해 충전되고 무선 전력 수신기 클라이언트(300)에 전력을 공급하는 것으로 도시되어 있지만, 수신기는 전력을 정류기(350)로부터 직접 수신할 수도 있음을 알 수 있다. 이것은 정류기(350)가 배터리(320)에 충전 전류를 제공하는 것에 추가하거나 또는 충전을 제공하는 것 대신일 수 있다. 또한, 다수의 안테나의 사용은 구현의 일 예이며 구조는 하나의 공유 안테나로 감소될 수 있음을 알 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 로직(310) 및/또는 IoT 제어 모듈(325)은 무선 전력 수신기 클라이언트(300)가 내장된 디바이스와 통신하고/하거나 이로부터 IoT 정보를 획득할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 일부 예에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(300)는 IoT 정보가 획득될 수 있는 무선 전력 수신기 클라이언트(300)가 내장된 디바이스와 하나 이상의 데이터 접속(유선 또는 무선)을 가질 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, IoT 정보는 예를 들어 하나 이상의 센서를 통해 무선 전력 수신기 클라이언트(300)에 의해 결정 및/또는 추론될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, IoT 정보는 무선 전력 수신기 클라이언트(300)가 내장된 디바이스의 능력에 대한 정보, 무선 전력 수신기 클라이언트(300)가 내장된 디바이스의 사용 정보, 무선 전력 수신기 클라이언트(300)가 내장된 디바이스의 배터리 또는 배터리들의 전력 레벨, 및/또는 무선 전력 수신기 클라이언트가 내장된 디바이스 또는 예컨대 센서 등을 통해 무선 전력 수신기 클라이언트 자체에 의해 획득되거나 추론된 정보를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.
일부 예에서, 클라이언트 식별자(ID) 모듈(315)은 무선 전력 전달 환경에서 무선 전력 수신기 클라이언트(300)를 고유하게 식별할 수 있는 클라이언트 ID를 저장한다. 예를 들어, ID는 통신이 수립될 때 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템으로 전송될 수 있다. 일부 예에서, 무선 전력 수신기 클라이언트는 또한 클라이언트 ID에 기초하여 무선 전력 전달 환경에서 다른 무선 전력 수신기 클라이언트를 수신하고 식별할 수 있다.
선택적 모션 센서(395)는 모션을 검출하고, 그에 따라 동작하도록 제어 로직(310)에 시그널링할 수 있다. 예를 들어, 전력을 수신하는 디바이스는 가속도계 또는 동등한 메커니즘과 같은 모션 검출 메커니즘을 통합하여 모션을 검출할 수 있다. 디바이스가 자신이 이동 중임을 검출하면, 사용자가 자신을 손에 쥐고 있다고 가정하고, 전력 전송을 중지하거나 디바이스로 전송되는 전력을 낮추도록 어레이로 신호를 트리거할 것이다. 일부 예에서, 디바이스가 자동차, 기차 또는 비행기와 같은 이동 환경에서 사용될 때, 디바이스의 전력이 매우 낮은 경우를 제외하고는, 전력은 간헐적으로 또는 감소한 레벨로만 전송될 수 있다.
도 4a는 일부 실시예에 따른 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 예시적인 구성요소를 나타내는 블록도를 도시한다. 도 4b는 일부 실시예에 따른, 도 4a의 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 예시적인 구현을 나타내는 블록도를 도시한다. 도 4c는 일부 실시예에 따른, ESL 애플리케이션에 대한 도 4a의 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 예시적인 구현의 블록도를 도시한다. 도 4d는 일부 실시예에 따른, 전통적인 AA 또는 AAA 배터리 애플리케이션에 대한 도 4a의 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 예시적인 구현의 블록도를 도시한다. 도 4e는 일부 실시예에 따른, 상이한 전원을 갖는 도 4a의 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 예시적인 구현의 블록도를 도시한다.
도 3의 공지된 무선 전력 수신기 클라이언트(300)와 비교하여, 도 4a의 단순화된 무선 수신기 클라이언트(400)는 전용 통신 라디오 블록(330)을 포함하지 않는다. 대신에, 도 4a의 단순화된 무선 수신기 클라이언트(400)는 업링크를 위해 비컨 코딩 모듈(440)을 사용하고 전력 신호 지속기간의 측정을 위해 제어 로직(410)을 사용한다. 이것은 공지된 무선 전력 수신기 클라이언트(300)에 비해 더 간단한 다운링크 시그널링을 제공한다.
도 4a를 참조하면, 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 제어 로직(410), 에너지 저장 디바이스(415)(예컨대, 배터리), RF 송수신기 블록(420) 및 적어도 하나의 연관된 안테나(425), 에너지 수확기 블록(energy harvester block)(430)을 포함한다. RF 송수신기(420)는 비컨 코딩 모듈(440)과 통신하는 비컨 신호 생성기(435)를 포함할 수 있다. 비컨 코딩 모듈(440)은 안테나(425)에 결합될 수 있다. 에너지 수확기(430)는 정류기(449)에 결합된 전력 관리 블록(445)을 포함할 수 있다. 정류기(449)는 안테나(425)에 결합될 수 있다. 전력 관리 블록(445)은 에너지 저장 디바이스(415) 및 제어 로직(410)에 결합될 수 있다. 에너지 저장 디바이스(415)는 제어 로직(410)에 결합될 수 있다. 제어 로직(410), 에너지 수확기 블록(430), 비컨 신호 생성기(435), 비컨 코딩 모듈(440), 및 전력 관리 모듈(445)은 각각, 개시된 실시예에 따른 본 기술의 동작을 수행, 구현 또는 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 아날로그 및/또는 디지털 전자 구성요소를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서는 구성요소의 일부 또는 전부가 생략될 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 자신의 안테나(들)를 포함하지 않고, 대신에 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 무선 디바이스의 하나 이상의 안테나(예컨대, WI-FI 안테나)를 활용 및/또는 공유한다. 또한, 일부 실시예에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 데이터 송신 기능뿐만 아니라 전력/데이터 수신 기능도 제공하는 단일 안테나를 포함할 수 있다. 추가 구성요소도 가능하다.
RF 송수신기(420)는 안테나(들)(425)를 통해 전력 송신기로부터 전력 전송 신호를 수신할 수 있다. 아래에 예시를 통해 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전력 전송 신호는 RF 송수신기(420)로부터 에너지 수확기(430)의 정류기(449)로 라우팅될 수 있다. 예에서, 전력 전송 신호는 통합된 RF 스위치(446)를 사용하여 RF 송수신기(420)로부터 정류기(449)로 라우팅될 수 있다. 정류기(449)는 RF 송수신기(420)로부터 시변(time varying)(예컨대, 정현파) 전력 전송 신호를 수신하고 이를 정류할 수 있다. 정류된 전력 전송 신호는 정류기(449)로부터 에너지 수확기(430)의 전력 관리 블록(445)으로 전달될 수 있다. 전력 관리 블록(445)은 충전을 위해 에너지 저장 디바이스(415)에 전력을 제공한다. 추가적으로, 정류된 전력은 도 4a에 도시된 바와 같이 전력 관리 블록(445)을 통해 제어 로직(410)에 제공될 수 있다.
에너지 저장 디바이스(415)(예컨대, 배터리 또는 슈퍼커패시터)는 보호 회로 및/또는 모니터링 기능을 포함할 수 있다. 추가적으로, 에너지 저장 디바이스(415)는 전류 제한, 온도 보호, 과전압/저전압 경보 및 보호, 및 쿨롱 모니터링을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
제어 로직(410)은 에너지 저장 디바이스(415) 자체로부터 배터리 전력 레벨을 수신하고 처리한다. 제어 로직(410)은 또한 RF 송수신기(420)로 하여금 예컨대 RF 송수신기(420)를 통해 데이터 캐리어 주파수로 데이터 신호를 전송하게 할 수 있다. 비컨 신호 생성기(435)는 비컨 신호 또는 캘리브레이션 신호를 생성하고, 비컨 신호가 비컨 코딩 모듈(440)에 의해 인코딩된 후에 안테나(425)를 사용하여 비컨 신호를 전송할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 로직(410)은 시그널링 목적을 위해 무선 RF 전력 신호의 지속기간을 측정할 수 있다. 도 6 및 도 7을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 전력 신호의 지속기간은 무선 전력 전송 환경에서 클라이언트 탐색 프로세스를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예에서, 측정된 지속기간은 측정된 지속기간에 따라 RF 송수신기(420) 및/또는 적어도 하나의 안테나(425)의 통신(예컨대, 수신) 거동을 제어하기 위한 시그널링 목적으로 사용될 수 있다. 다른 예에서, 측정된 지속기간은, 예를 들어, 전력 관리 모듈(445) 및/또는 제어 로직(410)의 처리 동작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 통신 및/또는 처리의 이러한 제어의 예는, 다른 동작들 중에서도 특히, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 다음 비컨에 긴 ID를 발신하도록 트리거하는 것, 비컨의 주파수를 설정하는 것, 및 다음 비컨에서 에너지 저장 디바이스(415)(예컨대, 배터리) 상태를 전송하는 것을 포함할 수 있다. 개시된 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트가 전력 신호 지속기간에 따라 비컨 신호에 상이한 데이터를 임베딩 및 인코딩하는 것에 추가하여, 또는 그 대신에, 일부 실시예에서 그 지속기간은 개시된 무선 전력 수신기 클라이언트가 자신의 비컨 주파수를 시프트하도록 촉구함으로써, 전체 시스템(예컨대, 수신기와 송신기 모두)이 무선 전력 전송을 위한 새로운 채널을 점유할 수 있게 할 수 있다.
에너지 저장 디바이스(415)(예컨대, 배터리)가 무선 전력 수신기 클라이언트(400)에 의해 충전되고 이에 전력을 제공하는 것으로 도시되어 있지만, 수신기는, 예를 들어 제한 없이 전력 관리 블록(445)을 통하는 것을 포함하여, 전력을 정류기(449)로부터 직접 수신할 수도 있음을 알 수 있다. 이것은 정류기(449)가 에너지 저장 디바이스(415)에 충전 전류를 제공하는 것에 추가하거나 또는 충전을 제공하는 것 대신일 수 있다. 또한, 다수의 안테나의 사용은 일 실시예(도 4a에 도시되지 않음)이며 도 4a에 도시된 바와 같이 하나의 공유 안테나(425)로 축소될 수 있음을 알 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 로직(410)은 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스와 통신할 수 있고/있거나 그로부터 IoT 정보를 도출할 수 있다. 도 4a에는 도시되지 않았지만, 일부 실시예에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 IoT 정보가 획득될 수 있는 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스와의 하나 이상의 데이터 접속(유선 또는 무선)을 가질 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, IoT 정보는 예컨대 하나 이상의 센서(도 4a에 도시되지 않음)를 통해 무선 전력 수신기 클라이언트(400)에 의해 결정 및/또는 추론될 수 있다. 상술한 바와 같이, IoT 정보는 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스의 능력에 대한 정보, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스의 사용 정보, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스의 배터리 또는 배터리들의 전력 레벨, 및/또는 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스 또는 예컨대 센서 등을 통해 무선 전력 수신기 클라이언트(400) 자체에 의해 획득되거나 추론된 정보를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 클라이언트 식별자(ID) 모듈(450)은 무선 전력 전달 환경에서 무선 전력 수신기 클라이언트(400)를 고유하게 식별할 수 있는 클라이언트 ID를 저장한다. 예를 들어, 비컨 인코딩된 메시지(beacon-encoded message)는 클라이언트 ID를 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템에 전달하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 IoT 라디오(도 4a에 도시되지 않음)를 포함하여, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 다른 디바이스의 클라이언트 ID(들)를 알 수 있게 하는 추가된 기능을 무선 전력 수신기 클라이언트(400)에 제공할 수 있다.
도 4b의 무선 전력 수신기 클라이언트(400)를 참조하면, 에너지 저장 디바이스(415)는 충전을 위한 정류된 전력을 수신하기 위해 에너지 수확기(430)에 결합된 슈퍼 커패시터 또는 배터리(예컨대, 리튬 이온)로 구현될 수 있다. 도 4b의 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 안테나(425) 및 에너지 수확기(430)에 결합된 외부 정류기(451)를 포함할 수 있다. 도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같이, 에너지 수확기(430)는 전력 관리 모듈(445) 및 내부 정류기(449) 외에, 콜드 스타트 모듈(452), 슈퍼 커패시터 또는 배터리형 에너지 저장 디바이스(415)를 충전하기 위한 개별 또는 통합 충전 회로(들)(453), 하나 이상의 전원(454), 하나 이상의 부하 스위치(455), 외부 정류기 지원 블록(457), 및 디지털 로직, RAM 및 통신(예컨대, SPI) 인터페이스(459)를 포함할 수 있다. 예에서, 에너지 수확기(430)는, 예를 들어 1.8V - 3.3V 범위의 전력을 예를 들어 출력 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스 내에서 이를 필요로 하는 구성요소에 대한 출력으로 제공하기 위해, 전원(454), 부하 스위치(455), 외부 정류기 지원 블록(457), 및 내부 정류기(449) 중 하나 이상을 포함하는 서브시스템을 활용할 수 있다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 무선 전력 수신기 클라이언트(400)와 연관된 클라이언트 디바이스 또는 시스템의 하나 이상의 전자 구성요소에 전류의 흐름을 전달하는 것을 용이하게 하기 위해 내부 정류기에 결합된 에너지 수확기(430)에 인터페이스하는 수단을 포함할 수 있다. 예에서, 에너지 수확기(430)에 인터페이스하는 수단은 적어도 하나의 전기 커넥터(471)이거나 이를 포함한다.
도시된 실시예에서는, 고객-특정 시스템(472)이 에너지 수확기(430)에 결합된다. 시스템(472)은 에너지 수확기(430)로부터 (예컨대, 1.8V 내지 3.3V에서) 그 동작을 위한 전력을 수신할 수 있다. 시스템(472)은 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스의 마이크로제어기, 라디오, 유사한 전자 서브시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 수확기(430)는, 예를 들어 제한 없이 직렬 주변기기 인터페이스(serial peripheral interface: SPI) 프로토콜을 사용하여, 디지털 I/O 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 에너지 수확기(430)와 제어 로직(410) 중 적어도 하나에 결합된 데이터 인터페이스 수단을 포함하여, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)와 연관된 클라이언트 디바이스 또는 시스템(예컨대, 시스템(472))의 하나 이상의 전자 장치로의 또는 그로부터의 데이터 신호(들)의 송신 및/또는 수신을 용이하게 할 수 있다. 예에서, 데이터 인터페이스 수단은 적어도 하나의 데이터 통신 커넥터(473)이거나 이를 포함한다.
도 4c의 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 도 4b와 관련하여 위에서 도시되고 설명된 (시스템(472)을 제외한) 모든 구성요소 및 기능을 포함한다. 도 4c의 예에서, 에너지 수확기(430)에 결합된 고객-특정 시스템(472)은, 2.4GHz, 900MHz 또는 5.8GHz와 같은 주파수에서 인코딩된 신호를 무선으로 송신 및/또는 수신하기 위해, 예를 들어, BLE, ZIGBEE, 및 맞춤형 RF 구성요소 중 적어도 하나에 기반한 RF 송수신기(예컨대, 송수신기(420)와 다름)를 포함할 수 있다. 예에서, 도 4c의 시스템(472)은, 예를 들어 3.3V에서, SPI 데이터 출력(DOUT) 신호를 하나 이상의 e-잉크 디스플레이(476)로 출력할 수 있다. 사용 사례에서, 도 4c에 도시된 바와 같이, e-잉크 디스플레이(들)(476)는 본 명세서에 설명되는 바와 같이 시스템(472) 및 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)를 사용하여 원격으로 설정될 수 있는 영숫자 정보를 갖는 복수의 식료품점 선반 가격 및 관련 제품 정보 ESL 라벨(478)로 구현된다.
도 4d의 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 도 4b와 관련하여 위에서 도시되고 설명된 (시스템(472)에 대해 설명된 것을 포함하는) 모든 구성요소 및 기능을 포함한다. 또한, 도 4d의 예에서, 에너지 수확기(430)는 전원(454), 부하 스위치(455), 외부 정류기 지원 블록(457) 및 내부 정류기(449) 중 하나 이상을 포함하는 서브시스템을 활용하여, 예를 들어 0.9V 내지 3.0V 범위의 전력을 예를 들어 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스의 배터리(예컨대, 재충전 가능한 표준 크기의 AA 배터리(484))의 배터리 접촉부(482)에 대한 출력으로 제공할 수 있다. 도시된 실시예에서, 배터리 접촉부(482)는 에너지 수확기(430)에 결합되어 (예컨대, 0.9V 내지 3.0V에서) 에너지 수확기(430)로부터 동작을 위한 전력을 수신한다.
도 4e 실시예의 도시된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 도 4b와 관련하여 위에서 도시되고 설명된 모든 구성요소 및 기능을 포함한다. 추가적으로, 도 4e의 예에서, 에너지 수확기(430)는 최대 전력 포인트 추적(maximum power point tracking: MPPT) 블록(487), 제1 벅-부스트 DC-DC 전력 변환기(489), 제2 벅-부스트 DC-DC 전력 변환기(492) 및 제3 벅-부스트 DC-DC 전력 변환기(494), 또는 이들의 다수의 인스턴스를 포함한다. MPPT 블록(487)은 내부 정류기(449) 및 외부 정류기(451)에 결합되어, 안테나(425)를 통해 전력 전송 신호가 수신된 후 이 정류기들로부터 정류된 전력을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, MPPT 블록(487)은 전력 관리 모듈(도 4e에 도시되지 않음) 내에 포함된다. 다른 실시예에서, MPPT 블록(487)은 에너지 수확기(430) 내에서 별도의 구성요소일 수 있거나 전력 관리 모듈(445)을 대체할 수 있다.
제1 벅-부스트 변환기(들)(489)는 MPPT 블록(487)에 결합되어, 모든 조건 하에서 에너지 수확기(430)에 의한 무선 전력 신호로부터의 전력 추출에 의해 최대화될 수 있는 DC 전력을 수신할 수 있다. 제1 변환기(들)(489)는 에너지 저장 디바이스(415)를 충전할 목적으로 충전 회로(들)(453)에 전력을 공급할 수 있다. 제2 벅-부스트 변환기(들)(492)는 충전 회로(들)(453)에 결합될 수 있다. 하나 이상의 부하 스위치(455)는 제2 변환기(들)(492)로부터 전력을 수신하여, 예를 들어 1.8V 내지 3.3V 범위의 조정 가능한 전력을 예를 들어 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스에서 이를 필요로 하는 구성요소에 대한 출력으로 제공할 수 있다. 예에서, 제2 변환기(들)(492)는, 제2 변환기(들)(492)가 부하 스위치(들)(455)에 전력을 출력하는 전압(들)을 선택하는 하나 이상의 수단에 인터페이스한다. 일부 실시예에서, 전압(들)을 선택하는 수단은 모드 핀을 포함한다.
제1 벅-부스트 변환기(들)(489)는 또한 제3 벅-부스트 변환기(들)(494)에 결합될 수 있다. 예에서, 제3 변환기(들)(494) 중 하나 이상은 예를 들어 0.8V 내지 3.0V 범위에서 조정 가능한 전력을 하나 이상의 OSSIA COTA FOREVER 배터리에 대한 출력으로 제공한다. 다른 예에서, 하나 이상의 제3 변환기(들)(494)는, 예를 들어 1.8V의 정전압에서의 전력을, 예를 들어 <5mA에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 내장된 디바이스 내의 CPU 또는 관련 구성요소의 실시간 클록(RTC)에 대한 출력으로 제공한다.
일부 실시예에서, 제2 전력 변환기(들)(492) 및/또는 제3(494) 전력 변환기(들)는 MPPT 블록(487)에 직접 결합되어(도 4e에서 점선으로 표시됨) MPPT 블록(487)으로부터 전력의 흐름을 수신할 수 있고, 그 대신에 또는 그에 추가하여, 도 4e에 도시된 실선 접속을 통해 MPPT 블록(487)에 접속될 수 있다. 당업자라면, 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 전술한 특징들 중 일부 또는 전부를 실현하기 위해 도 4b 내지 도 4e의 예시적인 실시예 중 임의의 것은 상호 교환되거나 결합될 수 있음을 인식하고 이해할 것이다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 하나 이상의 5.8GHz 안테나(425)로부터의 전력을 정류할 수 있다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 ASIC(application-specific integrated circuit)(예컨대, 제어 로직(410))을 포함할 수 있고, 외부 정류기(451)를 지원할 수 있으며, 별도의 정류기(예컨대, 정류기(449))를 포함할 수도 있다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 정상 동작을 초과하는 RF 입력 전력 레벨로부터 자신을 보호할 수 있다.
RF 송수신기(420) 및 그 구성요소(예컨대, 435, 440)는 단순한 온-오프 키잉(on-off keying: OOK) 프로토콜을 사용할 수 있는 5.8GHz에서 저전력 비컨 신호를 생성한다. 비컨 전력 레벨 및 인코딩은 예를 들어 제어 로직(410)에 포함된 내부 메모리 레지스터에 기초할 것이다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 자신을 고유하게 식별하는 데 사용될 수 있는 고유 식별자(예컨대, 클라이언트 ID 모듈(450)에 저장됨)를 가질 수 있다. 이 고유 ID는, 예컨대 비컨 코딩 모듈(440)에 의해 인코딩되고 안테나(들)(425)에 의해 전송되는 비컨 신호의 일부일 수 있다(예컨대, 비컨 신호 내에 인코딩됨).
무선 전력 수신기 클라이언트(400)에 의해 수확되는 정류된 전력은 매우 낮은 대기 전류(quiescent current)를 갖는 고효율 동기식 벅-부스트 변환기(예컨대, 제1 변환기(489), 제2 변환기(492) 및 제3 변환기(494) 중 하나 이상)에 입력될 수 있다. 변환기(들)로부터의 출력은 슈퍼 커패시터 또는 리튬 이온 배터리 에너지 저장 디바이스(415)를 충전할 수 있다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 내부 프로그래밍된 값 또는 저항 설정 전압에 도달할 때 시스템을 켤 수 있다. 이 값에 도달하기 전에, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 슈퍼 커패시터 또는 리튬 이온 배터리에 충분한 전력이 저장될 때까지 시스템 전원을 비활성화된 상태로 유지할 수 있다. 별도의 벅-부스트 변환기(예컨대, 492 및/또는 494)가 시스템(예컨대, 472)을 작동시키기 위한 전력을 제공할 수 있다. 이 벅-부스트 변환기(예컨대, 492)는 슈퍼 커패시터 또는 리튬 이온 배터리 에너지 저장 디바이스(415)에 접속되고 프로그래밍가능한 전압을 출력할 수 있다. 하나 이상의 저항기 또는 공장 프로그래밍이 예를 들어 위에서 설명된 수단에 따라 이 출력 전압을 설정할 것이다. 출력 전압은 또한 저전력 모드를 위해 이 전압을 변경하도록 (예컨대, 제어 로직(410)의) 내부 메모리 레지스터 또는 디지털 입력 핀을 통해 조정될 수 있다. 벅-부스트 변환기(예컨대, 492)는, 하나의 직접 출력과, 전력을 절약하기 위해 시스템(472)의 일부를 켜고 끌 수 있게 하는 적어도 2개의 부하 스위치(455)를 포함하는 3개의 출력을 가질 수 있다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 슈퍼 커패시터 또는 리튬 이온 배터리 에너지 저장 디바이스(415)의 충전 상태가 낮을 때 경고하는 출력 신호를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 외부 실시간 클록(RTC)을 작동시키기 위한 초저전류 벅-부스트 변환기(예컨대, 494)를 가질 수 있다.
무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 안테나(들)(425)를 통한 무선 전력 전송 환경으로의 전송을 위해 2개의 비컨 모드, 즉, 타이밍 비컨 및 전력 비컨을 가질 수 있다. 이들 각각은 무선 전력 송신기(wireless power transmitter: WPT)와 무선 전력 수신기 클라이언트(wireless power receiver client: WPRC)(400) 사이의 전력 전달 및 동기 통신을 용이하게 하기 위해 활용될 수 있다. 이것은 또한 타이밍 비컨의 전송이 사이드 채널 통신보다 더 적은 전력을 소모함에 따라 무선 전력 수신기에서 낮은 전력 소비를 허용할 수 있다.
일반적으로, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 항상 2개의 모드, 즉, 비컨(타이밍 비컨/전력 비컨) 모드와 전력 수확 모드로 존재한다. WPT는 2개의 정보 세트, 즉, WPRC로부터의 위상 세트와 MSB(Most Significant Bits)로 지칭될 수 있는 WPRC 긴 ID로부터 추출된 특정 비트를 비교함으로써 각각의 고정 수신기를 식별하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기 클라이언트(400) 전체 ID는 128비트를 가질 수 있는데, 그 중 8비트가 MSB이다. WPT에 대한 주요 정보는 상태 또는 특정 요구 사항을 전달하기 위해 WPRC에 의해 전송될 수 있다.
비컨 전송은 동기 방식(스케줄된 CW 및/또는 인코딩된 비컨) 또는 비동기 방식으로 전송될 수 있다. 비동기 비컨은 미국 특허 출원 제15/852,216호에 설명된 바와 같은 세트 스케줄(set schedule)없이 없이 브로드캐스팅될 수 있다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하여 전술된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 실시예에서의 단순화된 수신기 아키텍처는 미국 특허 출원 제16/244,013호에 설명된 바와 같은 타이밍 획득 모듈(timing acquisition module: TAM)에 의존할 수 있다.
본 명세서에 개시된 단순화된 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 기술은 무선 전력, 데이터 및 비컨 전송을 설명한다. 당업자는 개시된 기술에 따른 송신기 및 수신기가 이러한 송신 및/또는 다른 데이터 송신을 가능하게 하기 위해 다양한 주파수 중 하나 이상에서 동작하도록 구성될 수 있음을 인식하고 이해할 것이다. 예를 들어, 송신기 및 수신기는 임의의 ISM 대역(2.4GHz, 5.8GHz, 24GHz 등)에서의 동작을 위해 구성될 수 있다.
본 기술에 따르면, 타이밍 비컨은 주파수 0 "0"에서 일정 지속기간(예컨대, 10ns) 동안 동작한다. 이것은 WPRC에 의해 브로드캐스팅된 타이밍 비컨의 청취를 허용하도록 WPT 안테나에서 전원을 차단할 기회를 WPT에 제공할 수 있다. 이 비컨은 전력 비컨 타이밍과 관련하여 짧은 시간에 발신된다. 타이밍 비컨은 "COTA ID로도 지칭되는" 전체 수신기 ID((128 비트 비컨)로부터 추출될 수 있는 짧은 ID(예컨대, 8비트 비컨)를 가질 수 있다. WPT가 이 타이밍 비컨을 처음으로 수신할 수 있으면, 전력은 특정 지속기간(예컨대, x 마이크로초) 동안 전송될 수 있다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 전력이 전달되기까지 걸린 시간의 양을 확인할 수 있다. 이 시간까지, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는, 자신이 전력을 공급받을 바람직한 WPRC인지를 WPT가 확인할 수 있도록 전체 코드(128비트)를 발신할 수 있는 충분한 전력을 가질 수 있다. WPT는 이제 WPRC의 8비트 코드 및 위상 세트(전력 비컨)를 갖는다. 따라서, WPT는 자신이 어떤 클라이언트와 상호 작용하고 있는지를 확인할 수 있다. WPT가 예상과 다른 위상 세트를 수신하면, 그것이 바람직한 WPRC가 아닌 것을 확인할 수 있다. 이것은 WPRC가 고정되어 있는 경우에 잘 작용한다. 이동하는 WPRC의 경우, 이력 위상 데이터 및 전통적으로 존재할 것으로 예상되는 위치에 기초하여 다른 방법으로 인증이 수행될 수 있다. WPT는 바람직하지 않은 수신기를 거부하거나(kick off), WPRC 또는 WPT에서 결함 있는 하드웨어/소프트웨어를 검출할 수 있다.
프록시(통신 모듈)가 필요 없기 때문에, 본 기술에 따른 무선 전력 수신기 클라이언트(400)와 함께 사용되는 WPT 하드웨어도 단순화될 수 있다. 도 3의 공지된 무선 전력 수신기 클라이언트(300)에 비해, 수신기 하드웨어는 도 4a 내지 도 4e에도 설명된 바와 같이 단순화된다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 도 3에 도시된 다수의 전용 안테나 대신에 자신의 모든 요구에 대해 하나의 안테나(425)만을 가질 수 있다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 정류기(들)(449 및/또는 451)는 서로 다른 주파수에서의 지향성 및 비지향성 전력을 이용하는 수동/능동 정류기일 수 있다. 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는, 시스템(472)의 디바이스를 포함하여 디바이스에 수신 및 공급되는 전력의 관리를 담당하는 전력 관리 모듈(445)을 가질 수 있다. WPT는 클라이언트 ID(예컨대, 클라이언트 ID 모듈(450)에 저장됨)와 함께 위상 데이터를 사용하여 WPRC를 식별할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여 아래에 도시되고 설명되는 2개의 흐름도는 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 이러한 단순화된 접근 방식이 어떻게 동작할 수 있는지에 관한 세부사항을 제공한다. 전력 슬롯의 지속기간은 특정 양의 정보를 발신(예컨대, 배터리 레벨을 발신)하도록 트리거될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 슬롯 지속기간은 다음 비컨의 정보를 트리거하거나 클라이언트로 하여금 특정 동작(예컨대, 비컨 주파수를 전환하는 등)을 취하게 하는 데 사용될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 일부 실시예에 따른, 예시적인 다중 경로 무선 전력 전달 환경(500)을 나타내는 도면이다. 다중 경로 무선 전력 전달 환경(500)은 하나 이상의 무선 전력 수신기 클라이언트(503)를 포함하는 무선 디바이스(502)를 동작시키는 사용자를 포함한다. 무선 디바이스(502)와 하나 이상의 무선 전력 수신기 클라이언트(503)는 각각 도 1의 무선 디바이스(102)와 도 1의 무선 전력 수신기 클라이언트(103) 또는 도 4a 내지 도 4e의 무선 전력 수신기 클라이언트(300)일 수 있지만, 다른 구성도 가능하다. 유사하게, 무선 전력 전송 시스템(501)은 도 1의 무선 전력 전송 시스템(101)일 수 있지만, 다른 구성도 가능하다. 다중 경로 무선 전력 전달 환경(500)은 반사 물체(506) 및 다양한 흡수 물체, 예컨대, 사용자 또는 인간, 가구 등을 포함한다.
무선 디바이스(502)는 무선 디바이스(502)에 인접한 3차원 공간에서 방사 및 수신 패턴(510)을 갖는 하나 이상의 안테나(또는 송수신기)를 포함한다. 하나 이상의 안테나(또는 송수신기)는 전체적으로 또는 부분적으로 무선 디바이스(502) 및/또는 무선 전력 수신기 클라이언트(도시 안됨)의 일부로서 포함될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 무선 디바이스(502)의 하나 이상의 안테나, 예컨대 WI-FI, BLUETOOTH 등은 무선 전력 수신을 위해 이용 및/또는 공유될 수 있다. 도 5a 및 도 5b의 예에 도시된 바와 같이, 방사 및 수신 패턴(510)은 주요 로브(primary lobe) 및 복수의 사이드 로브를 갖는 로브 패턴을 포함한다. 다른 패턴도 가능하다.
무선 디바이스(502)는 다수의 경로를 통해 비컨(또는 캘리브레이션) 신호를 무선 전력 전송 시스템(501)에 전송한다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 무선 디바이스(502)는 무선 전력 전송 시스템에 의해 수신된 비컨 신호의 강도, 예컨대, 수신 신호 강도 표시(received signal strength indication: RSSI)가 방사 및 수신 패턴(510)에 의존하도록 방사 및 수신 패턴(510)의 방향으로 비컨을 전송한다. 예를 들어, 방사 및 수신 패턴(510) 내의 널(null)이 있는 곳에서 비컨 신호는 전송되지 않고, 비컨 신호는 방사 및 수신 패턴(510) 내의 피크, 예컨대, 주요 로브의 피크에서 가장 강하다. 도 5a의 예에 도시된 바와 같이, 무선 디바이스(502)는 5개의 경로(P1-P5)를 통해 비컨 신호를 전송한다. 경로(P4 및 P5)는 반사 및/또는 흡수 물체(506)에 의해 차단된다. 무선 전력 전송 시스템(501)은 경로(P1-P3)를 통해 증가하는 강도의 비컨 신호를 수신한다. 더 굵은 선은 더 강한 신호를 나타낸다. 일부 실시예에서, 비컨 신호는 이러한 방식으로 방향성 있게 전송되어, 예를 들어, 사용자에 대한 불필요한 RF 에너지 노출을 방지한다.
안테나의 기본적인 특성은 수신에 사용될 때의 안테나의 수신 패턴(방향의 함수인 감도)이 송신에 사용될 때의 안테나의 원거리 방사 패턴과 동일하다는 점이다. 이것은 전자기학에서의 상반 정리(reciprocity theorem)의 결과이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 방사 및 수신 패턴(510)은 3차원 로브 형상이다. 그러나, 방사 및 수신 패턴(510)은, 안테나 설계에 사용된, 예컨대, 혼 안테나(horn antenna), 단순 수직 안테나(simple vertical antenna) 등과 같은 유형 또는 유형들에 따른 임의의 수의 형상일 수 있다. 예를 들어, 방사 및 수신 패턴(510)은 다양한 지향성 패턴을 포함할 수 있다. 무선 전력 전달 환경에서 복수의 클라이언트 디바이스의 각각에 대해 임의의 수의 상이한 안테나 방사 및 수신 패턴이 가능하다.
도 5a를 다시 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(501)은 다수의 안테나 또는 송수신기에서 다수의 경로(P1~P3)를 통해 비컨(또는 캘리브레이션) 신호를 수신한다. 도시된 바와 같이, 경로(P2 및 P3)는 직접적인 가시선 경로이며, 경로(P1)는 비가시선 경로이다. 비컨(또는 캘리브레이션) 신호가 무선 전력 전송 시스템(501)에 의해 수신되면, 전력 전송 시스템(501)은 비컨(또는 캘리브레이션) 신호를 처리하여 복수의 안테나의 각각에서의 비컨 신호의 하나 이상의 수신 특성을 결정한다. 예를 들어, 다른 동작들 중에서 특히, 무선 전력 전송 시스템(501)은 다수의 안테나 또는 송수신기의 각각에서 비컨 신호가 수신되는 위상을 측정할 수 있다.
무선 전력 전송 시스템(501)은, 대응하는 안테나 또는 송수신기에서 측정된 비컨(또는 캘리브레이션) 신호의 하나 이상의 수신 특성에 기초하여 다수의 RF 송수신기의 각각에 대한 하나 이상의 무선 전력 전송 특성을 결정 또는 측정하도록, 다수의 안테나의 각각에서의 비컨 신호의 하나 이상의 수신 특성을 처리한다. 제한이 아닌 예로서, 무선 전력 전송 특성은 각각의 안테나 또는 송수신기에 대한 위상 설정, 전송 전력 설정 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템(501)은, 안테나 또는 송수신기가 구성되면, 다수의 안테나 또는 송수신기가 클라이언트 디바이스에 근접한 3차원 공간에서 클라이언트 방사 및 수신 패턴과 매칭되는 무선 전력 신호를 전송하도록 동작할 수 있도록 무선 전력 전송 특성을 결정한다. 도 5b는 경로(P1-P3)를 통해 무선 디바이스(502)로 무선 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템(501)을 도시한다. 유리하게는, 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 무선 전력 신호는 클라이언트 디바이스에 근접한 3차원 공간에서 클라이언트 방사 및 수신 패턴(510)과 매칭된다. 달리 말하면, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 수신기가 최대 이득을 갖는, 예컨대, 무선 전력을 가장 많이 수신할 방향으로 무선 전력 신호를 전송할 것이다. 그 결과, 무선 전력 수신기가 전력을 수신할 수 없는 방향(예컨대, 널 및 장애)으로는 어떠한 신호도 발신되지 않는다. 일부 실시예에서, 무선 전력 전송 시스템(501)은 수신된 비컨 신호의 RSSI를 측정하고, 비컨이 임계값 미만이면, 무선 전력 전송 시스템은 그 경로를 통해 무선 전력을 발신하지 않을 것이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 3개의 경로는 간략하게 하기 위해 도시된 것으로, 다른 요인들 중에서도 특히, 무선 전력 전달 환경 내의 반사 물체 또는 흡수 물체에 따라서, 무선 디바이스(502)에 전력을 전송하는 데 임의의 수의 경로가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 5a의 예는 방사 및 수신 패턴(510)의 방향으로 비컨(또는 캘리브레이션) 신호를 전송하는 것을 도시하지만, 일부 실시예에서, 비컨 신호는 대안적으로 또는 추가적으로 전방향성으로(omni-directionally) 전송될 수 있다.
도 6은 실시예에 따른, WPT의 관점에서 사이드 채널 통신에 의존하지 않는 도 4a 내지 도 4e의 무선 전력 수신기 클라이언트(400)를 사용하는 비컨/전력 전달 프로세스(600)의 흐름도를 도시한다. 프로세스(600)는 WPT 애플리케이션이 전력 전달 모드를 시작하는 것(602)으로부터 시작하여 동작 604A로 진행한다. 동작 604A에서, TAM은 짧은 타이밍 비컨 신호에 대한 비컨 주파수(fB)를 모니터링한다. 동작 604A로부터, 프로세스(600)는 로직 브랜치 604B로 진행하는데, 여기서 TAM은 짧은 타이밍 비컨(TB)이 검출되는지 여부를 판정한다. TAM이 짧은 타이밍 비컨(TB)을 검출하면, 프로세스(600)는 동작 606A로 진행한다. 동작 606A에서, WPT 송수신기(XCVR)는 시간 < tBeaconDelay 내에서 전력 주파수(fp)에 대한 전력 전송을 중지한다. 이 기간은 타이밍 비컨이 검출되면 전력 전송을 중지하고 위상 비컨을 수신할 준비를 할 수 있는 시간을 WPT에게 허용하는 짧은 지연을 제공한다. 동작 606A로부터, 프로세스(600)는 동작 606B로 진행하는데, 여기서 XCVR은 위상 비컨에 대한 fp를 모니터링한다.
동작 606B로부터, 프로세스(600)는 로직 브랜치 608A로 진행하는데, 여기서 안테나 매트릭스 보드(antenna matrix board: AMB) 디지털 제어기는 위상 비컨이 검출되는지 여부를 판정한다. 예에서, AMB 디지털 제어기는 FPGA(Field Programmable Gate Array)일 수 있다. 다른 예에서, AMB 디지털 제어기는 디지털 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit: ASIC), 마이크로제어기(microcontroller: MCU), 또는 디지털 신호 프로세서(digital signal processor: DSP) 등일 수 있다. AMB 디지털 제어기가 위상 비컨을 검출하면, 프로세스(600)는 로직 브랜치 608B로 진행하는데, 여기서 AMB 디지털 제어기는 짧은 TB ID가 알려져 있는지 여부를 판정한다. 짧은 TB ID가 알려져 있다고 AMB 디지털 제어기가 판정하면, 프로세스(600)는 로직 브랜치 610A로 진행하는데, 여기서 구성 제어 보드(configuration control board: CCB) 디지털 제어기는 위상 데이터가 짧은 TB ID에 대한 데이터 엔트리와 일치하는지 여부를 판정한다. 예에서, CCB 디지털 제어기는 FPGA일 수 있다. 다른 예에서, CCB 디지털 제어기는 디지털 ASIC, MCU, 또는 DSP 등일 수 있다. 위상 데이터가 짧은 TB ID에 대한 데이터 엔트리와 일치한다고 CCB 디지털 제어기가 판정하면, 프로세스(600)는 동작 612A로 진행한다. 동작 612A에서, 실시간 소프트웨어(SW)는 시간 = tPowerSlot 동안 전력을 전송하도록 WPT에 지시한다. 그런 다음, 프로세스(600)는 동작 604A로 루프백한다. 로직 브랜치 604B 또는 로직 브랜치 608A에서 각각 짧은 TB가 검출되지 않은 것으로 TAM이 판정하거나 위상 비컨이 검출되지 않은 것으로 AMB 디지털 제어기가 판정하는 경우, 프로세스(600)는 또한 동작 604A로 루프백한다.
로직 브랜치 608B에서, 짧은 TB ID가 알려져 있지 않다고 AMB 디지털 제어기가 판정하면, 프로세스(600)는 동작 612B로 진행한다. 유사하게, 로직 브랜치 610A에서 위상 데이터가 짧은 TB ID에 대한 데이터 엔트리와 일치하지 않는다고 CCB 디지털 제어기가 판정하면, 프로세스(600)는 동작 612B로 진행한다. 동작 612B에서, 실시간 SW는 시간 = tSignalDiscovery 동안 전력을 전송한다. 동작 612B로부터, 프로세스(600)는 동작 604C로 진행한다. 동작 604C에서, TAM은 긴 ID를 포함하는 타이밍 비컨 신호에 대한 fB를 모니터링한다. 동작 604C로부터, 프로세스(600)는 로직 브랜치 604D로 진행하는데, 여기서 TAM은 긴 TB가 검출되는지 여부를 판정한다. 긴 TB가 검출되지 않은 것으로 TAM이 판정하면, 프로세스(600)는 동작 604A로 루프백한다.
그러나, 로직 브랜치 604D에서 긴 TB가 검출된다고 TAM이 판정하면, 프로세스(600)는 동작 606C로 진행한다. 동작 606C에서, XCVR은 시간 < tBeaconDelay 내에서 fp 에 대한 전력 전송을 중지한다. 동작 606C로부터, 프로세스(600)는 동작 606D로 진행하는데, 여기서 XCVR은 위상 비컨에 대한 fp를 모니터링한다. 동작 606D로부터, 프로세스(600)는 로직 브랜치(608C)로 진행하는데, 여기서 AMB 디지털 제어기는 위상 비컨이 검출되는지 여부를 판정한다. 위상 비컨이 검출되지 않으면, 프로세스(600)는 동작 604A로 루프백한다. 그러나, 로직 브랜치(608C)에서 위상 비컨이 검출된다고 AMB 디지털 제어기가 판정하면, 프로세스(600)는 로직 브랜치 608D로 진행한다. 로직 브랜치 608D에서, AMB 디지털 제어기는 긴 TB ID가 (예컨대, 테이블 내의) 데이터 엔트리 일치하는지 여부를 판정한다.
로직 브랜치 608D에서, 긴 TB ID가 데이터 엔트리와 일치한다고 AMB 디지털 제어기가 판정하면, 프로세스(600)는 동작 610B로 진행한다. 동작 610B에서, CCB 디지털 제어기는 무선 전력 수신기 클라이언트(400)에 대한 새로운 위상 데이터로 데이터 엔트리를 업데이트한다. 그러나, 긴 TB ID가 데이터 엔트리와 일치하지 않는다고 AMB 디지털 제어기가 판정하면, 프로세스(600)는 동작 610C로 진행한다. 동작 610C에서, CCB 디지털 제어기는 무선 전력 수신기 클라이언트(400)에 대한 짧은 ID 및 긴 ID와 위상 데이터를 갖는 데이터 엔트리를 생성한다. 동작 610B 또는 610C로부터, 프로세스(600)는 동작 604A로 루프백한다.
도 7은 실시예에 따른, 무선 전력 수신기의 관점에서 사이드 채널 통신에 의존하지 않는 도 4a 내지 도 4e의 무선 전력 수신기 클라이언트(400)를 사용하는 비컨/전력 전달 프로세스(700)의 흐름도를 도시한다. 프로세스(700)는 방전된 배터리(dead battery)를 갖는 디바이스(예를 들어, 스마트폰)에 대한 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 엔트리(702)로부터 시작하여 동작 704로 진행한다. 동작 704에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)의 에너지 저장 디바이스(415)(예컨대, 커패시터)는 무선 전력 전송 환경에서 주변 RF로부터 충전된다. 동작 704로부터, 프로세스(700)는 동작 706으로 진행하는데, 여기서 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 "방전된(dead)" 상태로부터 깨어난다. 현재 기술의 맥락에서, "방전된" 상태는 완전히 고갈된 충전 상태에 있었고 WPT에 의한 집중 전력 전달 사이클을 시작하기에 충분한 주변 에너지를 수확할 수 있는 WPRC를 지칭한다. 다음으로, 프로세스(700)는 동작 706)으로부터 로직 브랜치 708로 진행하는데, 여기서 클리어 채널 평가(clear channel assessment: CCA)가 수행되어 RF 매체가 유휴 상태인지 아닌지를 판정한다. 채널이 클리어하지 않은 경우, 프로세스(700)는 동작 710으로 진행한다. 동작 710에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 시간 = tbackoff 동안 대기한 후, 로직 브랜치 708로 루프백한다. 그러나, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 로직 브랜치(708)에서 채널이 클리어한 것으로 판정하면, 프로세스(700)는 동작 712로 진행한다.
동작 712에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 무선 전력 송신기로 짧은 TB 및 위상 비컨을 전송한다. 그런 다음, 동작 714에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 무선 전력 송신기로부터 수신되는 RF 에너지를 모니터링한다. 동작 714로부터, 프로세스(700)는 로직 브랜치 716으로 진행하는데, 여기서 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 RF 전력이 수신되는지 여부를 판정한다. RF 전력이 수신되지 않은 것으로 판정되면, 프로세스(700)는 로직 브랜치 718로 진행하는데, 여기서 무선 전력 수신기 클라이언트는 비컨 신호를 전송하기 위한 충분한 에너지 저장이 존재하는지 여부를 판정한다. 비컨을 위한 충분한 에너지가 에너지 저장 디바이스(415)에 존재하는 경우, 프로세스(700)는 동작 720으로 진행한다. 동작 720에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 시간 = tbackoff 동안 대기하고, 프로세스(700)는 로직 브랜치 708로 루프백한다. 그러나, 로직 브랜치 718에서, 비컨 전송을 위한 충분한 에너지가 에너지 저장 디바이스(415)에 존재하지 않는다고 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 판정하면, 프로세스(700)는 동작 722로 진행하여 무선 전력 수신기 클라이언트(400)를 "방전된" 상태로 되돌린다. 동작 722로부터, 프로세스(700)는 동작 704로 루프백한다.
로직 브랜치 716에서 RF 전력이 수신된 것으로 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 판정하면, 프로세스(700)는 로직 브랜치 724로 진행한다. 로직 브랜치 724에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 tSignalDiscovery와 동일한 시간(= tpower)이 경과했는지를 판정한다. 그 시간이 경과했다면, 프로세스(700)는 로직 브랜치(726)로 진행하는데, 여기서 CCA가 수행되어 RF 매체가 유휴 상태인지 아닌지를 판정한다. 채널이 클리어하지 않은 경우, 프로세스(700)는 동작 728로 진행한다. 동작 728에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 시간 = tbackoff 동안 대기한다. 그런 다음, 프로세스(700)는 로직 브랜치 726으로 루프백한다.
그러나, 로직 브랜치(726)에서 CCA의 결과가 채널이 클리어한 것이면, 프로세스(700)는 동작 730으로 진행한다. 동작 730에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 무선 전력 송신기에 긴 TB 및 위상 비컨을 전송한다. 동작 730으로부터, 프로세스(700)는 동작 732로 진행하는데, 여기서 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 RF 전력을 수신한다. 동작 732로부터, 프로세스(700)는 로직 브랜치 734로 진행하는데, 여기서 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 더 많은 전력이 필요한지 여부를 판정한다. 유사하게, 로직 브랜치(724)에서 tSignalDiscovery와 동일한 시간(= tpower)이 경과하지 않았다고 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 판정할 경우, 프로세스(700)는 로직 브랜치 734로 진행한다. 로직 브랜치 734에서 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 더 많은 전력이 필요하지 않다고 판정하면, 프로세스는 동작 736으로 진행한다. 동작 736에서 무선 전력 수신기 클라이언트(400)는 시간 = tsleep 동안 딥 슬립 상태로 진입한다. 그런 다음, 프로세스(700)는 로직 브랜치 734로 루프백한다. 그러나, 로직 브랜치(734)에서, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)가 더 많은 전력이 필요하다고 판정하면, 프로세스(700)는 로직 브랜치 708로 루프백한다.
도 8은 실시예에 따른, 모바일 (또는 스마트) 폰 또는 태블릿 컴퓨터 디바이스의 형태의 무선 전력 수신기 또는 클라이언트를 갖는 대표적인 모바일 디바이스 또는 태블릿 컴퓨터(1000)의 예시적인 구성요소를 나타내는 블록도를 도시한다. 다양한 인터페이스 및 모듈이 도 8과 관련하여 도시되지만, 모바일 디바이스 또는 태블릿 컴퓨터는 본 명세서에 설명된 기능을 수행하기 위한 모듈들이나 기능들의 전부를 요구하지는 않는다. 다수의 실시예에서, 다양한 구성요소는 카테고리 제어기의 동작을 위해 포함되지 않고/않거나 필요하지 않다는 것을 알 수 있다. 예컨대, GPS 라디오, 셀룰러 라디오 및 가속도계와 같은 구성요소는 비용 및/또는 복잡성을 줄이기 위해 제어기에 포함되지 않을 수도 있다. 또한, ZIGBEE 라디오 및 RFID 송수신기와 같은 구성요소는 안테나와 함께 인쇄 회로 보드(printed circuit board: PCB)를 채울 수 있다.
무선 전력 수신기 클라이언트는 도 1의 전력 수신기 클라이언트(103) 또는 도 4a의 무선 전력 수신기 클라이언트(400)일 수 있지만, 다른 구성도 가능하다. 또한, 무선 전력 수신기 클라이언트는 충전기, 예컨대 도 1의 충전기(101)로부터 전력 및/또는 데이터 신호를 수신하기 위한 하나 이상의 RF 안테나를 포함할 수 있다.
도 9는 컴퓨터 시스템의 머신으로 하여금 본 명세서에서 논의되는 방법들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령어 세트가 실행될 수 있는 컴퓨터 시스템(900)의 머신의 개략도를 예시적인 형태로 도시한다.
도 9의 예에서, 컴퓨터 시스템은 프로세서, 메모리, 비휘발성 메모리 및 인터페이스 디바이스를 포함한다. 도시를 간단히 하기 위해 다양한 공통 구성요소(예컨대, 캐시 메모리)는 생략된다. 컴퓨터 시스템(900)은 도 1 또는 도 4a의 예에 도시된 임의의 구성요소 (및 본 명세서에 설명된 임의의 다른 구성요소)가 구현될 수 있는 하드웨어 디바이스를 예시하기 위한 것이다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템은 임의의 방사 물체 또는 안테나 어레이 시스템일 수 있다. 컴퓨터 시스템은 임의의 적용가능한 공지되거나 편리한 유형일 수 있다. 컴퓨터 시스템의 구성요소들은 버스를 통해 또는 어떤 다른 공지되거나 편리한 디바이스를 통해 함께 결합될 수 있다.
프로세서는, 예를 들어, INTEL PENTIUM 마이크로프로세서 또는 MOTOROLA POWER PC 마이크로프로세서와 같은 종래의 마이크로프로세서일 수 있다. 관련 기술 분야의 당업자는 "머신 판독가능 (저장) 매체" 또는 "컴퓨터 판독가능 (저장) 매체"라는 용어가 프로세서에 의해 액세스 가능한 임의의 유형의 디바이스를 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 이들 저장 매체는 (예컨대, 소프트웨어 또는 펌웨어로서) 프로그램 명령어를 저장할 수 있는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로 구현되는데, 프로그램 명령어는, 개시된 기술의 하나 이상의 프로세서(예컨대, 제어 로직(410), 전력 관리 모듈(445), 시스템(472))에 의해 실행될 때, 무선 전력 수신기 클라이언트(400)로 하여금 본 명세서에 개시된 다양한 알고리즘 및 방법의 수행을 구현, 실행 또는 용이하게 한다.
메모리는, 예를 들어 버스에 의해 프로세서에 결합된다. 메모리는, 제한이 아닌 예로서 동적 RAM(DRAM) 및 정적 RAM(SRAM)과 같은 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 포함할 수 있다. 메모리는 로컬, 원격 또는 분산형일 수 있다.
버스는 또한 프로세서를 비휘발성 메모리 및 구동 유닛에 결합시킨다. 비휘발성 메모리는 종종 자기 플로피 또는 하드 디스크, 자기 광학 디스크, 광학 디스크, CD-ROM, EPROM 또는 EEPROM과 같은 판독 전용 메모리(ROM), 자기 또는 광학 카드, 또는 대량의 데이터를 위한 다른 형태의 저장소이다. 이 데이터의 일부는 보통, 직접 메모리 액세스 프로세스에 의해, 컴퓨터(900)에서 소프트웨어의 실행 중에 메모리로 기록된다. 비휘발성 저장소는 로컬, 원격 또는 분산형일 수 있다. 메모리에서 이용 가능한 모든 적용가능 데이터를 사용하여 시스템이 생성될 수 있으므로, 비휘발성 메모리는 선택적이다. 전형적인 컴퓨터 시스템은 보통 적어도 프로세서, 메모리, 및 메모리를 프로세서에 결합시키는 디바이스(예컨대, 버스)를 포함할 것이다.
소프트웨어는 전형적으로 비휘발성 메모리 및/또는 구동 유닛에 저장된다. 실제로 대규모 프로그램의 경우 전체 프로그램을 메모리에 저장할 수도 없다. 그럼에도 불구하고, 소프트웨어를 실행하려면, 필요한 경우, 소프트웨어는 처리에 적합한 컴퓨터 판독가능 위치로 이동된다는 것이 이해되어야 하며, 설명을 위해, 이 위치는 이 문서에서 메모리로 지칭된다. 소프트웨어가 실행을 위해 메모리로 이동되는 경우에도, 프로세서는 전형적으로, 소프트웨어와 연관된 값을 저장하는 하드웨어 레지스터 및 이상적으로 실행 속도를 높이는 기능을 하는 로컬 캐시를 이용할 것이다. 본 명세서에서 사용될 때, 소프트웨어 프로그램은 "컴퓨터 판독가능 매체에서 구현된" 것으로 언급되는 경우 임의의 공지되거나 편리한 위치(비휘발성 저장소 내지 하드웨어 레지스터)에 저장되는 것으로 가정된다. 프로세서는 프로그램과 연관된 적어도 하나의 값이 프로세서에 의해 판독가능한 레지스터에 저장될 때 "프로그램을 실행하도록 구성"된 것으로 간주된다.
버스는 또한 프로세서를 네트워크 인터페이스 디바이스에 결합시킨다. 인터페이스는 모뎀 또는 네트워크 인터페이스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 모뎀 또는 네트워크 인터페이스는 컴퓨터 시스템의 일부인 것으로 간주될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 인터페이스는 아날로그 모뎀, isdn 모뎀, 케이블 모뎀, 토큰 링 인터페이스, 위성 전송 인터페이스(예컨대, "다이렉트 PC"), 또는 컴퓨터 시스템을 다른 컴퓨터 시스템에 켤합시키기 위한 다른 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는 하나 이상의 입력 및/또는 출력(I/O) 디바이스를 포함할 수 있다. I/O 디바이스는 제한이 아닌 예로서 키보드, 마우스 또는 다른 포인팅 디바이스, 디스크 드라이브, 프린터, 스캐너, 및 디스플레이 디바이스를 포함하는 다른 입력 및/또는 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 디스플레이 디바이스는 제한이 아닌 예로서 음극선관(cathode ray tube: CRT), 액정 디스플레이(LCD), 또는 몇몇 다른 적용가능한 공지된 또는 편리한 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다. 단순화를 위해, 도 9의 예에 도시되지 않은 임의의 디바이스의 제어기는 인터페이스에 존재한다고 가정한다.
동작시, 컴퓨터 시스템(900)은 디스크 운영 체제와 같은 파일 관리 시스템을 포함하는 운영 체제 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다. 연관된 파일 관리 시스템 소프트웨어를 갖는 운영 체제 소프트웨어의 일 예는 워싱턴주 레드몬드에 있는 MICROSOFT사의 WINDOWS로 알려진 운영 체제 제품군 및 이와 연관된 파일 관리 시스템이다. 연관된 파일 관리 시스템 소프트웨어를 갖는 운영 체제 소프트웨어의 다른 예는 LINUX 운영 체제 및 이와 연관된 파일 관리 시스템이다. 파일 관리 시스템은 전형적으로 비휘발성 메모리 및/또는 구동 유닛에 저장되며, 프로세서로 하여금 데이터를 입력 및 출력하고 메모리에 데이터를 저장하기 위해 운영 체제에 의해 요구되는 다양한 동작(비휘발성 메모리 및/또는 구동 유닛에 파일을 저장하는 것을 포함함)을 실행하게 한다.
상세한 설명의 일부분은 컴퓨터 메모리 내의 데이터 비트에 대한 연산의 알고리즘 및 기호 표현으로 제시될 수 있다. 이러한 알고리즘 설명 및 표현은 데이터 처리 기술 분야의 당업자가 그들의 작업 내용을 다른 당업자에게 가장 효과적으로 전달하기 위해 사용되는 수단이다. 알고리즘은 여기에서 일반적으로 원하는 결과로 이어지는 일관된 동작 순서로 이해된다. 동작은 물리량의 물리적 조작을 요구하는 동작이다. 보통, 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 양은 저장, 전송, 결합, 비교 및 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호의 형태를 취한다. 주로 일반적 사용의 이유로, 이 신호를 비트, 값, 요소, 기호, 문자, 용어, 숫자 등으로 지칭하는 것이 때로는 편리하다고 입증되었다.
그러나, 이들 및 유사한 용어들 모두는 적절한 물리량과 관련되어야 하며 이들 양에 적용되는 편리한 라벨에 지나지 않는다는 점에 유의해야 한다. 특별히 다르게 설명하지 않는 한, 이하의 논의로부터 명백한 바와 같이, 설명 전체에 걸쳐, "처리" 또는 "컴퓨팅" 또는 "계산" 또는 "결정" 또는 "표시" 등과 같은 용어를 이용하는 논의는, 컴퓨터 시스템의 레지스터 및 메모리 내의 물리(전자)량으로서 표현된 데이터를 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 기타 정보 저장, 전송 또는 표시 디바이스 내의 물리량으로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작 및 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스의 동작 및 프로세스를 지칭한다는 것을 알 수 있다.
본 명세서에 제시된 알고리즘 및 디스플레이는 본질적으로 임의의 특정 컴퓨터 또는 다른 디바이스와 관련된 것은 아니다. 다양한 범용 시스템이 본 명세서의 교시에 따라 프로그램과 함께 사용될 수 있거나, 일부 실시예의 방법을 수행하기 위해 보다 특수화된 디바이스를 구성하는 것이 편리하다고 입증할 수 있다. 다양한 시스템에 필요한 구조는 아래 설명에서 나타날 것이다. 또한, 기술은 임의의 특정 프로그래밍 언어를 참조하여 설명되지 않으며, 따라서 다양한 실시예는 다양한 프로그래밍 언어를 사용하여 구현될 수 있다.
다른 실시예에서, 머신은 독립형 디바이스로서 동작하거나 다른 머신에 접속 (예컨대, 네트워킹)될 수 있다. 네트워킹된 배치에서, 머신은 클라이언트-서버 네트워크 환경에서 서버 또는 클라이언트 머신의 자격으로 동작하거나 피어 투 피어 (또는 분산형) 네트워크 환경에서 피어 머신으로서 동작할 수 있다.
머신은 서버 컴퓨터, 클라이언트 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 랩탑 컴퓨터, 셋톱 박스(STB), 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 셀룰러 전화기, IPHONE, BLACKBERRY, 프로세서, 전화기, 웹 어플라이언스, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브릿지, 또는 그 머신에 의해 취해질 동작을 명시하는 명령어 세트(순차적 또는 다른 방식)를 실행할 수 있는 임의의 머신일 수 있다.
머신 판독가능 매체 또는 머신 판독가능 저장 매체는 예시적인 실시예에서 단일 매체로 도시되어 있지만, "머신 판독가능 매체" 및 "머신 판독가능 저장 매체"라는 용어는 하나 이상의 명령어 세트를 저장하는 단일 매체 또는 다수의 매체(예컨대, 중앙 집중형 또는 분산형 데이터베이스 및/또는 연관된 캐시 및 서버)를 포함하는 것으로 간주되어야 한다. "머신 판독가능 매체" 및 "머신 판독가능 저장 매체"라는 용어는 또한, 머신에 의해 실행될 명령어 세트를 저장, 인코딩 또는 전달할 수 있고 머신으로 하여금 현재 개시된 기술 및 혁신의 방법들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하는 임의의 매체를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
일반적으로, 본 명세서의 실시예를 구현하기 위해 실행되는 루틴은 "컴퓨터 프로그램"으로 지칭되는 운영 체제 또는 특정 애플리케이션, 구성요소, 프로그램, 객체, 모듈 또는 명령어 시퀀스의 일부로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 전형적으로 컴퓨터의 다양한 메모리 및 저장 디바이스에서 다양한 시간에 설정되고, 컴퓨터의 하나 이상의 처리 유닛 또는 프로세서에 의해 판독되고 실행될 때, 컴퓨터로 하여금 본 개시내용의 다양한 양태를 포함하는 요소를 실행하는 동작을 수행하게 하는 하나 이상의 명령어를 포함한다.
또한, 실시예는 완전히 기능하는 컴퓨터 및 컴퓨터 시스템과 관련하여 설명되었지만, 당업자는 다양한 실시예가 다양한 형태의 프로그램 제품으로서 배포될 수 있고, 개시내용이 실제로 배포되게 하는 데 이용되는 머신 또는 컴퓨터 판독가능 매체의 특정 유형에 관계없이 동등하게 적용됨을 인식할 것이다.
머신 판독가능 저장 매체, 머신 판독가능 매체 또는 컴퓨터 판독가능 (저장) 매체의 추가 예는, 특히, 휘발성 및 비휘발성 메모리 디바이스, 플로피 및 다른 제거 가능 디스크, 하드 디스크 드라이브, 광학 디스크(예컨대, CD ROM(Compact Disk Read-Only Memory), DVD(Digital Versatile Disk) 등)와 같은 기록가능 유형의 매체 및 디지털 및 아날로그 통신 링크와 같은 전송 유형의 매체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
문맥에서 별도 요구되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에서, "포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)" 등의 단어는, 배타적인 것이나 혹은 모든 것을 다 포함한다는 의미가 아닌 포괄적인 의미, 즉, "포함하는(including)"의 의미로 해석되어야 하지만, 이에 한정되지는 않는다. 본 명세서에서 사용될 때, "접속된", "결합된" 또는 이의 임의의 변형은 2개 이상의 요소 사이의 직접적인 또는 간접적인 임의의 접속 또는 결합을 의미하고, 요소들 사이의 접속의 결합은 물리적, 로직적 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, "여기에", "위에", "아래에" 및 유사한 의미의 단어는 이 출원에서 사용될 때 이 출원을 전체로서 지칭할 것이며 이 출원의 임의의 특정 부분을 지칭하는 것이 아니다. 문맥이 허용하는 경우, 단수 또는 복수를 사용하는 위 상세한 설명의 단어는 복수 또는 단수를 각각 포함할 수도 있다. 2개 이상의 항목 리스트와 관련하여 "또는"이라는 단어는 이 단어의 다음과 같은 해석을 모두 커버한다: 리스트 내의 임의의 항목, 리스트 내의 모든 항목 및 리스트 내의 항목의 임의의 조합.
명세서의 실시예에 대한 위 상세한 설명은 모든 것을 망라하고 있거나 위에 개시된 정확한 형태로 교시를 제한하려는 것은 아니다. 개시내용의 특정 실시예 및 예가 설명을 위해 전술되었지만, 당업자라면 인식할 수 있는 바와 같이, 본 명세서의 범위 내에서 다양한 균등한 수정이 가능하다. 예를 들어, 프로세스 또는 블록은 주어진 순서로 제공되지만, 대안적 실시예는 상이한 순서로 단계를 갖는 루틴을 수행하거나 블록을 갖는 시스템을 수행할 수 있고, 일부 프로세스 또는 블록은 삭제, 이동, 추가, 세분, 결합 및/또는 수정되어 다른 대안 또는 서브결합을 제공할 수 있다. 이들 프로세스 또는 블록의 각각은 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스 또는 블록이 때때로 직렬로 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 프로세스 또는 블록은 병렬로 수행되거나 상이한 시간에 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 언급된 임의의 특정 숫자는 예일 뿐이며, 대안적 구현예는 상이한 값 또는 범위를 사용할 수 있다.
본 명세서에 제공된 개시내용의 교시는 다른 시스템에 적용될 수 있으며 반드시 전술한 시스템일 필요는 없다. 전술한 다양한 실시예의 요소들 및 동작들은 결합되어 추가 실시예를 제공할 수 있다.
첨부한 출원 서류에 열거될 수 있는 임의의 것을 포함하여, 위에서 언급된 임의의 특허 및 출원 및 기타 참고 문헌은 본 명세서에서 참조에 의해 통합된다. 본 명세서의 양태는, 필요하다면, 본 개시내용의 또 다른 실시예를 제공하기 위해 전술된 다양한 참조 문헌의 시스템, 기능 및 개념을 사용하도록 수정될 수 있다.
위 상세한 설명에 비추어 본 개시내용에 대한 이러한 변경 및 다른 변경이 이루어질 수 있다. 위 설명은 본 개시내용의 특정 실시예를 설명하고, 고려된 최선의 모드를 설명하지만, 위 내용이 본문에 아무리 상세히 나타나더라도, 그 교시는 다수의 방식으로 실시될 수 있다. 시스템의 세부사항은 구현 세부사항에서 상당히 다를 수 있지만, 여전히 여기에 개시된 청구대상에 의해 포함된다. 전술한 바와 같이, 개시내용의 특정 특징 또는 양태를 설명할 때 사용된 특정 용어는, 그 용어가 연관되는 본 개시내용의 임의의 특정한 특성, 특징 또는 양태에 제한되도록 그 용어가 본 명세서에서 재정의되는 것을 암시하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 일반적으로, 후속하는 청구범위에서 사용된 용어는 위 상세한 설명 부분이 그러한 용어를 명확하게 정의하지 않는 한, 명세서에 개시된 특정 실시예로 개시내용을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서, 본 개시내용의 실제 범위는 개시된 실시예뿐만 아니라 청구범위에서의 개시내용을 실시하거나 구현하는 모든 균등한 방식도 포함한다.
본 개시내용의 특정 양태가 특정 청구항 형태로 이하에 제시되지만, 발명자는 임의의 수의 청구항 형태로 본 개시내용의 다양한 양태를 고려한다. 예를 들어, 본 개시내용의 단 하나의 양태는 35 U.S.C. §112(f) 하의 수단 플러스 기능 청구항(means-plus-function claim)으로서 나열되지만, 다른 양태는 마찬가지로 수단 플러스 기능 청구항으로 구현되거나 또는 컴퓨터 판독가능 매체에 구현되는 것과 같은 다른 형태로 구현될 수 있다(35 U.S.C. §112(f) 하에서 처리되도록 의도되는 모든 청구항은 "~하는 수단"이라는 단어로 시작될 것이다). 따라서, 본 출원인은 개시내용의 다른 양태에 대한 추가 청구항 양식을 추구하기 위해 출원한 후에 추가 청구항을 추가할 권한을 갖는다.
본 명세서에 제공된 상세한 설명은 다른 시스템에도 적용될 수 있으며, 반드시 전술한 시스템일 필요는 없다. 전술한 다양한 예들의 요소 및 동작은 결합되어 본 발명의 추가 구현예를 제공할 수 있다. 본 발명의 몇몇 다른 구현예는 전술한 구현예에 대한 추가 요소를 포함할 수 있을 뿐만 아니라 더 적은 수의 요소도 포함할 수 있다. 위 상세한 설명에 비추어 본 발명에 이러한 변경 및 다른 변경이 이루어질 수 있다. 위 설명은 본 발명의 특정 예를 정의하고, 고려된 최선의 모드를 설명하지만, 위 내용이 본문에 아무리 상세히 나타나더라도, 본 발명은 다수의 방법으로 실시될 수 있다. 시스템의 세부사항은 특정 구현예에서 상당히 다를 수 있지만, 본 명세서에 개시된 발명에 여전히 포함된다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 특정 특징 또는 양태를 설명할 때 사용되는 특정 용어는 그 용어가 연관되는 본 발명의 임의의 특정한 특성, 특징 또는 양태로 제한되도록 그 용어가 본 명세서에서 재정의되는 것을 암시하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 일반적으로, 후속하는 청구범위에서 사용된 용어는 위 상세한 설명 부분이 그러한 용어를 명백하게 정의하지 않는 한, 본 발명을 명세서에 개시된 특정 예들로 제한하도록 해석되어서는 안 된다. 따라서, 본 발명의 실제 범위는 개시된 예뿐만 아니라 본 발명을 실시하거나 구현하는 모든 균등한 방식도 포함한다.

Claims (20)

  1. 무선 전력 수신기 장치로서,
    적어도 하나의 안테나 및 비컨 신호 생성기를 포함하는 무선 주파수(radio frequency: RF) 송수신기와,
    상기 RF 송수신기에 결합된 에너지 수확기 회로(energy harvester circuitry)와,
    상기 RF 송수신기 및 상기 에너지 수확기 회로에 결합된 제어 회로를 포함하되,
    상기 제어 회로는, 상기 RF 송수신기로 하여금,
    무선 전력 송신기(wireless power transmitter: WPT)와의 접속을 수립하는 것과,
    비컨 주파수(fB)에서, 상기 비컨 신호 생성기를 사용하여 비컨 신호를 생성하는 것과,
    제1 기간에, 상기 WPT로 상기 비컨 신호를 송신하는 것과,
    상기 비컨 신호에 응답하여 상기 제1 기간과 상이한 제2 기간에, 상기 WPT에 의해 송신된 전력 주파수(fP)에서의 무선 전력 신호를 수신하는 것과,
    상기 WPT로부터 수신된 상기 무선 전력 신호의 지속기간을 측정하는 것과,
    상기 측정된 지속기간에 따라 상기 비컨 신호가 송신되는 상기 fB를 변경하는 것
    을 수행하게 하도록 동작할 수 있는,
    무선 전력 수신기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RF 송수신기는 상기 비컨 신호 생성기 및 상기 적어도 하나의 안테나에 결합된 비컨 코딩 모듈을 포함하고,
    상기 제어 회로는 또한, 상기 RF 송수신기로 하여금, 상기 적어도 하나의 안테나를 통한 상기 WPT로의 송신을 위해, 상기 비컨 코딩 모듈을 사용하여 상기 비컨 신호를 인코딩하게 하도록 동작할 수 있는,
    무선 전력 수신기 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 회로에 결합된 식별(identification: ID) 모듈을 더 포함하되, 상기 ID 모듈은 상기 WPT에 대해 상기 무선 전력 수신기 장치를 고유하게 식별하는 클라이언트 ID를 저장하는,
    무선 전력 수신기 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 RF 송수신기로 하여금 상기 비컨 코딩 모듈을 사용하여 상기 클라이언트 ID를 상기 비컨 신호에 인코딩하게 하도록 동작할 수 있는,
    무선 전력 수신기 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기 장치와 연관된 클라이언트 디바이스 또는 시스템의 하나 이상의 전자 구성요소에 전류 흐름을 전달하기 위해 상기 에너지 수확기 회로에 인터페이스하는 수단을 더 포함하는,
    무선 전력 수신기 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인터페이스하는 수단에 결합되고, 상기 클라이언트 디바이스 또는 시스템의 상기 하나 이상의 전자 구성요소에 전압 조정된 전류 흐름을 전달하도록 구성된 적어도 하나의 전력 변환기를 더 포함하는,
    무선 전력 수신기 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 수확기 회로와 상기 제어 회로 중 적어도 하나에 결합되고, 상기 무선 전력 수신기 장치와 연관된 클라이언트 디바이스 또는 시스템의 하나 이상의 전자 디바이스로 또는 그로부터 데이터 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 데이터 인터페이스 수단을 더 포함하는,
    무선 전력 수신기 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 수확기 회로 및 상기 제어 회로에 결합된 에너지 저장 디바이스를 더 포함하되,
    상기 제어 회로는 또한,
    상기 에너지 저장 디바이스의 전력 레벨을 결정하고,
    상기 에너지 수확기 회로로 하여금 상기 무선 전력 신호의 에너지의 적어도 일부를 저장을 위해 상기 에너지 저장 디바이스에 전달하게 하도록
    동작할 수 있는,
    무선 전력 수신기 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 비컨 신호를 상기 WPT로 송신하기 위해, 상기 제어 회로는 또한,
    상기 무선 전력 신호가 제1 지속기간에서 측정되는 것에 응답하여, 제1 fB에서 상기 비컨 신호를 생성 및 송신하거나, 또는
    상기 무선 전력 신호가 상기 제1 지속기간과 상이한 제2 지속기간에서 측정되는 것에 응답하여, 상기 제1 fB와 상이한 제2 fB에서 상기 비컨 신호를 생성 및 송신하도록
    동작할 수 있는,
    무선 전력 수신기 장치.
  10. 무선 전력 송신 시스템으로서,
    다수의 무선 주파수(RF) 송수신기를 갖는 안테나 어레이와,
    상기 안테나 어레이 및 메모리 저장 디바이스와 통신하는 제어 회로를 포함하되,
    상기 제어 회로는,
    무선 전력 송신 환경을 모니터링하여, 무선 전력 수신기 클라이언트(wireless power receiver client: WPRC)에 의해 비컨 주파수(fB)에서 송신된 비컨 신호 ― 상기 비컨 신호는 상기 WPRC의 식별 정보를 인코딩함 ― 를 검출하고,
    상기 안테나 어레이가 무선 전력 신호를 송신하는 지속기간을 제1 지속기간에서 상기 제1 지속기간과 상이한 제2 지속기간으로 변경하고,
    상기 제1 지속기간에서 상기 제2 지속기간으로의 변경에 응답하여, 상기 WPRC로 하여금 상기 fB를 제1 fB에서 제2 fB로 변경하게 하고 ― 상기 제1 fB는 상기 제2 fB와 상이함 ―,
    상기 비컨 신호를 검출하는 것에 응답하여, 상기 식별 정보가 상기 메모리 저장 디바이스에 저장된 엔트리와 일치하는지 여부를 판정하고,
    상기 식별 정보가 상기 메모리 저장 디바이스에 저장된 엔트리와 일치할 경우, 상기 제1 지속기간 동안 상기 WPRC로 상기 무선 전력 신호를 송신할 것을 상기 안테나 어레이에 지시하거나, 또는
    상기 식별 정보가 상기 메모리 저장 디바이스에 저장된 엔트리와 일치하지 않을 경우, 상기 WPRC로 하여금 상기 WPRC의 추가 식별 정보를 인코딩하는 다른 비컨 신호를 상기 제2 fB에서 송신하게 하기 위해, 상기 제2 지속기간 동안 상기 WPRC로 상기 무선 전력 신호를 송신할 것을 상기 안테나 어레이에 지시하도록 구성되는,
    무선 전력 송신 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 지속기간은 상기 제2 지속기간보다 긴,
    무선 전력 송신 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 안테나 어레이가 상기 무선 전력 신호를 송신하는 지속기간의 상기 제1 지속기간에서 상기 제2 지속기간으로의 변경에 의해, 상기 제어 회로는 또한, 상기 무선 전력 송신 시스템 및 상기 WPRC로 하여금 무선 전력 송신을 위한 새로운 채널을 점유하게 하는,
    무선 전력 송신 시스템.
  13. 무선 전력 수신기에서의 방법으로서,
    상기 무선 전력 수신기의 무선 주파수(RF) 송수신기의 적어도 하나의 안테나를 통해, 무선 전력 송신기(WPT)와의 접속을 수립하는 단계와,
    제1 기간에 상기 적어도 하나의 안테나를 통해, 비컨 주파수(fB)에서 상기 WPT로 비컨 신호를 송신하는 단계와,
    상기 비컨 신호에 응답하여 상기 적어도 하나의 안테나를 통해, 상기 제1 기간과 상이한 제2 기간에, 상기 WPT에 의해 송신된 전력 주파수(fP)에서의 무선 전력 신호를 수신하는 단계와,
    상기 WPT로부터 수신된 상기 무선 전력 신호의 지속기간을 측정하는 단계와,
    상기 측정에 따라 상기 비컨 신호가 송신되는 상기 fB를 변경하는 단계를 포함하는,
    방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기의 에너지 수확기 회로로 하여금 상기 무선 전력 신호의 에너지의 적어도 일부를 에너지 저장 디바이스에 전달하게 하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 RF 송수신기로 하여금 상기 무선 전력 신호의 에너지를 교류(AC) 신호로 변환하게 하는 단계와,
    상기 RF 송수신기로부터 상기 에너지 수확기 회로의 정류기로 상기 AC 신호를 송신하는 단계와,
    상기 에너지 수확기 회로로 하여금 상기 에너지 저장 디바이스에 전력을 직류(DC) 신호로서 전달하게 하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 비컨 신호를 송신하는 단계는 타이밍 비컨 신호 및 위상 비컨 신호를 상기 WPT로 송신하는 단계를 포함하는,
    방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 비컨 신호를 송신하는 단계는,
    제1 지속기간에서 상기 무선 전력 신호를 측정하는 것에 응답하여, 제1 fB에서 상기 비컨 신호를 송신하는 단계, 또는
    상기 제1 지속기간과 상이한 제2 지속기간에서 상기 무선 전력 신호를 측정하는 것에 응답하여, 상기 제1 fB와 상이한 제2 fB에서 상기 비컨 신호를 송신하는 단계를 포함하는,
    방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기가 위치한 무선 전력 전달 환경의 RF 매체가 유휴 상태(idle)인지 여부를 판정하기 위해 클리어 채널 평가(clear channel assessment: CCA)를 수행하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 RF 매체가 유휴 상태라는 판정에 응답하여,
    상기 RF 송수신기로 하여금 상기 적어도 하나의 안테나를 통해 상기 무선 전력 전달 환경으로 짧은 타이밍 비컨 및 위상 비컨을 송신하게 하는 단계와,
    상기 무선 전력 신호에 대한 상기 fp를 모니터링하는 단계를 더 포함하거나, 또는
    상기 RF 매체가 유휴 상태가 아니라는 판정에 응답하여,
    상기 RF 송수신기로 하여금 미리 결정된 양의 시간 동안 대기하게 하는 단계와,
    적어도 하나의 반복 동안 상기 CCA를 수행하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 측정된 지속기간에 따라 상기 무선 전력 수신기의 통신 또는 처리 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
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