KR20210011995A - 확장된 이물질 검출 신호 프로세싱 - Google Patents
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Abstract
확장된 이물질 검출 (FOD) 신호 프로세싱을 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 양태들에서, 상호변조 프로덕트들의 영향들을 완화시키기 위해 FOD 시스템에서는 오실레이터 리셋이 구현된다. 또한, FOD 시스템을 둔감화시키는 높은 잡음을 회피하기 위해 동적 주파수 할당이 구현된다. 또한, 저속 샘플링 모드는 일시적 이물질들에 대한 내성을 증가시키기 위해 구현된다. 기준 추적 및 자동-복구는 정전을 브리지하기 위해 구현된다. 추가적으로, FOD 시스템은 패시브 비컨 트랜스폰더 회로를 사용하여 차량 패드와 베이스 패드 사이의 정렬을 결정하기 위한 포지션 확인을 지원하고 동시 FOD 동작에서 필요에 따라 비컨 응답 캔슬레이션을 수행하도록 구성된다.
Description
본 개시는 일반적으로, 예를 들어 유도성 전력 전송을 위한 애플리케이션에서의, 물체 검출 (object detection) 에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 확장된 이물질 검출 신호 프로세싱을 위한 회로와 관련된다.
물체 검출은, 다양한 애플리케이션들에, 그리고 특히 미리 결정된 영역 내에서 물체들을 검출하는데 유용할 수도 있는 애플리케이션들에 매우 유익할 수도 있다. 예를 들어, 소정의 유도성 전력 전송 애플리케이션 (또는 다른 타입들의 무선 전력 전송 애플리케이션들) 에 있어서, 유도성 전력 영역에 존재할 수도 있고 그 영역에서 높은 자기장 강도로 인한 유도 가열에 영향을 받기 쉬울 수 있는 이물질들을 빠르게 검출 가능한 것이 유용할 수도 있다. 유도성 무선 전기 차량 충전 (wireless electric vehicle charging; WEVC) 시스템에서, 송신 코일 (예를 들어, 프라이머리 코일) 상측의 자기 플럭스 밀도들은 충분한 전력 전송을 허용하기 위해 상대적으로 높은 레벨들에 있을 수 있다 (예를 들어, WEVC 시스템의 경우 전력은 대략 수 킬로와트 - 예를 들어, 3.3 kW, 11 kW 등 - 로 전송될 수도 있다). 자기장에 존재하는 금속 물체들 또는 다른 물체들은 바람직하지 않은 유도 가열을 경험할 수 있다. 이러한 이유로, 이물질 검출 (foreign object detection; FOD) 이 무선 전력 전송 시스템의 코일들에 의해 생성된 자기장에 의해 영향을 받는 금속 물체들 또는 다른 물체들을 검출하기 위해 구현될 수도 있다.
확장된 이물질 검출 (FDD) 신호 프로세싱을 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 양태들에서, 상호변조 프로덕트들 (intermodulation products) 의 영향들을 완화시키기 위해 FOD 시스템에서는 오실레이터 리셋이 구현된다. 또한, FOD 시스템을 둔감화 (desensitizing) 하는 높은 잡음을 회피하기 위해 동적 주파수 할당이 구현된다. 저속 샘플링 모드 (slow sampling mode) 는 일시적 이물질들에 대한 내성을 증가시키기 위해 구현된다. 기준 추적 (reference tracking) 및 자동-복구 (auto-recovery) 는 정전 (power outages) 을 브리지하기 위해 구현된다. 추가적으로, FOD 시스템은 패시브 비컨 트랜스폰더 회로를 사용하여 차량 패드와 베이스 패드 사이의 정렬을 결정하기 위한 포지션 확인 (position finding) 을 지원하고 동시 FOD 동작에서 필요에 따라 비컨 응답 캔슬레이션 (cancellation) 을 수행하도록 구성된다.
양태들에서, 물체를 검출하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 전력-전송 시스템 내의 복수의 감지 코일들 및 복수의 감지 코일들에 전기적으로 연결되고 복수의 감지 코일들의 각각에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하도록 구성된 구동 회로부를 포함한다. 장치는 또한 검출 회로를 포함하며, 그 검출 회로는, 구동 회로부에 의한 복수의 감지 코일들의 각각에 대한 동작 주파수에서의 신호의 선택적 인가에 기초하여 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 샘플 값들을 생성하고; 그리고 전력-전송 시스템에 의한 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 하나 이상의 샘플 값들의 프로세싱과 연관된 파라미터를 조정하도록 구성된다.
양태들에서, 물체를 검출하기 위한 방법이 개시된다. 방법은, 복수의 감지 코일들의 각각에 대한 동작 주파수에서의 신호의 선택적 인가에 기초하여 전력-전송 시스템의 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 샘플 값들을 생성하는 단계; 및 전력-전송 시스템에 의한 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 하나 이상의 샘플 값들의 프로세싱과 연관된 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 물체를 검출하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 전력-전송 시스템의 복수의 감지 코일들의 각각에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하기 위한 구동 수단을 포함한다. 장치는 또한, 구동 수단에 의한 복수의 감지 코일들의 각각에 대한 동작 주파수에서의 신호의 선택적 인가에 기초하여 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 샘플 값들을 생성하기 위한 생성 수단을 포함한다. 장치는 또한, 전력-전송 시스템에 의한 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 하나 이상의 샘플 값들의 프로세싱과 연관된 파라미터를 조정하기 위한 조정 수단을 포함한다.
양태들에서, 물체를 검출하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 전력-전송 시스템 내의 복수의 감지 코일들 및 복수의 감지 코일들에 전기적으로 연결되고 복수의 감지 코일들의 각각에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하도록 구성된 구동 회로부를 포함한다. 장치는 또한 검출 회로를 포함하며, 그 검출 회로는, 복수의 감지 코일들의 각각에 대한 동작 주파수에서의 신호의 선택적 인가에 기초하여 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 값들을 생성하고; 그리고 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값을 메모리에 저장하도록 구성된다. 검출 회로는, 정전 이벤트를 검출하는 것에 응답하여; 또는 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값이 메모리에 저장되는지 여부를 결정하는 초기화 시퀀스의 부분으로서; 메모리에 저장된 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값과 하나 이상의 값들 중 적어도 다른 값을 비교하도록 추가로 구성된다. 검출 회로는, 메모리에 저장된 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값과 하나 이상의 값들 중 적어도 다른 값의 비교에 적어도 기초하여 물체가 복수의 감지 코일들 중 적어도 하나의 감지 코일에 근접한지 여부를 결정하도록 추가로 구성된다.
양태들에서, 물체를 검출하기 위한 방법이 개시된다. 방법은, 복수의 감지 코일들의 각각에 대한 동작 주파수에서의 신호의 선택적 인가에 기초하여 전력-전송 시스템의 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 값들을 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값을 메모리에 저장하는 단계를 포함한다. 방법은, 정전 이벤트를 검출하는 것에 응답하여; 또는 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값이 메모리에 저장되는지 여부를 결정하는 초기화 시퀀스의 부분으로서; 메모리에 저장된 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값과 하나 이상의 값들 중 적어도 다른 값을 비교하는 단계를 더 포함한다. 또한, 방법은, 메모리에 저장된 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값과 하나 이상의 값들 중 적어도 다른 값의 비교에 적어도 기초하여 물체가 복수의 감지 코일들 중 적어도 하나의 감지 코일에 근접한지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
적어도 하나의 양태에서, 물체를 검출하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 복수의 감지 코일들의 각각에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하기 위한 구동 수단을 포함한다. 장치는 또한, 복수의 감지 코일들의 각각에 대한 동작 주파수에서의 신호의 선택적 인가에 기초하여 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 값들을 생성하기 위한 생성 수단을 포함한다. 또한, 장치는 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값을 메모리에 저장하기 위한 저장 수단을 포함한다. 장치는 또한, 정전 이벤트를 검출하는 것에 응답하여 또는 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값이 메모리에 저장되는지 여부를 결정하는 초기화 시퀀스의 부분으로서, 메모리에 저장된 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값과 하나 이상의 값들 중 적어도 다른 값을 비교하기 위한 비교 수단을 포함한다. 장치는, 메모리에 저장된 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값과 하나 이상의 값들 중 적어도 다른 값의 비교에 적어도 기초하여 물체가 복수의 감지 코일들 중 적어도 하나의 감지 코일에 근접한지 여부를 결정하기 위한 결정 수단을 더 포함한다.
양태들에서, 물체를 검출하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 전력-전송 시스템 내의 복수의 감지 코일들, 복수의 감지 코일들에 커플링된 아날로그 프런트엔드 회로, 및 아날로그 프런트엔드 회로에 커플링된 디지털-아날로그 변환기 (DAC) 를 구동하도록 구성된 오실레이터를 포함한다. 장치는 또한, 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에 근접한 외래 금속 물체의 존재를 결정하기 위해 복수의 감지 코일들의 각각에서의 임피던스를 측정하도록 구성된 검출 회로를 포함하고, 여기서 임피던스는 일련의 측정 사이클들에서 측정된다. 검출 회로는 또한, 임피던스 측정치 (impedance measurement) 의 왜곡들을 감소시키기 위해 각각의 측정 사이클 후 오실레이터의 파라미터를 리셋하도록 구성된다. 일부 양태들에서, 왜곡들은 복수의 감지 코일들 사이의 상호변조에 의해 야기된다.
검출 회로는 각각의 측정 사이클 후 오실레이터의 위상을 리셋하도록 구성될 수도 있다. 각각의 측정 사이클 후 오실레이터를 리셋하면, 각각의 임피던스 측정 샘플이 시간에 걸쳐 안정되고 동일한 오프셋을 가질 수 있다. 오실레이터는 장치의 디지털 신호 프로세서의 디지털 제어된 오실레이터를 포함할 수도 있다. 검출 회로는 복수의 감지 코일들에 의해 생성된 자기장 내에 위치되는 외래 금속 물체의 존재를 결정하도록 추가로 구성될 수도 있다. 장치는 아날로그 프런트엔드 회로와 병렬로 동작하도록 구성된 하나 이상의 추가적인 아날로그 프런트엔드 회로들을 포함할 수도 있고, 여기서 아날로그 프런트엔드 회로 및 각각의 하나 이상의 추가적인 아날로그 프런트엔드 회로들은 상이한 주파수에서 동작한다. 검출 회로는 복수의 감지 코일들의 각각에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 샘플 값들을 생성하고 전력-전송 시스템에 의한 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 하나 이상의 샘플 값들을 생성하기 위한 샘플링 레이트를 조정하도록 추가로 구성될 수도 있다. 검출 회로는 또한, 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초한 길이를 갖는 시간 윈도우 내에 있는 하나 이상의 샘플 값들 중 하나 이상을 캔슬 아웃 (cancel out) 하도록 구성된 이상치 (outlier) 캔슬레이션 필터를 포함할 수도 있다. 검출 회로는, 하나 이상의 잡음 측정치들에 기초하여 그리고 전력-전송 시스템의 전력-전송 주파수의 고조파 (harmonics) 를 회피하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 복수의 감지 코일들의 적어도 부분에 인가된 신호의 동작 주파수를 조정하도록 추가로 구성될 수도 있다.
적어도 하나의 양태에서, 물체를 검출하기 위한 방법이 설명된다. 방법은, 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에 근접한 외래 금속 물체의 존재를 결정하기 위해 복수의 감지 코일들의 각각에서의 임피던스를 측정하는 단계를 포함한다. 임피던스는 일련의 측정 사이클들에서 측정된다. 방법은 또한, 임피던스 측정치의 왜곡들을 감소시키기 위해 각각의 측정 사이클 후 오실레이터의 파라미터를 리셋하는 단계를 포함하고, 여기서 왜곡들은 복수의 감지 코일들 사이의 상호변조에 의해 야기된다.
다른 양태에서, 물체를 검출하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 전력-전송 시스템 내의 복수의 감지 코일들, 복수의 감지 코일들에 커플링된 아날로그 프런트엔드 회로, 및 아날로그 프런트엔드 회로에 커플링된 디지털-아날로그 변환기 (DAC) 를 구동하도록 구성된 오실레이터를 포함한다. 장치는 또한, 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에 근접한 외래 금속 물체의 존재를 결정하기 위해 복수의 감지 코일들의 각각에서의 임피던스를 측정하기 위한 측정 수단을 포함한다. 또한, 장치는, 복수의 감지 코일들 사이의 상호변조에 의해 야기된 임피던스 측정치의 왜곡들을 감소시키기 위해 각각의 측정 사이클 후 오실레이터의 파라미터를 리셋하기 위한 리셋 수단을 포함한다.
양태들에서, 물체를 검출하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 전력-전송 시스템 내의 복수의 감지 코일들, 구동 회로부, 및 검출 회로를 포함한다. 구동 회로부는 복수의 감지 코일들에 전기적으로 연결되고 복수의 감지 코일들의 각각에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하도록 구성된다. 검출 회로는, 복수의 감지 코일들의 각각에 대한 동작 주파수에서의 신호의 선택적 인가에 기초하여 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 값들을 생성하고; 그리고 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스의 절대 값과 하나 이상의 공진 주파수 범위들 사이의 비교에 기초하여 하나 이상의 감지 코일들 중 하나 이상이 결함이 있다고 결정하도록 구성된다.
공진 주파수 범위들은 감지 코일의 단락 (short-circuit), 개방-회로 (open-circuit), 또는 하드웨어 장애 (hardware failure) 를 표시하는 범위들을 포함할 수도 있다. 검출 회로는, 하나 이상의 잡음 측정치들에 기초하여 복수의 감지 코일들의 적어도 부분에 인가된 신호의 동작 주파수를 조정하도록 추가로 구성될 수도 있고, 동작 주파수의 조정의 범위는 복수의 감지 코일들의 각각의 공진 주파수에 근거할 수도 있다. 동작 주파수는 전력-전송 시스템의 전력-전송 주파수의 고조파를 회피하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 조정될 수도 있다. 검출 회로는, 전력-전송 시스템에 의한 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 하나 이상의 값들을 생성하기 위한 샘플링 레이트를 조정하도록 추가로 구성될 수도 있다. 검출 회로는, 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초한 길이를 갖는 시간 윈도우 내에 있는 하나 이상의 샘플 값들 중 하나 이상을 캔슬 아웃하도록 구성된 이상치 캔슬레이션 필터를 포함할 수도 있다. 검출 회로는, 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 하나 이상의 샘플 값들의 프로세싱과 연관된 파라미터를 조정하도록 추가로 구성될 수도 있다. 검출 회로는 로컬 오실레이터의 각각의 측정 사이클 후 로컬 오실레이터의 파라미터를 리셋함으로써 임피던스 데이터의 왜곡들을 감소시키도록 구성될 수도 있다.
적어도 하나의 양태에서, 물체를 검출하기 위한 방법이 개시된다. 방법은, 전력-전송 시스템 내의 복수의 감지 코일들의 각각에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 복수의 감지 코일들의 각각에 대한 동작 주파수에서의 신호의 선택적 인가에 기초하여 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 값들을 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은, 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스의 절대 값과 하나 이상의 공진 주파수 범위들 사이의 비교에 기초하여 하나 이상의 감지 코일들 중 하나 이상이 결함이 있다고 결정하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 물체를 검출하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 전력-전송 시스템 내의 복수의 감지 코일들의 각각에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하기 위한 구동 수단을 포함한다. 장치는 또한, 복수의 감지 코일들의 각각에 대한 동작 주파수에서의 신호의 선택적 인가에 기초하여 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 값들을 생성하기 위한 생성 수단을 포함한다. 또한, 장치는, 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스의 절대 값과 하나 이상의 공진 주파수 범위들 사이의 비교에 기초하여 하나 이상의 감지 코일들 중 하나 이상이 결함이 있다고 결정하기 위한 결정 수단을 포함한다.
도면들에서, 참조 번호의 가장 왼쪽 숫자는 그 참조 번호가 처음 나타나는 도면을 식별한다. 설명의 상이한 인스턴스들 또는 도면들에서의 동일한 참조 번호들의 사용은 비슷한 엘리먼트들을 표시한다.
도 1 은 물체 검출 회로의 예시적인 구현을 예시한다.
도 2a 는 도 1 의 물체 검출 회로를 갖는 무선 전력 전송 회로를 포함하는 무선 전력 전송 장치의 예시적인 구현을 예시한다.
도 2b 는 도 1 의 물체 검출 회로를 포함하는 무선 전력 전송 장치의 부분의 측면도를 예시한다.
도 3 은, 각각, 다양한 아날로그 및 디지털 프로세싱 채널들을 갖는 아날로그 회로부 및 디지털 프로세싱 회로부를 포함하는 도 1 의 물체 검출 회로의 부분의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 4 는 더 상세히 아날로그 회로부 및 디지털 프로세싱 회로부를 포함하는 도 3 의 회로의 부분의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 5 는, 개관의 목적들을 위해, 필터링 및 보정 회로 및 샘플링 모드 제어기 회로를 포함하는 도 3 의 회로의 부분의 예시적인 구현을 예시한다.
도 6 은 도 3 의 회로의 부분에서의 더 많은 상세를 보여주기 위한 목적들을 위한 블록 다이어그램이다.
도 7 은 복수의 감지 회로들의 각각에 감지 신호를 동시에 인가하는 도 1 의 물체 검출 회로에서의 상호변조의 영향들을 예시하는 일련의 예시적인 I/Q 다이어그램들을 도시한다.
도 8 은 오실레이터의 주파수가 변경되고 그 위상이 리셋되는 2 개의 연속 측정 인터벌들 사이의 트랜지션에서의 예시적인 오실레이터 출력 신호를 예시하는 시간 다이어그램을 도시한다.
도 9 는 도 3 에 도시된 디지털 프로세싱 회로부의 다른 부분의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 10 은 도 5 의 샘플링 모드 제어기 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 11a 는 고속 샘플링 모드에서 도 10 의 회로의 예시적인 동작을 예시하는 시간 다이어그램들을 도시한다.
도 11b 는 저속 샘플링 모드에서 도 10 의 회로의 예시적인 동작을 예시하는 시간 다이어그램들을 도시한다.
도 12 는 도 1 의 물체 검출 회로의 부분인 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 13 은 예를 들어, 온도 변화들로 인한, 연속 측정 출력들에서의 드리프트를 예시하는 다양한 시간 다이어그램들을 도시한다.
도 14a 는 도 9 에 도시된 이상치 캔슬레이션 필터의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 14b 는 도 9 및 도 14a 의 이상치 캔슬레이션 필터의 예시적인 동작을 예시하는 복소 평면을 도시한다.
도 15 는 기준 추적 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 16 은 자동-복구 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 17 은 도 1 의 감지 회로의 예시적인 구현의 크기 임피던스 (magnitude impedance) 대 주파수 함수 (frequency function) 를 예시한다.
도 18 은 주파수 할당 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 19 는 도 1 내지 도 18 을 참조하여 설명된 엘리먼트들/기능성 중 임의의 것이 구현될 수도 있는 전기 차량을 충전하기 위한 무선 전력 전송 시스템을 예시하는 투시도이다.
도 20 은 도 19 의 무선 전력 전송 시스템의 부분일 수도 있는 무선 전력 전송 장치의 예시적인 구현을 예시하는 개략도이다.
도 1 은 물체 검출 회로의 예시적인 구현을 예시한다.
도 2a 는 도 1 의 물체 검출 회로를 갖는 무선 전력 전송 회로를 포함하는 무선 전력 전송 장치의 예시적인 구현을 예시한다.
도 2b 는 도 1 의 물체 검출 회로를 포함하는 무선 전력 전송 장치의 부분의 측면도를 예시한다.
도 3 은, 각각, 다양한 아날로그 및 디지털 프로세싱 채널들을 갖는 아날로그 회로부 및 디지털 프로세싱 회로부를 포함하는 도 1 의 물체 검출 회로의 부분의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 4 는 더 상세히 아날로그 회로부 및 디지털 프로세싱 회로부를 포함하는 도 3 의 회로의 부분의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 5 는, 개관의 목적들을 위해, 필터링 및 보정 회로 및 샘플링 모드 제어기 회로를 포함하는 도 3 의 회로의 부분의 예시적인 구현을 예시한다.
도 6 은 도 3 의 회로의 부분에서의 더 많은 상세를 보여주기 위한 목적들을 위한 블록 다이어그램이다.
도 7 은 복수의 감지 회로들의 각각에 감지 신호를 동시에 인가하는 도 1 의 물체 검출 회로에서의 상호변조의 영향들을 예시하는 일련의 예시적인 I/Q 다이어그램들을 도시한다.
도 8 은 오실레이터의 주파수가 변경되고 그 위상이 리셋되는 2 개의 연속 측정 인터벌들 사이의 트랜지션에서의 예시적인 오실레이터 출력 신호를 예시하는 시간 다이어그램을 도시한다.
도 9 는 도 3 에 도시된 디지털 프로세싱 회로부의 다른 부분의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 10 은 도 5 의 샘플링 모드 제어기 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 11a 는 고속 샘플링 모드에서 도 10 의 회로의 예시적인 동작을 예시하는 시간 다이어그램들을 도시한다.
도 11b 는 저속 샘플링 모드에서 도 10 의 회로의 예시적인 동작을 예시하는 시간 다이어그램들을 도시한다.
도 12 는 도 1 의 물체 검출 회로의 부분인 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 13 은 예를 들어, 온도 변화들로 인한, 연속 측정 출력들에서의 드리프트를 예시하는 다양한 시간 다이어그램들을 도시한다.
도 14a 는 도 9 에 도시된 이상치 캔슬레이션 필터의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 14b 는 도 9 및 도 14a 의 이상치 캔슬레이션 필터의 예시적인 동작을 예시하는 복소 평면을 도시한다.
도 15 는 기준 추적 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 16 은 자동-복구 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 17 은 도 1 의 감지 회로의 예시적인 구현의 크기 임피던스 (magnitude impedance) 대 주파수 함수 (frequency function) 를 예시한다.
도 18 은 주파수 할당 회로의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 19 는 도 1 내지 도 18 을 참조하여 설명된 엘리먼트들/기능성 중 임의의 것이 구현될 수도 있는 전기 차량을 충전하기 위한 무선 전력 전송 시스템을 예시하는 투시도이다.
도 20 은 도 19 의 무선 전력 전송 시스템의 부분일 수도 있는 무선 전력 전송 장치의 예시적인 구현을 예시하는 개략도이다.
물체 검출 (및 특히 금속 물체 검출) 은 다양한 애플리케이션들에 매우 유익할 수도 있다. 미리 결정된 영역 (공간) 에서의 검출을 위해, 물체 검출 시스템은 미리 결정된 에어리어에 걸쳐 분포된 복수의 감지 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 미리 결정된 에어리어 상측에 있을 수도 있는 이 미리 결정된 영역은, 금속 물체들이 확인될 수도 있고 자기 플러스 밀도가 소정의 한계 (예를 들어, 물체가 가열될 수도 있는 온도의 레벨들에 기초하여 결정된 임계치) 를 초과하는 공간에 의해 정의될 수도 있다. 감지 엘리먼트들의 수는 검출되는 것이 바람직한 물체들의 최소 사이즈에 비례하거나 또는 그와 관련될 수도 있다. 작은 물체들 (예를 들어, 페이퍼 클립의 사이즈) 을 검출하도록 구성되는 시스템의 경우, 감지 엘리먼트들의 수는 상대적으로 많을 수도 있다. 감지 엘리먼트들의 각각에 감지 신호들을 인가하기 위한 구동 회로부, 감지 엘리먼트들의 컨디셔닝을 위한 추가적인 회로부, 뿐만 아니라 물체의 존재에 대응할 수도 있는 전기적 특성들의 변화들을 찾기 위한 대응하는 검출 및 측정 회로부는, 감지 엘리먼트들의 수가 증가함에 따라 복잡하거나 또는 많은 비용이 들 수도 있다.
전기 차량은 본 명세서에서 원격 시스템을 설명하는데 사용되며, 그 일 예는, 그 로코모션 능력들의 부분으로서, 충전가능 에너지 저장 디바이스 (예를 들어, 하나 이상의 재충전가능 전기화학 셀들 또는 다른 타입의 배터리) 로부터 도출된 전기 전력을 포함하는 차량이다. 비-한정적인 예들로서, 일부 전기 차량들은, 전동기들 이외에, 직접적인 로코모션을 위한 또는 차량의 배터리를 충전하기 위한 종래의 연소 기관을 포함하는 하이브리드 전기 차량들일 수도 있다. 다른 전기 차량들은 모든 로코모션 능력을 전기 전력으로부터 인출할 수도 있다. 전기 차량은 자동차로 한정되지 않고 오토바이들, 카트들, 스쿠터들 등을 포함할 수도 있다. 한정이 아닌 예로서, 원격 시스템은 전기 차량 (EV) 의 형태로 본 명세서에서 설명된다. 더욱이, 충전가능 에너지 저장 디바이스를 이용하여 적어도 부분적으로 전력공급될 수도 있는 다른 원격 시스템들 (예를 들어, 개인용 컴퓨팅 디바이스들 등과 같은 전자 디바이스들) 이 또한 고려된다.
도 1 은 물체 검출 회로 (102) 를 포함하는 시스템 (100) 의 예시적인 구현을 예시한다. 물체 검출 회로 (102) 는 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 과 같은 하나 이상의 감지 회로들을 포함한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 각각의 감지 회로 (104a, 104b, 및 104n) 는 각각 대응하는 감지 코일 (105a, 105b, 105n) 을 포함하며, 그 감지 코일은, 전체 미리 결정된 검출 영역에 대한 검출 커버리지를 제공할 수 있도록 감지 코일 (105a, 105b, 또는 105n) 에 근접하는 물체 (110) 의 존재에 응답하여 변화하는 하나 이상의 전기적 특성들의 변화를 감지하도록 구성된다. 각각의 감지 회로 (104a, 104b, 및 104n) 는 또한, 하나 이상의 전기적 특성들의 변화의 측정을 개선하도록 구성된 추가적인 컨디셔닝 회로부 (도 1 에는 도시되지 않음) 를 포함할 수도 있다. 양태들에서, 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 은 물체 검출 회로 (102) 의 동작 (감지) 주파수에서 또는 그 근처에서 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 의 리액턴스를 보상하고 따라서 감지 주파수에서 또는 그 근처에서 공진을 생성하는 리액티브 컴포넌트들 (커패시터들) 을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 언급되는 구현들에서, 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각은 감지 주파수에서 또는 그 근처에서 최소 크기 임피던스를 제공하는 직렬 공진 회로들로서 구성된다. 각각의 감지 회로 (104a, 104b, 및 104n) 는 또한, 전기적 특성 (예를 들어, 임피던스, 어드미턴스, 전압, 또는 전류) 의 변화가 측정되는 측정 포트 (도 1 에는 도시되지 않음) 를 정의한다. 일부 구현들에서, 감지 코일들은 감지 코일 어레이 (106) 로 배열될 수도 있다.
감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 은 예시의 목적들을 위해 도 1 에 "원형" 코일들로서 도시된다. 그러나, 다른 구현에서, 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 은 다른 코일 토폴로지, 예를 들어, 8 자형 (figure-eight-like) (DD) 토폴로지 (본 명세서에는 도시되지 않음) 를 가질 수도 있다. 추가 구현들에서, 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 은 혼합 코일 토폴로지, 예를 들어, "원형" 및 DD 일 수도 있다. 또 다른 구현들에서, 도 1 에 도시된 바와 같은 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 은, 물체 (110) 가 존재하는지 여부를 결정하기 위해 전기적 특성들의 변화들을 검출하는데 사용되도록 구성될 수도 있는 본 명세서에서 설명된 구현들에서 사용될 수도 있는 다른 타입들의 감지 엘리먼트들을 나타낼 수도 있다.
일부 구현들에서, 감지 코일들 (105a, 105b 및 105n) 은 도 1 에 도시된 바와 같은 2 차원 어레이와 같은 어레이로 배열될 수도 있다. 그러나, 다른 구현들에서, 감지 코일들 (105a, 105b 및 105n) 은, 행들 또는 열들에 따르지 않는 다른 구성들 (방사상 또는 인터리브) 로 배열되거나, 적어도 부분적으로 오버랩하거나 또는 불규칙한 간격을 갖거나, 상이한 사이즈들을 갖거나, 상이한 형상들 (원형, 육각형 등) 을 갖거나, 또는 불규칙한 검출 에어리어들을 커버하거나, 또는 이들의 임의의 조합이다. 이와 같이, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "어레이" 는 미리 결정된 에어리어에 걸쳐 배열되는 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 을 나타낸다. 더욱이, 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 의 수 (N) 및 따라서 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 수 (N) 는, 물체 (110) 가 검출될 총 영역 및 시스템 (100) 이 검출하도록 구성되는 물체의 최소 사이즈를 포함하여, 애플리케이션에 기초하여 광범위하게 변할 수 있다. 예시적인 구현에서, 감지 코일 어레이 (106) 는 N = 64 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 을 포함한다.
대응하는 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 을 포함하는 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각은 측정 및 검출 회로 (108) 에 동작가능하게 연결된다. 측정 및 검출 회로 (108) 는 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각에서 하나 이상의 전기적 특성들을 측정하고 측정치를 프로세싱하여 물체 (110) 의 존재가 검출되는지 여부 (및 일부 경우들에서, 물체 (110) 가 검출되는 특정 감지 코일 (105a, 105b, 또는 105n) 에 관한 정보에 기초한 물체 (110) 의 위치) 를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된다. 측정 및 검출 회로 (108) 는 물체 (110) 의 존재에 응답하여 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각에서 전기적 특성들의 변화들의 측정을 허용하기 위해 (예를 들어, 순차적으로) 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각에 개별적으로 감지 신호를 선택적으로 인가하도록 구성될 수도 있다. 측정 및 검출 회로 (108) 는 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각에서 전기적 특성을 나타내는 측정 값을 출력하도록 구성된 측정 회로를 더 포함한다.
측정 및 검출 회로 (108) 는 측정 출력을 프로세싱 및 필터링하고 (예를 들어, 시간 차 (time-differential) 접근법에 기초하여) 물체 (110) 가 잠재적으로 존재하는지 여부를 결정하도록 구성된 신호 프로세싱 회로부를 포함할 수도 있다. 측정 및 검출 회로 (108) 의 적어도 부분은 하나 이상의 마이크로-제어기들 또는 프로세서들에 의해 구현될 수도 있다. 예를 들어, 측정 및 검출 회로 (108) 의 적어도 부분은 주문형 집적 회로 (ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA) 디바이스, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 또는 다른 프로세서 디바이스로서 구현될 수도 있다.
측정 및 검출 회로 (108) 는 물체 검출 회로 (102) 의 컴포넌트들의 각각으로부터 정보를 수신하고 수신된 정보에 기초하여 계산들을 수행하도록 구성될 수도 있다. 측정 및 검출 회로 (108) 는 컴포넌트들의 각각의 컴포넌트에 대한 제어 신호들을 생성하도록 구성될 수도 있으며, 그 제어 신호들은 그 컴포넌트의 동작을 조정할 수도 있다. 측정 및 검출 회로 (108) 는, 예를 들어, 측정 및 검출 회로 (108) 로 하여금, 물체 검출에 관련된 것들과 같은 특정 기능들을 수행하게 하기 위한 명령들과 같은, 데이터를 저장하도록 구성된 메모리 (도시되지 않음) 를 더 포함할 수도 있다. 추가 설명될 바와 같이, 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각을 선택적으로 구동하고 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각의 출력을 측정하는 목적들을 위해, 추가 아날로그 또는 다른 회로 컴포넌트들이 측정 및 검출 회로 (108) 에 포함될 수도 있다.
예시적인 구현에서, 물체 (110) 는, 정현파 (sinusoidal) 감지 신호를 인가하고 각각의 감지 회로 (104a, 104b, 및 104n) 에서 임피던스의 변화를 측정함으로써 검출된다. 설명은 사인파 신호들을 참조할 수도 있지만, 임의의 교류 전압 또는 교류 전류가 인가될 수도 있고 본 명세서에서 설명된 상이한 구현들에 의해 고려된다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 물체 검출 회로 (102) 는 감지 회로 (104a, 104b, 또는 104n) 에서 임피던스의 변화들을 야기할 수 있는 금속 물체들 (또는 다른 물체들) 을 검출하도록 구성될 수도 있다.
예시적인 구현에서, 측정 및 검출 회로 (108) 는, (예를 들어, 순차적으로) 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 의 각각으로 하여금, 동작 주파수에서 교류 자기장을 생성하게 하도록 구성된다. 금속 물체 (110) 가 교류 자기장에 존재하면, 교류 자기장으로 인해 유도된 전압들은 금속 물체 (110) 에 와전류를 일으킬 수도 있다. Lentz 의 법칙에 따르면, 물체 (110) 에서의 와전류는 감지 코일들 (105a, 105b, 또는 105n) 과 상호작용하는 다른 (세컨더리) 자기장을 생성할 것이고 (예를 들어, 상호 커플링이 전개됨) 임피던스는 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 의 적어도 부분의 단자들에서 및 따라서 대응하는 감지 회로들 (104a, 104b, 또는 104n) 에서 변화된다. 물체 (110) 와 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 사이의 전기장 (용량성) 상호작용들 또는 강자성 상호작용과 같은 다른 상호작용들이 또한 가능하며, 이는 감지 코일들 (105a, 105b, 또는 105n) 의 단자들에서 임피던스 변화들을 야기한다.
다른 구현들에서, 물체 (110) 는, 정현파 신호 (단일 주파수) 와는 상이한 감지 신호를 인가하고 그 신호에 응답하여 변화를 측정함으로써 검출된다. 예시적인 구현에서, 측정 및 검출 회로 (108) 는 임피던스 응답을 측정하기에 적합한 펄스로 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 의 각각을 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 여기시키도록 구성되고 물체의 존재는 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각에서 임펄스 응답의 변화를 측정하는 것에 기초하여 결정된다.
다른 예시적인 구현에서, 측정 및 검출 회로 (108) 는 다중 주파수 (멀티-톤) 신호로 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 의 각각을 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 여기시키도록 구성된다. 측정 및 검출 회로 (108) 는 그러면 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각에서 그리고 개별적으로 각각의 주파수 컴포넌트에 대해 측정된 임피던스의 변화에 기초하여 물체의 존재를 결정하도록 구성된다.
다른 예시적인 구현에서, 측정 및 검출 회로 (108) 는 다른 적합한 파형 (예를 들어, 의사-잡음 신호) 로 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 의 각각을 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 여기시키도록 구성된다. 측정 및 검출 회로 (108) 는 그러면 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 및 104n) 의 각각에서 측정된 그 파형에 대한 응답의 변화에 기초하여 물체 (110) 의 존재를 결정하도록 구성된다.
본 명세서에서의 물체 검출 회로 (102) 의 많은 설명들은, 단일 주파수에서의 임피던스의 변화들을 검출하고 금속 물체 (110) 가 감지 코일들 (105a, 105b, 및 105n) 중 적어도 하나에 근접하여 존재하는지를 결정하도록 구성되는 측정 및 검출 회로 (102) 를 고려한다. 그러나, 이것은 물체 (110) 가 존재하는지 여부를 결정하기 위해 다른 감지 신호 파형들을 사용하여 하나 이상의 전기적 특성들의 변화들을 검출하도록 구성되는 측정 및 검출 회로 (102) 를 사용하는 구현들을 배제해서는 안된다.
또한, 본 명세서에서의 물체 검출 회로 (102) 의 많은 설명들은, 예를 들어, 무선 전력 수신 구조 (260) (차량 패드) 와 무선 전력 송신 구조 (베이스 패드) 사이의 변위 (정렬불량 (misalignment)) 를 결정하기 위해, 패시브 비컨 포지션 확인 기법을 지원하도록 또한 구성되는 측정 및 검출 회로 (102) 를 고려한다. 그러나, 패시브 비컨 포지션 확인 기법은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 모든 구현들에 있지 않을 수도 있다 (예를 들어, 본 명세서에서 설명된 다른 특징들의 일부 구현들이 포지셔닝 기능성의 부재 시 적용가능하고 기능할 수도 있다). 예시적인 구현에서, 패시브 비컨 트랜스폰더 (예를 들어, 도 2b 를 참조하여 패시브 비컨 트랜스폰더 (278)) 는, 예를 들어, 2- 레벨 (구형파) 변조 신호를 생성하는 오실레이터를 포함하는 패시브 임피던스 변조 회로 및 코일을 포함한다. 적어도 패시브 비컨 트랜스폰더의 코일은 도 2b 에 도시된 바와 같이 무선 전력 수신 구조 (260) 에 통합될 수도 있다. 예시적인 구현에서, 패시브 비컨 트랜스폰더는 변조 신호 (예를 들어, 구형파) 가 제 1 (예를 들어, 하이) 레벨에 있을 때마다 물체 검출 회로 (102) 의 동작 (감지) 주파수 근처의 공진을 위해 튜닝된다. 그것은 변조 신호가 제 2 (예를 들어, 로우) 레벨에 있을 때마다 오프-공진으로 튜닝된다. 일부 구현들에서, 변조는 kHz 범위 (예를 들어, 5kHz) 에서 주파수 f mod 에서 수행된다.
도 2b 를 참조하여 패시브 비컨 트랜스폰더가 감지 코일 어레이 (106) 위에 활성화 및 포지셔닝될 때, 그것은 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 중 적어도 하나에서 시변 (주기적) 임피던스 변화 (예를 들어, 구형파 응답) 를 생성한다. 이 임피던스 변화는 패시브 비컨 변조 신호의 주파수 f mod 에서 변하고 패시브 비컨 코일에 가장 가깝게 위치 (예를 들어, 무선 전력 수신 구조 (260) 에 통합) 되는 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 의 크기가 가장 큰 것으로 예상된다. 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에서 임피던스들을 측정하고, 비컨 응답들을 추출 및 평가함으로써, 물체 검출 회로 (102) 는 미리 결정된 검출 영역 내에서 감지 코일 어레이 (106) 에 대한 패시브 비컨 코일의 포지션을 결정할 수도 있다. 이 포지션은 무선 전력 송신 구조 (224) 에 대한 무선 전력 수신 구조 (260) 의 변위 (정렬불량) 를 나타낼 수도 있다.
일부 양태에서, 물체 검출 회로 (102) 는 이물질 검출 및 패시브 비컨 포지션 확인을 동시에 수행하도록 구성될 수도 있다. 그러나, 그러한 동시 동작은 이하에 추가 설명된 바와 같이 이물질 검출을 위해 사용되는 그 신호 프로세싱 경로들에서 패시브 비컨 응답 캔슬레이션을 요구할 수도 있다.
물체 검출을 위한 예시적인 유도성 무선 전력 애플리케이션
물체 검출 회로 (102) 는 이전에 정의된 바와 같은 미리 결정된 검출 영역 내에서, 금속 물체들과 같은 물체들을 검출하기 위한 다양한 애플리케이션들에서 사용될 수도 있다. 하나의 예시적인 유도성 무선 전력-전송 시스템에서, 송신 코일 (예를 들어, 프라이머리 코일) 상측 및 수신 코일 (예를 들어, 세컨더리 코일) 하측의 자기 플럭스 밀도들은 충분한 전력 전송을 허용하기 위해 상대적으로 높은 레벨들에 있을 수 있다 (예를 들어, 무선 전기 차량 충전 (WEVC) 시스템의 경우 전력은 대략 수 킬로와트, 예를 들어, 3.3 kW, 11 kW 로, 또는 심지어 더 높은 레벨들에서 전송될 수도 있다). 자기장에 존재하는 금속 물체들 또는 다른 물체들은 무선 전력 장과의 상호작용에 기초한 바람직하지 않은 유도 가열을 경험할 수 있다. 이러한 이유로, 물체 검출 회로 (102) 는 무선 전력 전송을 위해 사용되는 코일들에 의해 생성된 자기장에 의해 영향을 받는 금속 물체들 또는 다른 물체들을 검출하기 위해 유도성 무선 전력-전송 시스템에 통합될 수도 있다. 그러한 검출은 무선 전력-전송 시스템이 적절히 응답 (예를 들어, 전력 송신을 감소 또는 중단, 사용자에게 경고 등등) 하는 것을 허용할 수도 있다.
도 2a 는 도 1 의 물체 검출 회로 (102) 를 갖는 무선 전력 전송 회로 (220) 를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 (200) 의 예시적인 구현을 예시한다. 무선 전력 전송 회로 (220) 는 전력을 전송하기 위한 자기장 (232) 을 생성하는 무선 전력 송신 회로 또는 자기장 (232) 을 통해 전력을 커플링 및 수신할 수 있는 무선 전력 수신 회로 중 어느 하나를 묘사할 수도 있다. 무선 전력 전송 회로 (220) 는 전력 변환 회로 (222) 및 전력 송신 구조 (224) 를 포함한다. 무선 전력 전송 회로 (220) 가 무선 전력 송신 회로로서 구성되는 경우, 전력 변환 회로 (222) 는 전력 소스 (도시되지 않음) 로부터의 전력을 전력 송신 구조 (224) 를 통한 무선 전력 전송에 적합한 동작 주파수 및 형태로 변환하도록 구성된다. 물체 검출 회로 (102) 와 통합될 때, 무선 전력 전송 회로 (220) 는 무선 전력 송신 회로일 가능성이 더 높을 수도 있는데, 전력은 일반적으로 금속 물체들이 정지할 수도 있는 그라운드 또는 다른 상향 대향면으로부터 전송될 수도 있기 때문이다. 그러나, 다른 구현들이 가능하며, 예를 들어, 물체 검출 회로 (102) 또는 그 부분은 또한 무선 전력 수신 회로와 통합될 수도 있다. 무선 전력 전송 회로 (220) 가 무선 전력 수신 회로로서 구성되는 경우, 전력 변환 회로 (222) 는 배터리와 같이, 로드에 전력을 제공하기에 적합한 형태 (예를 들어, 적합한 전압 및 전류 레벨을 갖는 직류 (DC)) 로 전력 송신 구조 (224) 를 통해 수신된 전력을 변환하도록 구성된다.
전력 송신 구조 (224) (또한 때때로 "패드" 로 지칭됨) 는 전력을 무선으로 송신 또는 수신하도록 구성된다. 도 2a 는 전력 송신 구조 (224) 의 일 예 및 도 1 의 감지 코일 어레이 (106) 가 어떻게 통합될 수도 있는지를 예시한다. 전력 송신 구조 (224) 는 전력 변환 회로 (222) 에 의해 전류로 구동될 때 교류 자기장을 생성하도록 구성된 코일 (226) 을 포함한다. 전력 송신 구조 (224) 는 자기 플럭스에 대한 경로를 채널링 및/또는 제공하도록 구성된 페라이트 (228) 를 더 포함할 수도 있다 (예를 들어, 하나 이상의 페라이트 바들로 배열될 수도 있으며, 그 바들은 바들을 형성하기 위해 배열된 페라이트 타일들의 조합일 수 있음). 전력 전송 구조는 또한, 쉴드 (230) (또한 때때로 백 플레이트로 지칭됨) 를 포함할 수도 있다. 쉴드 (230) 는 자기장 (232) 또는 연관된 전자기 방출들이 쉴드 (230) 에 의해 결정된 경계를 넘어 확장되는 것을 방지하거나 또는 적어도 그 경계를 넘어 확장되는 자기장 (232) 을 감쇠시키도록 구성된다. 예로서, 쉴드 (230) 는 알루미늄으로 형성될 수도 있다.
예시된 예에서, 전력 송신 구조 (224) 는 서로 근접하여 배치된 2 개의 전기 전도성 코일들 (226) 을 포함하는, 더블-D (DD) 코일 토폴로지를 포함한다. 코일들 (226) 은 코일들 (226) 을 통해 교류를 흐르게 함으로써 (도 2a 에 플럭스의 선에 의해 표시된) 자기장 (232) 을 생성하도록 구성된다. 일반적으로, DD 코일의 2 개의 중앙 섹션들에서의 전류는 동일한 방향으로 흐른다. 이러한 방식으로, 높은 자기 플럭스가 전력 송신 구조 (224) 의 중앙에서 생성되고 도 2a 에 자기장 (232) 을 나타내는 플럭스의 선에 의해 표시된 바와 같이 페라이트 (228) 및 DD 코일 상측의 아치들 (arches) 을 통해 DD 코일 (226) 의 하나의 개구 (자극 (magnetic pole) 에어리어) 로부터 다른 개구 (자극 에어리어) 로 채널링된다. 멀티-코일 토폴로지 (예를 들어, 양극 (Bi-Polar), DD 플러스 원형) 또는 오직 단일 코일 원형 또는 솔레노이드 토폴로지를 포함하여, 다른 코일 토폴로지들이 또한 본 명세서에서 설명된 기법들에 적용가능하다.
무선 전력 전송 회로는 도 2a 에 예시된 바와 같이 어레이 (106) (감지 코일 어레이 (106)) 로 배열된 복수의 감지 코일들 (105a, 및 105n) 을 포함할 수도 있는 복수의 감지 회로들을 포함할 수도 있는 물체 검출 회로 (102) 를 더 포함한다. 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 은 미리 결정된 에어리어 (예를 들어, 적어도 코일 (226) 및 페라이트 (228) 에 의해 커버된 에어리어) 를 커버하기 위해 실질적으로 평면 어레이로 배열될 수도 있다. 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 의 사이즈 및 수는 무선 전력 코일 (226) 및/또는 페라이트 (228) 의 사이즈에 그리고 또한 물체 검출 회로 (102) 에 의해 검출되도록 요구되는 물체 (110) 의 최소 사이즈에 의존할 수도 있다. 예를 들어, 검출되도록 요구되는 금속 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 의 최소 사이즈가 코인 또는 페이퍼 클립의 사이즈이면, 각각의 감지 코일 (105a, 105b, 105n) 의 사이즈는, 그 최소 사이즈 물체들이 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 의 어레이에 의해 정의된 평면에 매우 근접하여 (예를 들어, 나중에 도 2b 에 도시된 바와 같은 베이스 패드의 하우징 (236) 의 상부 표면 상에) 위치됨을 가정하면, 대략 이 최소 사이즈 정도이거나 또는 수 (예를 들어, 2 또는 3) 자릿수 더 클 수도 있다. 단지 예시적인 예로서, 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 의 수는 전체 미리 결정된 에어리어의 커버리지를 제공 가능하도록 대략 64 (예를 들어, 8x8 어레이) 일 수 있다.
또한, 도 2a 에 도시된 시스템은, 예를 들어, 적어도 코일 (226), 페라이트 (228), 감지 코일 어레이 (106), 및 잠재적으로 쉴드 (230) 를 하우징하도록 구성된 하우징 (도 2a 에는 도시되지 않고 나중에 도 2b 에 하우징 (236) 으로서 도시됨) 을 포함할 수도 있다. 하우징은 임의의 적합한 재료 (예를 들어, 경질 플라스틱, 세라믹 등) 로 제조될 수도 있고 예를 들어 하우징 위를 지나갈 수도 있는 차량들과 같은 다양한 물체들의 중량을 지지하기 위한 구조적 지지부를 제공하도록 설계될 수 있다. 일부 구현들에서, 하우징은 자기장 (232) 을 간섭하거나 또는 그와 상호작용하는 것을 회피하기 위해 비-전도성 재료로 제조될 수도 있다. 감지 코일 어레이 (106) 는, 하나의 예시적인 구현에서, 감지 코일들 (105a, 105n) 이 하우징의 표면에 얹혀 있을 수도 있고 자기장 레벨들이 전력 전송 동안 높을 수 있는 물체들에 더 가깝게 포지셔닝되도록 무선 전력 전송 코일 (226) 과 하우징 사이에 (원한다면 다른 개재 층들을 가짐) 포지셔닝된다.
전력 변환 회로 (222) 의 전부 또는 단지 부분만이 또한 하우징에 하우징될 수도 있다. 그러나 일부 구현들에서 전력 변환 회로 (222) 는 전력 송신 구조 (224) 를 하우징하는 하우징과 별도로 하우징될 수도 있다. 일부 경우들에서, 전력 변환 회로 (222) 는 하우징에 하우징되지만 페라이트 (228) 로부터 쉴드 (230) 의 반대편에 포지셔닝된다.
도 2b 는 도 2a 의 무선 전력 전송 회로 (220) 의 부분들을 포함한 무선 전력-전송 시스템 (250) 의 측면도를 예시한다. 도 2b 는 무선 전력 송신 구조 (224) (이는 도 2a 의 무선 전력 전송 회로 (220) 의 부분일 수도 있음) 및 무선 전력 수신 구조 (260) 를 포함한다. 무선 전력 송신 구조 (224) 는 쉴드 (230), 페라이트 (228) 의 층 및 송신 코일 (226) 을 포함한다. 송신 코일 (226), 페라이트 (228), 및 쉴드 (230) 를 하우징하도록 구성된 하우징 (236) 이 제공될 수도 있다. 또한, 하우징 (236) 은 도 2a 에 도시된 바와 같이 감지 코일 어레이 (106) 를 하우징하도록 구성된다. 일부 구현들에서, 쉴드 (230) 는 하우징 (236) 의 부분을 형성할 수도 있다. 전력 변환 회로 (222) 는 도시되지 않지만 송신 코일 (226) 에 전기적으로 연결될 수도 있거나 또는 부분 또는 전부가 또한 하우징 (236) 에 하우징될 수도 있다.
무선 전력 수신 구조 (260) 는 수신 코일 (266), 페라이트 (268) 의 층, 및 쉴드 (270) 를 포함한다. 일부 구현들에서, 쉴드 (270) 는 페라이트 (268) 및 수신 코일 (266) 이 부착되는 장치의 부분 (예를 들어, WEVC 애플리케이션의 경우 차량의 금속 하부) 으로부터 형성될 수도 있다. 이 경우에, 수신 코일 (266) 및 페라이트 (268) 를 하우징하도록 구성된 하우징 (276) 이 제공되지만 하우징 (276) 은 쉴드 (270) 를 하우징하지는 않는다. 그러나, 쉴드 (270) 가 하우징 (276) 에 포함되는 다른 구현들이 가능하다. 전력 변환 회로 (222) 는 도시되지 않지만 수신 코일 (226) 에 전기적으로 연결될 수도 있거나 또는 부분 또는 전부가 또한 하우징 (276) 에 하우징될 수도 있다. 일부 구현들에서, 하우징 (276) 은 또한, 도 2b 에 예시된 바와 같이 패시브 비컨 트랜스폰더 (278) (예를 들어, 패시브 비컨 트랜스폰더 코일) 를 통합하도록 구성된다.
무선 전력 송신 구조 (224) 는 자기장 (232) 을 생성하도록 구성된다. 무선 전력 수신 구조 (260) 는 자기장 (232) 을 통해 전력을 유도적으로 수신하도록 구성된다. 자기 플럭스는 하우징 (236) 의 표면에서 특정 레벨 (밀도) 에 있을 수도 있다 (그리고 일부 경우들에서, 그 자기 플럭스는, 하우징 (236) 의 표면이 코일 (226) 에 더 가깝기 때문에 주변 에어리어들에 비해 하우징 (236) 의 표면에서 또는 그에 근접하여 어느 정도 더 높을 수도 있다). 더욱이, 무선 전력 송신 구조 (224) 가 그라운드 또는 다른 상부 대향면 상에 포지셔닝될 수도 있기 때문에, 물체 (110) 는 하우징 (236) 의 표면의 나머지에 올 수도 있다. 물체 (110) 는 이로써 전력이 전송되고 있다면 높은 레벨들 (밀도) 의 자기 플럭스에 잠재적으로 노출될 수도 있다. 물체 검출 회로 (102) 는 물체 (110) 를 검출하도록 구성된다.
물체 검출 회로
도 3 은 도 1 을 참조하여 물체 검출 회로 (102) 의 부분의 예시적인 구현을 예시하는 회로 (300) 의 블록 다이어그램이다. 보다 구체적으로, 회로 (300) 는 도 1 에 도시된 측정 및 검출 회로 (108) 의 부분이다. 회로 (300) 는 디지털 프로세싱 회로부 (303) 에 전기적으로 연결된 아날로그 회로부 (301) 를 포함한다. 도 3 의 블록 다이어그램은 아날로그 회로부 (301) 및 디지털 프로세싱 회로부 (303) 가 각각 복수의 아날로그 채널들 (304) 및 복수의 디지털 프로세싱 채널들 (302) 로 서브분할되는 (도 3 에 3 개의 박스들이 서로 겹쳐져 예시됨) 예시적인 구현을 예시한다.
본 명세서에서 설명된 예시적인 구현은 디지털 프로세싱 채널들 (302) 의 수 N d 와 같은 수 N a 의 아날로그 채널들 (304) 을 포함하는데 (N a = N d), 이는 복수 (N a) 의 아날로그 채널들 (304) 의 각각에 전용된 디지털 프로세싱 채널 (302) 이 있음을 의미한다. 다른 구현들에서, 디지털 프로세싱 채널 (302) 보다 더 많은 아날로그 채널들 (304) 이 있을 수도 있거나 또는 그 반대일 수도 있다. 또한, 도 3 의 블록 다이어그램은 제 m 아날로그 채널 (304) 및 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302) 의 예시적인 구현의 상세들을 도시한다. 이들 상세들은 각각 모든 다른 아날로그 채널들 (304) (예를 들어, 제 (m-1) 아날로그 채널 (304)) 및 디지털 프로세싱 채널들 (302) (예를 들어, 제 (m-1) 디지털 프로세싱 채널 (302)) 에 적용할 수도 있다. 임의의 적합한 수 N a (예를 들어, 4) 의 아날로그 채널들 (304) 및 디지털 프로세싱 채널들 (302) 이 원칙적으로 적용될 수도 있다. 그러나, 양태들에서, 수 N a 를 도 1 을 참조하여 감지 코일 어레이 (106) 를 구성하는 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 의 수 N 의 제수 (팩터) 인 것으로 선택하는 것이 바람직할 수도 있다. 이는 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 이 N a 동일 수의 그룹들 (서브세트들) 로 서브분할되는 것을 허용하고, 각각의 서브세트는 다수 (N/N a) 의 감지 코일들을 포함하고 각각의 서브세트는 전용 아날로그 채널 (304) 에 연관된다.
아날로그 채널 (304) 은 아날로그 프런트 엔드 (AFE) 회로 (307), AFE 회로 (307) 의 입력에 전기적으로 연결된 디지털-아날로그 변환기 (DAC) (309), 및 AFE 회로 (307) 의 출력에 전기적으로 연결된 아날로그-디지털 변환기 (ADC) (311) 를 포함한다. 도 3 의 블록 다이어그램은 또한 도 1 을 참조하여 설명된 바와 같은 감지 코일 (105n) 을 포함하는 감지 회로 (104n) 를 나타내는 (추상화하는) 임피던스 Z n 에 전기적으로 연결된 제 m 아날로그 채널 (304) 을 도시한다. 임피던스 Z n 는 도 3 에 표시된 측정 포트 (305) 에서 감지 회로 (104n) 에 의해 제시된 바와 같은 임피던스에 대응할 수도 있다. 단 하나의 감지 회로 (104n) 만이 도 3 에 표시되지만, 이는 오직 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각의 전기적 특성 (예를 들어, 임피던스, 어드미턴스, 전압, 또는 전류) 을 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 측정하는 목적들을 위해 일시적으로 연결 (선택) 되는 감지 회로를 예시한다.
본 명세서에서 설명된 예시적인 구현은, 복수 (N) 의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 이 복수 (N a) 의 서브세트들 및 상기 설명된 바와 같이 각각의 서브세트에 전용된 아날로그 채널 (304) 로 서브분할되는 것을 가정한다. 따라서, 오직 제 m 서브세트의 감지 회로들만이 제 m 아날로그 채널 (304) 에 선택적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 감지 회로들 중 오직 제 (m-1) 서브세트의 감지 회로들만이 제 (m-1) 아날로그 채널 (304) 등에 선택적으로 연결될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명된 예시적인 구현은, 제 m 서브세트의 오직 하나의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104a)) 만이 한번에 제 m 아날로그 채널에 연결되고 제 (m-1) 서브세트의 오직 하나의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104b)) 만이 한번에 제 (m-1) 아날로그 채널에 연결되는 것을 가정한다. 따라서, 전체로서, 복수 (N) 의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중 N a 감지 회로들은 한번에 아날로그 회로부 (301) 에 연결될 수 있다. 또한, 복수의 아날로그 채널들 (304) 의 각각은, 감지 회로들 (예를 들어, 감지 회로들 (104a, 104b, 104n)) 의 서브세트의 각각을 전기적 특성을 측정하기 위한 개별의 AFE 회로 (307) 에 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 연결하기 위해 도 3 에 도시되지 않은 스위치 회로부 (예를 들어, 아날로그 멀티플렉서 회로부) 를 제공할 수도 있다.
예시의 목적들을 위해, 감지 회로 멀티플렉싱 (예를 들어, 감지 회로 어드레싱) 을 포함하는 모든 아날로그 및 디지털 프로세싱 부분들을 통제하는 제어 로직은 도 3 에 도시되지 않는다.
측정 및 검출 회로 (108) 의 하나의 동작 모드에서, 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 서브세트의 각각은, 예를 들어, 라운드 로빈 방식으로, 측정 인터벌의 지속기간 T m 동안 제 m 아날로그 채널 (304) 의 AFE 회로 (307) 에 순차적으로 연결된다. 지속기간 T m 의 제 1 측정 인터벌 동안, 감지 회로 (104a) 는 AFE 회로 (307) 에 연결될 수도 있다. 지속기간 T m 의 제 2 측정 인터벌 동안, 감지 회로 (104b) 가 AFE 회로 (307) 등에 연결될 수도 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 각각이 상이한 서브세트로부터 온 N a 감지 회로들은 지속기간 T m 의 측정 인터벌 동안 개별의 (전용) 아날로그 채널 (304) 의 AFE 회로 (307) 에 동시에 연결될 수 있다.
일부 구현들 또는 동작들에서, 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각은, 연결될 때, 전기적 특성을 측정하기 위한 그 공진에서 또는 그 근처에서 동작된다. 일부 구현들에서, 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 공진 주파수들 (예를 들어, f 0,a, f 0,b, f 0,n) 은 일반적으로 설계에 의해 의도적으로 또는 비의도적으로, 예를 들어, 도 2a 를 참조하여 무선 전력 송신 구조 (224) 내부의 재료들의 컴포넌트 공차들 및 디튜닝 영향들로 인해, 상이할 수도 있다. 따라서, 이전에 설명된 바와 같은 일부 동작 모드들에서, AFE 회로 (307) 에 의해 복수의 감지 회로 (104a, 104b, 104n) 에 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 인가되는 감지 신호의 주파수는 일반적으로 측정 인터벌 간에 변경될 수도 있다. 따라서, AFE 회로 (307) 는 제 1 측정 인터벌 동안 주파수 f a 를 갖는 감지 신호를 감지 회로 (104a) 에 인가하고 제 2 연속 측정 인터벌 동안 제 2 주파수 f b 를 갖는 감지 신호를 감지 회로 (104b) 에 인가할 수도 있으며 등등이다. 이는 도 8 을 참조하여 더 상세히 예시 및 설명된다.
또한, 이전에 논의된 바와 같은 복수 (N a) 의 병렬 아날로그 채널들 (304) 을 사용하는 구현에서, 예를 들어 임의의 측정 인터벌 동안 개별의 감지 회로들 (예를 들어, 감지 회로들 (104a, 104b, 104n)) 에 동시에 인가되는 감지 신호들의 세트의 주파수들 (예를 들어, f a, f b, f n) 은 개별의 공진 주파수들 (예를 들어, f 0,a, f 0,b, f 0,n) 에 가능한 한 가깝게 할당될 수도 있지만, 개별의 감지 코일들 (예를 들어, 감지 코일들 (105a, 105b, 105n)) 사이의 크로스 커플링으로 인한 상호 간섭을 방지하기 위해 별개일 수도 있다. 디지털 프로세싱 회로부 (303) 가 이하에 논의된 바와 같이 협대역 필터링을 제공함을 가정하면, 동시에 인가된 감지 신호들에 대해 주파수들을 할당할 때 고려될 최소 주파수 분리가 상대적으로 작을 수도 있다. 따라서, 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중 임의의 것은, 2 개 이상의 감지 회로들의 공진 주파수가 우연히 같은 그 경우들에서도, 그 공진 주파수에 가깝게 동작될 수도 있다.
상기 설명된 바와 같은 시간-멀티플렉싱된 및 병렬 프로세싱 접근법 양자 모두에 기초한 회로 (300) 의 구현에서, 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 총 수 N, 아날로그 채널들 (304) 의 수 N a (N 의 제수), 및 측정 인터벌의 지속기간 T m 은 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 을 스캔하는데 필요한 시간을 결정한다. 이 시간은 또한 본 명세서에서 스캔 사이클 주기로 지칭된다. 병렬 아날로그 채널들 (304) 의 수 N a 를 증가시키면, 스캔 사이클 주기 및 따라서 물체 검출 레이턴시가 감소될 수도 있다. 본 명세서에서의 설명은 연속 측정 인터벌들 사이에 엑스트라 시간 (예를 들어, 가드 시간) 이 없음을 가정한다. 예를 들어, 감지 회로 스위칭을 위한 일부 가드 시간은 도 8 에 예시된 바와 같이 각각의 측정 인터벌에 포함될 수도 있다. 더욱이, 구현은 디지털 프로세싱 회로부 (303) 가 선행하는 (예를 들어, 제 i) 측정 인터벌에서 얻은 데이터를 후속하는 (예를 들어, 제 (i+1)) 측정 인터벌 내에 프로세싱 (파이프라인 프로세싱) 하기에 충분한 프로세싱 전력을 제공하는 것을 가정한다.
일부 구현들에서, 각각의 AFE 회로 (307) 는 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 서브세트의 각각에 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 인가된 전류 소스를 사용하고 전압이 각각의 아날로그 채널 (304) 의 측정 포트 (305) 에서 측정된다. 이 기법은 전류 소스 전압 측정 기법으로 지칭될 수도 있다. 다른 구현들에서, 각각의 AFE 회로 (307) 는 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 서브세트의 각각에 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 인가된 전압 소스를 사용하고 전류가 각각의 아날로그 채널 (304) 의 측정 포트 (305) 에서 측정된다. 이 기법은 전압 소스 전류 측정 기법으로 지칭될 수도 있다.
전류 소스 전압 측정 기법에서, 측정된 전압은 복소 임피던스를 나타낼 (예를 들어, 그에 비례) 수도 있으며, 이는 복소 임피던스가 측정된 전압으로부터 직접 계산되는 것을 허용한다. 그러나, 전압 소스 전류 측정 접근법에서, 측정된 전류는 복소 어드미턴스를 나타낼 (예를 들어, 그에 비례) 수도 있다. 소정의 감지 회로 토폴로지들, 예를 들어, 직렬-튜닝된 감지 회로들의 경우, 임피던스를 다루는 것은 본 명세서에서 추가 논의되지 않은 이유들에 의해 유리할 수도 있다. 따라서, 전압 소스 전류 측정 기법을 사용하는 일부 구현들에서, 측정된 전류는 도 9 와 관련하여 추가 설명된 바와 같이 복소 임피던스를 계산하기 위해 반전된다 (역수 값). 측정 기법 및 측정 값들이 임피던스를 나타내는지 또는 어드미턴스를 나타내는지에 상관없이, 감지 회로 (104n) 에 연관된 복소 측정 값은 일반적으로 본 명세서에서 M n 으로 표시된다. 다음의 설명들에서, 다르게 언급되지 않으면, 인덱스 n 은 때때로 예로 사용되고 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중 임의의 것을 지칭할 수도 있다. 복소 측정 값들 M n 은 또한 본 명세서에서 M n 샘플들로 지칭될 수도 있다.
디지털 프로세싱 회로부 (303) 의 일부 구현들에서, 복수의 디지털 프로세싱 채널들 (302) 은 다중 인스턴스화들로서 구현된다. 복수의 디지털 프로세싱 채널들 (302) 의 각각은 이하에 도 5 내지 도 18 을 참조하여 설명된 바와 같은 목적들을 위해 다중 디지털 출력들을 제공하는 다양한 프로세싱 경로들을 포함한다. 또한, 각각의 디지털 프로세싱 채널 (302) 은 필터링되지 않은 M n 출력들을 제공하도록 구성된 동기 검출기 회로 (306), 도 18 을 참조하여 보정 출력들 (1812) 에 대응할 수도 있는 보정 입력들 (324) 을 수신하고 필터링된 및 보정된 M n 출력들 (318) (보정된 M n 출력들) 뿐만 아니라 필터링된 원시 M n 출력들 (316) (원시 M n 출력들) 을 제공하도록 구성된 필터링 및 보정 회로 (308) 를 포함한다. 패시브 비컨 포지셔닝을 통합하는 구현들을 위해, 각각의 디지털 프로세싱 채널 (302) 은 비컨 출력들 (320) 을 제공하도록 구성된 패시브 비컨 프로세싱 회로 (310) 를 포함한다. 또한, 각각의 디지털 프로세싱 채널 (302) 은 유도된 전압 출력들 (322) 을 제공하도록 구성된 유도된 전압 프로세싱 회로 (312) 및 스펙트럼 출력들 (325) 을 제공하도록 구성된 스펙트럼 프로세싱 회로 (314) 를 포함한다. 이들 컴포넌트들에 대한 추가 상세가 이하에 논의된다.
다르게 언급되지 않으면, 도 3 내지 도 18 에 도시된 임의의 회로들 또는 블록들의 입력들 또는 출력들에 표시된 참조 번호들은, 포트들 자체보다는 이들 입력 또는 출력 포트들에 존재할 수도 있는 신호들 (또는 디지털 샘플들) 을 지칭한다. 구현 (하드웨어 또는 소프트웨어) 에 따라, 입력 및 출력 포트들은 물리적 (전기적) 포트들 또는 오직 논리적 포트들일 수도 있다.
또한, 복수의 디지털 프로세싱 채널들 (302) 의 각각은 아날로그 채널들 (304) 의 각각 및 디지털 프로세싱 채널들 (302) 의 각각을 제어하기 위해 필요에 따라 샘플링 제어 입력들 (326) 및 주파수 제어 입력들 (328) 과 같은 다양한 입력들을 수신하도록 구성된다. 복수의 샘플링 제어 입력들 (326) 및 주파수 제어 입력들 (328) 은 도 5 및 도 10 을 참조하여 복수의 샘플링 제어 출력들 (510) 및 도 18 을 참조하여 복수의 주파수 제어 출력들 (1810) 에 각각 대응할 수도 있다. 일부 구현들에서, 제 i 측정 인터벌 동안 수신된 복수의 샘플링 제어 입력들 (326) 은 제 (i+1) 측정 인터벌 동안 개별의 AFE 회로 (307) 에 동시에 연결될 감지 회로들 (104a, 104b, 104b) 의 각각의 ID 번호 (예를 들어, 어드레스) 를 포함한다. 따라서, 입력들 (326) 은 아날로그 채널들 (304) 의 각각에서 감지 회로 스위칭 (예를 들어, 아날로그 멀티플렉싱) 회로부 (본 명세서에는 도시되지 않음) 를 제어하도록 회로 (300) 에 의해 사용될 수도 있다. 유사하게, 제 i 측정 인터벌 동안 수신된 복수의 주파수 제어 입력들 (328) 은 제 (i+1) 측정 인터벌 동안 개별의 AFE 회로 (307) 에 동시에 연결된 개별의 감지 회로들 (예를 들어, 104a, 104b, 104n) 에 인가될 복수의 감지 신호들의 주파수들 (예를 들어, f a, f b, f n) 을 포함한다.
도 3 의 회로 (300) 를 참조하여 설명된 예시적인 동작들은, 고속 및 저속 샘플링 모드를 포함하지만, 회로 (300) 는 원칙적으로 샘플링 제어 입력들 (326) 을 통해 샘플링 모드 제어기 회로 (502) (도 5 및 도 10 참조) 에 의해 지시된 바와 같은 더 많은 다른 샘플링 모드들을 지원할 수도 있다. 예시적인 고속 샘플링 모드에서의 그리고 예시적인 저속 샘플링 모드에서의 동작은 이하에 더 상세히 설명된다.
예시적인 고속 샘플링 모드에서 동작될 때, 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 서브세트의 각각의 감지 회로는 라운드 로빈 방식으로 측정 인터벌의 지속기간 T m 동안 제 m 아날로그 채널 (304) 에 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 연결된다. 제 1 측정 인터벌 동안, 감지 회로 (104a) 는 제 m 아날로그 채널 (304) 에 연결될 수도 있다. 제 2 측정 인터벌 동안, 감지 회로 (104b) 는 제 m 아날로그 채널 (304) 등에 연결될 수도 있다. 동일한 프로세스는 다른 병렬 아날로그 채널들 (304) (예를 들어, 제 (m-1) 아날로그 채널 (304)) 에 적용될 수도 있다. 또한, 복수의 병렬 디지털 프로세싱 채널들 (302) 의 각각에서의 프로세싱 회로들 (308, 310, 312, 및 314) 의 각각은 프로세싱 시간으로 인해 약간의 레이턴시를 갖고 모든 측정 인터벌 후에 새로운 출력을 전달할 수도 있다. 달리 말하면, 디지털 프로세싱 회로부 (303) 의 출력들은 측정 인터벌의 지속기간 T m 과 같은 주기로 업데이트될 수도 있다.
일부 구현들 또는 동작들에서, 소정의 프로세싱 회로들 (예를 들어, 스펙트럼 프로세싱 회로 (314)) 은 측정 인터벌보다 더 큰 주기로 (예를 들어, 스캔 사이클 당 한번) 새로운 출력 (예를 들어, 출력 (325)) 을 전달할 수도 있다. 고속 샘플링 모드에서 동작될 때, 제 1 측정 인터벌 후 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302) 에 의해 전달된 복수의 출력들 (예를 들어, 출력들 (318, 316, 320, 322, 325) 은 감지 회로 (104a) 를 참조할 수도 있다. 제 2 측정 인터벌 후 제 m 디지털 프로세싱 채널 (312) 에 의해 전달된 복수의 출력들은 감지 회로 (104b) 등을 참조할 수도 있다. 후속하는 스캔 사이클의 제 1 측정 인터벌로서 다시 카운트될 수도 있는 제 ((N/N a)+1) 측정 인터벌 후 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302) 에 의해 전달된 복수의 출력들은 다시 감지 회로 (104a) 를 참조할 수도 있다. 따라서, 정수 N/N a 와 측정 인터벌의 지속기간 T m 의 곱은 고속 샘플링 모드에서 물체 검출 회로 (102) 의 스캔 사이클 주기를 정의한다.
고속 샘플링 모드에서 동작될 때, 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302) 의 연속 출력들은 샘플들의 직렬 스트림 출력으로서 고려될 수도 있고, 각각의 출력 샘플은 감지 회로들의 개별의 서브세트의 개별의 감지 회로를 참조한다. 예를 들어, 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302) 의 연속 출력들 (318) (보정된 M n 샘플들) 은 반복 시퀀스의 샘플들 M 1, M 2, ... , M n, ... , M N / N a, M 1, M 2, ... 일 수도 있고, 여기서 제 m 서브세트 (N a) 의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중, M 1 은 감지 회로 (104a) 를 참조하고, M 2 은 감지 회로 (104b) 를 참조하고, 등등이며, M n 은 감지 회로 (104n) 를 참조하며, 등등이다. 고속 샘플링 모드에서 스캔 사이클 당 복수 (N a) 의 디지털 프로세싱 채널들 (302) 에 의해 전달된 바와 같은 복수의 출력들 (318) (보정된 M n 샘플들) 은 반복 완전 시퀀스의 샘플들 M 1, M 2, ... , M n, ... , M N , M 1, M 2, ... 에 결합될 수도 있으며, 여기서 복수 (N) 의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중, M 1 은 감지 회로 (104a) 를 참조하고, M 2 은 감지 회로 (104b) 를 참조하고, 등등이며, M n 은 감지 회로 (104n) 를 참조하며, 등등이다.
저속 샘플링 모드에서 동작될 때, 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 제 m 서브세트의 각각의 감지 회로는 라운드 로빈 방식으로 N s 연속 측정 인터벌들의 지속기간 (N s·T m) 동안 제 m 아날로그 채널 (304) 에 선택적으로 (예를 들어, 순차적으로) 및 반복적으로 연결된다. 임의의 적합한 수 N s (본 명세서에서 반복들의 수로 지칭됨) 가 적용될 수도 있다 (예를 들어, N s = 10). 제 1 일련의 N s 측정 인터벌들 동안, 감지 회로 (104a) 는 제 m 아날로그 채널 (304) 에 연결될 수도 있고 각각의 측정 인터벌 후 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302) 에 의해 전달된 출력들 (318, 316, 320, 322, 325) 은 감지 회로 (104a) 를 참조할 수도 있다. 제 2 일련의 N s 측정 인터벌 동안, 감지 회로 (104b) 는 제 m 아날로그 채널 (304) 에 연결될 수도 있고 각각의 측정 인터벌 후 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302) 에 의해 전달된 출력들 (318, 316, 320, 322, 325) 은 감지 회로 (104b) 등을 참조할 수도 있다.
동일한 프로세스가 다른 아날로그 채널들 (304) (예를 들어, 제 (m-1) 아날로그 채널) 및 대응하는 디지털 프로세싱 채널들 (302) 에 적용될 수도 있다. 따라서, 정수 N/N a, 반복 수 N s, 및 측정 인터벌의 지속기간 T m 의 곱은 저속 샘플링 모드에서 물체 검출 회로 (102) 의 스캔 사이클 주기를 정의한다. 저속 샘플링 모드에서 동작될 때, 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302) 의 연속 출력들은 샘플들의 직렬 스트림 출력으로서 고려될 수도 있고, 출력 샘플들의 각각의 그룹 (N s) 은 감지 회로들의 개별의 서브세트의 개별의 감지 회로를 참조한다. 예를 들어, 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302) 의 연속 출력들 (318) (보정된 M n 샘플들) 은 반복 시퀀스의 샘플들 M 1, M 1, M 1, ... , M 2, M 2, M 2 , ... , M n, M n, M n, ... , M N / N a, M N / N a, M N / N a, ... , M 1, M 1, M 1, ... , M 2, M 2, M 2 , ... 일 수도 있으며, 여기서 제 m 서브세트 (N a) 의 감지 회로들 104a, 104b, 104n) 중, M 1 은 감지 회로 (104a) 를 참조하고, M 2 은 감지 회로 (104b) 를 참조하고, 등등이며, M n 은 감지 회로 (104n) 을 참조하며, 등등이다. 저속 샘플링 모드에서 스캔 사이클 당 복수 (N a) 의 디지털 프로세싱 채널들 (302) 에 의해 전달된 바와 같은 복수의 출력들 (318) (보정된 M n 샘플들) 은 반복 완전 시퀀스의 샘플들 M 1, M 1, M 1, ... , M 2, M 2, M 2, ... , M n, M n, M n, ... , M N , M N , M N , ... , M 1, M 1, M 1, ... , M 2, M 2, M 2, ... 에 결합될 수도 있으며, 여기서 복수 (N) 의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중, M 1 은 감지 회로 (104a) 를 참조하고, M 2 은 감지 회로 (104b) 를 참조하며, M n 은 감지 회로 (104n) 를 참조하며, 등등이다.
도 4 는 더 상세히 도 3 의 회로 (300) 의 부분의 예시적인 구현을 예시하는 회로 (400) 의 블록 다이어그램이다. 회로 (400) 는 아날로그 채널 (304) (예를 들어, 제 m 아날로그 채널), 동기 검출기 회로 (306), 및 도 3 을 참조하여 디지털 프로세싱 채널 (302) 의 부분으로서의 필터링 및 보정 회로 (308) 의 부분을 포함한다. 도 4 는 예로, AFE 회로 (307) 에 전기적으로 연결된 감지 회로 (104n) (도 3 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 그 임피던스 Z n 로 표현됨) 를 도시한다. 도 4 에 예시된 바와 같이, AFE 회로 (307) 는, 도 3 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 감지 회로 스위칭 (예를 들어, 아날로그 멀티플렉싱) 을 제어하는데 사용되는, 도 3 을 참조하여 복수의 샘플링 제어 입력들 (326) 중 하나에 대응할 수도 있는, 샘플링 제어 입력들 (424) 을 수신하도록 구성된다.
동기 검출기 회로 (306) 는 DAC (309) 및 ADC (311) 를 통해, AFE 회로 (307) 에 인터페이스한다. 감지 회로 (104n) 를 구동하기 위해 필요에 따라 주파수 f n (예를 들어, MHz 범위) 를 갖는 디지털 연속파 (정현파) 고 주파수 감지 신호가 오실레이터, 예컨대 수치 제어된 오실레이터 (NCO) (410) 에 의해 생성되고, DAC (309) 에, 동기 검출기 회로 (306) 의 제 1 믹서 (412) 에, 그리고 제 2 믹서 (414) 에 공급된다. NCO (410) 는, 도 3 을 참조하여 주파수 제어 입력들 (328) 중 하나에 대응할 수도 있는 주파수 제어 입력들 (422) 을 수신하고, 주파수 제어 입력 (422) 에 기초한 주파수를 갖는 2 개의 디지털 출력 신호들, 예를 들어, 제 1 NCO 출력 신호 (416) 및 제 2 NCO 출력 신호 (418) 를 생성하도록 구성된다. NCO 출력 주파수는 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 의 임피던스 (또는 어드미턴스) 를 측정하는데 사용되는 동작 (감지) 주파수 (예를 들어, f n ) 를 정의한다. 제 1 NCO 출력 (416) 은 믹서 (412) 에 대해 그리고 DAC (309) 로의 (도 4 에 입력 ① 로 표시됨) 로컬 오실레이터 신호로서 사용되는, 주파수 (예를 들어 f n ) 를 갖는 디지털 코사인 신호이다. 제 2 NCO 출력 (418) 은 믹서 (414) 에 대한 로컬 오실레이터 신호로서 사용되는 동일한 주파수 (예를 들어, f n ) 의 반전된 디지털 사인 신호이다.
DAC (309) 는 제 1 NCO 디지털 출력 신호 (416) 를, 주파수 (예를 들어, f n ) 에서 선택된 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 를 구동하기 위해 AFE 회로 (307) 에 공급되는 아날로그 신호로 변환한다. 측정 포트 (305) 에서의 아날로그 전압 (또는 전류) 신호는 AFE 회로 (307) 에 의해 프로세싱 (예를 들어, 증폭) 되고 ADC (311) 에 공급된다. ADC (311) 는 AFE (406) 로부터 수신된 아날로그 신호를 믹서들 (412 및 414) 에 공급되는 디지털 신호 (도 4 에 출력 ② 로 표시됨) 로 변환한다. ADC (311) 출력 (출력 ②) 은 DAC (309) 출력 신호 (오리지널) 의 일반적으로 위상 및 진폭 수정된 및 노이지 버전의 디지털 표현이다.
동기 검출기 회로 (306) 는 ADC (311) 로부터 수신된 디지털 신호 (출력 ②) 를 필터링 및 보정 회로 (308) 에서 추가 프로세싱될 디지털 베이스 대역으로 하향 변환하도록 구성된다. 믹서들 (412 및 414) 의 디지털 출력들의 각각 (도 4 에 각각 출력 ③ 및 ④ 로 표시됨) 은 연결된 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 의해 제시된 바와 같은 임피던스 (또는 어드미턴스) 에 대해 나타낼 수도 있는 정적 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 필터링 및 보정 회로 (308) 의 부분으로서의 저역 통과 필터들 (420) 은 정적 컴포넌트를 필터링하도록 구성되어, 본 명세서에서 원시 M n 출력으로도 또한 지칭되는 동위상 (I) 및 직교 (Q) 출력 (도 4 에 각각 출력 ⑤ 및 ⑥ 으로 표시됨) 을 산출한다. 저역 통과 필터 (420) 의 컷-오프 주파수는 측정 및 검출 회로 (108) 의 측정 대역폭을 정의한다. 200 Hz 의 측정 대역폭은 컷-오프 주파수가 100 Hz 인 저역 통과 필터를 요구할 수도 있다.
전체 동기 검출기 회로 (306) 및 연관된 ADC (311) 및 DAC (309) 는 공통 클록 (예를 들어, 50 MHz) 에서 실행될 수도 있다. 따라서, NCO (410) 에 의해 생성된 바와 같은 각각의 디지털 출력 (416) 은 DAC (309) 의 아날로그 출력에서 대응하는 전압 레벨을 생성할 수도 있다. 유사하게, ADC (311) 및 믹서들 (412 및 414) 은 동일한 레이트 (예를 들어, 50 MS/s) 로 샘플들을 출력할 수도 있다. NCO 의 출력 주파수는 다음으로 형식상 표현될 수도 있으며,
여기서 FCW 는 NCO 출력 주파수 주파수, f CLK 를 Hz 단위의 NCO 클록 주파수로 제어하는 주파수 제어 워드 (위상 증분) 을 지칭하고, L 은 위상 어큐뮬레이터의 이진 워드 길이 (비트들의 수) 를 지칭한다. 예시적인 구현에서, 3 MHz 의 NCO 출력 주파수는 50 MHz 의 클록 주파수, 16 비트의 어큐뮬레이터 사이즈 L 로 생성되어, 주파수 제어 워드 FCW 를 3932 로 설정되도록 요구한다. 일부 구현들에서, 주파수 제어 입력 (328) 은 주파수 제어 워드 FCW 를 포함한다.
도 3 으로 돌아가면, 패시브 비컨 프로세싱 회로 (310) 는 전기 차량에 설치된 (예를 들어, 도 2b 에 도시된 바와 같은 무선 전력 수신 구조 (260) 의 하우징 (276) 에 통합된) 패시브 비컨 트랜스폰더 (278) 를 검출하도록 구성된다. 패시브 비컨 트랜스폰더 (278) 가 감지 코일 어레이 (106) 위에 포지셔닝되면, 패시브 비컨 트랜스폰더 (278) 는 이전에 논의된 바와 같이 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 중 적어도 하나에서 변조된 임피던스 변화 (패시브 비컨 응답) 를 생성할 수도 있다. 패시브 비컨 응답과 연관된 감지 코일들의 정보에 기초하여, 물체 검출 회로 (102) 는 감지 코일 어레이 (106) 에 대한 패시브 비컨 트랜스폰더 (278) 의 포지션을 결정할 수도 있다. 패시브 비컨 트랜스폰더 (278) 는 정의된 주파수로의 그 변조에 의해 다른 응답들 (예를 들어, 물체 (110) 에 의해 생성됨) 과 구별될 수 있다. 따라서, 일부 구현들에서, 패시브 비컨 프로세싱 회로 (310) 는 패시브 비컨 응답을 복조 및 필터링하고 포지션 확인을 위해 뿐만 아니라 도 9 를 참조하여 추가 논의된 바와 같은 비컨 캔슬레이션을 위해 사용될 수도 있는 정적 비컨 출력들 (320) (예를 들어, I/Q 출력들) 을 제공하도록 구성된다.
유도된 전압 프로세싱 회로 (312) 의 입력은 ADC (311) 에 직접 연결되고 임의의 주파수에서, 예를 들어, 임피던스 (또는 어드미턴스) 를 측정하기 위해 사용되는 감지 주파수들 (예를 들어, f a, f b , f n) 중 임의의 것 이외의 주파수에서 선택된 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 로 유도되는 전압에서 신호 컴포넌트들을 검출하도록 구성된다. 일부 구현들에서, 유도된 전압 프로세싱 회로 (312) 는 아날로그 채널 (304) 에 의해 제한된 범위에서 임의의 원하는 주파수로 그리고 원하는 주파수에서 협대역폭에서의 유도된 전압의 크기 및 위상을 나타내는 유도된 전압 출력들 (322) (예를 들어, I/Q 출력들) 을 제공하도록 튜닝될 수 있다. 일부 구현들에서, 유도된 전압 프로세싱 회로 (312) (본 명세서에는 상세가 도시되지 않음) 는 도 4 에 도시된 바와 같이, 각각, 동기 검출기 회로 (306) 및 저역 통과 필터들 (420) 과 유사하게 풀 동기 검출기 및 저역 통과 필터 회로부를 포함할 수도 있다. 일부 구현들 또는 동작들에서, 유도된 전압 프로세싱 회로 (312) 는 무선 전력 전송에 의해 유도된 전압을 나타내는 출력들 (322) 을 제공하기 위해 무선 전력 전송의 동작 주파수 (기본) (예를 들어, 85 kHz) 로 튜닝된다. 이 정보는 예를 들어, 도 5 및 도 10 을 참조하여 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 에서, 무선 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지를 결정하고 결과적으로 도 10 을 참조하여 이하에 추가 논의된 바와 같이 샘플링 모드를 제어하는데 사용된다.
스펙트럼 프로세싱 회로 (314) 는 미리 결정된 주파수 범위 (예를 들어, 2.5 - 3.5 MHz) 에서 선택된 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 로 유도된 잡음의 스펙트럼을 분석하고 스펙트럼 출력들 (325) 을 제공하도록 구성된다. 스펙트럼 출력들 (325) 은 도 18 을 참조하여 주파수 할당 회로 (1800) 에 의해, 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 대한 신호 대 잡음비 (SNR) 를 최대화하는 최소 잡음 레벨을 갖는 최적의 감지 주파수 (예를 들어, f n ) 를 결정하는데 사용될 수도 있다.
도 3 을 참조하면, 복수의 필터링 및 보정 회로들 (308) 의 직렬 스트림 출력들 (318) (보정된 M n 출력들) 은 도 5 및 도 10 을 참조하여 그리고 결국 도 9 를 참조하여 물체 검출 및 도 13 을 참조하여 드리프트 추정의 목적들을 위해 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 에 의해 사용되는 한편, 직렬 스트림 출력들 (316) (원시 M n 출력들) 은 도 12 를 참조하여 공진 주파수 추적, 캘리브레이션, 하드웨어 결함 (hardware fault) 검출의 목적들을 위해 사용된다. 복수의 패시브 비컨 프로세싱 회로들 (310) 의 비컨 출력들 (320) 은 본 명세서에서 도시되지 않은 회로에 의한 포지션 확인을 위해 그리고 도 9 를 참조하여 회로 (900) 에서의 비컨 캔슬레이션을 위해 사용된다. 복수의 유도된 전압 프로세싱 회로들 (312) 에 의해 제공된 유도된 전압 출력들 (322) 은, 예를 들어, 무선 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지를 결정하는데 사용된다. 이 정보는 도 5 및 도 10 과 관련하여 논의된 바와 같은 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 에 의해 필요할 수도 있다. 복수의 스펙트럼 프로세싱 회로들 (314) 에 의해 제공된 스펙트럼 출력들 (325) 은, 예를 들어, 도 18 과 관련하여 추가 논의된 바와 같이 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 대해 개별적으로 SNR 을 최대화하는 최적의 감지 주파수 f n 를 선택하는데 사용된다.
도 5 는 개관의 목적들을 위해, 도 1 의 측정 및 검출 회로 (108) 의 부분인 회로 (500) 를 예시한다. 회로 (500) 는 도 3 을 참조하여 이전에 설명된 바와 같이 복수 (N a) 의 필터링 및 보정 회로들 (308) (도 5 에는 3 개의 박스들이 서로 겹쳐져 예시됨) 을 포함한다. 회로들 (308) 의 각각은 개별의 동기 검출기 회로 (306) 로부터 I/O 입력들 (도 5 에 각각 입력 ③ 및 ④ 로 표시됨) 을 수신하고, 정적 컴포넌트를 필터링하고, 그리고 도 3 및 도 4 를 참조하여 이전에 설명된 바와 같이 직렬 스트림 출력들 (318 (보정된 M n 샘플들) 및 316 (원시 M n 샘플들)) 을 제공하도록 구성된다. 필터링 및 보정 회로들 (308) 의 각각에 의해 수행된 보정은 개별의 아날로그 채널 (304) 에서 도입된 위상 에러들을 설명할 수도 있다. 따라서, 필터링 및 보정 회로들 (308) 의 각각은 도 18 을 참조하여 주파수 할당 회로 (1800) 의 보정 출력들 (1812) ( c n) 에 대응할 수도 있는, 개별의 보정 입력들 (324) ( c n) 을 적용할 수도 있다. 필터링 및 보정 회로 (308) 에 대한 추가 상세가 도 6 을 참조하여 제공된다.
또한, 회로 (500) 는 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 를 포함하고, 그 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 는, 개별의 필터링 및 보정 회로 (308) 의 복수의 직렬 스트림 출력들 (318 (보정된 M n 샘플들) 및 316 (원시 M n 샘플들)) 에 각각 대응하는 복수의 입력들 (512 및 514) 을 수신하고 선택된 샘플링 모드 (예를 들어, 고속 샘플링 또는 저속 샘플링) 에 따르는 포맷 및 레이트로 병렬 (벡터) 출력 (504) (보정된 M ), 직렬 스트림 출력들 (506) (보정된 M n), 및 직렬 스트림 출력들 (508) (원시 M n) 을 제공하도록 구성된다. 벡터 출력들 (504) (보정된 M ) 은 도 9 를 참조하여 회로 (900) 에 의한 물체 검출을 위해 사용될 수도 있는 한편, 직렬 스트림 출력들 (506 및 508) 은 도 13 을 참조하여 드리프트 추정을 위해 그리고 도 12 를 참조하여 논의된 바와 같이 공진 주파수 추적, 캘리브레이션, 및 하드웨어 결함 검출을 위해 사용될 수도 있다.
샘플링 모드 제어기 회로 (502) 는 또한, 도 3 을 참조하여 복수의 유도된 전압 출력들 (322) 에 대응할 수도 있는 복수의 입력들 (516) (유도된 전압 입력들) 을 수신하도록 구성된다. 그것은 도 9 를 참조하여 회로 (900) 의 임계치 출력들 (928) 에 대응할 수도 있는 임계치 입력들 (520) 은 물론 예를 들어 상위 제어 회로 (본 명세서에는 도시되지 않음) 로부터 제어 입력 (518) 을 수신하도록 추가로 구성된다. 또한, 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 는 입력들 (516, 518, 및 520) 에 기초하여 샘플링 모드 (예를 들어, 고속 샘플링 또는 저속 샘플링) 에 대해 판정하고 선택된 샘플링 모드에 따라 직렬 스트림 입력들 (512 및 514) 을 다양한 출력들 (504, 506, 및 508) 로 스위칭 (라우팅) 하도록 구성된다. 또한, 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 는 도 3 을 참조하여 이전에 설명된 바와 같이 선택된 샘플링 모드에 따라 회로 (300) 의 동작을 제어하는데 사용될 수도 있는 복수의 직렬 스트림 출력들 (510) (샘플링 제어 출력들) 을 제공하도록 구성된다. 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 의 예시적인 구현이 도 10 을 참조하여 제공된다.
도 6 은 도 3 의 회로 (300) 의 부분에서의 추가 상세를 보여주기 위한 목적들을 위한 회로 (600) 의 블록 다이어그램이다. 회로 (600) 는 아날로그 채널 (304) (예를 들어, 제 m 아날로그 채널 (304)), 동기 검출기 회로 (306), 및 도 3 및 도 4 를 참조하여 이전에 설명된 바와 같은 디지털 프로세싱 채널 (302) (예를 들어, 제 m 디지털 프로세싱 채널 (302)) 의 부분으로서의 필터링 및 보정 회로 (308) 를 포함한다. 필터링 및 보정 회로 (308) 는 저역 통과 필터들 (420) (도 4 참조) 다음에 보정 회로 (602) 를 포함한다. 보정 회로 (602) 는 도 5 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같은 입력들 (324) (복소 보정 계수들 c n) 에 기초한 위상 보정을 위해 구성될 수도 있다. 일부 구현들에서, 회로 (602) 는 I/Q 입력들 ⑤ 및 ⑥ (필터링된 원시 M n 샘플들의, 각각, 실수 및 허수부에 대응함) 과 개별의 보정 입력들 (324) ( c n) 의 복소수 곱셈 (complex multiplication) 을 수행한다.
또한, 도 6 은 동기 검출기 회로 (306) 의 부분으로서 가변 이득 스테이지 (604) (도 6 에 이득 A 로 표시됨) 를 예시한다. 가변 이득 스테이지 (604) 는 NCO (410) 에 의해 제공된 바와 같은 DAC (309) 디지털 입력 ① 의 레벨을 제어하고 따라서 선택된 감지 코일 (105n) 의 전류 여기의 레벨을 제어하는데 사용된다. 이득 스테이지 (604) 를 제어하기 위한 입력은 도 6 에 도시되지 않는다.
상호변조 간섭 완화
상호변조는 완전히 선형이 아닌 아날로그 회로부 (예를 들어, 아날로그 회로부 (301)) 에 멀티-톤 신호를 인가할 때 생성될 수도 있다. 도 3 과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 다중 AFE 회로들 (307) 은 각각 상이한 감지 주파수 f n 에서, 병렬로 동작할 수 있다. 하나의 예시적인 구현에서, 4 개의 AFE 회로들 (307) 이 사용된다. 감지 코일 어레이 (106) 의 4 개의 동시 선택된 감지 코일들은 도 3 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 어느 정도로 자기적으로 커플링된다. 따라서, 각각의 AFE 회로 (307) 에서 상호변조를 잠재적으로 야기하는 복수의 아날로그 채널들 (304) 사이의 크로스-토크가 있을 수도 있다. 예시적인 구현에서, 상호변조 프로덕트들은 AFE 회로 (307) 의 출력에서 원하는 감지 신호 레벨보다 대략 30 내지 50 dB 낮을 수도 있다. 그러한 레벨의 상호변조는 상호변조 프로덕트가 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 개별의 감지 회로에 각각 연관된, 감지 주파수들 (예를 들어, f a, f b , f n) 중 적어도 하나로 떨어지면 시스템의 감도에 부정적인 영향을 미칠 수도 있다. 도 4 의 NCO (410) 에 의해 생성된 신호들의 주파수들은 식 1 을 참조하여 NCO (410) 의 일부 파라미터들에 의해 정의된 최소 주파수 간격 
의 정수 배수들이다. 결과적으로, 상호변조 프로덕트들은 또한 
의 정수 배수들이고 또한 NCO (410) 에 의해 생성된 바와 같이 정확히 감지 주파수 (예를 들어, f n ) 에 오게 되어, 감지 신호를 코히어런트로 간섭한다.
도 7 은 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 을 사용하는 물체 검출 회로 (102) 에서의 상호변조의 영향들을 예시하는 예시적인 I/Q 다이어그램들 (700) 을 도시한다. 일련의 I/Q 다이어그램들 (700-1 및 700-2) 의 각각은, 예를 들어, 감지 회로 (104n) 와 연관된, 일련의 연속 I/Q 출력들 (예를 들어, 도 3 을 참조하여 원시 M n 출력들 (316)) 을 참조한다. 이들 I/Q 출력들은 도 3 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 물체 검출 회로 (102) 의 스캔 사이클 주기에 대응하는 레이트로 생성된다. 다이어그램들 (700) 은 2 개의 중첩된 페이저 (phasor) 들로서 표현된 I/Q 출력들을 도시한다. 페이저 (704) 는 상호변조 간섭의 부재 시 I/Q 출력을 지칭하는 한편, 페이저 (702) (상호변조 페이저) 는 상호변조 간섭의 영향을 예시한다. 합 페이저 (벡터 합) 는 페이저 (706) 에 의해 표현된다 (점선 화살표).
일련의 I/Q 다이어그램들 (700-1) 은 추가적인 제공들이 이루어지지 않는 (예를 들어, NCO 페이즈 리셋이 적용되지 않는) 상황을 예시한다. 이 경우에, 상호변조 페이저 (702) 는 상호변조 페이저들 (702-1, 702-2, 702-3) 의 시퀀스에 의해 예시되는 연속 I/Q 출력들에서 회전할 수도 있다. 상호변조 페이저 (702) 의 그러한 회전은, NCO (410) 의 하나의 스캔 사이클 주기에 걸친 위상 진화 (phase evolution) 가 360° 의 정수 배수가 아니면 관측될 수도 있으며, 이는 정상적인 경우일 수도 있다. (예를 들어, 도 9 를 참조하여 시간-미분 (time-differentiating) 필터 (914) 를 사용하는) 시간 차 검출 스킴에 기초한 물체 검출 회로 (102) 에서, 상호변조 간섭으로 인한 출력들의 변화의 영향은 증가된 잡음 레벨과, 따라서 감소된 물체 검출 감도와 동등할 수도 있음이 인식될 수도 있다.
일련의 I/Q 다이어그램들 (700-2) 은 이제 NCO (410) 의 위상 어큐뮬레이터가 각각의 측정 인터벌의 마지막에 (예를 들어, 0 으로) 리셋되는 상황을 예시한다. 측정 인터벌들은 도 3 을 참조하여 이전에 정의된 바와 같이 동일한 지속기간 (T m) 이기 때문에, 위상 리셋은 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 연속 I/Q 출력들에서의 상호변조 페이저 (702) (페이저들 (702-4, 702-5, 702-6) 에 의해 예시됨) 가 안정 (비-회전) 되어, 연속 I/Q 출력들 (706-4, 706-5, 706-6) 에서 정적 오프셋을 생성할 수도 있음이 인식될 수도 있다. 그러나, 정적 오프셋은, 예를 들어, 도 9 를 참조하여 시간-미분 필터 (914) 의 출력들에 영향을 미치지 않을 수도 있음이 인식될 수도 있다.
도 8 은, 예를 들어, 도 4 를 참조하여, NCO 출력 신호 (416) 의 연속-시간 표현에 대응하는 예시적인 DAC 입력 신호 (802) 의 시간 다이어그램 (800) 을 도시한다. 보다 구체적으로, 그것은 2 개의 연속 측정 인터벌들 사이의 트랜지션에서의 신호 (802) 를 예시한다. DAC 입력 신호 (802) 는 예시적인 동작을 참조하며, 여기서 도 3 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같은 목적들을 위해, NCO (410) 의 출력의 주파수는 이전 주파수 f a 로부터 새로운 주파수 f b 로 변경되고 NCO 의 위상 어큐뮬레이터는 제 i 측정 인터벌로부터 제 (i+1) 측정 인터벌로의 트랜지션에서 0 으로 리셋된다.
NCO (410) 는 동일한 감지 주파수 (예를 들어, 감지 회로 (104n) 에 연관된 감지 주파수 f n) 로 주기적으로 리턴하며, 여기서 주기는 도 3 을 참조하여 또한 논의된 바와 같은 스캔 사이클 주기에 대응한다. 그러나, 일부 구현들 또는 동작들에서, 시간에 걸쳐 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 를 위해 사용될 감지 주파수 (예를 들어, f n) 를 변경하기 위한 요건이 있을 수도 있다. 감지 주파수 할당의 변경은, 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중 적어도 하나의 감지 회로의 공진 주파수가, 예를 들어, 주변 온도의 변화들, 감지 코일 어레이 (106) 에의 기계적 영향들, 노화 등으로 인해, 실질적으로 드리프트된 경우에 요구될 수도 있다. 주파수 할당의 변경은 또한, 도 3 및 도 18 을 참조하여 논의된 바와 같은 잡음 스펙트럼의 변화에 의해 강제될 수도 있다. 감지 회로 (104n) 를 위해 사용되는 바와 같은 감지 주파수 f n 의 변경은 NCO 위상 리셋에도 불구하고 상호변조 페이저 (702) (도 7 참조) 를 변경시킬 수도 있음이 인식될 수도 있다.
단일 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 의 감지 주파수 (예를 들어, 감지 주파수 f n) 의 재할당은 동시에 구동된 감지 회로에 각각 연관된 복수의 병렬 I/Q 출력들 (예를 들어, 보정된 M n 출력들 (318)) 에서의 상호변조로 인한 변화를 생성하는데 충분할 수도 있다. 그러나, 연속 I/Q 출력들 (보정된 M n 출력들 (318)) 의 변화는 또한, 예를 들어, 도 17 에 예시된 바와 같이, 감지 회로 (104n) 의 임피던스가 주파수의 함수이기 때문에, 임의의 상호변조의 부재 시 관측될 수도 있음이 인식될 수도 있다. 그러나, 상호변조 간섭과는 반대로, 그러한 변화는 주파수 (예를 들어, fn) 가 변경된 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 I/Q 출력에 한정될 수도 있다. 변화의 원인이 무엇이든, 예를 들어, 감지 회로 (104n) 에 연관된 일련의 연속 출력들 (318) 의 갑작스런 변화는 잠재적으로 잘못된 포지티브 검출을 야기할 수도 있다. 따라서, 측정 및 검출 회로 (108) 의 일부 구현들 또는 동작들에서, 주파수 재할당으로 인한 잘못된 포지티브 검출들은 도 9, 도 14, 및 도 18 과 관련하여 더 상세히 논의된 바와 같은 방안 (measures) 을 사용하여 회피된다. 그러한 방안은 물체 검출 확률 (예를 들어, 검출 신뢰도) 을 현저히 감소시키지 않을 수도 있다.
도 9 는 시간 차 검출 스킴에 기초하여 도 1 의 측정 및 검출 회로 (108) 의 부분인 회로 (900) 의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다. 회로 (900) 는 비컨 캔슬레이션 회로 (904), 샘플 변환기 회로 (906), 이상치 캔슬레이션 필터 (910), 시간-미분 필터 (914), 물체 구별 회로 (918), 동적 임계치 결정 회로 (920), 및 임계치 검출 회로 (922) 를 포함한다. 도 9 에 예시된 바와 같은 회로 (900) 는, 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 개별의 감지 회로에 각각 연관된, 복수 (N) 의 병렬 프로세싱 채널들을 사용하는 벡터 프로세싱 회로로서 구현될 수도 있다. 회로 (900) 의 일부 블록들은 다중 인스턴스화들로서 구현될 수도 있다.
비컨 캔슬레이션 회로 (904) 는 벡터 입력들 (930) (보정된 M ) 및 비컨 입력들 (932) 을 수신하고 벡터 출력들 M' 을 제공하도록 구성된다. 벡터 입력들 (930) 은 도 5 및 도 10 을 참조하여 벡터 출력들 (504) 에 대응할 수도 있다. 비컨 입력들 (932) 은 본 명세서에서 도시되지 않은 일부 회로부에 의해 병렬 (벡터) 입력들 (932) 로 변환된 도 3 을 참조하여 직렬 스트림 비컨 출력들 (320) 에 대응할 수도 있다. 샘플 변환기 회로 (906) 는 비컨 캔슬레이션 회로 (904) 로부터 벡터 입력들 M' 을 수신하고 벡터 출력들 Z 을 제공하도록 구성된다. 벡터 Z 의 각각의 컴포넌트 Z n 는 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 개별의 감지 회로의 임피던스를 나타낼 수도 있다. 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는, 또한 회로 (900) 의 출력들 (908) 인 벡터 출력들 Z' 을 제공하기 위해 샘플 변환기 회로 (906) 및 필터 제어 입력들 (934) (벡터 입력들) 로부터 벡터 입력들 Z 을 수신하도록 구성된다. 필터 제어 입력들 (934) 은 필터 제어 출력들 (1824) (벡터 출력들) 에 대응할 수도 있다. 벡터 출력들 (908) 은 도 15 의 기준 추적 회로 (1500) 에 의해 그리고 도 16 에 도시된 자동-복구 회로 (1600) 에 의해 사용될 수도 있다.
시간-미분 필터 (914) 는 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 로부터 벡터 입력들 Z' 을 수신하고 벡터 출력들 
을 제공하도록 구성된다. 물체 구별 회로 (918) 는 시간-미분 필터 (914) 로부터 벡터 입력들 
을 수신하고 (예를 들어, 수정되지 않은) 벡터 출력들 
뿐만 아니라 사이드 정보 출력들 (926) (벡터 출력들) 을 제공하도록 구성된다. 동적 임계치 결정 회로 (920) 는 물체 구별 회로 (918) 로부터 벡터 입력들 
을 수신하고 또한 회로 (900) 의 벡터 출력들 (임계치 출력들) 인 임계치 출력들 (928) (벡터 출력들) 을 제공하도록 구성된다. 마지막으로, 임계치 검출 회로는 벡터 입력들 
에 기초한 회로 (900) 의 검출 출력 (924), 물체 구별 회로 (918) 로부터의 사이드 정보 출력들 (926), 및 동적 임계치 결정 회로 (920) 로부터 수신된 임계치 벡터 출력들 (928) 을 제공하도록 구성된다. 예시의 목적들을 위해, 회로 (900) 는 실제 구현에서 요구될 수도 있는 추가적인 제어 입력들 및 출력들을 배제할 수도 있다.
회로 (900) 는 물체 검출을 위해 사용되기 때문에, 비컨 응답은 먼저 비컨 캔슬레이션 회로 (904) 에서 캔슬 아웃되어 회로 (900) 의 추가 프로세싱에서 패시브 비컨 응답의 영향들을 제거한다. 일부 구현들에서, 패시브 비컨 트랜스폰더 (예를 들어, 도 2b 를 참조하여 패시브 비컨 트랜스폰더 (278)) 는, 활성화 및 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 에 근접하게 될 때, 임계치 검출 회로 (922) 에서 잘못된 포지티브 검출을 잠재적으로 야기하는 벡터 입력들 (930) (보정된 M ) 의 복수의 컴포넌트들 중 적어도 하나에서 변화 (예를 들어, 스텝 응답) 를 생성한다. 따라서, 비컨 캔슬레이션 회로 (904) 는 비컨 입력들 (932) 을 사용하여 임의의 패시브 비컨 응답 컴포넌트를 캔슬 아웃하도록 구성된다.
비컨 캔슬레이션 회로 (904) 의 벡터 출력들 M' 은 그 후 샘플 변환기 회로 (906) 에 의해 추가로 프로세싱된다. 벡터 M' 의 컴포넌트들이 복소 어드미턴스를 나타내면, 샘플 변환기 회로 (906) 는 그들을, 각각 복소 임피던스를 나타내는 벡터 Z 의 컴포넌트들로 변환한다. 벡터 M' 의 컴포넌트들이 복소 임피던스를 나타내면, 벡터 M' 는 벡터 Z 가 된다. 벡터 M' 의 컴포넌트들이 어드미턴스를 나타내는 구현들에서, 샘플 변환기 회로 (906) 는, 예를 들어, 다음의 식을 적용하는 것에 의해, 각각의 컴포넌트 (예를 들어, M' n) 를 임피던스를 나타내는 개별의 컴포넌트 (예를 들어, Z n) 로 변환할 수도 있으며:
여기서 
은 측정 및 검출 회로 (108) 에서 디지털 프로세싱을 위해 사용된 수 형식 (number format) 에 대해 적절히 선택된 스케일 팩터이다. 일부 구현들에서, 이 스케일 팩터 
는 도 6 을 참조하여 가변 이득 스테이지 (604) 의 이득 A 에 관련된다.
결과의 벡터 출력들 Z 은 그 후, 벡터 Z 의 각각의 컴포넌트 (예를 들어, Z n) 에서 잠재적인 이상치들을 식별 및 제거하도록 구성된 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 에 의해 추가로 프로세싱된다. 샘플들 (예를 들어, Z n) 의 통계의 이상치들은 일시적 잡음 뿐만 아니라 도 10 및 도 14 를 참조하여 논의된 바와 같은 (예를 들어, 저속 샘플링 모드에서) 일시적 이물질들에 의해 생성될 수도 있다. 따라서, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 의 사용은 예를 들어, 일시적 잡음의 존재 시 또는 도 10 을 참조하여 논의된 바와 같은 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 근접한 일시적 물체의 이벤트 시의 잘못된 검출 확률을 감소시킬 수도 있다. 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 의 예시적인 구현은 도 14 를 참조하여 더 상세히 설명 및 예시된다. 필터 제어 입력들 (934) 의 사용은 도 8 및 도 14 와 관련하여 설명된다. 또한, 벡터 출력들 Z' 은 시간-미분 필터 (914) 에 의해 프로세싱된다.
일부 구현들에서, 시간-미분 필터 (914) 는 복수의 컴포넌트들 (예를 들어, Z' n) 의 각각에 대한 디지털 필터 구조 (예를 들어, 본 명세서에서 추가 설명되지 않는 고역 통과 필터 또는 고역 및 저역 통과 필터 구조의 조합) 를 포함한다. 시간-미분 필터 (914) 는 연속 수신된 벡터들 Z' 의 시계열에서 개개의 컴포넌트들 (예를 들어, Z' n) 의 상대적으로 빠른 변화들에 민감하게 반응하도록 구성된다. 이들은 물체 (예를 들어, 베이스 패드 (224) 의 표면에 오게 되는 물체 (110)) 에 의해 생성된 바와 같은 그리고 예를 들어, 온도 드리프트 또는 노화에 의해 야기된 변화들보다 상당히 더 빠른 변화들일 수도 있다. 따라서, 벡터 출력 
의 각각의 컴포넌트는 예를 들어, 물체에 의해 생성된 임피던스의 변화를 나타낸다.
벡터 출력 
은 적어도 하나의 벡터 컴포넌트의 변화 (예를 들어, 
) 에 기초하여 적어도 하나의 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 에 근접한 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 를 분류하도록 구성된 물체 구별 회로 (918) 에서 추가로 프로세싱된다. 일부 구현들에서, 물체는 벡터 
의 복소 컴포넌트들의 각도 (예를 들어, 
) 에 기초하여 분류된다. 이 정보는 결정적 (critical) 및 비-결정적 (non-critical) 물체들 사이를 구별하기 위해 임계치 검출 회로 (922) 에서 사용될 수도 있다. 측정 및 검출 회로가 각도 (예를 들어, 
) 에 대하여 적절히 캘리브레이팅되면, 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 근접한 물체에 의해 생성된 변화 (예를 들어, 
) 는 전기 전도성, 자기 투과성, 및 전기 투과성과 같은 물체의 일부 물리적 특성들을 반영할 수도 있다. 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 이 또한 전기장 (용량성 감지 효과) 를 생성할 수도 있기 때문에 유전체 물체에 의해 변화 (예를 들어, 
) 가 또한 생성될 수도 있음이 인식될 수도 있다. 그러나, 유전체 재료들만을 포함하는 물체들 (예를 들어, 플라스틱 병, 물, 나뭇잎, 나무 등) 은 무선 전력 전송의 저 주파수 자기장 (예를 들어, 85 kHz) 에 노출될 때 가열되지 않을 수도 있기 때문에 덜 결정적일 수도 있으며 따라서 포지티브 검출 출력 (924) 을 트리거해서는 안된다. 따라서, 개별적으로 각각의 벡터 컴포넌트에 대한 물체 구별 회로 (918) 에서 추출된 정보는, 임계치 검출 회로 (922) 에서 사이드 정보로서 사용된다. 사이드 정보 출력들 (926) 은 잠재적 변화 (예를 들어, 
) 가 결정적 또는 비-결정적 물체에 의해 생성되는지 여부를 표시할 수도 있다.
도 9 에 도시된 예시적인 구현에서, 물체 구별 회로 (918) 는 벡터 출력들 
을 수정 없이 동적 임계치 결정 회로 (920) 에 그리고 임계치 검출 회로 (922) 에 전달한다. 동적 임계치 결정 회로 (920) 는 임계치 검출 회로 (922) 에서 적용될 임계치를 결정한다. 일부 구현들에서, 동적 임계치 결정 회로 (920) 는, 예를 들어, 복수의 복소 컴포넌트들의 각각의 크기 (예를 들어, 
) 를 컴퓨팅하는 것에 의해, 복수의 크기들 (예를 들어, 
) 에 대한 히스토그램을 생성하는 것에 의해 그리고 백분위수를 컴퓨팅하는 것에 의해, 벡터 입력들 
에 기초하여 개별적으로 각각의 벡터 컴포넌트에 대한 임계치를 결정한다. 임계치들은 그 후 이 백분위수 및 벡터 컴포넌트 기반으로 연속 수신된 벡터들 
로부터 도출된 다른 통계 정보에 기초하여 결정될 수도 있다. 대안적으로, 동적 임계치 결정 회로 (920) 는 벡터 입력들 
에 기초하여 별도로 실수부 및 허수부에 대한 임계치를 결정한다. 그것은 예를 들어, 복수의 복소 컴포넌트들의 각각의 실수부 절대값 (예를 들어, 
) 을 컴퓨팅하는 것, 복수의 실수부 절대값들 (예를 들어, 
) 에 대한 히스토그램을 생성하는 것 그리고 백분위수를 컴퓨팅하는 것에 의해, 개별적으로 각각의 벡터 컴포넌트에 대한 실수부 임계치를 결정할 수도 있다. 실수부 임계치들은 그 후 이 백분위수 및 벡터 컴포넌트 기반으로 연속 수신된 벡터들 
의 실수부들로부터 도출된 다른 통계 정보에 기초하여 결정될 수도 있다. 유사하게, 그것은 개별적으로 각각의 벡터 컴포넌트에 대한 허수부 임계치를 결정할 수도 있다.
동적 임계치 결정 회로 (920) 는 감지 코일 어레이 (106) 위에 주차될 때 예를 들어 이동 차량 (예를 들어, 도 19 를 참조하여 차량 (1902)) 에 의해 생성된, 응답 
을 효과적으로 구별하는데 사용될 수도 있다. 그러나 그것은 또한, (예를 들어, 사람이 베이스 패드 (224) 위를 걷고 있는 것과) 베이스 패드 (224) 에 대한 기계적 영향에 의해 생성된 응답을 효과적으로 구별할 수도 있다. 임계치들은 자동적으로, 차량 (1902) 이 이동하고 있을 때 또는 기계적 압력이 인가될 때 증가하고 차량 (1902) 이 정지하거나 또는 기계적 압력이 해제될 때 그들의 정상 값으로 감소할 수도 있다. 따라서, 동적 임계치 결정 회로 (920) 는 이동 차량 (1902) 또는 기계적 영향의 존재 시의 잘못된 포지티브 검출들을 방지할 수도 있다. 동적 임계치 결정 회로 (920) 는 또한, 검출 임계치들을 다양한 잡음 컨디션들에 적응시키는데 사용될 수도 있다. 양태들에서, 동적 임계치 결정 회로 (920) 의 임계치 출력들 (928) (예를 들어, 벡터 출력들) 은 또한, 도 10 을 참조하여 추가 논의된 바와 같이 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 에 의해 사용될 수도 있다.
마지막으로, 임계치 검출 회로 (922) 는 벡터 입력들 
, 물체 구별 회로 (918) 에서 결정된 사이즈 정보 입력들 (벡터 입력들), 및 동적 임계치 결정 회로 (920) 에서 결정된 임계치 입력들에 기초하여 복수의 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 중 적어도 하나의 감지 코일에 근접한 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 의 존재를 결정한다. 일부 구현들에서, 검출 출력 (924) 은 적어도 하나의 벡터 컴포넌트 (예를 들어, 
) 가 개별의 임계치 입력을 초과했는지 여부 및 각도 (예를 들어, 
) 가 미리 결정된 범위에 있는지 여부를 나타낼 수도 있고, 예를 들어, 결정적 물체를 나타낼 수도 있다. 포지티브 검출 출력 (924) 은 도 1 을 참조하여 이전에 정의된 바와 같이 물체 검출 회로 (102) 의 미리 결정된 검출 영역에서의 결정적 물체의 존재를 나타낼 수도 있다.
고속 및 저속 샘플링 모드들
도 9 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이, 시간 차 검출 스킴이 요구된 검출 감도를 달성하기 위해 사용된다. 시간 차 검출을 사용하여, 물체는 물체가 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (106a)) 의 근접성에 들어가거나 또는 나올 때 또는 일반적으로 물체가 이동할 때 잠재적으로 검출될 수 있다. 이 검출 접근법은 전기 차량 (예를 들어, 도 19 를 참조하여 전기 차량 (1902)) 이 충전을 위해 무선 전력 송신 구조 (224) (베이스 패드) 위에 주차되는지 여부에 상관없이 언제라도 물체 검출 회로 (102) 가 활성 및 민감성이 되도록 요구할 수도 있다. 물체 검출 회로 (102) 가 트리거된 이벤트에서, 예를 들어, 사용자 또는 서비스 요원에 의한 시각적 검사가 물체 검출 회로 (102) 의 재활성화 전에 베이스 패드 (224) 의 표면으로부터 잠재적 금속 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 를 제거하도록 요구될 수도 있다. 따라서, 이하에 추가 논의된 바와 같이 보다 특정 특징들을 구현함으로써 물체 검출 회로 (102) 의 잘못된 검출 확률을 감소시키는 것이 바람직할 수도 있다.
전기 차량 (1902) 의 부재 시, 베이스 패드 (224) (도 1, 도 2a, 및 도 2b 를 참조하여 감지 코일 어레이 (106) 를 통합함) 는 커버되지 않고 따라서 인간 또는 동물에 의해 접근가능한 상태로 유지된다. 무선 전력 전송은 이러한 시나리오에서 인액티브이다. 이는, 예를 들어, 사람이 우연히 금속 부분들을 포함하는 신발로 베이스 패드 (224) 위를 걷거나 또는 베이스 패드 (224) 위로 자전거 또는 다른 금속 물체들을 이동시킬 때, 소정의 잘못된 트리거들의 위험을 부과할 수도 있다. 차량 (예를 들어, 전기 차량 (1902)) 의 부재 시 잘못된 검출 확률을 감소시키기 위해, 물체 검출 회로 (102) 는 물체 검출 회로 (102) 의 미리 결정된 검출 영역에 일시적으로 존재하는 금속 물체들 (예를 들어, 물체 (110)) 에 더 내성이 있도록 구성된다. 이 영역에 일시적으로 존재하는 물체는 일시적 물체로 지칭된다. 이러한 일시적 물체들에 대한 내성은 무선 전력 전송이 인액티브이고 따라서 베이스 패드 (224) 의 실질적인 전류 여기 및 결과의 가열 영향들이 에상되지 않을 것이기 때문에 안전상의 위험을 부과하지 않을 수도 있다. 오직 미리 결정된 지속기간의 시간 (예를 들어, 6 초, 8 초, 10 초 등) 보다 더 큰 시간량 동안 미리 결정된 검출 영역에 남아있는 물체만이 물체 검출 회로 (102) 를 트리거할 수도 있다.
따라서, 물체 검출 회로 (102) 는 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지 또는 이하에 논의되는 바와 같은 다른 컨디션들에 따라 (도 3, 도 5, 및 도 10 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이) 고속 및 저속 샘플링 모드 중 적어도 하나에서 동작될 수도 있다. 고속 샘플링 모드 (짧은 사이클 주기에 대응함) 는 낮은 검출 레이턴시를 특징으로 할 수도 있다. 그것은 무선 전력 전송이 액티브일 때 선택된다. 저속 샘플링 모드 (긴 스캔 사이클 주기에 대응함) 는 일시적 물체들에 대한 더 높은 내성 뿐만 아니라 더 높은 검출 레이턴시를 특징으로 할 수도 있으며 따라서 무선 전력 전송이 인액티브일 때 보통 사용된다. 전력 전송이 인액티브이면, 물체 검출 회로 (102) 는 차량 (예를 들어, 도 19 의 전기 차량 (1902)) 의 부재 및 따라서 예를 들어, 이전에 논의된 바와 같은 어떤 사람에 의한, 베이스 패드 (224) 에의 자유로운 접근을 가정한다. 양태들에서, 저속 샘플링 모드는 또한, 도 12 내지 도 18 을 참조하여 설명된 바와 같이 물체 검출 회로 (102) 의 연속 (저속) 공진 주파수 추적, 드리프트 추정, 및 재캘리브레이션의 목적들을 위해 사용될 수도 있다. 이들 특징들을 지원하도록 구성된 예시적인 저속 샘플링 모드는 도 10 및 도 11b 를 참조하여 이하에 더 상세히 설명된다.
물체 검출 회로 (102) 가 고속 샘플링 모드에서 동작하지만 무선 전력 전송이 인액티브인 예외들이 있을 수도 있다. 이들 예외들은, 패시브 비컨 포지셔닝이 액티브일 때, 차량 (예를 들어, 도 19 의 전기 차량 (1902)) 이 베이스 패드 (224) 위에 포지셔닝되고 그리고 이하에 추가 설명된 바와 같이 및 이하에 추가 논의된 바와 같은 고속 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션의 목적들을 위한 짧은 주기들 동안에 이동하고 있을 때를 포함할 수도 있다.
패시브 비컨 포지셔닝은 낮은 비컨 응답 검출 레이턴시 (예를 들어, < 200 ms) 가 차량 포지셔닝 시스템에 대해 특정된 바와 같은 레이트 (예를 들어, 5 positions/s) 로 포지션 업데이트들을 제공하도록 요구할 수도 있다. 따라서, 양태들에서, 물체 검출 회로 (102) 는 패시브 비컨 포지셔닝이 액티브일 때 고속 샘플링 모드에서 동작할 수도 있다. 또한, 도 9 의 동적 임계치 결정 회로 (920) 와 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, 베이스 패드 (224) 위에 포지셔닝된 이동 차량은 검출 임계치들을 동적으로 증가시키고 따라서 적어도 차량이 이동하고 있는 지속기간 동안 물체 검출 회로 (102) 를 둔감화할 수도 있다. 차량이 다시 정지되거나 또는 물체 검출 회로 (102) 의 검출 영역을 벗어날 때, 검출 임계치들은 곧 그들의 정상 값으로 리턴할 수도 있고 물체 검출 회로 (102) 는 그의 풀 감도를 회복할 수도 있다. 그러나, 둔감화로부터 복구하는데 필요한 시간 (복구 시간) 은 고속 샘플링 모드에서보다 저속 샘플링 모드에서 상당히 오래 지속될 수도 있다. 이는 저속 샘플링 레이트로 인해 도 9 를 참조하여 시간-미분 필터 (914) 에서의 응답의 더 긴 감쇠 시간에 의해 설명될 수도 있다. 따라서, 일부 구현들 또는 동작들에서, 물체 검출 회로 (102) 는 복구 시간을 감소시키기 위해 이동 차량 (예를 들어, 도 19 의 전기 차량 (1902)) 의 존재 시 고속 샘플링 모드를 사용한다.
원칙적으로, 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션은 또한 고속 샘플링 모드에 통합될 수도 있다. 그러나, 이는 검출 신뢰성을 손상시키고 및/또는 검출 레이턴시를 증가시킬 수도 있다. 더욱이, 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션은 도 18 과 관련하여 추가 설명된 바와 같이 무선 전력 전송 시스템 (200) 에 의해 생성된 스위칭 잡음의 존재 시 정확성 및 신뢰성이 적을 수도 있다. 따라서, 무선 전력 전송이 액티브일 때 실행되는 고속 샘플링 모드는 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션을 지원하지 않을 수도 있다. 오직 낮은 레이턴시 물체 검출을 위해 구성된 예시적인 고속 샘플링 모드는 도 10 및 도 11a 를 참조하여 설명된다.
고속 및 저속 샘플링 모드들의 이러한 개념은 공진 주파수 리튜닝 및 리캘리브레이션의 기회들을 제공하기 위해 무선 전력 전송이 가끔 일시정지되도록 요구할 수도 있다. 추가적인 및 상이한 제 2 고속 샘플링 모드가 이들 인터벌들에서 적용될 수도 있다. 따라서, 양태들에서, 물체 검출 회로 (102) 는 고속 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션의 목적들을 위해 적어도 하나의 제 2 고속 샘플링 모드를 제공하도록 구성될 수도 있다. 제 2 또는 심지어 추가적인 고속 샘플링 모드는 또한 초기에, 예를 들어, 공장 캘리브레이션을 위해, 시스템 설치 및 해체 후 캘리브레이션을 위해, 그리고 물체 검출 회로 (102) 가 재활성화될 때마다 (예를 들어, 사용자 또는 서비스 요원에 의한 시각적 검사 후) 사용될 수도 있다. 예시적인 추가적인 제 2 고속 샘플링 모드가 도 10 및 도 11b 를 참조하여 추가로 설명된다.
도 10 은 도 5 의 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 의 예시적인 구현을 예시하는 회로 (1000) 의 블록 다이어그램이다. 회로 (1000) 는 도 3 및 도 5 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 각각 복수의 출력들 (318) (보정된 M n 샘플들) 및 복수의 출력들 (316) (원시 M n 샘플들) 에 대응할 수도 있는 복수의 직렬 스트림 입력들 (512 및 514) 을 수신하도록 구성된다. 선택된 샘플링 모드에 따라 다양한 샘플 출력들 (504, 506, 및 508) 을 생성하기 위해 샘플 입력들 (512 및 514) 을 라우팅 (디스패치) 하도록 추가로 구성된다. 회로 (1000) 는 도 10 의 블록 다이어그램에 의해 도시된 바와 같이 (구현에 따라) 전기적으로 또는 논리적으로 상호연결된 다양한 컴포넌트들 (블록들) 을 포함한다. 보다 구체적으로, 회로 (1000) 는 직렬 스트림 입력들 (512 및 514) 로부터 샘플들을 수신 및 선택하도록 구성된 입력 선택 스위치 (selector switch) (1002), (도 10 에 출력 ① 에 의해 표시된) 입력 선택 스위치 (1002) 의 샘플 출력들 (1022) 을 수신하도록 구성된 라우터 스위치 (1004), 및 (도 10 에 출력 ② 에 의해 표시된) 라우터 스위치 (1004) 의 샘플 출력들을 수신 및 선택하도록 구성된 출력 선택 스위치 (1010) 와 같은 스위치들을 포함한다.
또한, 회로 (1000) 는 출력 선택 스위치 (1010) 로부터 직렬 스트림 출력들 (1020) 을 수신하고 직렬 출력들 (1020) 을 도 5 를 참조하여 이전에 언급된 바와 같은 병렬 (벡터) 출력들 (504) (보정된 M ) 로 변환하도록 구성된 버퍼 (1014) 를 포함한다. 회로 (1000) 의 벡터 출력들 (504) 은 도 9 를 참조하여 이전에 설명된 바와 같은 회로 (900) 에 대한 벡터 입력들일 수도 있다. 회로 (1000) 는 또한, 각각 라우터 스위치 (1004) 로부터 개별의 샘플 출력들 (1024) (도 10 에 복수의 출력들 ③ 에 의해 표시됨) 을 수신하도록 구성된, 복수의 디지털 저역 통과 필터들 (1006) 을 포함한다. 또한, 그것은 각각 개별의 저역 통과 필터 (1006) 로부터 샘플 출력들을 수신하도록 구성된 복수의 샘플 데시메이터들 (1008) 을 포함한다. (복수는 도 10 에 3 개의 박스들이 서로 겹쳐져 예시된다). 저역 통과 필터들 (1006) 및 샘플 데시메이터 (1008) 회로들의 수는 도 3 을 참조하여 디지털 프로세싱 채널들 (302) 의 수 (예를 들어, N a) 에 대응할 수도 있다. 출력 선택 스위치 (1010) 는 또한, 복수의 샘플 데시메이터들 (1008) 의 샘플 출력들 (1016) (도 10 에 복수의 출력들 ④ 에 의해 표시됨) 을 수신 및 선택하도록 구성된다. 라우트 스위치 (1004) 는 또한, 선택된 샘플링 모드에 따라 그리고 도 5 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같은 목적들을 위해 보조 직렬 스트림 출력들 (506 (보정된 M n 샘플들) 및 508 (원시 M n 샘플들) (도 10 에 출력 ⑤ 에 의해 표시됨)) 을 제공하도록 구성된다.
회로 (1000) 는 또한, 도 5 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 복수의 유도된 전압 출력들 (322) 에 대응할 수도 있는 복수의 유도된 전압 입력들 (516), 제어 입력들 (518), 및 임계치 입력들 (520) 을 수신하고 이들 입력들에 기초하여 샘플링 모드 (예를 들어, 고속 또는 저속 샘플링 모드) 에 대해 판정하도록 구성된 판정 및 제어 회로 (1012) 를 포함한다. 판정 및 제어 회로 (1012) 는 선택된 샘플링 모드에 따라 스위치들 (1002, 1004, 및 1010) 을 제어하고 샘플링 모드를 제어하기 위해 회로 (300) 에 의해 사용될 수도 있는 복수의 직렬 스트림 제어 출력들 (510) 을 제공하도록 추가로 구성된다. 예시의 목적들을 위해, 회로 (1000) 는 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 의 실제 구현에서 요구될 수도 있는 소정의 컴포넌트들 (예를 들어, 추가적인 버퍼들, 제어 및 프로세싱 회로부) 을 배제할 수도 있다.
판정 및 제어 회로 (1012) 는, 복수의 유도된 전압 입력들 (516) 중 적어도 하나가 무선 전력 전송이 액티브임을 표시하면, 또는 제어 입력 (518) 이 패시브 비컨 포지셔닝이 액티브임을 표시하면, 또는 임계치 입력들 (520) 이 도 9 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 이동 차량의 존재를 표시하면, 고속 샘플링 모드를 판정할 수도 있고, 그렇지 않으면, 제어 입력들 (518) 에 따라, 이전에 논의된 바와 같은 목적들을 위해 저속 샘플링 모드 또는 제 2 고속 샘플링 모드 중 어느 하나를 선택할 수도 있다.
예시적인 고속 샘플링 모드에서, 입력 선택 스위치 (1002) 는 복수의 직렬 스트림 입력들 (512) 의 각각으로부터 샘플들 (보정된 M n 샘플들) 을 (예를 들어, 순차적으로) 선택하고 그들을 입력 ① 을 통해 라우터 스위치 (1004) 로 전달한다. 라우터 스위치 (1004) 는 모든 출력들 (1022) 을 출력 선택 스위치 (1010) 로 (출력 ② 를 통해) 라우팅하고, 출력 선택 스위치는 그들을, 직렬 스트림 출력 (1020) 을 병렬 (벡터) 출력 (504) (보정된 M ) 으로 변환하도록 구성된 출력 버퍼 (1014) 에 공급한다. 벡터 M 는 (결합된) 시퀀스 M 1, M 2, ... M n, ... M N 에 대응할 수도 있으며, 여기서 도 3 을 참조하여 이전에 설명된 바와 같은 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중, M 1 은 감지 회로 (104a) 를 참조하고, M 2 는 감지 회로 (104b) 를 참조하고, 등등이며, M n 은 감지 회로 (104n) 를 참조하며, 등등이다. 예시적인 고속 샘플링 모드에서, 벡터 출력들 (504) 의 전체 샘플 레이트는 복수의 입력들 (512) 의 전체 샘플 레이트에 대응하여, 샘플들의 손실이 없다. 그러나, 출력들 (506 (보정된 M n 샘플들) 및 508 (원시 M n 샘플들)) 이 제공되지 않을 수도 있는데, 이는 입력들 (514) (원시 M n 샘플들) 이 사용되지 않을 수도 있고 폐기됨을 의미한다.
예시적인 저속 샘플링 모드에서, 입력 선택 스위치 (1002) 는, 복수의 입력들 (512) (보정된 M n 샘플들) 의 각각으로부터, 도 3 을 참조하여 이전에 설명된 바와 같은 아날로그 채널 (304) 에 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 가 연결된 상태를 유지하는 일련의 N s 측정 인터벌들 중 처음 (N s - 1) 측정 인터벌들에 연관되는 그 샘플들을 (예를 들어, 순차적으로) 선택하고 그들을 출력 ① 을 통해 라우터 스위치 (1004) 에 전달한다. 또한, 입력 선택 스위치 (1002) 는, 복수의 입력들 (514) (원시 M n 샘플들) 의 각각으로부터, 일련의 N s 측정 인터벌들 중 마지막 (제 N s) 측정 인터벌에 연관되는 그 샘플들을 (예를 들어, 순차적으로) 선택한다. 수신되는 처음 (N s - 1) 측정 인터벌들에 연관된 원시 M n 샘플들 및 마지막 (제 N s) 측정 인터벌에 연관된 보정된 M n 샘플들은 예시적인 저속 샘플링 모드에서 사용되지 않을 수도 있다. 라우터 스위치 (1004) 는 결국 입력 선택 스위치 (1002) 로부터 출력 ① 을 통해 수신된 모든 보정된 M n 샘플들을 개별의 출력 ③ 을 통해 개별의 저역 통과 필터 (1006) 로 라우팅한다. 보다 구체적으로, 도 3 을 참조하여 제 m 필터링 및 보정 회로 (308) 에서 발생하는 보정된 M n 샘플들은 개별의 출력 ③ 을 통해 제 m 저역 통과 필터 (1006) 에 라우팅된다. 마찬가지로, 다른 (예를 들어, 제 (m-1)) 필터링 및 보정 회로들 (308) 에서 발생하는 보정된 M n 샘플들은 개별의 출력 ③ 을 통해 다른 개별의 (예를 들어, 제 (m-1)) 저역 통과 필터 (1006) 에 라우팅된다.
일부 구현들에서, 샘플 데시메이터 (1008) 와 함께 저역 통과 필터 (1006) 는 블록 평균화 필터로서 동작하는데, 이는 각각의 샘플 데시메이터 (1008) 의 출력들 (1016) (복수의 출력들 ④) 이 예를 들어, 상기 설명된 바와 같은 감지 회로 (104n) 에 연관된 개별의 (N s - 1) 보정된 M n 샘플들에 대한 블록 평균을 참조함을 의미한다. 출력 선택 스위치 (1010) 는 결국 직렬-병렬 (벡터) 변환을 위해 구성된 버퍼 (1014) 에 대한 입력인 직렬 스트림 출력 (1020) 을 생성하기 위해 복수의 샘플 데시메이터들 (1008) 의 각각으로부터 수신된 블록 평균 샘플들 (복수의 출력들 ④) 을 (예를 들어, 순차적으로) 선택한다. 예시적인 저속 샘플링 모드에서, 벡터 출력 (504) (보정된 M ) 의 각각의 컴포넌트는 개별의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 (N s - 1) 연속 수신된 보정된 M n 샘플들의 시퀀스에 걸친 블록 평균에 대응한다. 또한, 라우터 스위치 (1004) 는 반복 시퀀스의 보정된 M n 샘플들, 예를 들어, M 1, M 1, M 1,..., M 2, M 2, M 2, 등등, M n, M n, M n, 등등, M N , M N , M N ,..., M 1, M 1, M 1, ..., M 2, M 2, M 2,... 등등에 대응하는 직렬 스트림 출력들 (506) 을 생성하기 위해 처음 (N s - 1) 측정 인터벌들에 연관된 보정된 M n 샘플들의 듀플리케이트들을 출력 ③ 에 라우팅하며, 여기서 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중, M 1 은 감지 회로 (104a) 를 참조하고, M 2 은 감지 회로 (104b) 를 참조하고, M 3 은 감지 회로 (104n) 를 참조하며 등등이다. 유사하게, 라우터 스위치 (1004) 는 반복 시퀀스의 원시 M n 샘플들, 예를 들어, M 1, M 2, ... , M n, ... , M N , M 1, M 2 등에 대응하는 직렬 스트림 출력들 (508) 을 생성하기 위해 마지막 (제 N s) 측정 인터벌에 연관된 연속 수신된 원시 M n 샘플들을 출력 ⑤ 에 라우팅한다.
예시적인 저속 샘플링 모드에서, 벡터 출력들 (504) 의 전체 샘플 레이트는 데시메이션 (블록 평균화) 으로 인해 복수의 입력들 (512) 의 전체 샘플 레이트의 프랙션 (1/N s) 에 대응한다. 그러나, N s 보정된 M n 샘플들 중 단 하나만이 폐기되고, 나머지 (N s - 1) 샘플들은 블록 평균들을 컴퓨팅하기 위해 사용된다. 출력들 (506) (보정된 M n 샘플들) 의 샘플 레이트는 복수의 입력들 (512) 의 전체 샘플 레이트의 프랙션 N s/(N s - 1) 인 한편 (N s 보정된 M n 샘플들 중 하나가 폐기될 수도 있음), 출력들 (508) (원시 M n 샘플들) 의 샘플 레이트는 오직 복수의 입력들 (514) 의 전체 샘플 레이트의 프랙션 1/N s 이다 (N s 샘플들 중 N s-1 이 폐기될 수도 있음). 출력들 (508) (원시 M n 샘플들) 은 도 12 를 참조하여 논의된 바와 같이 공진 주파수 튜닝, 캘리브레이션, 및 하드웨어 결함 검출을 위해 사용될 수도 있는 한편, 출력들 (506) (보정된 M n 샘플들) 은 도 13 을 참조하여 논의된 바와 같이 드리프트 추정을 위해 사용될 수도 있다.
상기 설명된 바와 같은 저속 샘플링 모드는 예시적이고 비-한정적인 것으로 해석되어야 한다. 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 의 대안적인 구현들 또는 동작들에서, 저속 샘플링 모드는 고속 샘플링 모드와 유사한 방식으로 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 을 스캔함으로써 그리고 다수 (N s-1) 의 스캔 사이클들에 걸쳐 동일한 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 보정된 M n 샘플들을 평균화함으로써 (블록 평균화) 달성된다. 모든 제 N s 스캔은 예를 들어 도 12 를 참조하여 논의된 바와 같이 공진 주파수 튜닝, 캘리브레이션, 및 하드웨어 결함 검출을 위해 사용되는, 원시 M n 샘플들을 획득하는 목적들을 위해 삽입된 특수 스캔일 수도 있다. 또 다른 구현들 또는 동작들에서, 평균화는 지수 테일 (exponential tail) 평균화, 또는 임의의 다른 저역 통과 필터링 및 데시메이션 함수일 수도 있다.
저속 레이턴시 물체 검출, 고속 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션을 지원하는 예시적인 제 2 또는 추가적인 고속 샘플링 모드는 낮은 수 N s (예를 들어, 2) 를 위해 저속 샘플링 모드를 구성함으로써 획득될 수도 있다. 오직 고속 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션을 지원하는 다른 고속 샘플링 모드는 N s = 1 로 획득될 수도 있다. 이 모드에서, 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 는 출력들 (508) (원시 M n 샘플들) 을 제공할 수도 있지만 출력들 (504 및 506) (보정된 M n 샘플들) 을 제공하지 않을 수도 있다.
도 11a 는 도 3 및 도 10 을 참조하여 설명된 바와 같이 예시적인 고속 샘플링 모드에서 도 10 의 회로 (1000) 의 동작을 예시하는 한쌍의 시간 다이어그램들 (1100) 을 도시한다. 도 11a 의 상부 다이어그램은 입력 선택 스위치 (1002) 에 의해 생성된 보정된 M n 샘플들 (1102) 로 구성된 직렬 스트림 출력들 (1022) (출력 ①) 을 예시한다. 고속 샘플링 모드에서 동작될 때 회로 (1000) 의 설명들을 참조하면, 직렬 스트림 출력들 (1022) 은 도 3 을 참조하여 이전에 설명된 바와 같이 반복 시퀀스의 보정된 M n 샘플들, 예를 들어, M 1, M 2, ... , M n, ... , M N , M 1, M 2 등에 대응한다. 도 11a 의 하부 다이어그램은 (도 11a 에 곡선 화살표들로 예시된) 직렬 스트림 출력들 (1022) 에 1 대 1 대응하는 출력 선택 스위치 (1010) 에 의해 생성된 직렬 스트림 출력들 (1020) (보정된 M n 샘플들 (1102)) 을 예시한다.
도 11b 는 도 3 및 도 10 을 참조하여 설명된 예시적인 저속 샘플링 모드에서 도 10 의 회로 (1000) 의 동작을 예시하는 다양한 시간 다이어그램들 (1104) 을 도시한다. 도 11b 의 최상부 다이어그램은 도 3 을 참조하여 이전에 정의된 바와 같이 수 N s = 10 를 갖는 예시적인 동작을 위해 보정된 M n 샘플들 (1106) (도 11b 에 화이트 샘플들로서 표시됨) 및 원시 M n 샘플들 (1108) (도 11b 에 블랙 샘플들로서 표시됨) 로 구성된 입력 선택 스위치 (1002) 에 의해 생성된 직렬 스트림 출력들 (1022) (출력 ①) 을 다시 예시한다. 보다 구체적으로, 그것은 반복 시퀀스 (블록) 의 N s - 1 (9) 보정된 M n 샘플들 (1106) 그 다음에 하나의 원시 M n 샘플 (1108) (제 N s (제 10) 보정된 M n 샘플 (1106) 을 대신함) 에 대응하는 직렬 스트림 출력들 (1022) 을 예시한다.
제 1 블록의 10 샘플들은 감지 회로 (104a) 를 참조할 수도 있고, 제 2 후속 블록의 10 샘플들은 감지 회로 (104b) 를 참조할 수도 있으며, 등등이고, 제 n 후속 블록의 10 샘플들은 감지 회로 (104n) 를 참조할 수도 있으며, 등등이다. 최상부 다이어그램 아래의 다이어그램은 도 10 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 블록 평균 출력들 (예를 들어, 샘플 출력들 (1016)) 을 생성하기 위해 개별의 저역 통과 필터 (1006) 및 샘플 데시메이터 (1008) 에 공급되는 라우터 스위치 (1004) 의 복수의 출력들 ③ 중 하나에서의 직렬 스트림 출력들 (1024) 을 예시한다. 복수의 직렬 스트림 출력들 (1024) 의 각각은 반복 시퀀스 (블록) 의 N s - 1 (9) 보정된 M n 샘플들 (1106) 로 구성되고, 제 1 블록의 9 샘플들은 예를 들어, 감지 회로 (104a) 를 참조하고, 제 2 후속 블록의 9 샘플들은, 예를 들어, 감지 회로 (104b) 를 참조하고, 등등이고, 제 n 후속 블록의 9 샘플들은, 예를 들어, 감지 회로 (104n) 를 참조하며, 등등이다. 도 11b 의 점선 박스들은 블록 평균을 컴퓨팅하기 위해 사용되는 9 화이트 샘플들의 블록들을 표시한다. 곡선 화살표들은 직렬 스트림 출력들 (1024) 에서의 보정된 M n 샘플들 (1106) (화이트 샘플들) 과 직렬 스트림 출력들 (1022) 에서의 보정된 M n 샘플들 (1106) (화이트 샘플들) 의 1 대 1 대응을 예시한다. 이 다이어그램은 또한, 예를 들어, 도 13 을 참조하여 드리프트 추정을 위해 사용되는 직렬 스트림 출력들 (506) (보정된 M n 샘플들) 에 적용된다.
또한, 도 11b 는 (도 11b 에 또한 화이트 샘플들로서 표시된) 샘플 데시메이터들 (1008) 중 하나에 의해 생성된 블록 평균들 (1110) 의 직렬 스트림 출력들 (1016) (출력 ④) 을 예시한다. 이 다이어그램은 또한, 출력 선택 스위치 (1010) 의 직렬 스트림 출력들 (1020) 에 적용된다. 도 11b 에 예시된 예시적인 저속 샘플링 모드에서, 출력들 (1016 및 1020) (블록 평균들 (1110)) 은 전체 입력 샘플 레이트 (복수의 입력들 (512)) 보다 10 배 더 낮은 레이트로 생성된다. 마지막으로, 도 11b 의 저부 다이어그램은, 전체 입력 샘플 레이트 (복수의 입력들 (514)) 보다 10 배 더 낮은 레이트로 또한 생성되는 블랙 샘플들 (원시 M n 샘플들 (1108)) 로서 직렬 스트림 출력들 (508) (원시 M n 샘플들) 을 예시한다.
도 11b 는 또한 블록 당 화이트 샘플들 (보정된 M n 샘플들 (1106)) 의 수가 (예를 들어, N s - 1 = 1) 로 감소되면 제 2 고속 샘플링 모드 (예를 들어, 여기서 N s = 2) 에 적용될 수도 있다. 이 모드에서, 출력들 (504 및 506 (보정된 M n 샘플들 및 508 (원시 M n 샘플들)) 은 각각 개별의 복수의 입력들 (512 및 514) 의 전체 입력 샘플 레이트의 절반인 레이트로 생성된다.
공진 주파수 튜닝, 캘리브레이션, 및 결함 검출
양태들에서, 도 3, 도 8, 및 도 10 과 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 의 부재 시 결정되는 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 의 공진 주파수 (예를 들어, f 0,n) 는, 예를 들어, 주변 온도의 변화들, 감지 코일 어레이 (106) 에 대한 기계적 영향들, 및 노화로 인해, 시간에 걸쳐 변경될 수도 있다. 이는 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중 임의의 것에 대해 유효할 수도 있다. 도 3 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각이 실질적으로 공진 (예를 들어, 직렬 공진) 으로 구동되는 물체 검출 회로 (102) 의 구현들 또는 동작들에서, 실질적으로 공진을 위해 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 할당된 주파수 (예를 들어, f n) 를 개별적으로 튜닝하고 물체 검출 회로 (102) 의 수명 동안 공진 컨디션 튜닝을 유지 (추적) 하는 것이 유익할 수도 있다. 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 대한 초기 공진 주파수 튜닝은 공장 캘리브레이션의 부분으로서 또는 시스템 설치 및 해체 후 수행될 수도 있다.
주변 온도의 변화들, 기계적 영향들, 및 노화는 또한, 아날로그 회로부 (301) 의 컴포넌트들 및 결과적으로 도 9 를 참조하여 시간-미분 필터 (914) 의 측정된 임피던스 (예를 들어, Z n) 또는 출력 (예를 들어, 
) 에 영향을 미칠 수도 있다. (예를 들어, 도 9 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 물체들을 구별하기 위해) 각도 (예를 들어, 
) 에 의존하는 물체 검출 회로 (102) 는, 높은 임피던스 각도 정확도 및 따라서 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 대한 각도 (예를 들어, 
) 에 대한 캘리브레이션을 요구할 수도 있다. 그러한 캘리브레이션은 주변 온도의 변화들, 기계적 영향들, 및 노화에 의해 야기된 각도 (예를 들어, 
) 의 에러들을 보정하기 위해 초기에, 예를 들어, 공장 캘리브레이션 프로세스의 부분으로서 또는 시스템 설치 및 해체 후 뿐만 아니라 수명 동안 수행될 수도 있다.
또한, 양태들에서, 초기에 그리고 그 수명 동안 물체 검출 회로 (102) 의 무결성 (분별 (sanity)) 을 모니터링하는 것이 유익할 수도 있다. 무결성을 모니터링하는 것은 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 에서의 그리고 아날로그 회로부 (301) 에서의 하드웨어 결함들의 검출을 포함할 수도 있다. 하드웨어 결함들은 단락, 고장난 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)), 고장난 컴포넌트 (예를 들어, 튜닝 커패시터) 를 포함할 수도 있다.
도 12 는 도 1 을 참조하여 측정 및 검출 회로 (108) 의 부분인 회로 (1200) 의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다. 회로 (1200) 는 상기 논의된 바와 같은 목적들을 위해 주파수 튜닝 회로 (1204), 캘리브레이션 회로 (1206), 및 하드웨어 결함 검출 회로 (1208) 를 포함한다. 회로 (1200) 는 직렬 스트림 입력들 (1218) (원시 M n 샘플들) 및 드리프트 추정치 입력들 (1224) 을 수신하도록 구성된다. 도 18 을 참조하여 회로 (1800) 에 의해 부분적으로 사용되는 다양한 출력들 (1210, 1212, 1214, 및 1216) 을 생성하도록 추가로 구성된다. 직렬 스트림 입력들 (1218) 은 도 5 및 도 10 을 참조하여 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 로부터의 직렬 스트림 출력들 (508) 에 대응할 수도 있다. 드리프트 추정치 입력들 (1224) 은 드리프트 추정기 회로 (본 명세서에는 도시되지 않음) 로부터의 출력들일 수도 있다. 회로 (1200) 의 구현에 따라, 회로들 (블록들) (1204, 1206, 및 1208) 은 도 12 의 블록 다이어그램에 의해 도시된 바와 같이 전기적으로 또는 논리적으로 상호연결될 수도 있고, 입력 및 출력 포트들은 물리적 (전기적) 포트들 또는 단지 논리적 포트들일 수도 있다. 예시의 목적들을 위해, 회로 (1200) 는 실제 구현에서 요구될 수도 있는 추가적인 제어 입력들 및 출력들을 배제할 수도 있다.
회로 (1200) 는 도 10 및 도 11b 를 참조하여 설명된 바와 같이 공진 주파수 튜닝 및 캘리브레이션을 양자 모두가 지원하는 예시적인 저속 샘플링 모드에서 그리고 제 2 고속 샘플링 모드에서 액티브일 수도 있다. 그것은 물체 검출 회로 (102) 가 도 10 및 도 11a 를 참조하여 설명된 바와 같이 예시적인 고속 샘플링 모드에서 실행되는 동안 인액티브일 수도 있다.
상기 논의된 바와 같은 양태들에서, 주파수 튜닝 회로 (1204) 는 직렬 스트림 입력들 (1218) (원시 M n 샘플들) 을 수신하고 주파수 스윕 제어 값들 (예를 들어, f sweep,n) 의 복수의 직렬 스트림 출력들 (1210) 을 생성하도록 구성된다. 본 명세서에서 설명된 예시적인 구현에서, 주파수 튜닝 회로 (1204) 는 도 18 의 주파수 제어 회로 (1806) 를 통해 도 3 을 참조하여 개별의 디지털 프로세싱 채널 (302) 의 NCO (410) 를 제어하는데 사용되는 복수 (N a) 의 주파수 스윕 제어 값들 (예를 들어, f sweep,n) 을 동시에 생성하도록 구성된다. 일련의 주파수 스윕 제어 값들 f sweep,a, f sweep,b, f sweep,n 의 각각은 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 중 개별의 하나에 연관된다.
주파수 튜닝 회로 (1204) 는 피드백 정보로서 기능하는 복수의 출력들 (1210) 및 입력들 (1218) 에 기초하여 개별적으로 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각의 공진 주파수를 결정 (탐색) 및 추적하도록 추가로 구성된다. 보다 구체적으로, 주파수 튜닝 회로 (1204) 는, 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 대해, 미리 결정된 주파수 범위 (예를 들어, 2.5 - 3.5 MHz) 에 걸쳐 이산 주파수 스윕 (예를 들어, 작은 이산 스텝들의 주파수 스윕) 에 대응하는 일련의 주파수 스윕 제어 값들 (예를 들어, f sweep,n) 을 생성하도록 구성된다. 감지 회로 (104a) 에 연관된 주파수 스윕 제어 값들은 감지 회로 (104a) 가 아날로그 회로부 (301) 에 연결되는 측정 인터벌들에서 적용된다. 감지 회로 (104b) 에 연관된 주파수 스윕 제어 값들은 감지 회로 (104b) 가 아날로그 회로부 (301) 등에 연결되는 측정 인터벌들에서 적용된다.
주파수 튜닝 회로 (1204) 는, 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 대해, 도 11b 를 참조하여 개별의 감지 회로에 연관된 캡처된 원시 M n 출력들 (1108) (블랙 샘플들) 의 시계열에서 크기의 극값 (extreme) 을 결정하도록 추가로 구성된다. (예를 들어, 감지 회로 (104n) 에 연관된 원시 M n 샘플들 (1108) 은 도 3 을 참조하여 이전에 설명된 바와 같이 물체 검출 회로 (102) 의 스캔 사이클 주기에 대응하는 주기들에서 캡처된다.) 직렬-튜닝된 감지 회로들을 사용하는 구현들에서, 극값은 원시 M n 샘플들 (1108) 이 도 17 을 참조하여 예시 및 설명된 바와 같이 임피던스를 나타내면 최소일 수도 있다. 원시 M n 샘플들 (1108) 의 극값 (예를 들어, 최소) 에 연관된 주파수 스윕 제어 값 (예를 들어, f sweep,n) 은 개별의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 의 공진 주파수 (예를 들어, f 0,n) 로서 고려된다.
주파수 튜닝 회로 (1204) 는, 벡터 출력들 (1120) ( f 0 ) 로서, 개별의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 대해 각각 결정된 복수의 공진 주파수들 (예를 들어, f 0,n) 을 산출하도록 추가로 구성된다. 또한, 벡터 출력들 (1222) (원시 M 0 ) 로서, 크기들이 극값 (공진에서 획득된 원시 M n) 인, 복수의 원시 M n 샘플들 (예를 들어, 원시 M 0,n) 을 산출하도록 구성된다. 벡터 출력들 (1220 및 1222) 은 캘리브레이션 회로 (1206) 에 전달될 결과들이다.
일부 예시적인 구현들 또는 동작들에서, 주파수 튜닝 회로 (1204) 는, 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 대해, 개별의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 많은 측정 인터벌들에 걸쳐 분포된 작은 스텝들 (예를 들어, 증분들) 의 이산 주파수 스윕을 수행하도록 구성된다. 이들 측정 인터벌들의 각각은 도 10 및 도 11b 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 N s 인터벌들의 블록의 마지막 (제 N s) 인터벌 (원시 M n 샘플들 (1108) 이 캡처되는 인터벌) 에 대응할 수도 있다. 보다 구체적으로, 주파수 튜닝 회로 (1204) 는 개별의 원시 M n 샘플 (1108) 에 전용된 새로운 측정 인터벌을 시작하기 전에 개별의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 를 구동하는데 사용되는 주파수 (예를 들어, f sweep,n) 를 증분시키기 위해 NCO (410) 를 제어할 수도 있다. 일부 예시적인 구현들 또는 동작들에서, 주파수 증분들은 NCO (410) 의 최소 스텝 사이즈 (식 1 참조) 또는 그의 임의의 배수에 대응할 수도 있다. 또한, 주파수 튜닝 회로 (1204) 는 주파수 스윕의 미리 결정된 정지 (stop) 주파수에 도달할 때까지 개별의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 를 구동하는데 사용되는 출력 주파수를 증분시키기 위해 NCO (410) 를 제어할 수도 있다. 그 후, NCO (410) 의 출력 주파수는 미리 결정된 시작 주파수로 리턴하여 계속 증분한다 (예를 들어, 톱니 스윕). 다른 동작들에서, 주파수 튜닝 회로 (1204) 는 출력 주파수를 증분 및 감분하기 위해, 예컨대 삼각형 스윕을 수행하기 위해 NCO (410) 를 제어할 수도 있다. 추가 동작들에서, NCO (410) 는 공진 주파수 탐색을 최적화하는 방식으로, 예를 들어, 코어스 탐색을 위한 더 큰 주파수 스텝 사이즈 및 파인 탐색을 위한 더 작은 스텝 사이즈를 사용하여, 출력 주파수를 스윕하도록 제어된다.
일부 동작들에서 (예를 들어, 도 10 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 고속 공진 주파수 탐색을 지원하는 제 2 고속 샘플링 모드에서), 시작 및 정지 주파수는 풀 주파수 대역 (예를 들어, 2.5 - 3.5 MHz) 의 에지 주파수들을 정의할 수도 있다. 다른 동작들에서 (예를 들어, 공진 주파수 추적을 지원하는 저속 샘플링 모드에서), 시작 및 정지 주파수는, 예를 들어, 초기에 제 2 고속 샘플링 모드를 사용하는 고속 캘리브레이션 프로세스에서 또는 도 10 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 제 2 고속 또는 저속 샘플링 모드를 사용한 후 언제라도 결정되었던 개별의 공진 주파수에 센터링된 감소된 주파수 대역을 정의할 수도 있다. 공진 주파수를 추적하는 동안, 주파수 튜닝 회로 (1204) 는 M n 의 크기의 극값 (예를 들어, 최소) 이 주파수 스윕의 에지 주파수에서 발생할 경우 시작 및 정지 주파수를 자동적으로 적응 (수정) 할 수도 있다.
양태들에서, 주파수 튜닝 회로 (1204) 에 의해 수행된 바와 같은 공진 주파수 추적은 일부 상황들 하에서 디스에이블될 수도 있다. 예를 들어, 공진 주파수 추적은 검출 출력 (924) 이 포지티브 (예를 들어, 물체가 검출됨) 이거나 또는 동적 검출 임계치 (예를 들어, 도 9 를 참조하여 임계치 출력 (928)) 가, 도 10 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 공진 추적이 저속 샘플링 모드를 종료할 것을 물체 검출 회로 (102) 에 강제하는 최대 허용된 임계치를 초과할 때 디스에이블될 수도 있다.
상기 논의된 바와 같은 추가 양태들에서, 캘리브레이션 회로 (1206) 는 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 대해 개별적으로 보정 값 (예를 들어, 복소 보정 값 c 0,n) 을 생성하도록 구성된다. 본 명세서에서 설명된 구현에서, 이들 보정 값들 (벡터 출력들 c 0 ) 은, 예를 들어, 도 6 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 보정된 M n 출력들 (318) 을 생성하는데 사용되는 복수의 보정 값들 (예를 들어, c n) 을 생성하는 도 18 의 주파수 할당 회로 (1802) 에 대한 벡터 입력들 (1816) 일 수도 있다. 일부 구현들에서, 캘리브레이션 회로 (1206) 는 보정 값, 예를 들어 c 0,n 을 M 0,n 의 크기로 나눈 M 0,n 의 공액 복소수로서 결정한다. 캘리브레이션 회로 (1206) 는 또한, 복수의 공진 주파수들 (예를 들어, f 0,n) 을 하드웨어 결함 검출 회로 (1208) 에 전달하고 도 18 의 주파수 할당 회로 (1802) 에 대한 벡터 입력들 (1818) 일 수도 있는 벡터 출력들 (1212) ( f 0 ) 을 제공하도록 구성된다.
이전에 논의된 바와 같은 또 다른 추가 양태들에서, 결함 검출 회로 (108) 는 캘리브레이션 회로 (1206) 의 벡터 출력들 (1212) ( f 0 ), 주파수 튜닝 회로 (1204) 의 벡터 출력들 (1222) (원시 M 0 ), 및 드리프트 추정치 입력들 (1224) 에 기초하여 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 뿐만 아니라 아날로그 회로부 (301) 에서 하드웨어 결함들을 검출하도록 구성된다. 그것은 상위 제어 회로 (본 명세서에는 도시되지 않음) 에 대한 입력일 수도 있는 결함 검출 출력 (1214) 을 제공하도록 추가로 구성된다. 미리 결정된 공차 범위 밖에 있는 것으로 확인되는 장치 공진 주파수 (예를 들어, f 0,n) ( M n 의 크기의 극값의 주파수) 는 하드웨어 결함을 표시할 수도 있고 따라서 포지티브 결함 검출 출력 (1214) 을 생성할 수도 있다. 일부 구현들에서 그리고 상기 설명된 바와 같은 하드웨어 장애의 경우에, 극값 (예를 들어, 최소) 은 풀 스윕 주파수 범위 (예를 들어, 2.5 - 3.5 MHz) 의 에지 주파수에서 확인될 수도 있다. 유사하게, 미리 결정된 한계를 초과하는 드리프트 추정치 입력 (1224) 은 (예를 들어, 도 13 을 참조하여 설명 및 예시된 바와 같은) 하드웨어 결함을 표시할 수도 있고 따라서 또한 포지티브 결함 검출 출력 (1214) 을 생성할 수도 있다.
포지티브 결함 검출 출력 (1214) 시, 도 2a 의 무선 전송 시스템 (200) 의 물체 검출 회로 (102) 또는 임의의 제어 인스턴스 (예를 들어, 결함 핸들러) 는, 사용자 또는 서비스 요원에게 (예를 들어, 에러 코드를 포함한) 하드웨어 이슈를 레포트할 수도 있고 하드웨어 이슈들의 리스트가 유지될 수도 있다. 결함 핸들러는 그러면 사용자 또는 서비스 요원이 하드웨어 이슈들의 리스트를 의도적으로 또는 비의도적으로 클리어하고 시스템을 오작동 상태에서 실행하는 것을 방지할 수도 있다.
이전에 논의된 바와 같이, 하드웨어는 물체 검출 회로 (102) 가 제 2 고속 또는 저속 샘플링 모드에서 실행되는 동안 이슈들을 검출하도록 계속 모니터링된다. 하드웨어 결함 검출 회로 (1208) 가 인액티브일 때 (예를 들어, 고속 샘플링 모드가 액티브인 무선 전력 전송 동안) 발생하는 하드웨어 장애는 물체 검출 회로 (102) 및 결과적으로 무선 전력 전송의 셧-다운을 트리거할 수도 있는, 예를 들어, 출력 Z' 의 변화를 야기할 수도 있음이 인식될 수도 있다. 또한, 하드웨어 결함 검출 회로 (1208) 가 인액티브인 동안 발생한 하드웨어 결함은 물체 검출 회로 (102) 가 사용자 또는 서비스 요원에 의해 재활성화되고 (예를 들어, 제 2 고속 샘플링 모드에서의) 초기 캘리브레이션 루틴이 자동적으로 실행될 때 가장 늦게 검출될 수도 있음이 인식될 수도 있다. (예를 들어, 제 2 고속 샘플링 모드에서의) 캘리브레이션이 성공적이면, 하드웨어 이슈들의 리스트는 클리어될 수도 있다.
도 12 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이, 아날로그 회로부 (301) 의 센서티브 컴포넌트들 또는 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 의 온도 변화들은 측정된 임피던스 (예를 들어, Z n) 를 드리프트시킬 수도 있다. 감지 코일의 온도는 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 이 감지 전류로 구동될 때 (Joule 가열 효과) 또는 무선 전력 송신 구조 (224) 내부의 온도가 변화할 때마다 변할 수도 있다. 도 9 의 회로 (900) 를 참조하면, 측정된 임피던스 (예를 들어, Z n) 의 그러한 온도 드리프트들은 시간-미분 필터 (914) 의 출력 (예를 들어, 
) 의 크기를 증가시키고 따라서 임계치 검출 회로 (922) 를 불리하게 바이어싱하는 것을 야기할 수도 있다. 이러한 바이어싱 효과는 증가된 잘못된 검출 레이트 또는 감소된 물체 검출 감도를 초래할 수도 있다. 이는 물체 검출 회로 (102) 가 저속 샘플링 모드에서 동작 중이면 특히 사실일 수도 있다. 저속 샘플링 모드에서, 온도 드리프트들은 샘플 레이트에 대한 드리프트가 더 빠르기 때문에 고속 샘플링 모드에서보다 더 강한 영향을 미칠 수도 있다. 따라서, 일부 구현들 또는 동작들에서, 측정 및 검출 회로 (108) 는 저속 샘플링 모드에서 동작될 때 온도 드리프트를 추정 및 보상한다.
추가 양태들에서, 적어도 하나의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 측정된 임피던스의 비정상적인 드리프트는 감지 회로 또는 아날로그 회로부 (301) 에서의 하드웨어 이슈, 예를 들어, 결함있는 컴포넌트를 표시할 수도 있다. 도 13 은 도 5, 도 10, 및 도 11b 를 참조하여 이전에 설명된 바와 같이 저속 샘플링 모드에서 동작될 때 샘플링 모드 제어기 회로 (502) 의 예시적인 직렬 스트림 출력들 (506) (보정된 M n 샘플들 (1106)) 의 드리프트를 예시하는 시간 다이어그램들을 도시한다. 최상부 다이어그램은 (점선 박스로 표시된) N s - 1 (9) 보정된 M n 샘플들 (1106) 의 블록들로 구성된 예시적인 직렬 스트림 출력들 (506) 을 예시하며, 여기서 도10 및 도 11b 를 참조하여 이전에 설명된 바와 같이, 제 1 블록 (1302-1) 은, 예를 들어, 감지 회로 (104a) 를 참조하고, 제 2 블록 (1302-2) 은 예를 들어, 감지 회로 (104b) 를 참조하고, 제 3 블록 (1302-3) 은, 예를 들어, 감지 회로 (104n) 를 참조하며, 등등이다. 저부 다이어그램은 연속-시간 표현 (예를 들어, 
) 으로 보정된 M n 샘플들의 크기의 드리프트를 예시한다. 보다 구체적으로, 그것은 최상부 다이어그램에 도시된 블록들 (1302-1, 1302-2, 1302-3, 1302-4) 의 주기들에 대응하는 시간 주기들 동안의 드리프트를 예시한다. 드리프트 곡선들 (1304-1, 1304-2, 및 1304-4) 은 사운드 하드웨어에서 통상 경험되는 바와 같은 정상 온도 드리프트를 지칭할 수도 있는 한편 드리프트 곡선 (1304-3) 은, 예를 들어, 결함있는 컴포넌트로 인한, 비정상적인 드리프트를 지칭할 수도 있다.
소정의 구현들 또는 동작들에서, 일련의 M n 샘플들의 드리프트는 블록 단위 기반으로 (예를 들어, N s - 1 샘플들 마다) 추정되고 드리프트 추정치 (예를 들어, 드리프트 추정치 입력들 (1224)) 은 도 12 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 하드웨어 이슈들을 검출하도록 구성된 하드웨어 결함 검출 회로 (1208) 에 의해 사용된다. 이러한 특징은 또한 드리프트 모니터링으로 지칭될 수도 있다.
이상치 캔슬레이션 필터
도 9 의 회로 (900) 로 돌아가면, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 비-한정적인 것으로 해석되어야 하는 예시적인 구현을 위해 더 상세히 설명되는 벡터 Z 의 각각의 컴포넌트 (예를 들어, Z n) 에서 잠재적인 이상치들을 캔슬하도록 구성된다. 다음의 설명들은 벡터 컴포넌트 Z n (예를 들어, 감지 회로 (104n) 에 연관된 측정된 임피던스) 에 전용된 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 를 참조할 수도 있지만 또한 다른 (N - 1) 컴포넌트들에 전용된 (N - 1) 이상치 캔슬레이션 필터들 (910) 에 적용할 수도 있다.
도 14a 는 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 의 예시적인 구현의 회로 (1400) 를 예시한다. 회로 (1400) 는, (N f - 1) 지연 셀들 (1403) (z -1) (여기서 수 N f 는 시프트 레지스터 길이로 지칭된다) 로 구성된 시프트 레지스터 (1402) (예를 들어, 탭된 디지털 지연 라인), 시프트 레지스터 (1402) 의 개별의 탭에 각각 연결된, 복수 (N f) 의 입력들 (1418) (도 14a 에 수들 1 내지 N f 로 지정됨) 을 제공하는 비-선형 필터 함수 (1404), 시프트 레지스터 (1402) 의 개별의 탭에 또한 각각 연결된, 복수 (N f) 의 입력들 (1420) (도 14a 에 수들 1 내지 N f 로 지정됨) 을 제공하는 필터 제어 함수 (1406), 및 시프트 레지스터 (1402) 의 지연 셀 (1403) 에 각각 연결된 복수 (N f - 1) 의 출력들 (1416) 을 포함한다. 또한, 그것은 시프트 레지스터 (1402) 의 입력에 그리고 필터 제어 함수 (1406) 의 출력 (1414) 에 연결된 수정 함수 (1408) 를 포함한다. 또한, 회로 (1400) 는 수정 함수 (1408) 에 대한 입력인 입력 (1410) ( Z n), 필터 제어 함수 (1406) 에 대한 입력이고 도 18 의 회로 (1800) 의 필터 제어 출력 (1824) 에 대응할 수도 있는 필터 제어 입력 (934) 을 제공한다. 마지막으로, 회로 (1400) 는, 또한 비-선형 필터 함수 (1404) 의 출력인 출력 (1412) ( Z' n) 을 제공한다. 회로 (1400) 의 구현에 따라, 블록들 (1403, 1404, 1406, 및 1408) 은 도 14a 의 블록 다이어그램에 의해 도시된 바와 같이 전기적으로 또는 논리적으로 상호연결될 수도 있고, 입력 및 출력 포트들은 물리적 (전기적) 포트들 또는 오직 논리적 포트들일 수도 있다.
수정 함수 (1408) 는 필터 제어 함수 (1406) 로부터 수신된 입력 (1414) 에 기초하여 샘플 변환기 회로 (906) 로부터 수신된 바와 같은 입력 (1410) (복소 샘플들 Z n) 을 수정하고 복소 출력 Z '' n 을 제공하도록 구성된다. 이 수정 함수 (1408) 의 목적 및 구현은 이하에 더 상세히 추가로 논의된다. 시프트 레지스터 (1402) 는 도 9 를 참조하여 샘플 변환기 회로 (906) 로부터 수신된 바와 같은 마지막 (N f - 1) 연속 복소 샘플들 Z '' n 을 저장하도록 구성된다. 새로운 샘플 Z '' n 이 시프트 레지스터 (1402) 에 들어갈 때마다, 가장 오래된 샘플은 빠진다. 비-선형 필터 함수 (1404) 는, 새로운 샘플 Z '' n 이 회로 (1400) 에 들어갈 때마다, 복소 샘플들 Z '' n 의 수 N f 에 기초하여, 허수 및 실수부의 중앙값을 별도로 결정하도록 구성된다.
비-선형 필터 함수 (1404) 에서 고려되는 N f 복소 샘플들 Z '' n 은 새로운 샘플 Z '' n 및 시프트 레지스터에 일시적으로 저장되는 마지막 (N f - 1) 샘플들 Z '' n 을 포함한다. 값들의 세트 (예를 들어, N f) 를 동일한 수의 멤버들을 갖는 더 낮은 서브세트 및 더 높은 서브세트로 분리하는 값은 중앙값을 정의한다. 세트에서의 값들의 수 (예를 들어, N f) 가 홀수이면, 중앙값을 정의하는 세트에 하나의 값 (중간 값) 이 있다. 세트에서의 값들의 수 (예를 들어, N f) 가 짝수이면, 중앙값은 (예를 들어, N f) 값들의 세트의 하반부의 가장 높은 값과 상반부의 가장 낮은 값의 산술 평균으로서 결정될 수도 있다.
따라서, 비-선형 필터 함수 (1404) 는 각각 N f 복소 샘플들 Z '' n 의 세트의 허수부들 
및 실수부들 
의 중앙 값 
및 중앙 값 
을 결정한다. 또한, 비-선형 필터 함수 (1404) 는 N f 샘플들 Z '' n 의 각각과 복소 중앙 값 
사이의 유클리드 거리 D 를 컴퓨팅하고, 샘플들을 그들의 유클리드 거리 D 에 대하여 랭크하고, 최소 유클리드 거리를 갖는 샘플 Z '' n 을 비-선형 필터 함수 (1404) 및 따라서 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 의 출력 (1412) ( Z' n) 으로서 선택하도록 구성된다. 이러한 랭크 및 선택의 프로세스는 새로운 샘플 Z n 이 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 에 들어갈 때마다 반복된다. 따라서, 출력 (1412) 에서의 샘플들 Z' n 의 레이트는 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 의 입력 (1410) 에서의 샘플들 Z n 의 레이트와 같다. 이 전략은 잠재적인 이상치들을 캔슬할 수도 있지만 또한 직렬 스트림 출력들 (1412) ( Z' n) 에서 소정의 샘플들 ( Z '' n) 의 반복들을 야기할 수도 있음이 인식될 수도 있다. 소정의 시나리오들에서, 동일한 샘플 Z '' n 이 시프트 레지스터를 통해 이동하는 동안 다수 회 선택될 수도 있음이 인식될 수도 있다. 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 의 그러한 거동은 도 14b 를 고려함으로써 더 분명해질 수도 있다.
도 14b 는 N f = 11 복소 샘플들 (1422) ( Z '' n) 의 예시적인 세트를 사용하여 복소 평면 (1450) 에서 도 14a 를 참조하여 상기 설명된 바와 같이 이상치 캔슬레이션 필터 (910) (회로 (1400)) 의 예시적인 구현의 동작을 예시한다. 샘플들 (1422) 의 세트는 점선 원들을 인클로징함으로써 도 14b 에 표시된 바와 같이 2 개의 별개의 클러스터들로 분리될 수도 있다. 제 1 클러스터 (1424) 는 7 개의 샘플들 (1422) 을 포함하는 한편, 제 2 클러스터 (1426) 는 소수이고 제 1 클러스터 (1424) 와 명백히 분리되기 때문에 잠재적인 이상치들일 수도 있는 4 개의 샘플들 (1422) 을 포함한다. 도 14b 는 또한, 허수부가 홀수 N f 에 대해 상기 설명된 바와 같이 
(점선 (1432) 에 의해 표시됨) 을 결정하는 샘플 (1428) 을 표시한다. 따라서, 도 14b 는 실수부가 
(점선 (1434) 에 의해 표시됨) 을 결정하는 샘플 (1430) 을 표시한다. 점선들 (1432 및 1434) 의 교차점은 복소 중앙 값 (1436) 
을 정의한다.
또한, 14b 는 제 1 클러스터 (1424) 의 샘플 (1422) 과 복소 중앙 값 (1436) 사이의 제 1 유클리드 거리 D 1 및 제 2 클러스터 (1426) 의 샘플 (1422) 과 복소 중앙 값 (1436) 사이의 제 2 유클리드 거리 D 2 (이는 제 1 거리 D 1 보다 상당히 더 큼) 를 표시한다. 그것은 또한, 복소 중앙 값 (1436) 에 최소 유클리드 거리 D min 를 갖는 샘플 (1438) (블랙 샘플) 을 디스플레이한다. 상기 논의된 예시적인 구현에서, 샘플 (1438) 은 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 의 출력 (1412) ( Z' n) 으로서 선택된다. 복소 중앙 값 (1436) 이 제 1 클러스터 (1424) 내부 또는 가까운 어딘가에 있는 한, 제 2 클러스터 (1426) 의 샘플들 (1422) (잠재적인 이상치들) 중 아무 것도 선택되지 않을 것이고 따라서 무시된다 (캔슬된다). 소정의 경우들에서, 제 1 클러스터 (1424) 에 새로운 샘플 (1422) 을 추가하는 것 및 제 1 클러스터 (1424) 로부터 가장 오래된 샘플을 제거하는 것 (시프트 레지스터 동작) 은 최소 유클리드 거리 D min 를 갖는 샘플이 남아있을 수도 있도록 복소 중앙 값 (1436) 및 따라서 샘플 (1438) 에 대한 상황을 상당히 변화시키지 않을 수도 있음이 인식될 수도 있다. 따라서, 샘플 (1438) 은 출력 (1412) ( Z' n) 으로서 다수 회 선택될 수도 있다. 그러나, 시간이 지나고 더 많은 새로운 샘플들 Z n 이 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 로 스트림하면, 다른 샘플 (1422) 이 출력 (1412) ( Z' n) 이 될 수도 있도록 복소 중앙 값 (1436) 은 충분히 이동할 수도 있고 따라서 샘플 (1438) 에 대한 상황을 변화시킬 수도 있다.
도 14b 는 또한, 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 가 감지 회로 (104n) 에 근접하여 샘플들 Z n 의 시계열에서 갑작스런 변화 
(스텝 응답) 를 야기하는 시나리오를 예시할 수도 있다. 제 1 클러스터 (1424) 의 샘플들 (1422) 은 물체가 근접해지기 전의 시간을 참조할 수도 있는 한편, 제 2 클러스터 (1426) 의 샘플들 (1422) 은 물체가 근접해진 후의 시간을 참조할 수도 있다. (2 개의 클러스터들에서의 샘플들 (1422) 의 스캐터링은 중첩된 잡음의 영향을 나타낼 수도 있다.) 도 14a 를 참조하여 상기 설명된 예시적인 구현에 기초하여, (물체를 표시하는) 제 2 클러스터 (1426) 의 샘플들 (1422) 은 초기에 이상치들로서 고려될 것임이 인식될 수도 있다. 그러나, 물체가 근접해 있는 동안 시간이 지남에 따라, 제 2 클러스터 (1426) 는 다수가 중앙 값 (1436) 을 제 2 클러스터 (1426) 로 풀링하게 될 때까지 연속적으로 성장할 것이다. 이 시점에, 제 2 클러스터 (1426) 의 샘플 (1422) 은 최소 유클리드 거리 D min 를 갖는 샘플, 및 따라서 약간의 지연이 있는 물체에 의해 야기된 변화 
를 반영한 출력 (1412) ( Z' n) 이 될 수도 있다.
2 개의 별개의 클러스터들 (예를 들어, 클러스터들 (1424 및 1426)) 을 생성하는 스텝 응답 (예를 들어, 물체에 의해 야기됨) 에 대해, 홀수 필터 길이 N f 를 갖는 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 에 의해 도입된 지연 D f 은 다음이 식에 의해 샘플들의 관점에서 정량화될 수도 있다:
도 10 및 도 11a 를 참조하여 고속 샘플링 모드를 초래하는 대응하는 시간 지연은, 도 3 과 관련하여 제공된 정의들을 사용하여 다음으로서 표현될 수도 있다:
도 10 및 도 11b 를 참조하여 저속 샘플링 모드를 초래하는 대응하는 시간 지연은 따라서 다음으로서 기입될 수도 있다:
샘플링 모드에 따라, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 동작 동안 재구성될 수도 있다. 예를 들어, 고속 샘플링 모드 동안, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 1 초 이하의 검출 시간 이내에 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 의 검출을 인에이블하도록 구성될 수도 있다. 그러나, 저속 샘플링 모드 동안, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 6 초와 같은 미리 정의된 지속기간의 시간 내에 이물질이 추가 및 제거 (예를 들어, 베이스 패드 (224) 의 표면으로부터) 될 때 트리거를 하게 하지 않음으로써 일시적 물체들의 응답을 캔슬 아웃하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 저속 샘플링 모드 동안 훨씬 더 긴 필터 길이 N f 로 재구성되어 그것을 더 긴 주기들의 이상치들을 캔슬 아웃하는 것을 인에이블할 수도 있다. 따라서, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 의 길이 N f 는 증가될 수도 있고 업데이트 레이트는 저속 샘플링 모드에서 감소된다.
예에서, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 N s = 10, N/N a = 16, T m = 10 ms 인 저속 샘플링 모드에서, 그리고 도 10 및 도 11b 에 대하여 설명된 바와 같이, 각각이 다수 (N s - 1) 의 9 보정된 M n 샘플들의 평균인, 11 입력 샘플들이 획득되도록 11 의 길이 N f 에 걸쳐, 동작한다. 따라서, 평균화 및 샘플 데시메이션이 없을 수도 있는, 고속 샘플링 모드와 비교하여 저속 샘플링 모드에서 각각의 입력 샘플 사이에 더 많은 시간이 흐른다. 식 3 에 따르면, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 에 의해 야기된 응답에 5 샘플들의 지연 D f 을 도입하는데, 5 미만의 샘플들의 지속기간 동안 감지 회로에 근접한 일시적 물체들은 물체 검출 회로 (102) 를 트리거하지 않을 수도 있음을 의미한다. 식 5 및 상기 주어진 예시적인 파라미터 값들에 기초하여, 저속 샘플링 모드에서의 5 샘플들의 지연 D f 은 8 s 의 시간 T f 에 대응한다.
그러나, N s = 1, N/N a = 16, T m = 10 ms, 필터 길이 N f 가 3 인 예시적인 고속 샘플링 모드 구성에서, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는, 식 4 에 따라, 오직 160 ms 의 시간 T f 에 대응하는 하나의 샘플의 지연 D f 을 도입한다 (식 4). 그러한 짧은 필터 지연은 무선 전력 전송의 교류 자기장에 노출되면 위험한 온도들로 빠르게 가열할 가능성이 있는 물체의 가열을 회피하기 위해 액티브 전력 전송 동안 제공될 수도 있다. 베이스 패드 (224) 의 표면 위에 굴러가는 코인 조차 고속 샘플링 모드에서 검출될 수도 있으며, 이는 무선 전력 전송을 방해할 것이다. 상기 예에 의해 도시된 바와 같이, 저속 샘플링 모드는 전력 전송이 인액티브이고 따라서 물체의 유도 가열이 발생할 수 없기 때문에 위험 없이 훨씬 더 긴 지연을 도입할 수도 있다. 하나의 예에서, 코인이 베이스 패드 (224) 위로 굴러가고 저속 샘플링 모드 동안 베이스 패드 (224) 의 표면 상에 있으면, 코인은 물체 검출 회로 (102) 를 트리거할 것이고 사용자 또는 서비스 요원에게 경고할 것이다. 무선 전력 전송은 베이스 패드 (224) 를 시각적으로 검사하고 그 표면으로부터 코인을 제거한 후 물체 검출 회로 (102) 가 사용자 또는 서비스 요원에 의해 수동으로 리셋될 때까지 디스에이블 상태로 유지된다. 그러나, 코인이 계속 굴러가서 베이스 패드 (224) 에서 굴러 떨어지거나 또는 시간 T f (예를 들어, 8 s) 내에 사람에 의해 제거되면, 코인에 의해 야기된 응답은 이상치로서 고려되고 따라서 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 에서 폐기된다.
도 9 및 도 14a 에 도시된 바와 같이, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 도 18 을 참조하여 필터 제어 출력들 (1824) 일 수도 있는 필터 제어 입력들 (934) 을 수신하도록 구성된다. 필터 제어 입력들 (934) 에 따라, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 수동으로 동작하거나 또는 입력 (1410) ( Z n) 에 적용된 수정을 변경하거나 또는 그 시프트 레지스터 (1402) 를 초기화한다.
예에서, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 필터 제어 입력 (934) 을 통해 요청할 때 그 시프트 레지스터 (1402) 를 초기화한다. 시프트 레지스터 (1402) 초기화는 물체 검출 회로 (102) 가 활성화 (또는 재활성화) 될 때 요청될 수도 있다. 보다 구체적으로, 필터 제어 함수 (1406) 는 출력들 (1416) 을 통해, 시프트 레지스터 (1402) 의 각각의 지연 셀 (1403) 을, 그 입력 (1420) 에서 수신된 제 1 입력 샘플 ( Z '' n) (도 14a 에 숫자 1 로 지정됨) 로 채움으로써 시프트 레지스터 (1402) 를 초기화하도록 구성된다. 일단 시프트 레지스터 (1402) 가 초기화되면, N f 동일한 샘플들 (1422) ( Z '' n) 이 비-선형 필터 함수 (1404) 의 개별의 입력 (1418) 에 인가된다. 이 초기화는 잘못된 검출을 잠재적으로 야기할 수도 있는 출력들 (1412) ( Z ' n) 에서의 스텝 응답을 회피한다. 스텝 응답은, 시프트 레지스터 (1402) 가 초기에 클리어되었다면 (예를 들어, 모든 셀들이 0 샘플들로 채워짐) 생성될 것이다.
추가 양태들에서, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 필터 제어 입력 (934) 을 통해 수신된 요청 시 입력들 (1410) ( Z n) 에 적용되는 수정을 변경 (재조정) 할 수도 있다. 수정을 변경하기 위한 요청은 예를 들어, 주파수 재할당의 경우에, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 로 전송될 수도 있다. 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 감지 주파수 (예를 들어, f n) 의 재할당은 도 8 과 관련하여 설명된 바와 같은 목적들을 위해 필요할 수도 있다. 그러나, 주파수 재할당은 도 8 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같은 잘못된 검출을 잠재적으로 야기하는 측정된 임피던스들 (예를 들어, Z n) 의 시계열에서 갑작스런 변화 (스텝 응답) 을 유발할 수도 있다.
예를 들어, 주파수 재할당들에 의해 야기된 잘못된 검출들을 회피하기 위해, 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 는 필터 제어 입력 (934) 을 통해 통지될 때 그 출력들 (1412) ( Z' n) 에서 잠재적인 변화 (스텝 응답) 를 실질적으로 제거하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 필터 제어 함수 (1406) 는 복수의 (N f) 입력들 (1420) ( Z '' n) 에 기초하여 스텝을 검출 및 추정하고 추정된 스텝에 기초하여, 필터 제어 입력 (934) 을 통해 통지될 때 수정 함수 (1408) 에 대응하는 출력 (1414) 을 제공하도록 구성된다. 출력 (1414) 에 기초하여, 수정 함수 (1408) 는 출력들 (1412) ( Z ' n) 에서 스텝을 실질적으로 제거하도록 재조정된다.
예에서 그리고 도 14a 및 도 14b 를 참조하여, 입력 (1420) (1) 을 통해 필터 제어 함수 (1406) 에 들어가는 새로운 샘플 (1422) ( Z '' n) 과 복소 중앙 값 (1436) 사이의 유클리드 거리가 미리 결정된 임계치를 초과하면 스텝이 검출된다. (복소 중앙 값 (1436) 은 비-선형 필터 함수 (1404) 에 의해 필터 제어 함수 (1406) 에 제공될 수도 있음에 유의한다). 또한, 예에서, 필터 제어 함수 (1406) 는 유클리드 거리가 스텝의 추정치로서 임계치를 초과한 복소 샘플 (1422) ( Z '' n) 과 복소 중앙 값 (1436) 사이의 복소 차이 (차이 벡터) (예를 들어, 
) 를 사용하고 그 복소 차이 (예를 들어, 
) 에 기초하여 대응하는 출력 (1414) 을 결정한다. 예시적인 구현에서, 수정 함수는 복소 가산기이고 출력 (1414) 은 네거티브 복소 차이 (예를 들어, 
) 이다. 네거티브 복소 차이 (예를 들어, 
) 를 수정 함수 (1408) 에 들어가는 모든 후속하는 샘플들 Z n 에 더하는 것은 유클리드 거리가 임계치를 초과하는 스텝의 제 1 샘플 (1422) (나머지) 을 제외하고, 예를 들어, 주파수 재할당에 의해 유발되는, 스텝을 실질적으로 제거할 것임이 인식될 수도 있다. 그러나, 이 나머지는 비-선형 필터 함수 (1404) 에 의해 제거된 (캔슬된) 이상치로서 나타날 수도 있다.
입력들 (1410) 에 적용되는 수정은 새로운 출력 (1414) (네거티브 복소 차이) 이 수정 함수로 전송될 때까지 변하지 않을 수도 있다. 필터 제어 함수 (1406) 는 필터 제어 입력 (934) 을 통한 통지 시 그 출력 (1414) 을 업데이트할 수도 있다. 도 9 를 참조하면, 각각의 벡터 컴포넌트 (예를 들어, Z n) 에 전용된 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 가 있다. 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 주파수 (예를 들어, f n) 의 재할당의 경우에, 도 18 의 회로 (1800) 는, 필터 제어 입력들 (934) 을 통해, 입력들 (예를 들어, Z n) 이 주파수 재할당에 의해 영향을 받을 수도 있는 그 이상치 캔슬레이션 필터들 (910) 만을 통지할 수도 있다. 마지막으로, 초기화도, 수정의 변경도, 물체 검출 회로 (102) 의 잘못된 검출들 또는 블라인드 시간들 (예를 들어, 감지 코일이 물체를 검출 불가능한 시간들) 을 야기하지 않을 수도 있다는 결론이 내려질 수도 있다.
기준 추적 및 자동-복구
고속 및 저속 샘플링 모드와 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, 시간 차 검출 스킴을 사용할 때, 물체 검출 회로 (102) 는 전기 차량 (예를 들어, 도 19 를 참조하여 전기 차량 (1902)) 이 충전을 위해 무선 전력 송신 구조 (224) (베이스 패드) 위에 주차되는지 여부에 상관없이 언제든 액티브 및 센서티브인 상태에 있을 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 물체 검출 회로 (102) 는 그 사용자 또는 서비스 요원에 의한 현장 시각적 검사의 필요성 없이 재활성화될 수 있도록 짧은 공급 정전 (supply power outages) 또는 동작의 중단을 관리할 수 있는 것이 바람직할 수도 있다. 물체 검출 회로 (102) 가 일시적으로 비활성화되는 동안 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 가 미리 결정된 검출 영역으로 도입되면, 일단 시스템이 재활성화되면 물체를 검출하는 것이 더 어려울 수도 있다.
제공된 솔루션의 양태는 기준을 추적 및 저장하는 것을 포함하는 것이다. 물체 검출 회로 (102) 를 재활성화할 때 잘못된 검출들의 확률과 오프-시간 사이에 트레이드-오프가 존재한다. 잘못된 검출들은 잘못된 포지티브 및 잘못된 네거티브 검출들을 포함할 수도 있다. 잘못된 포지티브 검출들 (잘못된 알람) 은 물체가 없는데도 물체의 존재를 표시하는 한편, 잘못된 네거티브 검출들 (오검출) 은 미리 결정된 검출 영역에 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 가 존재하지만 물체의 부재를 표시한다. 잘못된 포지티브 검출 (예를 들어, 도 9 의 임계치 검출 회로 (922) 의 포지티브 검출 출력 (924)) 의 경우에, 물체 검출 회로 (102) 는, 무선 전력 전송 회로 (220) 가 오프-시간 후 무선 전력 전송을 재개하는 것을 방지할 수도 있는 상위 제어 회로 (본 명세서에는 도시되지 않음) 에 포지티브 검출을 레포트한다. 잘못된 네거티브 검출의 경우에, 무선 전력 전송 회로 (220) 는 전력 전송을 재개할 수도 있고 따라서 검출되지 않은 물체를 가열할 수도 있다.
도 15 는 도 1 을 참조하여 측정 및 검출 회로 (108) 의 부분인 기준 추적 회로의 예시적인 구현을 예시하는 회로 (1500) 의 블록 다이어그램이다. 예시적임 기준 추적 회로 (1500) 는 임피던스 모니터링 회로 (1502) 및 영구 메모리 (1504) (예를 들어, 비휘발성 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 등으로서 구현됨) 를 포함한다. 임피던스 모니터링 회로 (1502) 는 임피던스 (벡터) 입력들 (1514) ( Z' ), 임피던스 기준 (벡터) 출력들 (1506) ( Z' ref ), 임계치 입력 (1510) 을 수신하고 업데이트 요청 출력 (1512) 을 제공하도록 구성된다.
벡터 입력들 (1514) ( Z' ) 은 도 9 를 참조하여 벡터 출력들 (908) ( Z' ) 일 수도 있다. 벡터 출력들 (1506) ( Z' ref ) 은 영구 메모리 (1504) 의 출력들이고, 임계치 입력 (1510) 은 상위 제어 회로 (본 명세서에는 도시되지 않음) 의 출력일 수도 있고, 업데이트 요청 출력 (1512) 은 영구 메모리 (1514) 에 대한 입력이다. 또한, 영구 메모리 (1504) 는 벡터 입력들 (1514) ( Z' ), 도 18 을 참조하여 벡터 출력들 (1807) ( f ) 에 대응할 수도 있는 주파수 벡터 입력들 (1516) ( f ), 및 임피던스 모니터링 회로 (1502) 의 업데이트 요청 출력 (1512) 을 수신하도록 구성된다. 또한, 영구 메모리 (1504) 는 도 16 을 참조하여 벡터 입력들 (1616) ( Z' ref ) 일 수도 있는 임피던스 기준 (벡터) 출력들 (1506) ( Z' ref ) 에 대응하는 출력들 및 도 18 을 참조하여 주파수 기준 (벡터) 입력들 (1828) ( f ref ) 일 수도 있는 주파수 기준 (벡터) 출력들 (1508) ( f ref ) 을 제공하도록 구성된다.
회로 (1500) 의 구현 (예를 들어, 소프트웨어 또는 하드웨어) 에 따라, 블록들 (1502 및 1504) 은 도 15 의 블록 다이어그램에 의해 도시된 바와 같이 전기적으로 또는 논리적으로 상호연결될 수도 있고, 입력 및 출력 포트들은 물리적 (전기적) 포트들 또는 오직 논리적 포트들일 수도 있다. 예시의 목적들을 위해, 회로 (1500) 는 실제 구현에서 요구될 수도 있는 추가적인 제어 입력들 및 출력들을 배제할 수도 있다.
양태들에서, 물체 검출 회로 (102) 가 액티브인 동안, 임피던스 모니터링 회로 (1502) 는 벡터 컴포넌트 기반으로 영구 메모리 (1504) 에 저장된 임피던스 기준 벡터 출력들 (1506) ( Z' ref ) 과 임피던스 벡터 입력들 (1514) ( Z' ) 을 계속 비교하도록 구성된다. Z' 의 벡터 컴포넌트와 Z' ref 의 대응하는 벡터 컴포넌트 사이의 적어도 하나의 차이가 적용된 임계치 입력 (1510) 보다 더 커지면, 임피던스 모니터링 회로 (1502) 는 영구 메모리 (1504) 로 업데이트 요청을 전송하고 마지막 임피던스 벡터 입력들 (1514) ( Z' ) 은 새로운 임피던스 기준 벡터 출력들 (1506) ( Z' ref ) 이 되고 마지막 주파수 벡터 요청들 (1516) ( f ) 은 주파수 기준 벡터 출력들 (1508) ( f ref ) 이 된다. 이전에 논의된 바와 같이 (예를 들어, 공급 정전으로 인한) 물체 검출 회로 (102) 의 오프-시간의 경우에, 영구 메모리 (1504) 는 마지막 기준 벡터 출력들 (1506) ( Z' ref ) 및 마지막 주파수 기준 벡터 출력들 (1508) ( f ref ) 을 물체 검출 회로 (102) 가 비활성화되기 (파워-오프되기) 전에 유효한 것으로서 유지한다. 물체 검출 회로 (102) 가 (예를 들어, 도 16 을 참조하여 논의된 바와 같이 오프-시간 및 성공적인 자동 복구 후) 정상 동작으로 리턴할 때, 임피던스 모니터링 회로 (1502) 는 이전에 논의된 바와 같이 영구 메모리 (1504) 에 저장된 기준 벡터 Z' ref 를 사용하여 벡터 입력들 (1514) ( Z' ) 을 계속 비교한다. 감지 주파수 (예를 들어, f n) 의 변화 또는 측정된 임피던스 (예를 들어, Z' n) 의 실질적인 드리프트는 임계치 입력 (1510) 이 초과되게 하고 따라서 영구 메모리 (1504) 의 업데이트를 야기할 수도 있다.
도 16 은 도 1 을 참조하여 측정 및 검출 회로 (108) 의 다른 부분인 자동-복구 회로의 예시적인 구현을 예시하는 회로 (1600) 의 블록 다이어그램이다. 예시적인 자동-복구 회로 (1600) 는 도 15 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 물체 검출 회로 (102) 가 오프-시간 후 정상 동작으로 리턴할 수 있는지 여부를 판정하도록 구성된다. 자동-복구 회로 (1600) 가 일부 컨디션들이 충족되지 않았다고 결론을 내리면, 물체 검출 회로 (102) 는 정상 동작을 재개하지 않을 수도 있고 물체 검출 회로 (102) 의 시각적 검사 및 수동 재개를 요청하는 메시지가 사용자 또는 서비스 요원에게 전송될 수도 있다. 보다 구체적으로, 예시적인 자동-복구 회로 (1600) 는 도 9 의 벡터 출력들 (908) ( Z' ) 일 수도 있는 임피던스 (벡터) 입력들 (1614) ( Z' ), 도 15 의 벡터 출력들 (1506) ( Z' ref ) 일 수도 있는 임피던스 기준 (벡터) 입력들 (1616) ( Z' ref ), 및 상위 제어 회로 (본 명세서에는 도시되지 않음) 의 출력일 수도 있는 임계치 입력 (1618) 에 기초하여 상태 출력 (1620) 을 제공하도록 추가로 구성된다.
제 1 동작에서, 벡터 입력들 (1616) ( Z' ref ) 은 벡터 컴포넌트 기반으로 감산기 회로 (1602) 에서 벡터 입력들 (1614) ( Z' ) 로부터 감산된다. 제 2 동작에서, 차이 벡터 출력들 (1622) ( Z' - Z' ref ) 에 기초하여, 평균 차이가 차이 벡터 출력들 (1622) 의 모든 컴포넌트들에 걸쳐 컴퓨팅되고 평균 감산기 회로 (1604) 에서 차이 벡터 출력들 (1622) 의 컴포넌트들 각각으로부터 감산된다. 이는 측정된 임피던스들 Z' 의 각각에서의 차동 드리프트를 나타내는 벡터 출력들 (1624) 
을 초래한다. 제 3 동작에서, 벡터 출력들 (1624) 
의 각각의 컴포넌트의 크기는 크기 회로 (1606) 에서 컴퓨팅된다. 제 4 동작에서, 벡터 출력들 (1626) 
은 임계치 검출기 회로 (1608) 에서 벡터 컴포넌트 기반으로 임계치 입력 (1618) 에 의해 정의된 임계치와 비교된다.
임계치 검출기 회로 (1608) 의 출력 (1628) 은 벡터 출력들 (1626) 
의 적어도 하나의 컴포넌트가 임계치 입력 (1618) 을 초과하는지 여부를 표시한다. 마지막으로, 임계치 검출기 회로 (1608) 의 연속 출력들 (1628) 의 시계열은 이하에 추가 논의된 바와 같이 상태 출력 (1620) 에 대해 판정하기 위해 타이머 회로 (1610) 에서 프로세싱된다. 상태 출력 (1620) 은 물체 검출 회로 (102) 의 상위 제어 회로 (본 명세서에는 도시되지 않음) 의 입력일 수도 있다. 포지티브 상태 출력 (1620) 은, 예를 들어, 임피던스 (예를 들어, Z' n) 의 차동 드리프트들 (예를 들어, 
) 이 웜-업 (warm-up) 시간이 경과하는 시간에 임계치를 초과하기 때문에 또는 물체 (예를 들어, 물체 (110)) 가 오프-시간 동안 미리 결정된 검출 영역에 들어갔기 때문에, 정상 동작을 재개하기 위한 컨디션들이 충족되지 않음을 표시할 수도 있다. 추가 양태들에서, 임계치를 초과하는 차동 드리프트 (예를 들어, 
) 는 도 18 의 회로 (1800) 에 의해 수행된 주파수 재할당에 의해 또한 야기될 수도 있다. 따라서, 일부 구현들에서, 물체 검출 회로 (102) 는 자동-복구 회로가 액티브인 동안 주파수 재할당을 디스에이블하도록 구성된다.
회로 (1600) 의 구현 (예를 들어, 하드웨어 또는 소프트웨어) 에 따라, 블록들 (1602, 1604, 1606, 1608, 및 1610) 은 도 16 의 블록 다이어그램에 의해 도시된 바와 같이 전기적으로 또는 논리적으로 상호연결될 수도 있고, 입력 및 출력 포트들은 물리적 (전기적) 포트들 또는 오직 논리적 포트들일 수도 있다. 예시의 목적들을 위해, 회로 (1600) 는 실제 구현에서 요구될 수도 있는 추가적인 제어 입력들 및 출력들을 배제할 수도 있다.
양태들에서, 자동-복구 회로 (1600) 는 타이머 회로 (1610) 에 의해 제어된 시간 윈도우 동안 물체 검출 회로 (102) 의 재개 직후 (예를 들어, 오프-시간 후) 액티브일 수도 있다. 이 시간 윈도우의 길이는 또한 웜-업 시간 (또는 웜-업 페이즈) 로 지칭될 수도 있다. 이 웜-업 시간은 정상 동작 모드에서 실행되기 전에 물체 검출 회로를 웜-업 및 안정화하는 것을 허용한다. 일부 구현들 또는 동작들에서, 물체 검출 회로 (102) 는 웜-업 페이즈 동안 도 10 및 도 11a 를 참조하여 이전에 설명된 바와 같이 고속 샘플링 모드에서 동작된다.
웜-업 페이즈 (예를 들어, 공급 전력이 리턴된 후의 초기화 시퀀스) 동안, 물체 검출 회로 (102) 는 정상 동작 (예를 들어, 물체 검출) 이 재개될 수 있는지 또는 사용자 또는 서비스 요원에게 경고되어야 하는지를 판정하기 위해 자동-복구 회로 (1600) 의 상태 출력 (1620) 을 체크할 수도 있다. 보다 구체적으로, 포지티브 상태 출력 (1620) 이 웜-업 시간이 경과할 때 지속되면, 물체 검출 회로 (102) 는 정상 동작을 재개하지 않을 수도 있고 사용자 또는 서비스 요원에게 경고한다. 일부 구현들에서, 상태 출력 (1620) 은 임계치 검출기 회로 (1608) 의 포지티브 출력들 (1628) 의 단기 레이트에 기초하여 결정된다. 소정의 경우들에서, 이 레이트는 웜-업 페이즈의 시작 시 더 높을 수도 있으며 웜-업 페이즈의 종료 무렵에 감소할 수도 있다. 이 레이트가 웜-업 시간 내에 미리 결정된 (예를 들어, 구성가능한) 한계 이하로 강하했다면, 타이머 회로 (1610) 는 네거티브 상태 출력 (1620) 을 제공할 수도 있는데, 이는 물체 검출 회로 (102) 가 정상 동작을 재개할 수도 있음을 의미한다. 반대로, 레이트가 웜-업 시간이 경과하기 전에 이 한계 이하로 감소하지 않았다면, 타이머는 포지티브 상태 출력 (1620) 을 제공할 수도 있고 물체 검출 회로 (102) 는 정상 동작을 재개하지 않을 수도 있다. 일부 구현들에서, 시간에 따른 단기 레이트는 웜-업 시간의 프랙션인 길이를 갖는 슬라이딩 시간 윈도우 내에 포지티브 출력들 (1628) 을 카운트함으로써 결정된다. 단기 레이트는 웜-업 시간에 걸친 슬라이딩 시간 윈도우의 각각의 시프트를 위해 결정될 수도 있다.
적응적 주파수 할당
도 3 및 도 12 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이, 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 선택적으로 인가되는 감지 신호의 주파수 (예를 들어, f n) 는 설계에 의해 주어진 바와 같은 개별의 공진 주파수 (예를 들어, f 0,n) 에 뿐만 아니라 일부 제약들 내에서, 최대 SNR 을 제공하는 주파수에 가능한 한 가깝제 할당될 수도 있다. 특히 무선 전력 전송 동안, 물체 검출 회로 (102) 의 감도에 부정적으로 영향을 미칠 소정의 주파수들은 회피될 수도 있다.
도 17 은 각각 도 12 및 도 18 을 참조하여 주파수 튜닝 회로 (1204) 및 주파수 할당 회로 (1802) 에 의해 공동으로 수행된 바와 같은 주파수 할당 프로세스의 예시적인 구현을 예시하기 위한 주파수 다이어그램이다. 보다 구체적으로, 도 17 은 공진 주파수 (1704) (f 0,n) 주위의 범위 및 예시적인 잡음 주파수 스펙트럼 (1712) 오버레이에서의 직렬-튜닝된 감지 회로 (104n) 의 예시적인 임피던스 함수 (1708) 
의 크기를 디스플레이한다. 스펙트럼 (1712) 은 저 주파수 (예를 들어, 85 kHz) 에서 동작하는 도 2a 를 참조하여 무선 전력 전송 회로 (220) 에 의해 생성된 스위칭 잡음 스펙트럼에 대해 통상적일 수도 있다.
스팬 (1720) (f span) 을 갖는 잡음 스펙트럼 (1712) 은 이하에 추가 논의되는 f 0,n 주위의 범위를 커버한다. 이 잡음 스펙트럼 (1712) 은 도 3 을 참조하여 스펙트럼 프로세싱 회로 (314) 의 출력 (325) 일 수도 있고 기본 주파수 (예를 들어, 85 kHz) 의 고조파에 연관될 수도 있는 우세한 피크들 (1714) 을 도시한다. 주파수 선택적 잡음은 무선 전력 전송 시스템 (200) (예를 들어, 스위칭 잡음) 에 의해 생성될 수도 있고 감지 코일들 (105a, 105b, 105n) 에 자기적으로 및/또는 전기적으로 커플링될 수도 있다. 스위칭 잡음은 무선 전력 기본 주파수 (예를 들어, 85 kHz) 의 고조파를 포함할 수도 있고 MHz 범위까지 도달할 수도 있다.
예시적인 임피던스 함수 (1708) 의 크기는 정의에 의해 공진 주파수 f 0,n 이고 도 12 를 참조하여 주파수 튜닝 회로 (1204) 에 의해 수행된 공진 주파수 탐색의 출력 (1220) 일 수도 있는 주파수 (1704) 에서 최소 (
에 의해 표시됨) 를 보인다. 또한, 도 17 은 주파수 할당을 제약하는 주파수 범위 (1706) 를 정의하는, 각각, 공진 주파수 (1704) (f 0,n) 로부터 
및 
만큼 오프셋된 하한 및 상한 (1716 및 1718) (수직 점선들) 을 표시한다. 따라서, 그것은 주파수 할당 범위 (1706) 로 지칭될 수도 있다. 주파수 할당 범위 (1706) 의 폭 
은 본 명세서에 추가 논의되지 않은 정확도 요건들과 스위칭 잡음 스펙트럼 (예를 들어, 잡음 스펙트럼 (1712)) 에서 최적의 주파수를 확인하기 위한 룸 사이의 트레이드-오프일 수도 있다. 예시적인 구현에서, 주파수 할당 범위 (1706) 의 폭 
은 60 kHz 이다.
또한, 도 17 은, 예를 들어, 주파수 할당 범위 (1706) 에 의해 주어진 제약들 및 도 18 을 참조하여 더 상세히 논의된 바와 같은 다른 동작 제약들 내에서 (예를 들어, 우세한 피크들 (1714) 과 연관된 고조파 주파수들을 회피함으로써) 최대 SNR 을 제공하는 스팟에 대한 탐색에서 확인되는, 주파수 (1702) (f n) 를 표시한다. 주파수 (1702) (f n) 는 주파수 할당 회로 (1802) 의 출력 (1807) 일 수도 있다. 디스플레이된 예시적인 스펙트럼 (1712) 에 표시된 바와 같이, 이 주파수 (1702) (f n) 는 스펙트럼 (1712) 이 캡처된 시간에 또는 상기 언급된 제약들 내에 도 4 를 참조하여 저역 통과 필터 (420) 에 의해 정의된 대역폭에서 측정된 바와 같은 최소 잡음 레벨을 갖는 주파수에 대응할 수도 있다.
다른 양태들에서, 스펙트럼 분석의 주파수 스팬 (1720) 은, 주파수 할당 범위 (1706) 에 대한 일부 마진을 포함하는, 개별의 감지 회로 (104a, 104b, 104n) 에 각각 연관되는, 복수의 공진 주파수들 (f 0,a, f 0,b, f 0,n) 에 의해 결정된 바와 같은 범위를 커버하는 것으로 선택될 수도 있다. 프로세싱 전력을 절약하기 위해, 일부 구현들은 복수의 공진 주파수들의 확산을 감소시키고 따라서 스팬 (1720) 을, 예를 들어, 200 kHz 미만으로 감소시키도록 구성된 감지 회로-특정 튜닝 커패시터들을 사용한다.
스펙트럼 출력들 (325) 에 기초하여, 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 의 공진 주파수에 충분히 가까운 최적의 감지 주파수 (예를 들어, f n ) 는 도 18 을 참조하여 주파수 할당 회로 (1800) 에 의해 복수의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 의 각각에 대해 개별적으로 결정될 수도 있다. 주파수들 (예를 들어, f a, f b , f n) 의 결과의 세트는 무선 전력 전송 동작 주파수 (예를 들어, 85 kHz) 의 고조파 및 증가된 잡은 스펙트럼 밀도를 갖는 다른 스펙트럼 부분들을 회피할 수도 있다. 일부 히스테리시스가 변동 잡음의 경우에 너무 잦은 주파수 재할당들을 회피하도록 구현될 수도 있다.
동일한 감지 주파수 (1702) 가 임의의 2 개 이상의 동시에 구동된 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 에 할당되면, 상호 간섭이 도 3 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 생성될 수도 있다. 그러한 간섭을 회피하기 위해, 적어도 하나의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 주파수 (예를 들어, f n) 는, 예를 들어, 식 1 을 참조하여 NCO (410) 에 의해 지원된 바와 같은 최소 주파수 스페이싱 
에 의해, 약간 시프트될 수도 있다. 패시브 비컨 포지셔닝이 액티브인 동안, 예를 들어, 패시브 비컨 응답에 의해 야기된 잘못된 포지티브 검출들이 회피되고 이물질 검출의 감도가 손상되지 않도록, 이물질 검출 및 포지셔닝의 동시 (비-손상된) 동작을 보장하기 위해 주파수 할당에 대한 추가적인 제약들이 있을 수도 있다.
패시브 비컨 포지셔닝이 액티브일 때, 동시 비-손상된 동작을 보장하는 주파수들의 선택이 감소될 수도 있다. 이는 기본 주파수 f mod (예를 들어, 5 kHz) 를 갖는 구형파 변조된 임피던스 응답을 생성하는 패시브 비컨 트랜스폰더를 사용하는 구현들에서 특히 사실일 수도 있다. 주파수 도메인에서, 구형파 변조된 응답은 감지 주파수 (예를 들어, f n) 및 f mod 에서의 기본 및 그의 복수의 고조파들로 구성된 양면 변조 사이드대역들을 보인다. 다음의 식들은 포지셔닝이 액티브일 때 제 2 동시에 동작된 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104a)) 에 주파수를 할당할 때 추가적으로 회피될 제 1 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 주파수들의 세트 (예를 들어, 
) 를 특정하며:
여기서 수 
는 다음으로서 정의될 수도 있으며,
여기서 
및 
는 이전에 정의된 바와 같다. 식 6 및 식 7 은 또한, 주파수를 제 3 동시에 동작된 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104b)) 에 할당할 때 적용될 수도 있다. 이 경우에, 회피될 주파수들의 세트는 예를 들어, 제 1 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 에 연관된 
및 제 2 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104a)) 에 연관된 
를 포함할 수도 있다. 이러한 방식으로, 감지 코일들에 인가된 감지 신호의 주파수는, 예를 들어, 무선 전력 전송의 스위칭 고조파 및 추가적으로 패시브 비컨 응답의 변조 고조파를 회피함으로써 할당될 수 있다.
도 18 은 도 1 을 참조하여 측정 및 검출 회로 (108) 의 부분인 회로 (1800) 의 예시적인 구현을 예시하는 블록 다이어그램이다. 회로 (1800) 는 주파수 할당 회로 (1802), 보정 제어 회로 (1804), 주파수 제어 회로 (1806), 및 필터 제어 회로 (1808) 를 포함한다. 회로 (1800) 는 도 12 의 회로 (1200) 를 참조하여, 각각 벡터 출력들 (1216 ( c 0 ) 및 1212 ( f 0 )) 에 대응할 수도 있는 벡터 입력들 (1816 ( c 0 ) 및 1818 ( f 0 )) 을 수신하도록 구성된다. 또한, 회로 (1800) 는 스펙트럼 입력들 (1814), 제어 입력들 (1826), 복수 (예를 들어, N a) 의 직렬 스트림 입력들 (1820) (f sweep,n), 주파수 기준 입력들 (1828) ( f ref ) 을 수신하고 복수 (예를 들어, N a) 의 보정 (직렬 스트림) 출력들 (1812) (c n), 복수 (예를 들어, N a) 의 주파수 제어 (직렬 스트림) 출력들 (1810) (f n), 주파수 제어 (벡터) 출력들 (1807) ( f ), 및 필터 제어 (벡터) 출력들 (1824) 을 제공하도록 구성된다.
스펙트럼 입력들 (1814) 은 도 3 의 회로 (300) 를 참조하여 스펙트럼 출력들 (325) 에 대응할 수도 있고, 기준 주파수 (벡터) 입력들 (1828) ( f ref ) 은 도 15 를 참조하여 기준 벡터 출력들 (1508) ( f ref ) 일 수도 있는 한편, 직렬 스트림 입력들 (1820) (f sweep,n) 은 도 12 를 참조하여 직렬 스트림 출력들 (1210) (f sweep,n) 에 대응할 수도 있다. 제어 입력들 (1826) 은 상위 제어 회로 (본 명세서에는 도시되지 않음) 로부터의 출력들일 수도 있다. 직렬 스트림 출력들 (1812 (c n) 및 1810 (f n)) 은 도 3 의 회로 (300) 를 참조하여, 각각 보정 입력들 (324) 및 주파수 제어 입력들 (328) 에 대응할 수도 있다.
주파수 제어 (벡터) 출력들 (1807) ( f ) 은 기준 추적 회로 (1500) 에 대한 벡터 입력들일 수도 있다. 필터 제어 (벡터) 출력들 (1824) 은 도 9 의 회로 (900) 를 참조하여 필터 제어 (벡터) 입력들 (934) 에 대응할 수도 있다. 입력들 (1814, 1816, 1818) 은 또한, 필터 제어 회로 (1808) 에 재할당 마스크 (벡터) 출력들 (1822), 보정 제어 회로 (1804) 에 벡터 출력들 (1805) ( c ), 그리고 주파수 제어 회로 (1806) 에 벡터 출력들 (1807) ( f ) 을 제공하도록 또한 구성되는 주파수 할당 회로 (1802) 에 대한 입력들이다. 또한, 필터 제어 회로 (1808) 는 필터 제어 (벡터) 출력들 (1824) 을 제공하도록 구성된다.
보정 제어 회로 (1804) 는 벡터 출력들 (1805) ( c ) 을 포함하는 입력들에 기초하여 복수의 보정 출력들 (1812) (c n) 을 제공하도록 구성되는 한편, 주파수 제어 회로 (1806) 는 벡터 출력들 (1807) ( f ) 및 직렬 스트림 입력들 (1820) (f sweep,n) 에 기초하여 주파수 제어 출력들 (1810) (f n) 을 제공하도록 구성된다. 회로 (1400) 의 구현 (예를 들어, 하드웨어 또는 소프트웨어) 에 따라, 블록들 (1802, 1808, 1804, 및 1806) 은 도 18 의 블록 다이어그램에 의해 도시된 바와 같이 전기적으로 또는 논리적으로 상호연결될 수도 있고, 입력 및 출력 포트들은 물리적 (전기적) 포트들 또는 오직 논리적 포트들일 수도 있다. 예시의 목적들을 위해, 회로 (1800) 는 실제 구현에서 요구될 수도 있는 추가적인 제어 입력들 및 출력들을 배제할 수도 있다.
주파수 할당 회로 (1802) 는 개별의 감지 회로들 (104a, 104b, 104n) 에 선택적으로 인가된 복수의 감지 회로들의 각각의 주파수 (예를 들어, f n) 를 할당 (또는 재할당) 하고 벡터 출력 (1807) ( f ) 을 제공하도록 추가로 구성된다. 주파수 할당은, 예를 들어, 도 12 의 회로 (1200) 에 의해 제공되는 벡터 입력들 (1818) (복수의 공진 주파수들 f 0 ) 에 기초하고 도 17 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 수행될 수도 있다. 주파수 할당 회로 (1802) 는 또한, 주파수 할당 회로 (1802) 에 의해 선택된 유효 감지 주파수 (예를 들어, f n) 에 개별의 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 의 공진 주파수 (예를 들어, f 0,n) 에서 결정된 바와 같은 보정 값들 (예를 들어, c 0,n) 을 적응하도록 구성된다. 이 적응 (또는 수정) 은 주파수 오프셋 (예를 들어, f n - f 0,n) 및 복소 임피던스 함수 (1708) 를 고려한다. 또한, 주파수 할당 회로 (1802) 는, 감지 주파수 (예를 들어, f n) 가, 예를 들어, 도 8 을 참조하여 이전에 논의된 바와 같이 임피던스 변화 또는 상호변조 프로덕트의 변화에 대하여, 주파수 재할당에 의해 일시적으로 영향을 받을 수도 있는 그 감지 회로들 (104n) 을 표시하는 재할당 마스크 출력들 (1822) 을 제공하도록 구성된다.
필터 제어 회로 (1808) 는 재할당 마스크 출력들 (1822) 및 제어 입력들 (1826) 에 기초하여 (예를 들어, 도 9 를 참조하여 이상치 캔슬레이션 필터 (910) 를 제어하는데 사용되는) 필터 제어 출력들 (1824) 을 생성하도록 구성된다. 보정 제어 회로 (1804) 는 예를 들어, 도 3 의 회로 (300) 에 의해 필요에 따라 복수 (예를 들어, N a) 의 보정 직렬 출력들 (1812) (c n) 로 병렬 (벡터) 출력들 (1805) ( c ) 을 변환하도록 구성된다. 또한, 주파수 제어 회로 (1806) 는 예를 들어, 도 3 의 회로 (300) 에 의해 필요에 따라 복수 (예를 들어, N a) 의 주파수 제어 직렬 스트림 출력들 (1812) ( f n) 로 병렬 (벡터) 출력들 (1807) ( f ) 을 변환하도록 구성된다. 또한, 예를 들어, 도 10 및 도 11b 를 참조하여 저속 샘플링 모드에서, 필요에 따라 직렬 스트림 출력들 (1810) 로 스윕 주파수 제어 샘플들을 삽입하도록 구성된다. 저속 샘플링 모드에서, 스윕 주파수 제어 샘플들은 도 11b 를 참조하여 논의된 바와 같이 원시 M n 샘플들 (1108) 에 연관된 측정 인터벌들에서 NCO (410) 주파수를 제어하기 위해 예를 들어 도 3 의 회로 (300) 에 의해 사용된다. 또한, 물체 검출 회로 (102) 가 활성화 (또는 재활성화) 된 직후, 예를 들어, 공급 정전 후 주파수 제어 출력들 (1810) 을 생성하기 위해 주파수 기준 (벡터) 입력들 (1828) ( f ref ) 을 사용 및 변환하도록 구성된다.
감지 코일 결함 검출
예를 들어, 감지 코일 어레이 (106) 의 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 은 결함이 있거나 또는 다양한 이유들로 물체를 검출하는 것이 불가능할 수도 있다. 예를 들어, 납땜 불량, 전기적 결함, 또는 기계적 결함은 감지 코일을 단락시키거나 또는 개방-회로가 되게 할 수 있다. 양자의 경우들은, 예를 들어, 감지 회로 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 의 크기 임피던스 (또는 어드미턴스) 를 측정함으로써 그리고 측정된 값이 유효한 범위에 있는지 여부를 체크함으로써 (무결성 체크) 검출될 수 있다. 직렬-튜닝된 감지 회로들에 기초한 일부 구현들에서, 직렬 공진에서의 유효한 임피던스 범위는 3 Ω 내지 5 Ω 의 범위일 수도 있다. 이 범위에서의 측정된 값은 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 의 무결성을 표시할 수도 있다. 도 12 의 하드웨어 결함 검출 회로 (1208) 를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이, 결함있는 감지 코일은 또한, 미리 정의된 최대 드리프트를 초과하는 드리프트에 의해 또는 유효한 범위 밖에 있는 공진 주파수에 의해 검출될 수도 있다. 그러나 단락된 감지 코일들에서는, 이물질들 (예를 들어, 물체 (110)) 이 검출가능하지 않을 수도 있다. 단락된 감지 코일이 존재하면, 베이스 패드의 하우징 (예를 들어, 도 2b 를 참조하여 하우징 (236)) 은, 과도한 유도된 전류 및 그에 따른 감지 코일의 전기 전도성 구조의 가열로 인해 전력 전송 동안 손상될 수도 있다.
개방-회로 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 은 미리 결정된 유효한 범위 (예를 들어, 2.5 MHz 내지 3.5 MHz) 밖에 있는 공진 주파수 (예를 들어, f 0,n) 에 기초하여 또는 상기 언급된 바와 같은 유효한 범위의 상한을 초과하는 측정된 크기 임피던스에 의해 또는 미리 결정된 최대 드리프트를 초과하는 드리프트에 의해 검출될 수 있다. 개방-회로 감지 코일에 의해서는 이물질들이 검출가능하지 않을 수도 있다. 그러나, 전력 전송 동안 베이스 패드 (예를 들어, 베이스 패드 (224)) 를 손상시킬 위험은 없을 수도 있다. 감지 코일 (예를 들어, 감지 코일 (105n)) 또는 감지 코일 (예를 들어, 감지 회로 (104n)) 이 다른 이유들로 결함이 있으면, 공진 주파수는 범위를 벗어날 수도 있다. 그러나, 이물질들 (예를 들어, 물체 (110)) 은 여전히 그러한 감지 코일로, 그러나 감소된 감도로 검출가능할 수도 있다. 일부 경우들에서, 예를 들어, AFE 회로 (307) 에서의 장애 또는 결함있는 튜닝 커패시터는 또한, 결함있는 감지 코일과 유사하게 영향을 미칠 수도 있고 도 12 의 회로 (1200) 를 참조하여 포지티브 결함 검출 출력 (1214) 을 생성할 수도 있다. 상기의 범위들 중 임의의 것이 오직 예들로서 사용되며, 그들은 감지 코일 어레이 (106) 의 설계 및 그의 베이스 패드 (224) 에의 통합에 의존함에 유의한다.
예시적인 무선 전력 전송 시스템
도 19 는 도 1 내지 도 18 을 참조하여 설명된 엘리먼트들/기능성 중 임의의 것이 구현될 수도 있는 전기 차량을 충전하기 위한 무선 전력 전송 시스템 (1900) 을 예시한다.
무선 전력 전송 시스템 (1900) 은, 전기 차량 (1902) 이 베이스 무선 전력 충전 장치 (1904a) 로부터 전력을 무선으로 커플링하도록 정지되는 동안 전기 차량 (1902) 의 충전을 인에이블한다. 베이스 무선 전력 충전 장치 (1904a) 는 도 2a 를 참조하여 설명된 바와 같은 무선 전력 전송 회로 (220) 에 대응할 수도 있다 (예를 들어, 그리고 특히 도 2b 에 도시된 무선 전력 송신 구조 (224) 를 통합한다). 2 개의 전기 차량들에 대한 공간들은 대응하는 베이스 무선 전력 충전 장치들 (1904a 및 1904b) 위에 주차될 주차 에어리어로 예시된다. 일부 구현들에서, 로컬 분포 센터 (1906) 는 전력 백본 (1908) 에 연결되고 교류 (AC) 또는 직류 (DC) 공급을 전력 링크 (1910) 를 통해 베이스 무선 전력 전송 장치들 (1904a 및 1904b) 에 제공하도록 구성될 수도 있다. 베이스 무선 전력 전송 장치들 (1904a 및 1904b) 의 각각은 또한 전력을 무선으로 전송하기 위한 베이스-측 코일 (1912a 및 1912b) 을 포함한다. 베이스-측 코일 (1912a 및 1912b) 은 도 2a 및 도 2b 를 참조하여 설명된 바와 같은 베이스 무선 전력 송신 구조 (224) 의 코일 (226) 에 대응할 수도 있다. 상기 설명된 바와 같이, 도 1 내지 도 18 에 대하여 상기 설명된 물체 검출 회로들 중 임의의 것은, 베이스 무선 전력 전송 장치들 (1904a 및 1904b) 에 통합될 수도 있다 (또는 마찬가지로 물체 검출 회로들의 소정의 또는 모든 양태들은 차량 측에서 전기 차량 무선 충전 유닛 (1918) 으로 구현될 수도 있다).
전기 차량 (1902) 은 배터리 유닛 (1914), 전기 차량-측 코일 (1916), 및 전기 차량 무선 충전 유닛 (1918) 을 포함할 수도 있다. 전기 차량 코일 (1916) 은 도 2b 를 참조하여 무선 전력 수신 구조 (260) 의 코일 (266) 에 대응할 수도 있다. 전기 차량 무선 충전 장치는 도 2a 의 무선 전력 전송 회로 (220) 에 대응할 수도 있다 (예를 들어, 그리고 특히 도 2b 에 도시된 무선 전력 수신 구조 (260) 를 통합한다).
차량-측 코일 (1916) 은 차량-측 코일 (1916) 이 베이스-측 코일 (1912a 또는 1912b) 에 의해 생성된 전자기장에 위치될 때 전력을 수신할 수도 있다. 그 장은 베이스-측 코일 (1912a) 에 의해 출력된 에너지가 차량-측 코일 (1916) 에 의해 캡처될 수도 있는 영역에 대응할 수도 있다. 예를 들어, 베이스-측 코일 (1912a) 에 의해 출력된 에너지는 전기 차량 (1902) 을 충전 또는 전력공급하는데 충분한 레벨에 있을 수도 있다.
일부 구현들에서, 전기 차량 코일 (1916) 은, 예를 들어, 베이스 코일 (1912a) 과 정렬될 수도 있고, 따라서 전기 차량 코일 (1916) 이 베이스 코일 (1912a) 에 대해 충분히 정렬되도록 단순히 전기 차량 (1902) 을 포지셔닝하는 전기 차량 오퍼레이터에 의해 근접장 영역 내에 배치될 수도 있다.
베이스 무선 충전 유닛들 (예를 들어, 1904a) 은 다양한 위치들에 위치될 수도 있다. 비-한정적인 예들로서, 일부 적합한 위치들은 전기 차량 (1902) 소유자의 집의 주차 에어리어, 종래의 석유 기반 주유소들 이후에 모델링된 전기 차량 무선 충전을 위해 예비된 주차 에어리어들, 및 쇼핑 센터들 및 근무 장소들과 같은 다른 위치들에서의 주차장들을 포함한다.
전기 차량들을 무선으로 충전하는 것은 다수의 이점들을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 충전은 자동적으로, 사실상 운전자 개입 및 조작들 없이 수행될 수도 있고, 이에 의해 사용자에 대한 편리성을 개선할 수도 있다. 또한, 어떠한 노출된 전기적 접촉들도 없고 어떠한 기계적 마모도 없을 수도 있고, 이에 의해 무선 전력 전송 시스템 (1900) 의 신뢰성을 개선할 수도 있다. 케이블들 및 커넥터들로의 조작들은 필요하지 않을 수도 있으며, 야외 환경에서 수분에 노출될 케이블들, 플러그들, 또는 소켓들이 존재하지 않을 수도 있기 때문에 안전성이 개선될 수도 있다. 또한, 가시적이거나 또는 액세스가능한 소켓들, 케이블들, 및 플러그들이 존재하지 않을 수도 있고, 이에 의해, 전력 충전 디바이스들의 잠재적인 파괴를 감소시킬 수도 있다. 추가로, 전기 차량 (1902) 이 전력 그리드를 안정화하기 위해 분포된 저장 디바이스들로서 사용될 수도 있기 때문에, 편리한 도킹-투-그리드 솔루션이 차량-투-그리드 (V2G) 동작을 위한 차량들의 이용가능성을 증가시키는 것을 도울 수도 있다.
도 20 은 도 19 의 무선 전력 전송 시스템 (1900) 의 부분일 수도 있는 무선 전력 전송 시스템 (2000) 의 예시적인 구현을 예시하는 개략도이다. 도 20 의 무선 전력 전송 시스템 (2000) 은 무선 전력 송신 회로 (2002) 를 포함한다. 무선 전력 송신 회로는 인덕턴스 L 1 를 갖는 송신 코일 (2006) 을 포함하는 송신 공진 회로 (2004) 를 포함한다. 송신 코일 (2006) 은 도 2a 또는 도 2b 를 참조하여 무선 전력 전송 코일 (226) 에 대응할 수도 있다.
무선 전력 전송 시스템 (2000) 은 무선 전력 수신 회로 (2010) 를 더 포함한다. 무선 전력 수신 회로 (2010) 는 인덕턴스 L 2 를 갖는 수신 코일 (2014) 을 포함하는 수신 공진 회로 (2012) 를 포함한다. 수신 코일 (2014) 은 도 2b 를 참조하여 무선 전력 전송 코일 (266) 에 대응할 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 구현들은, (예를 들어, 송신 공진 회로 (2004) 및 수신 공진 회로 (2012) 양자 모두가 공통 공진 주파수로 실질적으로 튜닝되는) 자기 또는 전자기 근접장을 통해 프라이머리 구조 (송신기) 로부터 세컨더리 구조 (수신기) 로 에너지를 보다 효율적으로 커플링할 수 있는 공진 구조를 형성하는 용량성으로 로딩된 전도체 루프들 (예를 들어, 멀티-턴 코일들) 을 사용할 수도 있다. 에너지를 커플링하기 위한 공진 구조들을 사용하는 것은 "자기적으로 커플링된 공진", "전자기적으로 커플링된 공진", 및/또는 "공진 유도" 로 지칭될 수도 있다.
도 20 을 참조하면, 전압 V S 을 갖는 전력 공급부 (2022) (예를 들어, AC 또는 DC) 는 전력 P S 을 송신 전력 변환 회로 (2016) 에 공급한다. 일부 구현들에서, 송신 전력 변환 회로 (2016) 는 전력을 표준 메인 AC 로부터 적합한 DC 전압 레벨의 DC 전력으로 변환하도록 구성된 AC-DC 변환기, 및 DC 전력을 무선 고 전력 전송에 적합한 동작 주파수 
(예를 들어, 85 kHz) 의 전력으로 변환하도록 구성된 DC-AC 주파수 변환기와 같은 회로부를 포함한다. 일부 구현들에서, 송신 전력 변환 회로 (2016) 는 전력 공급부 (2022) 로부터 인출된 전류 I S, 송신 공진 회로 (2004) 내의 전류 I 1, 송신 공진 회로 (2004) 에 걸리는 전압 V 1, 및 송신 공진 회로 (2004) 에 공급된 전력 P 1 을 조절하기 위한 다른 회로부 중에서 인터버를 포함한다. 송신 공진 회로 (2004) 는 실질적으로 동작 주파수 
에서 송신 코일 (2006) 의 리액턴스를 보상하기 위해 송신 코일 (2006) 과 직렬로 커패시턴스 C 1 를 갖는 튜닝 커패시터 (2008) 를 포함한다. 전류 I 1 에 의해 여기될 때, 송신 코일 (2006) 은 동작 주파수 
에서 자기장을 생성한다.
송신 공진 회로 (2004) 가 직렬-튜닝되는 것으로 도시되지만, 이는 오직 하나의 예시적인 구현일 뿐인 것으로 고려되어야 한다. 공진 회로들 (2004a, 2004b, 및 2004c) 은 병렬 튜닝된, 병렬 직렬 튜닝된 등등의 다른 공진 토폴로지들의 단지 몇몇 예들만을 제공한다. 다른 구현들은 (예를 들어, 필터링/매칭 및 다른 토폴로지들 - 예를 들어, LCL-토폴로지 등을 형성하기 위한 다른 목적들을 위해) 추가 커패시터들 또는 추가적인 인덕터들과 같은 추가 리액티브 컴포넌트들을 사용할 수도 있다. 송신 코일 (2006) 은 송신 전력 변환 회로 (2016) 로부터 전력 P 1 을 수신하고 (예를 들어, AC 전류는 송신 코일 (2006) 로 구동된다) 무선 전력 수신 회로 (2018) 에 연결된 로드를 충전 또는 전력공급하기에 충분한 레벨에서 전력을 무선으로 송신한다. 예를 들어, 송신 코일 (2006) 에 의해 무선으로 제공된 전력의 레벨은 대략 수 킬로와트 (kW) (예를 들어, 1 kW 내지 110 kW 의 어디든, 그렇지만 실제 레벨들은 더 높거나 또는 더 낮을 수도 있다) 일 수도 있다.
수신 코일 (2014) 은 송신 코일 (2006) 의 근거리장 내에 포지셔닝될 수도 있다. 이 경우에, 송신 코일 (2006) 및 수신 코일 (2014) 은 전력이 송신 코일 (2006) 로부터 수신 코일 (2014) 로 무선으로 전송될 수도 있도록 서로에 (예를 들어, 자기장을 통해) 무선으로 커플링될 수도 있다.
커패시턴스 C 2 를 갖는 튜닝 커패시터 (2020) (예를 들어, 직렬 커패시터) 는 동작 주파수 
에서 실질적으로 공진하는 인덕턴스 L 2 를 갖는 수신 코일 (2014) 과 수신 공진 회로 (2004) 를 형성하기 위해 제공될 수도 있다. 직렬-튜닝된 수신 공진 회로 (2012) 는 예시적인 것으로 해석되어야 하며 다른 공진 토폴로지들이 송신 공진 회로 (2004) 에 대하여 (예를 들어, 병렬 또는 직렬 토폴로지의 임의의 조합을 형성하기 위한 공진 회로들 (2004a, 2004b, 및 2004c) 에 대하여) 설명된 바와 유사하게 사용될 수도 있다.
도 20 은 또한, 수직 분리 (z) 및 수평 변위 (x,y) 의 함수인 커플링 계수 k(x,y,z) 를 갖는 송신 코일 (2006) 과 수신 코일 (2014) 사이의 자기장 커플링을 표시한다. 송신 코일 (2006) 에 충분히 커플링되면, 수신 공진 회로 (2012) 는 무선 전력 수신 회로 (2010) 의 전력 변환 회로 (2018) 를 수신하기 위해 전력 P 2 을 수신 및 제공한다. 수신 공진 회로 (2012) 에서의 전기 전류는 I 2 에 의해 표현되고, 수신 공진 회로 (2012) 에 걸리는 전압은 V 2 에 의해 표현된다.
수신 전력 변환 회로 (2016) 는 다른 것들 중에서도, 동작 주파수의 전력을 다시 배터리 유닛을 나타낼 수도 있는 로드 (2040) 의 전압 V L 의 DC 전력으로 변환하도록 구성된 AC-DC 변환기를 포함할 수도 있다. 일부 구현들에서, 수신 전력 변환 회로 (2018) 는 수신 코일 (2014) 내의 전류 I 2, 수신 공진 회로 (2012) 에 걸리는 전압 V 2, 로드 (2040) 에 공급된 전류 I L 및 전력 P L 을 조절하기 위한 다른 회로부 (예를 들어, DC-DC 변환기) 중에서 정류기를 포함한다.
송신 전력 변환 회로 (2016) 및/또는 송신 공진 회로 (2004) 는 송신 공진 회로 (2004) 와 송신 전력 변환 회로 (2016) 사이의 임피던스들을 매칭하고 다른 필터 함수들 (예를 들어, 고조파 필터링) 을 제공하도록 구성된 다른 매칭 및/또는 필터 회로부를 더 포함할 수도 있다. 적절한 전류/전압으로 송신 코일 (2006) 을 구동하기 위한 다른 증폭기들/발진기들 및 다른 회로부가 또한 고려된다. 마찬가지로, 수신 전력 변환 회로 (2018) 및/또는 수신 공진 회로 (2012) 는 또한 유사한 매칭 및/또는 필터 회로부를 포함할 수도 있다.
용어 "코일" 이 위에서 사용되지만, 송신 코일 (2006) 및 수신 코일 (2014) 은 또한 다른 형태들의 전력 전송 엘리먼트들에 대응할 수도 있다. 이와 같이, 용어 "코일" 은 다른 "코일" 에 커플링하기 위한 에너지를 무선으로 출력 또는 수신할 수도 있는 컴포넌트를 지칭하도록 의도된다. 그러나, 특정 예시적인 구현들에서, 송신 코일 (2006) 및 수신 코일 (2014) 은 와이어 (예를 들어, Litz 와이어) 의 코일들로서 구성되고 "전도체 루프들", 및 보다 구체적으로, "멀티-턴 전도체 루프들" 로서 구성된다.
예가 전기 차량 충전 시스템의 부분인 것으로 본 명세서에서 설명되는 구현들에 대해 제공되지만, 도 1 내지 도 20 을 참조하여 설명된 다른 이들 기법들/구현들이 다른 애플리케이션들을 위해 사용될 수도 있다.
상기 설명된 방법들의 다양한 동작들은 대응하는 기능들을 수행 가능한 임의의 적합한 수단에 의해 수행될 수도 있다. 수단은 회로, 주문형 집적 회로 (ASIC), 또는 프로세서를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트(들) 및/또는 모듈(들)을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 도면들에 예시된 동작들이 있는 경우, 그 동작들은 유사한 넘버링으로 대응하는 상대 수단 플러스 기능 컴포넌트들을 가질 수도 있다.
본 개시와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), ASIC, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA) 또는 다른 프로그래밍가능 로직 디바이스 (PLD), 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안으로, 프로세서는 임의의 상업적으로 이용가능한 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 프로세서는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서 구현될 수도 있다.
본 명세서에서 개시된 방법들은 설명된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계들 또는 액션들을 포함한다. 방법 단계들 및/또는 액션들은 청구항들의 범위로부터 일탈함 없이 서로 교환될 수도 있다. 다시 말해서, 단계들 또는 액션들의 특정 순서가 특정되면, 특정 단계들 및/또는 액션들의 순서 및/또는 사용은 청구항들의 범위로부터 일탈함 없이 수정될 수도 있다.
설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합에서 구현될 수도 있다. 하드웨어에서 구현되면, 예시적인 하드웨어 구성은 무선 노드에 프로세싱 시스템을 포함할 수도 있다. 프로세싱 시스템은 버스 아키텍처로 구현될 수도 있다. 버스는 전체 설계 제약들 및 프로세싱 시스템의 특정 애플리케이션에 따라 임의의 수의 상호연결 버스들 및 브리지들을 포함할 수도 있다. 버스는 프로세서, 머신 판독가능 매체들, 및 버스 인터페이스를 포함한 다양한 회로들을 함께 링크할 수도 있다. 버스 인터페이스는 다른 것들 중에서도, 네트워크 어댑터를 버스를 통해 프로세싱 시스템에 연결하는데 사용될 수도 있다. 버스는 또한, 타이밍 소스들, 주변기기들, 전압 레귤레이터들, 전력 관리 회로들 등과 같은 다양한 다른 회로들을 링크할 수도 있다.
요지는 구조적 특징들 또는 방법론적 동작들에 특정적인 언어로 설명되었지만, 첨부된 청구항들에서 정의된 요지는 특징들이 배열되는 조직들 또는 동작들이 수행되는 순서에 반드시 한정되는 것은 아님을 포함하여, 상기 설명된 특정 특징들 또는 동작들에 반드시 한정되는 것은 아님이 이해되어야 한다.
Claims (30)
- 물체를 검출하기 위한 장치로서,
전력-전송 시스템 내의 복수의 감지 코일들;
상기 복수의 감지 코일들에 전기적으로 연결되고 상기 복수의 감지 코일들의 각각의 감지 코일에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하도록 구성된 구동 회로부;
검출 회로를 포함하고,
상기 검출 회로는,
상기 구동 회로부에 의한 상기 복수의 감지 코일들의 각각의 감지 코일에 대한 상기 동작 주파수에서의 상기 신호의 선택적 인가에 기초하여 상기 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 샘플 값들을 생성하고; 그리고
상기 전력-전송 시스템에 의한 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 상기 하나 이상의 샘플 값들의 프로세싱과 연관된 파라미터를 조정하도록 구성된, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 파라미터는 샘플링 모드에 대응하는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 샘플 값들 중 하나 이상은, 상기 전력 전송이 인액티브인 것으로 결정하는 것에 응답하여 평균화되는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 파라미터는, 상기 하나 이상의 샘플 값들에 의해 표시된 바와 같은 상기 물체가 존재하는 시간량 또는 샘플 레이트 중 적어도 하나 또는 이들의 조합에 대응하는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 검출 회로는 이상치 캔슬레이션 필터 (outlier cancellation filter) 를 포함하고, 상기 파라미터는 상기 이상치 캔슬레이션 필터의 필터 길이를 포함하는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 필터 길이는, 전력 전송이 인액티브인 것으로 결정하는 것에 응답하여 증가되는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 파라미터는 상기 하나 이상의 샘플 값들을 생성하기 위한 샘플링 레이트를 포함하고; 그리고
상기 검출 회로는, 상기 전력-전송 시스템에 의한 상기 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 상기 하나 이상의 샘플 값들을 생성하기 위한 상기 샘플링 레이트를 조정하도록 추가로 구성되는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 검출 회로는 시간 윈도우 내에 있는 상기 하나 이상의 샘플 값들 중 하나 이상을 캔슬 아웃하도록 구성된 이상치 캔슬레이션 필터를 포함하고; 그리고
상기 시간 윈도우의 길이는, 상기 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 물체를 검출하기 위한 방법으로서,
전력-전송 시스템의 복수의 감지 코일들의 각각의 감지 코일에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하는 단계;
상기 복수의 감지 코일들의 각각의 감지 코일에 대한 상기 동작 주파수에서의 상기 신호의 선택적 인가에 기초하여 상기 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 샘플 값들을 생성하는 단계; 및
상기 전력-전송 시스템에 의한 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 상기 하나 이상의 샘플 값들의 프로세싱과 연관된 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는, 물체를 검출하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 파라미터는 샘플링 모드에 대응하는, 물체를 검출하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 전력 전송이 인액티브인 것으로 결정하는 것에 응답하여 하나 이상의 샘플 값들을 평균화하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 파라미터는, 상기 하나 이상의 샘플 값들에 의해 표시된 바와 같은 상기 물체가 존재하는 시간량 또는 샘플 레이트 중 적어도 하나 또는 이들의 조합에 대응하는, 물체를 검출하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초한 길이를 갖는 시간 윈도우 내에 있는 상기 샘플 값들 중 하나 이상을 캔슬 아웃하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 전력 전송이 인액티브인 것으로 결정하는 단계; 및
상기 전력 전송이 인액티브인 것으로 결정하는 것에 응답하여, 이상치 캔슬레이션 필터의 필터 길이를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 파라미터는 상기 하나 이상의 샘플 값들을 생성하기 위한 샘플 레이트를 포함하고; 그리고
상기 방법은, 상기 전력-전송 시스템에 의한 상기 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 상기 하나 이상의 샘플 값들을 생성하기 위한 상기 샘플 레이트를 조정하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하기 위한 방법. - 물체를 검출하기 위한 장치로서,
전력-전송 시스템 내의 복수의 감지 코일들;
상기 복수의 감지 코일들에 전기적으로 연결되고 상기 복수의 감지 코일들의 각각의 감지 코일에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하도록 구성된 구동 회로부;
검출 회로를 포함하고,
상기 검출 회로는,
상기 복수의 감지 코일들의 각각의 감지 코일에 대한 상기 동작 주파수에서의 상기 신호의 선택적 인가에 기초하여 상기 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 값들을 생성하고;
상기 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값을 메모리에 저장하고;
정전 이벤트 (power outage event) 를 검출하는 것에 응답하여, 또는
상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값이 상기 메모리에 저장되는지 여부를 결정하는 초기화 시퀀스의 부분으로서,
상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값과 상기 하나 이상의 값들 중 적어도 다른 값을 비교하고; 그리고
상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값과 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 다른 값의 비교에 적어도 기초하여 상기 물체가 상기 복수의 감지 코일들 중 적어도 하나의 감지 코일에 근접한지 여부를 결정하도록 구성된, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 검출 회로는 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값과 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 다른 값 간의 차이와 임계치 입력을 비교하도록 구성되는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 검출 회로는, 상기 차이가 임계치 파라미터보다 더 큰 것에 응답하여 상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값을 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 다른 값으로 업데이트하도록 추가로 구성되는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 메모리는 비휘발성 메모리를 포함하는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 검출 회로는, 상기 초기화 시퀀스의 부분으로서:
임계치 검출기 회로의 출력들의 레이트를 결정하고;
상기 물체가 상기 복수의 감지 코일들에 근접한지 여부를 검출하기 위해 시간 윈도우 내의 상기 출력들의 레이트를 상기 시간 윈도우 내의 미리 결정된 레이트 한계에 대해 체크하도록 추가로 구성되는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 20 항에 있어서,
상기 출력들의 레이트가 상기 미리 결정된 레이트 한계보다 더 작으면, 상기 검출 회로는 이물질 검출 시스템의 동작을 재개할 수 있게 하는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 제 17 항에 있어서,
출력들의 레이트가 미리 결정된 레이트 한계보다 더 크면, 상기 검출 회로는 상기 물체의 검출을 트리거하는, 물체를 검출하기 위한 장치. - 물체를 검출하는 방법으로서,
전력-전송 시스템의 복수의 감지 코일들의 각각의 감지 코일에 동작 주파수에서의 신호를 선택적으로 인가하는 단계;
상기 복수의 감지 코일들의 각각의 감지 코일에 대한 상기 동작 주파수에서의 상기 신호의 선택적 인가에 기초하여 상기 복수의 감지 코일들 중 하나 이상의 감지 코일들에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 값들을 생성하는 단계;
상기 하나 이상의 값들 중 적어도 하나의 값을 메모리에 저장하는 단계;
정전 이벤트를 검출하는 것에 응답하여, 또는
상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값이 상기 메모리에 저장되는지 여부를 결정하는 초기화 시퀀스의 부분으로서,
상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값과 상기 하나 이상의 값들 중 적어도 다른 값을 비교하는 단계; 및
상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값과 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 다른 값의 비교에 적어도 기초하여 상기 물체가 상기 복수의 감지 코일들 중 적어도 하나의 감지 코일에 근접한지 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 물체를 검출하는 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값과 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 다른 값 간의 차이와 임계치 파라미터를 비교하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 차이가 상기 임계치 파라미터보다 더 큰 것에 응답하여 상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 하나의 값을 상기 하나 이상의 값들 중 상기 적어도 다른 값으로 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 초기화 시퀀스의 부분으로서,
임계치 검출기 회로의 출력들의 레이트를 결정하는 단계;
금속 물체가 상기 복수의 감지 코일들에 근접한지 여부를 검출하기 위해 시간 윈도우 내의 상기 출력들의 레이트를 상기 시간 윈도우 내의 미리 결정된 레이트 한계에 대해 체크하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 출력들의 레이트가 상기 미리 결정된 레이트 한계보다 더 작으면, 이물질 검출 시스템의 동작을 재개할 수 있게 하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법. - 제 23 항에 있어서,
출력들의 레이트가 미리 결정된 레이트 한계보다 더 크면, 금속 물체의 검출을 트리거하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 메모리는 비휘발성 메모리를 포함하는, 물체를 검출하는 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 복수의 감지 코일들의 각각의 감지 코일에서의 임피던스를 나타내는 하나 이상의 샘플 값들을 생성하는 단계;
상기 전력-전송 시스템에 의한 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초하여 상기 하나 이상의 샘플 값들을 생성하기 위한 샘플링 레이트를 조정하는 단계; 및
상기 전력 전송이 액티브인지 또는 인액티브인지에 기초한 길이를 갖는 시간 윈도우 내에 있는 상기 하나 이상의 샘플 값들 중 하나 이상을 캔슬 아웃하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법.
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