CN104620511A - 无线发射器的静态调谐 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种用于无线发射器的静态调谐的方法及装置。在一些方面中，天线电路可位于电路板上，且经配置以产生无线场且以谐振频率谐振。调谐信号施加到天线电路以驱动所述天线电路。检测所述天线电路的所述谐振频率的信号，且基于所述所检测信号确定调整值。基于所述调整值调整可变电抗组件的电抗以将所述谐振频率维持在小于所述所检测谐振频率的第一频率与大于所述所检测谐振频率的第二频率之间的范围内。

Description

无线发射器的静态调谐
技术领域
本发明是针对用于无线发射器的静态调谐的方法及***。
背景技术
越来越多数目及种类的电子装置经由可再充电电池供电。此类装置包含移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机***装置、通信装置(例如，蓝牙装置)、数码相机、助听器，及其类似者。虽然电池技术已得到改进，但电池供电的电子装置越来越需要且消耗更大量的电力，因此常常需要再充电。可再充电装置常常经由有线连接通过物理地连接到电力供应器的电缆或其它类似连接器充电。电缆及类似连接器有时可能不方便或繁琐，且具有其它缺点。能够在用以为可再充电电子装置充电或向电子装置提供电力的自由空间中传送电力的无线充电***可克服有线充电解决方案的一些不足。由此，向电子装置有效且安全地传送电力的无线充电***及方法是合乎需要的。
发明内容
在所附权利要求书的范围内的***、方法及装置的各种实施方案各自具有若干方面，其中的单个方面并不单独负责本文所描述的所要属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，本文描述一些显要特征。
在附图及以下描述中阐述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面及优点将从描述、图及权利要求书变得显而易见。应注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。
附图说明
图1是根据本发明的实施方案的示范性无线电力传送***的功能框图。
图2是根据本发明的各种实施方案的可在图1的无线电力传送***中使用的示范性组件的功能框图。
图3是根据本发明的实施方案的图2的包含发射或接收天线的发射电路或接收电路的一部分的示意图。
图4是根据本发明的实施方案的可在图1的无线电力传送***中使用的发射器的功能框图。
图5是根据本发明的实施方案的可在图1的无线电力传送***中使用的接收器的功能框图。
图6是可用于图4的发射电路中的发射电路的一部分的示意图。
图7说明根据一些实施方案的集成在电路板及校准电路上的天线电路。
图8说明根据一些实施方案的集成在电路板及校准电路上的天线电路。
图9是用于调整一个可变电抗组件的电抗的示范性方法的流程图。
图10是用于调整一个可变电抗组件的电抗的另一示例性方法示范性方法的流程图。
图11是根据一些实施方案的装置的功能框图。
图式中所说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，为了清楚起见可以任意扩大或缩小各种特征的尺寸。此外，图式中的一些可能并未描绘给定***、方法或装置的所有组件。最后，可在整个说明书及图式中使用相同的参考标号指代相同的特征。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细描述既定为本发明的示范性实施方案的描述且无意表示其中可实践本发明的仅有实施方案。在整个此描述中使用的术语“示范性”意指“充当实例、例子或说明”，且不一定应被解释为比其它示范性实施方案优选或有利。出于提供对本发明的示范性实施方案的透彻理解的目的，所述详细描述包含具体细节。在一些情况下，以框图形式展示一些装置。
无线地传送电力可指将与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量从发射器传送到接收器，而不使用物理电导体(例如，可通过自由空间来传送电力)。输出到无线场(例如，磁场)中的电力可由“接收天线”接收、俘获或耦合以实现电力传送。电力输出电平及传送效率足以为接收装置的负载(例如可再充电电池，或其类似者)充电。
图1是根据本发明的实施方案的示范性无线电力传送***100的功能框图。输入电力102可从电源(未展示)提供到发射器104以用于产生用于提供能量传送的场105。接收器108可耦合到所述场105，且产生输出电力110供耦合到输出电力110的装置(未展示)存储或消耗。发射器104与接收器108两者隔开距离112。在一个示范性实施方案中，发射器104及接收器108根据相互谐振关系而配置。当接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率实质上相同或极为接近时，发射器104与接收器108之间的发射损失极小。由此，与可能需要大线圈的纯电感解决方案(需要线圈极接近(例如，几毫米))相比，可经由较大距离提供无线电力传送。谐振感应耦合技术因此可允许在各种距离上且利用多种感应线圈配置的改善的效率及电力传送。
接收器108可在接收器108位于由发射器104产生的能量场105中时接收电力。场105对应于其中由发射器104输出的能量可由接收器105俘获的区。在一些情况下，场105可对应于发射器104的“近场”，如下文将进一步描述。发射器104可包含用于输出能量发射的发射天线114。接收器108进一步包含用于接收或俘获来自能量发射的能量的接收天线118。近场可对应于其中存在由发射天线114中的最低限度地辐射电力远离所述发射天线114的电流及电荷而产生的强反应性场的区域。在一些情况下，近场可对应于在发射天线114的约一个波长(或其部分)内的区域。发射天线114及接收天线118根据应用及待与其相关联的装置而设定大小。如上所述，有效能量传送可通过将发射天线114的场105中的大部分能量耦合到接收天线118而非在电磁波中将大多数能量传播到所述远场而发生。当定位在场105内时，在发射天线114与接收天线118之间可形成“耦合模式”。发射天线114及接收天线118周围的其中可发生此耦合的区域在本文中被称作耦合模式区。
图2是根据本发明的各种实施方案的可用于图1的无线电力传送***100中的示范性组件的功能框图。发射器204可包含发射电路206，其可包含振荡器222、驱动电路224及滤波与匹配电路226。振荡器222可经配置以产生期望频率(例如468.75kHz、6.78MHz或13.56MHz)下的信号，所述期望频率可以响应于频率控制信号223来调整。可将振荡器信号提供到经配置以在(例如)发射天线214的谐振频率下驱动发射天线214的驱动电路224。驱动电路224可以是经配置以从振荡器222接收方波并且输出正弦波的切换放大器。举例来说，驱动电路224可以是E类放大器。还可包含滤波与匹配电路226以滤出谐波或其它不必要的频率，且将发射器204的阻抗匹配到发射天线214。
接收器208可包含接收电路210，其可包含匹配电路232及整流器与切换电路234以产生从AC电力输入输出的直流电源，以便为如图2中所示的电池236充电，或者为耦合到接收器108的装置(未展示)供电。可包含匹配电路232以将接收电路210的阻抗匹配到接收天线218。接收器208及发射器204可以另外在分开的通信信道219(例如，蓝牙、紫蜂、蜂窝式等)上通信。接收器208及发射器204可以或者使用无线场206的特性经由带内信令通信。
如下文更详细地描述，最初可具有相关联负载(例如，电池236)的接收器208可经配置以确定由发射器204发射及由接收器208接收的电力的量是否适合于为电池236充电。所述负载(例如，电池236)可经配置以选择性地耦合到接收器208。接收器208可经配置以在确定电力量适当之后即刻启用负载(例如，电池236)。在一些实施方案中，接收器208可经配置以直接利用从无线电力传送场接收的电力而不对电池组236充电。举例来说，例如近场通信(NFC)或射频识别装置(RFED)等通信装置可经配置以通过与无线电力传送场交互及/或利用所接收电力与发射器204或其它装置通信来从无线电力传送场接收电力并进行通信。
图3是根据本发明的示范性实施方案的图2的包含发射或接收天线352的发射电路206或接收电路210的一部分的示意图。如图3中所说明，用于示范性实施方案中的发射或接收电路350可包含线圈352。所述线圈352还可称为或配置为“环形”天线352。线圈352还可在本文称为或配置为“磁性”天线或感应线圈。术语“线圈”既定指的是可以无线方式输出或接收用于耦合到另一“线圈”的能量的组件。线圈也可被称作其经配置而以无线方式输出或接收电力的类型的“天线”。线圈352可经配置以包含空气芯或物理芯，例如铁氧体芯(未展示)。空气芯环状线圈可以在更大程度上容受放置在芯的附近的外来物理装置。此外，空气芯环形线圈352允许将其它组件放置在芯区域内。另外，空气芯环可更易于使得能够将接收天线218(图2)放置于发射天线214(图2)的平面内，在所述平面处，发射天线214(图2)的耦合模式区可更强大。
如上所述，在发射器104与接收器108之间匹配或几乎匹配的谐振期间，可以发生发射器104与接收器108之间的高效能量传送。但是，即使当发射器104与接收器108之间的谐振不匹配时，也可以传送能量，只不过效率可能会受到影响。能量传送的发生是通过将能量从发射天线的场105耦合到驻留在其中建立此场105的区域中的接收天线，而不是将能量从发射天线传播到自由空间中。
环形或磁性天线的谐振频率是基于电感及电容。电感可以简单地就是线圈352产生的电感，而电容可以添加到线圈的电感中以形成期望谐振频率下的谐振结构。作为非限制性实例，电容器352及电容器354可以添加到发射或接收电路350以形成在谐振频率下选择信号356的谐振电路。因此，对于较大直径的线圈，持续谐振所需的电容的大小可以随着环的直径或电感的增加而减小。此外，随着线圈的直径增加，近场的高效能量传送区域可以增加。使用其它组件形成的其它谐振电路也是可能的。作为另一非限制性实例，可将电容器平行放置在天线350的两终端之间。对于发射天线，频率实质上对应于线圈352的谐振频率的信号358可输入到线圈352。
在一个实施方案中，发射器104可经配置以输出频率对应于发射天线114的谐振频率的时变磁场。当接收器在场105内时，时变磁场可引发接收天线118中的电流。如上所述，如果接收天线118经配置以在发射天线118的频率下谐振，那么可有效地传送能量。可以如上文所描述将在接收天线118中感应的AC信号整流以产生可经提供以为负载充电或供电的DC信号。
图4是根据本发明的示范性实施方案的可在图1的无线电力传送***中使用的发射器404的功能框图。发射器404可包含发射电路406及发射天线414。发射天线414可为如图3中所示的线圈352。发射电路406可通过提供振荡信号而将RF电力提供到发射天线414，从而导致在发射天线414周围产生能量(例如，磁通量)。发射器404可在任何合适频率下操作。举例来说，发射器404可在13.56MHz的ISM频带下操作。
发射电路406可包含：固定阻抗匹配电路409，其用于将发射电路406的阻抗(例如，50欧姆)匹配到发射天线414；及低通滤波器(LPF)408，其经配置以将谐波发射降低到防止耦合到接收器108(图1)的装置的自干扰的电平。其它示范性实施方案可包含不同滤波器拓扑，包含但不限于使特定频率衰减同时传递其它频率且可包含自适应阻抗匹配的陷波过滤器，所述自适应阻抗匹配可基于可测量的发射度量(例如到天线414的输出电力或由驱动器电路424汲取的DC电流)而变化。发射电路406进一步包含经配置以驱动如由振荡器423确定的RF信号的驱动器电路424。发射电路406可包括离散装置或电路，或替代地可包括集成组合件。来自发射天线414的示范性RF电力输出可为约2.5瓦。
发射电路406可进一步包含控制器415，其用于在特定接收器的发射阶段(或工作循环)期间选择性启用振荡器423，用于调整振荡器423的频率或相位，及用于调整输出功率电平以用于实施通信协议以便通过其附接的接收器与相邻装置交互。应注意，控制器415在本文中也可以被称作处理器415。振荡器相位及发射路径中的相关电路的调整可允许带外发射的减少，尤其当从一个频率转变到另一频率时。
发射电路406可进一步包括用于检测作用中接收器在由发射天线414产生的近场附近的存在与否的负载感测电路416。举例来说，负载感测电路416监视流动到驱动电路424的电流，所述电流可受到发射天线414所产生的场附近中主动接收器的存在或不存在的影响，为下文将进一步描述。控制器415监视驱动器电路424上的负荷变化的检测，用于确定是否启用振荡器423以便发射能量且与有源接收器通信。如下文较全面描述，在驱动器电路424处所量测的电流可用于确定是否有无效装置处在发射器404的无线电力传送区域内。
发射天线414可以用利兹线(Litz wire)实施，或者实施为具有经选择以使电阻损耗保持低的厚度、宽度及金属类型的天线条带。在一个实施方案中，发射天线414大体上可经配置以用于与较大结构(例如，桌子、垫子、灯或其它不太便携的配置)相关联。因此，发射天线414大体上可不需要“匝”以便具有实际尺寸。发射天线414的示范性实施方案可为“电学上较小的”(即，波长的分数)且经调谐以通过使用电容器界定谐振频率而在较低的可用频率下谐振。
发射器404可搜集且追踪关于可与发射器404相关联的接收器装置的行踪及状态的信息。因而，发射电路406可包含存在检测器480、封闭检测器460或其组合，所述检测器连接到控制器415(本文中也称为处理器)。控制器415可响应于来自存在检测器480及封闭检测器460的存在信号而调整由驱动电路424递送的电力量。发射器404可经由许多电源接收电力，所述电源例如为用以转换存在于建筑物中的常规AC电力的AC/DC转换器(未展示)、用以将常规DC电源转换成适合于发射器404的电压的DC/DC转换器(未展示)，或发射器可直接从常规DC电源(未展示)接收电力。
作为非限制性实例，存在检测器480可为用以感测***到发射器404的覆盖区域中的待充电装置的初始存在的运动检测器。在检测之后，发射器404可接通，且可使用由所述装置接收的RF电力来以预定方式双态触发RX装置上的开关，此又导致发射器404的驱动点阻抗的改变。
作为另一非限制性实例，存在检测器480可为能够例如通过红外线检测、运动检测或其它合适方式检测人的检测器。在一些示范性实施方案中，可能存在限制发射天线414可在特定频率下发射的电力量的法规。在一些情况下，这些规章有意保护人类免受电磁辐射影响。然而，可能存在发射天线414放置于不被人类占据或不频繁地被人类占据的区中的环境，例如车库、工厂车间、商店及其类似者。如果这些环境中没有人，那么可容许将发射天线414的电力输出增大到高于正常电力限制法规。换句话说，控制器415可响应于人的存在而将发射天线414的电力输出调整到法规水平或更低，且当人在距发射天线414的电磁场的法规距离外时将发射天线414的电力输出调整到高于法规水平的水平。
作为非限制性实例，封闭检测器460(在本文中还可被称作封闭隔室检测器或封闭空间检测器)可以是例如用于确定何时壳体处于关闭或打开状态的感测开关等装置。当发射器在处于封闭状态的外罩中时，可增加发射器的功率水平。
在示范性实施方案中，可使用发射器404并不无限地保持的方法。在此情况下，发射器404可经编程以在用户确定的时间量后关闭。此特征防止发射器404(特别是驱动器电路424)在其周边中的无线装置充满电之后继续操作。此事件可归因于所述电路未能检测到从中继器或接收天线(充满电的装置)发送的信号。为了防止发射器404在另一装置放置于其周边时自动切断，可仅在检测到其周边缺少运动的设定周期后才启动发射器404自动关闭特征。用户可能够确定不活动时间间隔，且在需要时改变所述不活动时间间隔。作为一非限制性实例，所述时间间隔可比在假定特定类型的无线装置最初完全放电的情况下充满所述装置所需的时间间隔长。
图5是根据本发明的示范性实施方案的可在图1的无线电力传送***中使用的接收器508的功能框图。接收器508包含可包含接收天线518的接收电路510。接收器508进一步耦合到装置550以向装置550提供所接收的电力。应注意，将接收器508说明为在装置550外部，但其可集成到装置550中。能量可无线传播到接收天线518且随后通过接收电路510的其余部分耦合到装置550。借助于实例，充电装置可包含例如移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机***装置、通信装置(例如，蓝牙装置)、数码相机、助听器(其它医疗装置)及类似者的装置。
接收天线518可经调谐以与发射天线414(图4)在相同频率下谐振或于在指定频率范围内的频率下谐振。接收天线518可与发射天线414类似地设计尺寸，或可基于相关联装置550的尺寸来不同地设计大小。举例来说，装置550可为具有比所述发射天线414的直径或长度小的直径或长度尺寸的便携式电子装置。在此实例中，接收天线518可实施为多匝天线，以便减少调谐电容器(未展示)的电容值，且增加接收天线的阻抗。举例来说，接收天线518可放置在装置550的实质性圆周周围以便最大化天线直径及减少接收天线518的环匝(即，绕组)的数目及绕组间电容。
接收电路510可提供对接收天线518的阻抗匹配。接收电路510包含用于将接收的RF能量源转换为供装置550使用的充电电力的电力转换电路506。电力转换电路506包括RF/DC转换器520，且还可包括DC/DC转换器522。RF/DC转换器520将在接收天线518接收的RF能量信号整流为具有由Vrect表示的输出电压的非交流电力。DC/DC转换器522(或其它电力调节器)将经整流的RF能量信号转换成能量电势(例如，电压)，其与具有由Vout及Iout表示的输出电压及输出电流的装置550兼容。预期各种RF/DC转换器，包括部分及全整流器、调节器、桥接器、倍增器以及线性及切换转换器。
接收电路510可进一步包括用于将接收天线518连接到电力转换电路506或者用于断开电力转换电路506的切换电路512。断开接收天线518与电力转换电路506不仅使装置550的充电暂停，而且改变发射器404(图2)所“看见”的“负载”。
如上文所揭示，发射器404包含负载感测电路416，其可检测提供到发射器驱动器电路424的偏置电流中的波动。因此，发射器404具有用于确定接收器何时存在于发射器的近场中的机制。
当多个接收器508存在于发射器的近场中时，可能需要对一或多个接收器的加载及卸载进行时间多路复用，以使其它接收器能够更高效地耦合到发射器。接收器508还可被隐匿以便消除到其它附近接收器的耦合或减小附近发射器上的加载。接收器的这个“卸载”在本文中也称为“隐匿”。此外，由接收器508控制且由发射器404检测的卸载与加载之间的此切换可提供从接收器508到发射器404的通信机制，如下文将更完全阐释的。另外，协议可与实现消息从接收器508到发射器404的发送的切换相关联。借助于实例，切换速度可为大约100微秒。
在示范性实施方案中，发射器404与接收器508之间的通信指代装置感测及充电控制机制而不是常规的双向通信(即，使用耦合场的带内信令)。换句话说，发射器404可使用对所发射信号的通/断键控来调整能量在近场中是否可供使用。接收器可将能量的这些改变解译为来自发射器404的消息。从接收器侧，接收器508可使用接收天线518的调谐及解调来调整正从所述场接受的电力量。在一些情况下，所述调谐及解调可经由切换电路512实现。发射器404可检测所使用的来自所述场的电力的此差，且将这些改变解译为来自接收器508的消息。注意，可利用对发射电力及负载行为的其它形式的调制。
接收电路510可进一步包含用以识别所接收能量波动的信令检测器与信标电路514，所述能量波动可对应于从发射器到接收器的信息信令。此外，信令与信标电路514还可用以检测减少的RF信号能量(即，信标信号)的发射，并将所述减少的RF信号能量整流为标称电力，以用于唤醒接收电路510内的未供电或耗尽电力的电路，以便配置接收电路510以进行无线充电。
接收电路510进一步包括用于协调本文所描述的接收器508的处理(包括对本文所描述的切换电路512的控制)的处理器516。接收器508的隐匿也可在其它事件(包括检测到向装置550提供充电电力的外部有线充电源(例如，壁式/USB电力))的发生之后即刻发生。除控制接收器的隐匿之外，处理器516还可监视信标电路514以确定信标状态并提取从发射器404发送的消息。处理器516还可调整DC/DC转换器522以便实现改进的性能。
图6为可用于图4的发射电路406中的发射电路600的一部分的示意图。发射电路600可包含如上文在图4中所述的驱动器电路624。如上所述，驱动器电路624可为可经配置以接收方波且输出待提供到发射电路650的正弦波的切换放大器。在一些情况下，驱动器电路624可被称为放大器电路。驱动器电路624展示为E类放大器，然而，任何合适驱动器电路624可与本发明的实施方案一起使用。驱动器电路624可由来自如图4中所示的振荡器423的输入信号602驱动。驱动器电路624还可具备驱动电压VD，其经配置以控制可通过发射电路650递送的最大电力。为消除或减小谐波，发射电路600可包含滤波器电路626。滤波器电路626可为三极(电容器634、电感器632，及电容器636)低通滤波器电路626。
由滤波器电路626输出的信号可提供到包括天线614的发射电路650。发射电路650可包含具有电容620及电感(例如，可归因于线圈的电感或电容或归因于额外电容器组件)的一系列谐振电路，其可在由驱动器电路624提供的经滤波信号的频率下谐振。发射电路650的负载可由可变电阻器622表示。所述负载可随经定位以从发射电路650接收电力的无线电力接收器508而变。
天线电路与包含对应电子装置的组件的电路板分开提供。举例来说，包含线圈的无线天线可改装为包含电池组的电子装置的一部分。经改装天线可放置在铁氧体背衬上且耦合到其它电路组件以实现电池的充电及/或近场通信(NFC)信号的接收。可基于对应电子装置的已知结构及经改装天线的放置来对经改装天线进行预先校准及预先调谐。结果，可根据每一特定电子装置对每一经改装天线进行预先校准及预先调谐。
在一些实施方案中，天线电路可实施于集成到包含不同结构配置的多个不同电子装置中的电路板上。在这些实施方案中，不同电子装置之间的结构变化可能导致相同天线电路在集成于不同电子装置中时的谐振频率的变化。举例来说，包含天线电路的电路板相对于第一电子装置的电池组的位置可能不同于电路板相对于具有不同结构规格的第二电子装置的电池组的位置(例如，归因于制造商、装置类型等等的变化)。谐振频率的变化可能导致集成于不同电子装置中的天线电路的性能差异。
图7说明根据一些实施方案的集成在电路板及校准电路上的天线电路。如图7中所示，铁氧体薄片702可放置在电路板700的层上。线圈701在电路板700及铁氧体薄片702上卷绕成平面。在一些实施方案中，线圈701可提供为空气芯天线，且可移除铁氧体薄片702。
尽管未展示，但电路板700包含用于与电子装置集成的其它组件。举例来说，电路板700可包含对应于经配置以待与电子装置集成的不同电路(例如，处理电路)的多个层。
如图7中所示，线圈701耦合到电容器704A、704B及705，所述各电容器与线圈701一起形成具有对应LC值及相关联谐振频率的谐振天线。校准电路706耦合到TX驱动端子710A及710B以及RX接收端子708A、708B。下文参考图8更详细地描述校准电路。
因为天线电路(例如，线圈701以及电容器704A、704B及705)集成于电路板700上，因此天线电路的性能及响应可基于容纳电路板700的装置的结构而变化。举例来说，如上文所论述，装置的外壳的厚度及电路板700相对于其它组件(例如电池组)的位置可改变天线电路的谐振频率。在一些实施方案中，校准电路706经配置以静态地调谐天线电路以便将谐振频率维持在预定范围内，如下文将参考图8更详细地论述。
图8说明根据一些实施方案的集成在电路板800及校准电路806上的天线电路。类似于图7的天线电路，图8中所示的天线电路包含电容器804A、804B、805及说明为等效电感器的线圈801。线圈801可提供于如图8中所示的铁氧体薄片802上，或可提供为空气心天线，如上文所论述。
校准电路806包含存储器862、控制器860、振荡器873及驱动器874。控制器860经配置以控制振荡器873产生驱动频率下的信号(例如，正弦信号)。来自振荡器873的信号用作经由端子810A及810B到驱动器874的输入以产生用于驱动天线电路的驱动信号。为校准天线电路，控制器860经配置以调整由振荡器873产生的信号以便以不同频率驱动天线电路。举例来说，在一些实施方案中，振荡器873可由控制器860控制以通过以增大或减小的频率将信号输出到驱动器而产生频率扫描。
校准电路806还包含检测器876、可变电容器809以及调谐电容器812A及812B。可变电容器809在校准电路806的端子808A及808B处并联连接到天线电路的接收路径，如图8中所示。如图8中所示，可变电容器809并联连接到天线电路的线圈801及电容器805两者，且可变电容器809的电容的变化可用以通过改变天线电路的LC常数而调整天线电路的谐振频率。另外，尽管说明为可变电容器809，但校准电路806可替代地包含可变电感器以调整天线电路的LC常数。
检测器876耦合到调谐电容器812A及812B，如图8中所示。检测器876可经配置以检测沿着接收信号路径的电流或电压中的一或多者。校准电路806经配置以使用RX及TX路径来测试天线电路，且在将电路板800集成到对应装置中之后的初始装置配置期间校准天线电路。如图8中所示，TX路径可对应于驱动信号路径(例如，NFC RF前端)，其经配置以经由输入驱动端子810A、810B将驱动信号施加到天线电路。RX路径可对应于天线电路的耦合到例如能量采集电路(未展示)的分接位置。在一些实施方案中，校准电路806可提供为无线电力发射器(例如，例如如上文参考图4所论述的无线电力发射器406)的部分。
校准电路806可施加频率扫描信号，且测量天线电路对所述频率扫描信号的响应。检测器876可检测RX路径端子808A及808b处的电压及电流中的一或多者以确定天线电路对所施加的频率扫描信号的响应。控制器860接收所检测到的电压或电流，且可基于所检测到的电压或电流确定调整值。举例来说，控制器860可经配置以比较所检测到的电压或电流与对应于特定天线电路的谐振操作的预定值。校准电路806可接着基于测量的响应与预定值的比较确定校准设定，且将所述校准设定存储在存储器862中。在一些实施方案中，调整值可基于特定天线电路及/或特定电子装置(例如，按照制造商产品代码)而预先存储在存储器862中。控制器860可经配置以基于所存储的调整值检索用于调整可变电容器809的调整值。在一些实施方案中，控制器860可经配置以基于所存储的调整值起始对天线电路的测试，以便导出更准确的调整值。
使用所存储的校准设定，控制器860可应用所述调整值来控制可变电容器809的电容。举例来说，所述调整值可对应于用于调谐校准电路806的可变电抗组件(例如可变电容器809)的递增调整。使用所述调整值，校准电路806经配置以调谐待设定于实质上谐振频率的天线电路。
在一些实施方案中，校准电路806经配置以对天线电路提供修整效应，使得天线电路的谐振频率保持在预定范围内。可变电容器809的电容可设定为实质上大于由无线发射器为动态调谐而提供的可变电抗组件的值。控制器860可设定可变电容器809的电容，使得天线电路的谐振频率处于由控制器860在施加测试信号之后确定的所检测谐振频率的范围内。举例来说，控制器860可基于在施加频率扫描期间所检测到的电流或电压确定天线电路的谐振频率为6.78MHz。控制器860可接着设定可变电容器809的电容，使得天线电路的进一步调整(例如，经由无线发射器的可变电抗组件的动态调谐)在以天线电路的所检测谐振频率为中心的窗口内。举例来说，可提供动态调谐，使得在经由无线发射器的动态调谐期间的最大调整处于所检测谐振频率(例如，6.78MHz)+/-7KHz的范围内。由校准电路806提供的静态(例如，粗糙)调整实现由无线电力发射器进行的进一步精细调整，以便在集成于电子装置中之后使天线电路以谐振频率操作。结果，可使用校准电路806调谐多天线电路设计以调整天线电路的谐振频率。
在一些实施方案中，在初始装置配置之后，例如在装置于电路板集成到装置之后即刻接通之后，即刻执行校准。另外，装置上资源的调度及分配可允许在天线电路的初始校准之后对***进行重新校准。
在一个实施例中，在从***排程器或任何其它相关且经授权组件或模块接收到至少一个校准或重新校准请求之后，校准装置806可即刻开始校准或重新校准过程。图9是展示用于调整一个可变电抗组件的电抗以校准或重新校准装置的示范性方法900的流程图。方法框902，其中校准装置806开始将调谐信号施加到天线电路700且驱动天线电路700。所述调谐信号是由振荡器873在控制器860的控制下产生。天线电路700可位于电路板800上，且经配置以产生无线场且以谐振频率谐振。图8说明将天线电路700集成到电路板800中的实例。在图9的框902之后，检测器876检测指示天线电路700的谐振频率的信号，如框904中所示。接下来，检测器876基于所检测信号确定调整值(框906)。在获得调整值之后，控制器860基于所述调整值调整可变电抗组件的电抗以将谐振频率维持在小于所检测谐振频率的第一频率与大于所检测谐振频率的第二频率之间的范围内，如框908中所示。在由控制器860完成此调整之后，完成对于此请求的校准或重新校准。
在另一实施例中，在从***调度或任何其它相关且经授权组件接收到至少一个校准或重新校准请求之后，校准装置806可即刻开始使用查找表方法的校准或重新校准程序。图10是用于使用此方法调整一个可变电抗组件的电抗的另一示范性方法的流程图。如图10中所说明，控制器860可从存储器862请求相关调整值。在其接收到所请求的调整值(如框1002中所示)之后，控制器860基于所述调整值调整可变电抗组件的电抗，以将谐振频率维持在小于所所检测谐振频率的第一频率与大于所检测谐振频率的第二频率之间的范围内，如框1004中所示。在一个实施例中，可在制造过程期间预先计算调整值并将其下载到存储器862。在另一实施例中，这些调整值经计算并存储于服务器中，且稍后控制器860可从服务器下载所述调整值，且在校准或重新校准之前将其下载到存储器862中。在另一实施例中，这些调整值可由控制器860累加并计算。在计算出这些调整值之后，控制器860将其存储到存储器862中。所述可变电抗组件可为任何相关可调整组件，例如可变电容器809。
图11是根据一些实施方案的校准装置806的功能框图。在一个实施例中，如框1102中所示的用于将调谐信号施加到天线电路并驱动天线电路的装置包括校准装置806、控制器860及天线电路700。天线电路700可位于电路板800上，且经配置以产生无线场及谐振频率。如框1104中所示，用于检测指示天线电路的谐振频率的信号的装置包括天线电路700、控制器860、检测器876。如框1106中所示，用于基于所检测信号确定调整值的装置包括控制器860。此外，如框1108中所示的用于基于调整值调整可变电抗组件的电抗以将谐振频率维持在小于所检测谐振频率的第一频率与大于所检测谐振频率的第二频率之间的范围内的装置包括控制器860及可变电容器809。
上文所描述的方法的各种操作可由能够执行所述操作的任何合适装置(例如，各种硬件及/或软件组件、电路及/或模块)执行。一般来说，各图所说明的任何操作可由能够执行所述操作的对应功能装置执行。举例来说，参考图10中说明的示范性方法，用于调整可变电抗组件的电抗的装置包括存储器862、控制器860及相关可变电容器809。
可使用多种不同技术及技艺中的任一者来表示信息及信号。例如，可通过电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或或其任何组合来表示贯穿以上描述可能参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。
结合本文揭示的实施方案所描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件，或两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的此可互换性，上文已大体上关于其功能性而描述了各种说明性组件、块、模块、电路及步骤。此类功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及施加于整个***的设计约束。可针对每一特定应用以不同方式来实施所描述的功能性，但此类实施方案决策不应被解释为会导致脱离本发明的实施方案的范围。
可使用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本文中所揭示的实施方案而描述的各种说明性块、模块及电路。通用处理器可为微处理器，但在替代例中，处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、一或多个微处理器与DSP核心的联合，或任何其它此类配置。
结合本文中所揭示的实施方案而描述的方法或算法的步骤及功能可直接体现于硬件、由处理器执行的软件模块或其两者的组合中。如果以软件来实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储在有形的非暂时性计算机可读媒体上或经由有形的非暂时性计算机可读媒体进行传输。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸式磁盘、CD ROM或所属领域中已知的任何其它形式的存储媒体中。存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息及将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。如本文所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式复制数据，而光盘用激光以光学方式复制数据。上述各者的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。处理器及存储媒体可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器及存储媒体可作为离散组件驻留在用户终端中。
为了概述本发明的目的，本文已描述了本发明的某些方面、优点以及新颖特征。应理解，不一定可根据本发明的任何特定实施方案实现所有此类优点。因此，可以按照如本文所教示来实现或优化一个优点或一组优点而不一定实现如本文可能教示或建议的其它优点的方式来体现或执行本发明。
将容易明白上述实施方案的各种修改，且本文中界定的一般原理可应用于其它实施方案而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并不希望限于本文中所示的实施方案，而应被赋予与本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最广泛范围。

Claims (36)

1.一种用于产生无线电力的设备，其包括：
控制器，其经配置以将调谐信号施加到天线电路以驱动所述天线电路，所述天线电路位于电路板上且经配置以产生无线场且以谐振频率谐振；
检测器，其经配置以检测指示所述经驱动天线电路的所述谐振频率的信号；以及
可变电抗组件，其耦合到所述天线电路，其中所述控制器经配置以基于所述所检测信号确定调整值，且其中所述控制器经配置以基于所述调整值调整所述可变电抗组件的电抗以将谐振频率维持在小于所述所检测谐振频率的第一频率与大于所述所检测谐振频率的第二频率之间的范围内。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一频率及所述第二频率以所述所检测谐振频率为中心。
3.根据权利要求1及2中任一权利要求所述的设备，其中所述无线场包含近场通信NFC信号，且其中所述电路板包括印刷电路板PCB。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的设备，其中所述天线电路包含线圈。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的设备，其中所述控制器经配置以在将所述电路集成到便携式电子装置中之后的初始装置配置例程期间施加调谐信号。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的设备，其进一步包括经配置以存储初始校准设定的存储器，且其中所述控制器经配置以基于所述初始校准设定调整所述可变电抗组件。
7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的设备，其中所述天线电路包含线圈，且其中所述可变电抗组件包括与所述线圈并联耦合的可变电容器。
8.一种用于操作无线装置的方法，其包括：
将调谐信号施加到天线电路以驱动所述天线电路，所述天线电路位于电路板上且经配置以产生无线场且以谐振频率谐振；
检测所述天线电路的所述谐振频率的信号；
基于所述所检测信号确定调整值；以及
基于所述调整值调整可变电抗组件的电抗以将谐振频率维持在小于所述所检测谐振频率的第一频率与大于所述所检测谐振频率的第二频率之间的范围内。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一频率及所述第二频率以所述所检测谐振频率为中心。
10.根据权利要求8及9中任一权利要求所述的方法，其中所述无线场包含近场通信NFC信号，且其中所述电路板包括印刷电路板PCB。
11.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中所述天线电路包含线圈。
12.根据权利要求8到11中任一权利要求所述的方法，其中在将所述电路集成到便携式电子装置中之后的初始装置配置例程期间将调谐信号施加到所述天线电路以驱动所述天线电路。
13.根据权利要求8到12中任一权利要求所述的方法，其进一步包括经配置以存储初始校准设定的存储器，且其中控制器经配置以基于所述初始校准设定调整所述可变电抗组件。
14.根据权利要求8到13中任一权利要求所述的方法，其中所述天线电路包含线圈，且其中所述可变电抗组件包括与所述线圈并联耦合的可变电容器。
15.一种用于操作无线装置的方法，其包括：
接收调整值；以及
基于所述调整值调整可变电抗组件的电抗以将谐振频率维持在小于所检测谐振频率的第一频率与大于所检测谐振频率的第二频率之间的范围内。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一频率及所述第二频率以所述所检测谐振频率为中心。
17.根据权利要求15及16中任一权利要求所述的方法，其进一步包括经配置以存储初始校准设定的存储器，且其中所述可变电抗组件是基于所述初始校准设定而得以调整。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述存储器位于电路板上。
19.一种用于产生无线电力的设备，其包括：
用于将调谐信号施加到天线电路以驱动所述天线电路的装置，所述天线电路位于电路板上且经配置以产生无线场且以谐振频率谐振；
用于检测指示所述天线电路的所述谐振频率的信号的装置；
用于基于所述所检测信号确定调整值的装置；以及
用于基于所述调整值调整电抗组件的电抗以将谐振频率维持在小于所述所检测谐振频率的第一频率与大于所述所检测谐振频率的第二频率之间的范围内的装置。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述第一频率及所述第二频率以所述所检测频率为中心。
21.根据权利要求19及20中任一权利要求所述的设备，其中所述无线场包含近场通信NFC信号，且其中所述电路板包括印刷电路板PCB。
22.根据权利要求19到21中任一权利要求所述的设备，其中所述天线电路包含线圈。
23.根据权利要求19到22中任一权利要求所述的设备，其中控制器经配置以在将所述电路集成到便携式电子装置中之后的初始装置配置例程期间施加调谐信号。
24.根据权利要求19到23中任一权利要求所述的设备，其进一步包括经配置以存储初始校准设定的存储器，且其中所述控制器经配置以基于所述初始校准设定调整所述可变电抗组件。
25.根据权利要求19到24中任一权利要求所述的设备，其中所述天线电路包含线圈，且其中所述可变电抗组件包括与所述线圈并联耦合的可变电容器。
26.一种用于产生无线电力的设备，其包括：
控制器，其从存储器接收调整值；以及
可变电抗组件，其耦合到天线电路，其中所述控制器经配置以基于所述调整值调整所述可变电抗组件的电抗以将谐振频率维持在小于所述所检测谐振频率的第一频率与大于所述所检测谐振频率的第二频率之间的范围内。
27.根据权利要求26所述的设备，其中所述第一频率及所述第二频率以所述所检测谐振频率为中心。
28.根据权利要求26及27中任一权利要求所述的设备，其中所述存储器经配置以存储初始校准设定，且其中所述可变电抗组件是基于所述初始校准设定而得以调整。
29.根据权利要求26到28中任一权利要求所述的设备，其中存储器位于电路板上且存储校准设定。
30.根据权利要求26到29中任一权利要求所述的设备，其中所述天线电路包含线圈。
31.根据权利要求26到30中任一权利要求所述的设备，其中所述控制器经配置以在将所述电路集成到便携式电子装置中之后的初始装置配置例程期间施加调谐信号。
32.根据权利要求26到31中任一权利要求所述的设备，其中所述天线电路包含线圈，且其中所述可变电抗组件包括与所述线圈并联耦合的可变电容器。
33.一种用于产生无线电力的设备，其包括：
用于向存储器请求调整值的装置；以及
用于基于所述调整值调整可变电抗组件的电抗以将谐振频率维持在小于所述所检测谐振频率的第一频率与大于所述所检测谐振频率的第二频率之间的范围内的装置。
34.根据权利要求33所述的设备，其中所述存储器位于电路板上且存储校准设定。
35.根据权利要求33及34中任一权利要求所述的设备，其中所述第一频率及所述第二频率以所述所检测谐振频率为中心。
36.根据权利要求33到35中任一权利要求所述的设备，其中所述存储器经配置以存储初始校准设定，且其中所述可变电抗组件是基于所述初始校准设定而得以调整。
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