KR20230141802A - 대역내 가상화 유선 통신을 구비한 무선 전력 전송기 - Google Patents
대역내 가상화 유선 통신을 구비한 무선 전력 전송기 Download PDFInfo
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Abstract
개시된 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신기 시스템을 포함한다. 무선 전력 송신 시스템은 수신기 안테나와 커플링하여 수신기 안테나에 교류(AC) 무선 신호를 전송하도록 구성된 송신기 안테나를 포함한다. 안테나 커플링은 유도성일 수 있고 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 따라 동작할 수 있다. 송신 제어기는 동작 주파수에서 송신기 안테나를 구동하고, 무선 전력 송신 시스템 또는 무선 전력 수신기 시스템 중 하나는 무선 전력 전송을 감쇠시켜 직렬 비동기 데이터 신호를 포함하는 데이터 신호를 생성할 수 있다.
Description
관련 출원 상호 참조
본 출원은 (1) 2021년 1월 28일에 출원되고 명칭이 “WIRELESS POWER TRANSFER WITH IN-BAND VIRTUALIZED WIRED COMMUNICATIONS” 인 미국 가출원 No. 17/161,249, (2) 2021년 1월 28일에 출원되고 명칭이 “WIRELESS POWER RECEIVER WITH IN-BAND VIRTUALIZED WIRED COMMUNICATIONS”인 미국 가출원 No. 17/161,251, (3) 2021년 1월 28일에 출원되고 명칭이 “WIRELESS POWER TRANSFER WITH IN-BAND VIRTUALIZED WIRED COMMUNICATIONS “인 미국 가출원 No. 17/161,255, (4) 2021년 1월 28일에 출원되고 명칭이 “WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM WITH DATA-PRIORITY AND POWER-PRIORITY TRANSFER MODES“인 미국 가출원 No. 17/161,258, (5) 2021년 1월 28일에 출원되고 명칭이 “WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM WITH DATA VERSUS POWER PRIORITY OPTIMIZATION “인 미국 가출원 No. 17/161,262, (6) 2021년 1월 28일에 출원되고 명칭이 “WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM WITH MODE SWITCHING USING SELECTIVE QUALITY FACTOR ALTERATION”인 미국 가출원 No. 17/161,263, (7) 2021년 1월 28일에 출원되고 명칭이 “HIGH SPEED DATA COMMUNICATIONS SYSTEM FOR INDUSTRIAL USE IN PACKAGED GOODS”인 미국 가출원 No. 17/161,266에 대하여 우선권을 주장하며, 이 문헌들은 여기에 전체로 참조하여 통합된다.
본 발명은 일반적으로 전력 및 전기 데이터 신호의 무선 전송을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 대역내 가상 유선 통신(in-band virtual wired communications)을 구비한 무선 전력 전송에 관한 것이다.
무선 연결 시스템은 공지된 다른 무선 전송 가능한 신호들 중에서 전기 에너지, 전기 전력, 전자기 에너지, 전기 데이터 신호들의 무선 전송을 위한 다양한 응용에 사용된다. 이러한 시스템은 종종 전송 요소에 의해 생성된 자기장이 전기장을 유도하여 수신 요소에 전류를 유도할 때 발생하는 유도성 무선 전력 전송을 사용한다. 이러한 전송 및 수신 요소는 종종 코일 와이어 등과 같은 안테나의 형태를 취할 것이다.
이러한 코일형 안테나 중 하나로부터 다른 하나로의 전기 에너지, 전기 전력, 전자기 에너지 및/또는 전자 데이터 신호들 중 하나 이상의 전송은, 일반적으로, 동작 주파수 및/또는 동작 주파수 범위에서 동작한다. 동작 주파수는, 전력 전달 효율 특성, 전력 레벨 특성, 자체 공진 주파수 제한들, 설계 요건, 표준 단체의 요구 특성(기타 것들 중 예를 들어, 전자기 간섭(EMI) 요건, 특정 흡수율(SAR) 요건), BOM(Bill of Materials), 및/또는 폼 팩터 제약 등과 같은, 다양한 이유 중 어느 하나에 의해 선택될 수 있다. 본 기술분야의 기술자들에게 공지된 바와 같이, "자체 공진 주파수(self-resonating frequency)"는, 일반적으로 부품의 기생 특성으로 인한 수동 부품(예를 들어, 인덕터)의 공진 주파수를 지칭한다는 것을 유의한다.
그러한 시스템들이 안테나들을 통해 전송 시스템으로부터 수신 시스템으로 전력을 무선으로 전송하도록 동작할 때, 종종 시스템들 사이에서 전자 데이터를 동시에 통신하는 것이 희망된다. 일부 예시적인 시스템들에서, 무선-전력-관련 통신들(무선 전력 전송과 관련된 다른 고려된 데이터 통신들 중에서 예컨대, 검증 절차들, 전자 특성 데이터 통신들, 전압 데이터, 전류 데이터, 디바이스 유형 데이터)은 대역내(in-band) 통신들을 사용하여 수행된다.
무선 연결 시스템들은, 공지된 다른 무선 전송가능한 신호들 중에서, 전기 에너지, 전기 전력, 전자기 에너지, 전기 데이터 신호들의 무선 전송을 위한 다양한 응용들에 사용된다. 그러한 시스템들은 종종, 전송 요소에 의해 생성된 자기장들이 전기장을 유도하고 그에 따라서 수신 요소에 전류를 유도할 때 발생하는 유도성 무선 전력 전송을 사용한다. 이러한 전송 및 수신 요소들은 종종 코일형 와이어들 및/또는 안테나들의 형태를 취할 것이다.
이러한 코일형 안테나 중 하나로부터 다른 하나로의 전기 에너지, 전기 전력, 전자기 에너지 및/또는 전자 데이터 신호들 중 하나 이상의 전송은, 일반적으로, 동작 주파수 및/또는 동작 주파수 범위에서 동작한다. 동작 주파수는, 예를 들어, 전력 전달 특성, 전력 레벨 특성, 자체 공진 주파수 제한들, 설계 요건, 표준 단체의 요구 특성(기타 것들 중 예를 들어, 전자기 간섭(EMI) 요건, 특정 흡수율(SAR) 요건), BOM(Bill of Material) 및/또는 폼 팩터 제약 등과 같은, 다양한 이유로 선택될 수 있다. 본 기술분야의 기술자들에게 공지된 바와 같이, "자체 공진 주파수"는, 일반적으로 부품의 기생 특성으로 인한 수동 부품(예를 들어, 인덕터)의 공진 주파수를 지칭한다는 점에 유의한다.
그러한 시스템들이 코일들 및/또는 안테나들을 통해, 전송 시스템으로부터 수신 시스템으로 전력을 무선으로 전송하도록 동작할 때, 종종 한 시스템으로부터 다른 시스템으로 전자 데이터를 동시에 또는 간헐적으로 통신하는 것이 희망된다. 이를 위해, 다양한 통신 시스템들, 방법들, 및/또는 장치들이 결합된 무선 전력 및 무선 데이터 전송을 위해 활용되어 왔다. 일부 예시적인 시스템들에서, 무선 전력 전송 관련 통신들(예컨대, 다른 고려된 데이터 통신들 중에서, 유효성 검사 절차들, 전자 특성 데이터 통신들, 전압 데이터, 전류 데이터, 디바이스 유형 데이터)이, 다른 공지된 통신 회로 및/또는 안테나들 중에서, 무선 전력 시스템을 보완하기 위해 활용되는 선택적인 근거리 무선 통신(NFC) 안테나 및/또는 데이터 통신을 위한 부가적인 블루투스 칩셋들과 같은 다른 회로부를 사용하여 수행된다.
그러나, 추가 안테나 및/또는 회로를 사용하는 것은 몇 가지 단점을 야기할 수 있다. 예를 들어, 추가 안테나 및/또는 회로를 사용하는 것은 비효율적일 수 있고 및/또는 무선 전력 시스템의 BOM을 증가시킬 수 있으며, 이는 전자 디바이스에 무선 전력을 투입하기 위한 비용을 증가시킬 수 있다. 게다가, 일부 그러한 시스템에서, 그러한 추가 안테나에 의해 야기된 대역 외 통신(out of band communicatons)은 그러한 안테나들 사이의 대역 외 크로스토크(out of cross-talk)와 같은 간섭을 초래할 수 있다. 게다가, 그러한 추가 안테나 및/또는 회로를 포함하는 것은, 무선 전력 신호 및 데이터 신호 둘 모두가 동일한 채널 내에 있는 시스템에 비해, 더 큰 고조파 왜곡(harmonic distortion)을 야기할 것이기 때문에, EMI를 악화시킬 수 있다. 또한, 통신을 위해, 추가 안테나 및/또는 회로 하드웨어를 포함하는 것은 무선 전력 시스템 및/또는 그 부품들이 설치된 디바이스 내의 면적을 증가시켜 최종 제품의 구축을 복잡하게 할 수 있다.
이러한 문제들을 방지하기 위해, 상업용 디바이스들에서의 현대적인 NFC 직접 충전(NFC-DC) 시스템들 및/또는 NFC 무선 충전 시스템들에서 예시된 바와 같이, 기존 디바이스들에 기초한 기존 하드웨어 및/또는 하드웨어들은 동시에 또는 교대의 방식으로, 무선 전력 전송 및 데이터 전송 둘 모두를 구현하기 위해 활용될 수 있다. 그러나, 무선 전력 전송을 위해 활용될 때, 고주파 통신을 위한 현재 통신 안테나 및/또는 회로는, 무선 전력 컨소시엄의 Qi 표준 디바이스들과 같은, 저주파 무선 전력 전송 시스템들보다 훨씬 낮은 전력 레벨 능력을 갖는다. 현재 고주파 회로들에서 더 높은 전력 레벨들을 활용하는 것은 기존 장비에 손상을 초래할 수도 있다.
게다가, 기존 시스템들에서 발견되는 것과 같은 그러한 고주파 시스템들에서 더 높은 전력 전송 능력들을 사용할 때, 무선 전력 전송이 낮은 전력 레벨들(예컨대, 전송된 300 mW 이하)을 초과할 때 무선 통신은 열화될 수 있다. 그러나, 명확하게 통신가능하고 왜곡되지 않은 데이터 통신들이 없다면, 무선 전력 전송은 실현가능하지 않을 수 있다.
이를 위해, 원하는 표준 데이터 프로토콜 이하의 통신을 저하시키지 않으면서, 더 높은 전력 전송(300 mW 초과)을 허용하기 위한 새로운 회로를 활용하는 새로운 고주파 무선 전력 전송 시스템이 요구된다. 게다가, 더 높은 전력은 통신 속도를 더 쉽게 저하시킬 수 있기 때문에, 무선 송신 모드들에 대한 전력 레벨 및 데이터 속도의 동적 할당을 포함하는 동작 모드들 간의 전환을 위한 시스템 및 방법이 요구된다.
추가로, 이러한 디바이스-관련 데이터를 통신하기 위한 및/또는 무선 전력 관련 데이터를 위한 유선 연결을 대체하기 위해, 데이터 통신, 시스템, 방법, 및/또는 프로토콜을 활용하는 무선 전력 전송 시스템이 희망된다. 그러한 시스템들에서, 무선 연결을 통해, 유선 통신들에서 활용되는 기존 통신 프로토콜들의 사용을 계속하는 것이 소망되거나 요구될 수 있다. 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 무선 전력 시스템의 동작들 동안 더 빠른 속도, 단방향 및/또는 양방향, 데이터 전송을 용이하게 하기 위해 활용될 수 있다. 일부 예들에서, 무선 전력 전송 시스템은 이러한 데이터 전송을 수행하기 위한 유선 연결을 대체하는 역할을 할 수 있다. 디바이스-관련 데이터는, 무선 전력-관련 데이터의 영역 밖에 있는 임의의 다른 유형의 데이터들 중에서, 운영 소프트웨어 또는 펌웨어 업데이트들, 디지털 미디어, 전자 디바이스에 대한 운영 명령들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
데이터 통신을 위한 그러한 시스템들 및 방법들은, 결합된 무선 전력 및 무선 데이터 시스템의 일부로서 활용될 때, 무선 전력 대역내 통신을 위한 기존 시스템들 및 방법들에 비해, 훨씬 더 빠른 데이터 통신들을 제공할 수도 있다.
일부 예들에서, 무선 통신 시스템들은 버퍼 통신 방법을 이용할 수 있는데, 여기서, 데이터는 시스템들이 통신을 위한 준비가 되었다고 간주할 때까지 하나 이상의 버퍼에 유지될 수 있다. 예를 들어, 한 송수신기가 많은 양의 데이터를 전달하려고 시도하는 경우, 다른 측이 데이터를 보낼 필요가 없는 시점까지 버퍼링하고 그 시점에서 데이터를 전송할 수 있으며, 이는 유도 연결(inductive connection)에 의해 생성된 가상 "와이어"를 통해 "단방향"으로 전송될 수 있기 때문에 통신이 가속될 수 있게 할 수 있다. 따라서, 그러한 전자기 통신이 문자 그대로 두 개의 와이어를 이용하는 "양방향" 통신이 아닌 반면, 가상 양방향 통신은 전송이기와 수신기 사이의 단일 유도 연결을 통해 실행 가능한다.
버퍼들, 및 전송기 및 수신기 둘 모두가 그들 각각의 안테나들 사이의 유도 연결을 통해 전송되는 무선 전력 신호로 데이터를 인코딩하는 능력을 활용함으로써, 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 조합은 2-와이어 연결들을 시뮬레이션할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 무선 전력 전송 동안 데이터 전송을 위한 가상 직렬 및/또는 가상 UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) 데이터 통신 시스템, 방법, 또는 프로토콜을 제공하도록 구현될 수 있다.
UART와 같은 유선 직렬 데이터 전송 시스템과 대조적으로, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 유리하게도 통신 디바이스들 사이에 유선 연결의 필요성을 제거하는 한편, UART와 같은 알려진 데이터 프로토콜들을 활용하는 기존 시스템들에 의해 해석가능한 데이터 통신들을 가능하게 한다. 더욱이, 일부 예들에서, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 그러한 기존-호환 시스템들의 제조자들이 그들의 데이터 프로토콜들을 완전히 재프로그래밍할 필요 없이 그리고/또는 디바이스들 사이의 상호운용성을 방해할 필요 없이, 디바이스들 사이에 무선 데이터 및/또는 전력 연결들을 신속하게 도입할 수 있게 할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무선 전력 전송 시스템이 개시된다. 무선 전력 전송 시스템(wireless power transfer system)은 무선 전력 송신 시스템(wireless power transmission system) 및 무선 전력 수신기 시스템(wireless power receiver system)을 포함한다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나 및 송신 제어기를 포함하고, 무선 수신기 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나, 전력 조정 시스템(power conditioning system), 및 수신기 제어기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하여 무선 교류(AC) 신호를 적어도 하나의 수신기 안테나에 전송하도록 구성된다. 송신 제어기는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하도록 구성되며, 송신기 안테나는 구동 신호에 따라 전송을 방사하고, 구동 신호는 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 따라 전력 신호 및 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 생성하고, 전력 신호를 디코딩하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 부합하는 제2 데이터 신호를 추출하고, 제2 직렬 데이터 신호를 디코딩하여 제2 비동기 직렬 데이터 신호를 추출한다. 적어도 하나의 수신기 안테나는 송신기 안테나와 유도 결합하여 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되며, 적어도 하나의 수신기 안테나는 무선 전력 전송 시스템의 동작 주파수에 따라 동작한다. 전력 조정 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하여, 적어도 무선 전력 수신기 시스템과 관련된 부하에 그 직류 전력 신호를 제공하도록 구성된다. 수신기 제어기는 전송을 디코딩하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 추출하고, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 디코딩하여 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하고, 제2 비동기 직렬 데이터 신호를 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호로 인코딩하고, 전력 신호를 선택적으로 변경하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호를 전력 신호로 인코딩한다.
개선예에서, 제1 및 제2 비동기 직렬 데이터 신호는 UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) 준수 신호이다.
추가적인 개선으로, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜은 근거리 무선 통신(NFC) 프로토콜이다.
추가적인 개선예에서, 송신 제어기 및 수신 제어기는 제1 및 제2 UART 준수 데이터 신호를, 동기 커맨드 및 길이 커맨드를 갖는 헤더를 구비하는 동기 NFC 데이터 스트림에서 패킷화함으로써 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 제1 및 제2 UART 준수 데이터 신호를 생성하도록 구성된다.
다른 추가적인 개선예에서, 송신 제어기 및 수신 제어기는 상기 UART 준수 데이터 신호들 다음에 적어도 하나의 에러 체크 요소를 포함함으로써 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 제1 및 제2 UART 준수 데이터 신호를 생성하도록 추가로 구성된다.
추가적인 개선예에서, 송신 제어기 및 수신기 제어기는 상기 UART 준수 데이터 신호들 다음에 적어도 하나의 에러 체크 요소를 포함함으로써 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 제1 및 제2 UART 준수 데이터 신호를 생성하도록 추가로 구성된다.
다른 추가적인 개선예에서, 송신 제어기 및 수신기 제어기는, 에러 체크 요소의 처리가 UART 준수 데이터 신호의 잘못된 수신을 나타낼 때 전송될 부정적인 확인 응답(NACK)을 생성하도록 추가로 구성된다.
다른 추가적인 개선예에서, 무선 전송 시스템은 무선 전력 송신 시스템 내의 하나 이상의 버퍼의 제1 세트 및 무선 전력 수신기 시스템 내의 하나 이상의 버퍼의 제2 세트를 더 포함한다.
추가적인 개선예에서, 하나 이상의 버퍼의 제1 세트는 무선 전력 전송 시스템에 의한 전송 및 수신을 위한 통신 데이터를 지시하도록 구성되고, 하나 이상의 버퍼의 제2 세트는 무선 전력 수신 시스템에 의한 전송 및 수신을 위한 통신 데이터를 지시하도록 구성된다.
추가적인 개선예에서, 무선 전력 송신 시스템 내의 하나 이상의 버퍼의 제1 세트 또는 무선 전력 수신 시스템 내의 하나 이상의 버퍼의 제2 세트 중 하나 또는 둘 모두의 출력은 전송을 위한 버퍼 데이터를 트리거하도록 클록킹(clock)된다.
다른 추가 개선예에서, 무선 전력 송신 시스템의 하나 이상의 버퍼의 제1 세트는 하나 이상의 전송 통신 윈도우 동안 출력하도록 트리거되고, 무선 전력 수신기 시스템의 하나 이상의 버퍼의 제2 세트는 하나 이상의 수신기 통신 윈도우 동안 출력하도록 트리거된다.
추가적인 개선예에서, 한 쌍의 전송 및 수신기 통신 윈도우에 대한 기간 내에 하나의 전송 통신 윈도우 및 하나의 수신기 통신 윈도우가 포함된다.
추가적인 개선예에서, 하나 이상의 전송 통신 윈도우 각각은 각각의 제1 길이를 갖고, 하나 이상의 수신기 통신 윈도우 각각은 각각의 제2 길이를 가지며, 제1 길이들의 각각 및 제2 길이들의 각각은 동적으로 변경되어, 전송 통신 윈도우에 대한 시간 주기 내에서, 제1 길이 및 제2 길이들의 각 쌍이 상기 시간 주기보다 작거나 같게 결합될 수 있다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 무선 전력 송신 시스템이 개시된다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나 및 송신 제어기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하여 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호를 전송하도록 구성된다. 송신 제어기는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하도록 구성되고, 송신기 안테나는 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되고, 구동 신호는 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 따라 전력 신호 및 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 생성하고, 전력 신호를 디코딩하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 부합하는 제2 데이터 신호를 추출하고, 제2 데이터 신호를 디코딩하여 제2 비동기 직렬 데이터 신호를 추출한다.
개선예에서, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜은 NFC 데이터 전송 프로토콜을 포함한다.
추가적인 개선에서, 제1 및 제2 비동기 직렬 데이터 신호는 UART(Universal asynchronous receiver-transmitter) 준수 데이터 신호이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 수신기 시스템이 개시된다. 무선 전력 수신기 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나, 전력 조정 시스템 및 수신기 제어기를 포함한다. 적어도 하나의 수신기 안테나는 송신기 안테나와 유도 결합하고 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되며, 적어도 하나의 수신기 안테나는 무선 전력 송신 시스템에 대한 동작 주파수에 기초하여 동작한다. 전력 조정 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하고, 직류 전력 신호를 적어도 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된다. 수신기 제어기는 전송을 디코딩하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 추출하고, 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하고, 제2 비동기 직렬 데이터 신호를 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호로 인코딩하고, 선택적으로 전력 신호를 변경하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호를 전력 신호로 인코딩한다.
개선예에서, 무선 전력 수신기 시스템은 처리를 위해 수신 통신 데이터를 지시하도록 구성된 하나 이상의 버퍼를 더 포함한다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 전송 시스템이 개시된다. 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신기 시스템을 포함한다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나 및 송신 제어기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하고, 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호를 전송하도록 구성된다. 송신 제어기는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하도록 구성되고, 송신기 안테나는 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되고, 구동 신호는 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 따라 전력 신호 및 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 생성하도록 구성된다. 무선 전력 수신기 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나, 전력 조정 시스템 및 수신기 제어기를 포함한다. 적어도 하나의 수신기 안테나는 송신기 안테나와 유도 결합하고, 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되고, 적어도 하나의 수신기 안테나 는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 동작한다. 전력 조정 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하여 적어도 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된다. 수신기 제어기는 전송을 디코딩하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 추출하고, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 디코딩하여 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하도록 구성된다.
개선예에서, 제1 및 제2 비동기 직렬 데이터 신호는 UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) 준수 신호이다.
추가적인 개선으로, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜은 근거리 무선 통신(NFC) 프로토콜이다.
추가적인 개선예에서, 송신 제어기는 동기화 커맨드 및 길이 커맨드를 갖는 헤더를 구비하는 동기 NFC 데이터 스트림에서 UART 준수 데이터 신호를 패킷화함으로써 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 UART 준수 데이터 신호를 생성하도록 구성된다.
다른 추가적인 개선예에서, 송신 제어기는 UART 준수 데이터 신호 다음에 적어도 하나의 에러 체크 요소를 포함함으로써 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 UART 준수 데이터 신호를 생성하도록 더 구성된다.
추가의 개선예에서, 송신 제어기는 에러 체크 요소의 처리가 UART 준수 데이터 신호의 에러 없는 수신을 나타낼 때 전송될 확인(ACK) 응답을 생성하도록 추가로 구성된다.
다른 추가적인 개선예에서, 수신기 제어기는 에러 체크 요소의 처리가 UART 준수 데이터 신호의 잘못된 수신을 나타내는 경우 전송될 부정적인 확인 응답(NACK)을 생성하도록 추가로 구성된다.
또 다른 추가적인 개선예에서, 시스템은 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신기 시스템 각각에 하나 이상의 각각의 버퍼를 더 포함한다.
추가의 개선예에서, 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신 시스템 각각의 하나 이상의 각각의 버퍼는 각각 전송 및 수신을 위한 통신 데이터를 순서화하도록 구성된다.
추가적인 개선예에서, 무선 전력 송신 시스템 내의 하나 이상의 버퍼의 출력이 클록킹되어 전송을 위한 버퍼 데이터를 트리거한다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 무선 전력 송신 시스템이 개시된다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나 및 송신 제어기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하고, 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호를 전송하도록 구성된다. 송신 제어기는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하도록 구성되며, 송신기 안테나는 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되고, 구동 신호는 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 따라 전력 신호 및 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 생성하도록 구성된다.
개선예에서, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜은 NFC 데이터 전송 프로토콜을 포함한다.
추가의 개선예에서, 비동기 직렬 데이터 신호는 UART 준수 데이터 신호이다.
추가적인 개선예에서, 구동 신호는 동기화 커맨드 및 길이 커맨드를 갖는 NFC 헤더 이후에 및 적어도 하나의 NFC 에러 체크 요소 이전에, 상기 UART 준수 형 비동기 직렬 데이터 신호를 포함한다.
개선예에서, 상기 시스템은 전송을 위한 통신 데이터를 순서화하도록 구성된 하나 이상의 버퍼를 더 포함하고, 여기서, 하나 이상의 버퍼의 출력은 전송을 위한 버퍼 데이터를 트리거하도록 클록킹된다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 수신기 시스템이 개시된다. 무선 전력 수신기 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나, 전력 조정 시스템 및 수신기 제어기를 포함한다. 적어도 하나의 수신기 안테나는 송신기 안테나와 유도 결합하고 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되며, 적어도 하나의 수신기 안테나는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 동작한다. 전력 조정 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하고, 직류 전력 신호를 적어도 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된다.수신기 제어기는 전송을 디코딩하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 추출하고, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 디코딩하여 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하도록 구성된다.
개선예에서, 시스템은 처리를 위해 수신 통신 데이터를 지시하도록 구성된 하나 이상의 버퍼를 더 포함한다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 전송 시스템이 개시된다. 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신기 시스템을 포함한다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나 및 송신 제어기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하고, 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호를 전송하도록 구성된다. 송신 제어기는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하도록 구성되고, 송신기 안테나는 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되고, 구동 신호는 전력 신호를 생성하도록 구성되고, 전력 신호를 디코딩하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 데이터 신호를 추출하고, 데이터 신호를 디코딩하여 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하도록 구성된다. 무선 전력 수신기 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나, 전력 조정 시스템 및 수신기 제어기를 포함한다. 적어도 하나의 수신기 안테나는 송신기 안테나와 유도 결합하고, 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되고, 적어도 하나의 수신기 안테나는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 동작한다. 전력 조정 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하고, 직류 전력 신호를 적어도 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된다. 수신기 제어기는 비동기 직렬 데이터 신호를 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 데이터 신호로 인코딩하고, 전력 신호를 선택적으로 변경하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 데이터 신호를 전력 신호로 인코딩하도록 구성된다.
개선예에서, 비동기 직렬 데이터 신호는 UART 준수 신호이다.
추가적인 개선으로, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜은 근거리 무선 통신(NFC) 프로토콜이다.
추가적인 개선예에서, 수신기 제어기는 동기화 커맨드 및 길이 커맨드를 갖는 헤더를 구비한 동기 NFC 데이터 스트림에서 UART 준수 데이터 신호를 패킷화함으로써 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 UART 준수 데이터 신호를 생성하도록 구성된다.
다른 추가적인 개선예에서, 수신기 제어기는 UART 준수 데이터 신호 다음에 적어도 하나의 에러 체크 요소를 포함함으로써 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 UART 준수 데이터 신호를 생성하도록 추가로 구성된다.
다른 추가의 개선예에서, 송신 제어기는 에러 체크 요소의 처리가 UART 준수 데이터 신호의 에러 없는 수신을 나타낼 때 전송될 확인(ACK) 응답을 생성하도록 추가로 구성된다.
다른 추가적인 개선예에서, 송신 제어기는 에러 체크 요소의 처리가 UART 준수 데이터 신호의 잘못된 수신을 나타내는 경우에 전송될 부정적인 확인 응답(NACK)을 생성하도록 추가로 구성된다.
다른 추가적인 개선예에서, 시스템은 무선 전력 수신기 시스템 내에 하나 이상의 버퍼를 더 포함한다.
추가의 개선예에서, 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신기 시스템 각각 내의 하나 이상의 각각의 버퍼는 각각 전송 및 수신을 위한 통신 데이터를 지시하도록 구성된다.
추가적인 개선예에서, 무선 전력 송신 시스템 내의 하나 이상의 버퍼의 출력이 클록킹되어 전송을 위한 버퍼 데이터를 트리거한다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 송신 시스템이 개시된다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나 및 송신 제어기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하여 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호를 전송하도록 구성된다. 송신 제어기는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하도록 구성되고, 송신기 안테나는 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되고, 구동 신호는 전력 신호를 생성하도록 구성되고, 전력 신호를 디코딩하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 부합하는 데이터 신호를 추출하고, 데이터 신호를 디코딩하여 비동기 직렬 데이터 신호를 추출한다.
개선예에서, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜은 NFC 데이터 전송 프로토콜을 포함한다.
추가의 개선예에서, 비동기 직렬 데이터 신호는 UART 준수 데이터 신호이다.
추가적인 개선예에서, 구동 신호는 동기화 커맨드 및 길이 커맨드를 갖는 NFC 헤더 이후에 및 적어도 하나의 NFC 에러 체크 요소 이전에 UART 준수 비동기 직렬 데이터 신호를 포함한다.
개선예에서, 상기 시스템은 수신을 위한 통신 데이터를 지시하도록 구성된 하나 이상의 버퍼를 더 포함하고, 여기서, 하나 이상의 버퍼의 출력은 수신을 위한 버퍼 데이터를 트리거하도록 클록킹된다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 수신기 시스템이 개시된다. 무선 전력 수신기 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나, 전력 조정 시스템, 및 수신기 제어기를 포함한다. 적어도 하나의 수신기 안테나는 송신기 안테나와 유도 결합하고 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되며, 적어도 하나의 수신기 안테나는 무선 전력 송신 시스템에 대한 동작 주파수에 기초하여 동작한다. 전력 조정 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하고, 직류 전력 신호를 적어도 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된다. 수신기 제어기는 비동기 직렬 데이터 신호를 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 데이터 신호로서 인코딩하고, 전력 신호를 선택적으로 변경하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 데이터 신호를 전력 신호로 인코딩하도록 구성된다.
개선예에서, 상기 시스템은 처리를 위해 인입 통신 데이터를 순서화하도록 구성된 하나 이상의 버퍼를 더 포함한다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 전송 시스템이 개시된다. 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신기 시스템을 포함한다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나, 송신 제어기 및 증폭기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 다른 안테나와 커플링하여 교류(AC) 무선 신호를 적어도 하나의 안테나, 무선 전력 신호를 포함하는 교류 무선 신호 및 무선 데이터 신호에 전송하도록 구성된다. 송신 제어기는 (i) 무선 전력 전송 시스템의 동작 주파수, 및 교류 무선 신호의 송신 동작 모드에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고, (ii) 무선 데이터 신호의 인코딩, 무선 데이터 신호의 디코딩, 무선 데이터 신호의 수신, 무선 데이터 신호의 전송 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 수행하고, (iii) 교류(AC) 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 선택한다. 동작 모드는 복수의 송신 모드 중에서 선택되고, 복수의 송신 모드는 제1 송신 모드 및 제2 송신 모드를 포함하며, 제1 송신 모드는 무선 데이터 신호들을 위한 제1 데이터 속도 및 무선 전력 신호들 위한 제1 전력 레벨을 포함하고, 제2 송신 모드는 무선 데이터 신호들을 위한 제2 데이터 속도 및 무선 전력 신호들을 위한 제2 전력 레벨을 포함하고, 제1 데이터 속도는 제2 데이터 속도보다 작고, 제1 전력 레벨은 제2 전력 레벨보다 크다. 증폭기는, 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트에서 구동 신호를 수신하고 직류 입력 전력 신호를 반전하여 동작 주파수에서 교류 무선 신호를 생성하는, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한다. 무선 전력 수신기 시스템은 수신기 안테나, 전력 조정 시스템, 및 수신기 제어기를 포함한다. 수신기 안테나는 송신기 안테나와 커플링되어 송신기 안테나로부터 교류 무선 신호를 수신하도록 구성되며, 수신기 안테나는 동작 주파수에 기초하여 동작한다. 전력 조정 시스템은 (i) 무선 전력 신호를 수신하고, (ii) 무선 전력 신호를 교류 무선 전력 신호에서 직류 무선 전력 신호로 변환하며, (iii) 직류 전력 신호를 적어도 무선 전력 수신기 시스템과 관련된 부하에 제공하도록 구성된다. 수신기 제어기는 무선 데이터 신호의 인코딩, 무선 데이터 신호의 디코딩, 무선 데이터 신호의 수신, 또는 무선 데이터 신호의 전송 중 하나 이상을 수행하도록 구성된다.
개선예에서, 송신 제어기에 의해, AC 무선 신호들의 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 전력 수신기 시스템에 의해 제공되는 지시들에 기초한다.
개선예에서, 제1 송신 모드는 전력 우선 송신 모드다이다.
개선예에서, 제2 송신 모드는 데이터 우선 송신 모드다이다.
개선예에서, 송신 제어기에 의해, AC 무선 신호들의 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 적어도 하나의 수신기 동작 조건에 기초한다.
추가적인 개선예에서, 상기 적어도 하나의 수신기 동작 조건은 상기 무선 수신기 시스템과 동작 가능하게 연관된 부하의 충전 레벨을 포함한다.
다른 추가적인 개선예에서, 적어도 하나의 수신기 동작 조건은 송신기 안테나와 수신기 안테나 사이의 커플링, 송신기 안테나와 수신기 안테나 사이의 변위, 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다.
일 실시예에서, 무선 송신 시스템은 무선 데이터 신호의 전송 동안 AC 무선 신호를 감쇠시키도록 구성된 감쇠 회로를 더 포함하고, 감쇠 회로는, 적어도 송신 제어기로부터 무선 데이터 신호의 전송 동안 감쇠를 제어하도록 트랜지스터를 스위칭하는 감쇠 신호를 수신하도록 구성된 감쇠 트랜지스터를 포함한다.
개선예에서, 복수의 송신 모드는, 제3 전력 레벨 및 제3 데이터 속도를 포함하는 제3 송신 모드를 포함하고, 제3 전력 레벨은 제1 전력 레벨보다 크고, 제3 전력 레벨은 제2 전력 레벨보다 작다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
추가적인 개선에서, 제1 전력 레벨은 0.5 W(W) 내지 1.5 W의 범위에서 선택되고, 제1 데이터 속도는 약 700 Kbps 내지 약 1000 Kbps의 범위이고, 제2 전력 레벨은 3.5 W 내지 약 6.5 W의 범위에서 선택되고, 제2 데이터 속도는 약 80 Kbps (Kilobits per second) 내지 약 120 Kbps의 범위에서 선택된다.
추가적인 개선예에서, 복수의 송신 모드는 제3 송신 모드, 제3 전력 레벨 및 제3 데이터 속도를 포함하는 제3 송신 모드, 제3 전력 레벨은 1.5 W 내지 3.5 W의 범위, 제3 데이터 속도는 약 120 Kbps 내지 약 700 Kbps의 범위를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법이 개시된다.무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신 시스템을 포함하고, 무선 전력 송신 시스템은 무선 전력 수신 시스템과 커플링하여 교류(AC) 무선 신호를 무선 전력 수신 시스템에 전송하도록 구성되고, 교류 무선 신호는 무선 전력 신호 및 무선 데이터 신호를 포함한다. 상기 방법은 무선 전력 송신 시스템의 제어기를 사용하여 복수의 송신 모드로부터의 동작 모드를 선택하는 것을 포함하고, 상기 복수의 송신 모드는 제1 전력 레벨 및 제1 데이터 속도를 갖는 제1 동작 모드와 제2 전력 레벨 및 제2 데이터 속도를 갖는 제2 동작 모드를 포함하며, 제1 데이터 속도는 제2 데이터 속도보다 크고 제1 전력 레벨은 제2 전력 레벨보다 작다. 상기 방법은 무선 전력 송신 시스템의 제어기를 사용하여 무선 데이터 신호의 인코딩, 무선 데이터 신호의 디코딩, 무선 데이터 신호의 수신, 무선 데이터 신호의 전송 또는 이들의 조합을 수행하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 무선 전력 송신 시스템의 제어기를 사용하여 무선 전력 송신 시스템의 증폭기에 구동 신호를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 구동신호는 무선 전력 송신 시스템 및 동작 모드를 위한 동작 주파수에 기초한다. 상기 방법은 구동 신호에 기초하여 증폭기에 의해 무선 전력 송신 시스템의 송신기 안테나를 구동하는 단계를 더 포함한다.
개선예에서, 상기 방법은 무선 전력 송신 시스템의 제어기에 의해, 무선 전력 수신기 시스템으로부터 명령을 수신하는 단계를 더 포함하고, 복수의 전송 노드로부터 동작 모드를 선택하는 단계는 적어도 부분적으로 무선 전력 수신기 시스템으로부터의 명령에 기초한다.
추가의 개선예에서, 동작 모드를 선택하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 수신기 시스템과 연관된 적어도 하나의 수신기 동작 조건에 기초하여, 선택을 위한 송신 동작 모드를 결정하는 것을 포함하고, 무선 전력 수신기 시스템으로부터의 명령은 적어도 하나의 수신기 동작 조건을 포함한다.
개선예에서, 동작 모드를 선택하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 수신기 시스템과 연관된 적어도 하나의 수신기 동작 조건에 기초하여, 선택을 위한 송신 동작 모드를 결정하는 것을 포함한다.
개선예에서, 복수의 전송 노드로부터 동작 모드를 선택하는 것은 전력 우선 모드 또는 데이터 우선 모드 중 하나를 선택하는 것을 포함한다.
개선예에서, 복수의 송신 모드는 제3 전력 레벨 및 제3 데이터 속도를 포함하는 제3 송신 모드를 포함하고, 제3 전력 레벨은 제1 전력 레벨보다 크고 제3 전력 레벨은 제2 전력 레벨보다 작다.
개선예에서, 방법은 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에서 동작 주파수를 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 무선 전력 송신 시스템이 개시된다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나, 송신 제어기, 증폭기 및 감쇠 회로를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 다른 안테나와 커플링하여 교류(AC) 무선 신호를 적어도 하나의 안테나로 전송하며, 교류(AC) 무선 신호는 무선 전력 신호 및 무선 데이터 신호를 포함한다. 송신 제어기는 (i) 무선 전력 전송 시스템의 동작 주파수 및 교류 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고, (ii) 무선 데이터 신호의 인코딩, 무선 데이터 신호의 디코딩, 무선 데이터 신호의 수신, 무선 데이터 신호의 전송 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 수행하고, (iii) 교류 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 선택한다. 동작 모드는 복수의 송신 모드 중에서 선택되고, 복수의 송신 모드는 제1 송신 모드 및 제2 송신 모드를 포함하며, 제1 송신 모드는 무선 데이터 신호들을 위한 제1 데이터 속도 및 무선 전력 신호들을 위한 제1 전력 레벨을 포함하고, 제2 송신 모드는 무선 데이터 신호들을 위한 제2 데이터 속도 및 무선 전력 신호들을 위한 제2 전력 레벨을 포함하고, 제1 데이터 속도는 제2 데이터 속도보다 작고, 제1 전력 레벨은 제2 전력 레벨보다 크다. 증폭기는, 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트에서 구동 신호를 수신하고 직류 입력 전력 신호를 반전하여 동작 주파수에서 교류 무선 신호를 생성하는, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한다. 감쇠 회로는 무선 데이터 신호의 전송 동안에 AC 무선 신호를 감쇠시키도록 구성되며, 감쇠 회로는, 적어도 송신 제어기로부터, 무선 데이터 신호의 전송 동안에 트랜지스터를 전환하여 감쇠를 제어하는 감쇠 신호를 수신하도록 구성되는, 적어도 하나의 감쇠 트랜지스터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 전송 시스템이 개시된다. 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신기 시스템을 포함한다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나, 송신 제어기 및 증폭기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 다른 안테나와 커플링하여 적어도 하나의 안테나에 교류(AC) 무선 신호를 전송하도록 구성된다. 송신 제어기는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수 및 교류 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고, 무선 데이터 신호의 인코딩, 무선 데이터 신호의 디코딩, 무선 데이터 신호의 수신 또는 무선 데이터 신호의 전송 중 하나 이상을 수행하고, 교류 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 결정하며,
동작 모드는 무선 전력 신호들을 위한 전력 레벨 및 무선 데이터 신호들을 위한 데이터 속도를 포함하고, 상기 전력 레벨은 일련의 가용 전력 레벨 중 선택되고, 상기 데이터 속도는 일련의 가용 데이터 속도로부터 선택되며, 대응하는 가용 전력 레벨들 및 가용 데이터 속도들의 쌍은 서로 반비례 관계가 있다. 증폭기는, 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트에서 구동 신호를 수신하고 동작 주파수에서 직류(DC) 입력 전력 신호를 반전시켜 교류 무선 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한다. 무선 전력 수신기 시스템은 수신기 안테나, 전력 조정 시스템 및 수신기 제어기를 포함한다. 수신기 안테나는 송신기 안테나와 커플링되어 송신기 안테나로부터 교류 무선 신호를 수신하도록 구성되며, 수신기 안테나는 동작 주파수에 기초하여 동작한다. 전력 조정 시스템은 (i) 무선 전력 신호를 수신하고, (ii) 무선 전력 신호를 교류 무선 전력 신호로부터 직류 무선 전력 신호로 변환하며, (iii) 직류 전력 신호를 적어도 무선 전력 수신기 시스템과 관련된 부하에 제공하도록 구성된다. 수신기 제어기는 무선 데이터 신호의 인코딩, 무선 데이터 신호의 디코딩, 무선 데이터 신호의 수신 또는 무선 데이터 신호의 전송 중 하나 이상을 수행하도록 구성된다.
개선예에서, 송신 제어기에 의해, AC 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 결정하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 전력 수신기 시스템에 의해 제공되는 명령에 기초한다.
개선예에서, 송신 제어기에 의해 AC 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 결정하는 것은, 선택된 전력 레벨에 기초하여 동작 모드를 위한 전력 레벨을 결정하는 것 - 상기 선택된 전력 레벨은 일련의 전력 레벨의 대응 레벨에 대응 - 과 대응하는 데이터 속도에 기초하여 동작 모드를 위한 데이터 속도를 결정하는 것 - 상기 대응 데이터 속도는 일련의 전력 레벨의 선택된 레벨을 사용하여 대응하는 일련의 데이터 속도들 중 한 속도임 - 을 포함한다.
개선예에서, 송신 제어기에 의해 AC 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 결정하는 것은, 선택된 데이터 속도에 기초하여 동작 모드를 위한 데이터 속도를 결정하는 것 - 상기 선택된 데이터 속도는 일련의 데이터 속도 중 대응 속도에 대응 - 과, 대응하는 전력 레벨에 기초하여 동작 모드를 위한 전력 레벨을 결정하는 것 - 대응하는 전력 레벨은 일련의 데이터 속도들 중 대응하는 데이터 속도를 사용하여 대응하는 일련의 전력 레벨들 중의 전력 레벨임 - 을 포함한다.
개선예에서, 동작 모드를 결정하는 것은, 동작 모드에 대해 전력 레벨 및 데이터 속도 중 하나 또는 둘 모두를 결정하는 것을 포함하며, 그 결정은 일련의 가용 전력 레벨들 및 일련의 가용 데이터 속도들의 대응하는 쌍의 룩업(look up) 테이블을 참조함으로써 수행된다.
개선예에서, 동작 모드를 결정하는 것은, 선택된 전력 레벨에 기초하여 전력 레벨을 결정하는 것과, 선택된 전력 레벨 및 일련의 사용 가능한 전력 레벨과 사용 가능한 데이터 속도 사이의 역 관계에 기초하여 데이터 속도를 결정하는 것을 포함한다.
개선예에서, 동작 모드를 결정하는 것은 선택된 전력 레벨에 기초하여 전력 레벨을 결정하는 것과, 선택된 전력 레벨 및 일련의 사용 가능한 전력 레벨과 사용 가능한 데이터 속도 사이의 역 관계(inverse relationship)에 기초하여 데이터 속도를 결정하는 것 을 포함한다.
개선예에서, 송신 제어기에 의해, AC 무선 신호들의 전송을 위한 동작 모드를 결정하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 적어도 하나의 수신기 동작 조건에 기초한다.
추가적인 개선예에서, 상기 적어도 하나의 수신기 동작 조건은 상기 무선 수신기 시스템과 동작 가능하게 연관된 부하의 충전 레벨을 포함한다.
추가의 개선예에서, 적어도 하나의 수신기 동작 조건은 송신기 안테나와 수신기 안테나 사이의 커플링, 송신기 안테나와 수신기 안테나 사이의 변위, 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다.
개선예에서, 무선 송신 시스템은 무선 데이터 신호의 전송 동안 AC 무선 신호를 감쇠시키도록 구성된 감쇠 회로를 더 포함하고, 감쇠 회로는, 적어도 송신 제어기로부터 무선 데이터 신호의 전송 동안 감쇠를 제어하도록 트랜지스터를 스위칭하는 감쇠 신호를 수신하도록 구성된 감쇠 트랜지스터를 포함한다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553MHz 내지 약 13.567MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 전송 시스템을 동작시키는 방법이 개시된다. 무선 전력 전송 시스템(wireless power transfer system)은 무선 전력 송신 시스템(wireless power transmission system) 및 무선 전력 수신기 시스템(wireless power receiver system)을 포함하고, 무선 전력 송신 시스템은 무선 전력 수신기 시스템과 커플링하여 교류(AC) 무선 신호를 무선 전력 수신기 시스템에 전송하도록 구성되고, AC 무선 신호는 무선 전력 신호 및 무선 데이터 신호를 포함한다. 상기 방법은 무선 전력 송신 시스템의 제어기를 사용하여 AC 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 결정하는 단계를 포함하고, 동작 모드는 무선 전력 신호들을 위한 전력 레벨 및 무선 데이터 신호들을 위한 데이터 속도를 포함하고, 전력 레벨은 일련의 가용 전력 레벨로부터 선택되고, 데이터 석도는 일련의 가용 데이터 속도로부터 선택되고, 일련의 가용 전력 레벨들 각각은 일련의 가용 데이터 속도들 중 하나에 대응하고, 가용 전력 레벨들과 가용 데이터 속도들의 대응하는 쌍은 역의 관계이다. 상기 방법은 무선 전력 송신 시스템의 제어기를 사용하여 무선 데이터 신호의 인코딩, 무선 데이터 신호의 디코딩, 무선 데이터 신호의 수신, 무선 데이터 신호 또는 이들의 조합을 수행하는 단계를 더 포함한다. 방법은 무선 전력 송신 시스템의 제어기를 사용하여 무선 전력 송신 시스템의 증폭기에 구동 신호를 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 구동 신호에 기초하여 증폭기에 의해 무선 전력 송신 시스템의 송신기 안테나를 구동하는 단계를 더 포함한다.
개선예에서, 동작 모드를 결정하는 것은 선택된 전력 레벨에 기초하여 동작 모드에 대한 전력 레벨을 결정하는 것 - 선택된 전력 레벨은 일련의 전력 레벨들 중 대응 전력 레벨에 대응 -과 대응하는 데이터 속도에 기초하여 동작 모드에 대한 데이터 속도를 결정하는 것 - 대응하는 데이터 속도는 일련의 전력 레벨들 중 선택된 레벨과 대응하는 일련의 데이터 속도들 중의 데이터 속도 - 를 더 포함한다.
개선예에서, 동작 모드를 결정하는 것은, 선택된 데이터 속도에 기초하여 동작 모드에 대한 데이터 속도를 결정하는 것 - 선택된 데이터 속도는 일련의 데이터 속도들의 대응 속도에 대응 - 과 대응하는 전력 레벨에 기초하여 동작 모드를 위한 전력 레벨을 결정하는 것 - 대응하는 전력 레벨은 일련의 데이터 속도들 중 대응 속도에 대응하는 일련의 전력 레벨들 중의 레벨임 -을 더 포함한다.
개선예에서, 동작 모드를 결정하는 것은 동작 모드에 대하여 전력 레벨 및 데이터 속도 중 하나 또는 둘 모두를 결정하는 것을 포함하며, 일련의 가용 전력 레벨들 및 일련의 가용 데이터 속도들의 대응하는 쌍의 룩업 테이블을 참조하여 수행된다.
개선예에서, 동작 모드를 결정하는 것은 선택된 전력 레벨에 기초하여 전력 레벨을 결정하는 것과, 선택된 전력 레벨 및 일련의 가용 전력 레벨들과 가용 데이터 속도들 사이의 역 관계에 기초하여 데이터 속도를 결정하는 것을 포함한다.
개선예에서, 송신 제어기에 의해, AC 무선 신호들의 전송을 위한 동작 모드를 결정하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 적어도 하나의 수신기 동작 조건에 기초한다.
개선예에서, 상기 방법은 약 13.553MHz 내지 약 13.567MHz의 범위에서 동작 주파수를 선택하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 무선 전력 송신 시스템이 개시된다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나, 송신 제어기 및 증폭기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 다른 안테나와 커플링하여 적어도 하나의 안테나에 교류(AC) 무선 신호를 전송하도록 구성되며, 교류 무선 신호는 무선 전력 신호 및 무선 데이터 신호를 포함한다. 송신 제어기는 무선 전력 송신 시스템에 대한 동작 주파수 및 교류 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고, 무선 데이터 신호의 인코딩, 무선 데이터 신호의 디코딩, 무선 데이터 신호의 수신 또는 무선 데이터 신호의 전송 중 하나 이상을 수행하고, 교류 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 결정하도록 구성되며, 동작 모드는 무선 전력 신호에 대한 전력 레벨 및 무선 데이터 신호에 대한 데이터 속도를 포함하고, 전력 레벨은 일련의 가용 전력 레벨로부터 선택되고, 데이터 속도는 일련의 가용 데이터 속도로부터 선택되고, 일련의 가용 전력 레벨들 각각은 일련의 가용 데이터 속도들 중 하나에 대응하며, 가용 전력 레벨들과 가용 데이터 속도들의 대응하는 쌍은 역의 관계이다. 증폭기는, 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트에서 구동 신호를 수신하고 직류 입력 전력 신호를 반전시켜 동작 주파수에서 교류 무선 신호를 생성하도록 구성된, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 송신 시스템이 개시된다. 무선 전력 송신 시스템은 송신기 안테나, 송신 제어기, 증폭기 및 가변 저항을 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 다른 안테나와 커플링하여 교류(AC) 무선 신호를 적어도 하나의 안테나에 전송하고, AC 무선 신호는 무선 전력 신호 및 무선 데이터 신호를 포함한다. 송신 제어기는 (i) 무선 전력 전송 시스템의 동작 주파수에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고, (ii) 무선 데이터 신호의 인코딩, 무선 데이터 신호의 디코딩, 무선 데이터 신호의 수신 또는 무선 데이터 신호의 전송 중 적어도 하나를 수행한다. 증폭기는 적어도 하나의 트랜지스터 및 감쇠 회로를 포함한다. 적어도 하나의 트랜지스터는 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트에서 구동 신호를 수신하고, 동작 주파수에서 직류(DC) 입력 전력 신호를 반전시켜 교류 무선 신호를 생성한다. 감쇠 회로는 무선 데이터 신호의 전송 동안에 교류 무선 신호를 감쇠하도록 구성되며, 감쇠 회로는 송신 제어기로부터 트랜지스터를 스위칭하여 무선 데이터 신호의 전송 동안에 감쇠를 제어하기 위한 감쇠 신호를 수신하도록 구성된다. 가변 저항은 송신기 안테나와 전기적으로 연결되어 송신기 안테나의 품질 계수(Q)를 변경하도록 구성되며, 가변 저항에 의한 Q의 변경은 무선 전력 송신 시스템의 동작 모드를 변경한다.
일 실시예에서, 가변 저항은 송신 제어기로부터 명령을 수신하는 디지털 포텐셔미터(potentiometer)이고, 송신 제어기는 무선 전력 송신 시스템에 대한 동작 모드를 결정하고, 동작 모드를 용이하도록 Q를 변경하기 위해 명령을 가변 저항에 제공하도록 구성된다.
추가적인 개선으로, 동작 모드는 복수의 송신 모드 중에서 선택되고, 복수의 송신 모드는 제1 송신 모드 및 제2 송신 모드를 포함하고, 제1 송신 모드는 무선 데이터 신호에 대한 제1 데이터 속도 및 무선 전력 신호에 대한 제1 전력 레벨을 포함하고, 제2 송신 모드는 무선 데이터 신호에 대한 제2 데이터 속도 및 무선 전력 신호에 대한 제2 전력 레벨을 포함하고, 제1 데이터 속도는 제2 데이터 속도보다 작고, 제1 전력 레벨은 제2 전력 레벨보다 크다.
추가의 개선예에서, 제1 송신 모드는 전력 우선 송신 모드이다.
또 다른 개선예에서, 제2 송신 모드는 데이터 우선 송신 모드다이다.
개선예에서, 송신 제어기에 의해, AC 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 적어도 하나의 수신기 동작 조건에 기초한다.
추가적인 개선예에서, 상기 적어도 하나의 수신기 동작 조건은 상기 무선 수신기 시스템과 동작 가능하게 연관된 부하의 충전 레벨을 포함한다.
다른 추가적인 개선예에서, 적어도 하나의 수신기 동작 조건은 송신기 안테나와 수신기 안테나 사이의 커플링, 송신기 안테나와 수신기 사이의 변위 중 하나 이상을 포함한다.
추가적인 개선예에서, 동작 모드는 무선 전력 신호들에 대한 전력 레벨 및 무선 데이터 신호들에 대한 데이터 속도를 포함하고, 전력 레벨은 일련의 가용 전력 레벨들로부터 선택되고, 데이터 속도는 일련의 가용 데이터 속도들로부터 선택되며, 일련의 가용 전력 레벨 각각은 일련의 가용 데이터 속도들 중 하나에 대응하고, 가용 전력 레벨들 및 가용 데이터 속도들의 대응하는 쌍들은 역의 관계에 있다.
추가적인 개선에서, 송신 제어기에 의해 AC 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 결정하는 것은 선택된 전력 레벨에 기초하여 동작 모드에 대한 전력 레벨을 결정하는 것 - 선택된 전력 레벨은 일련의 전력 레벨들 중 대응 레벨에 대응함 - 과, 대응하는 데이터 속도에 기초하여 동작 모드에 대한 데이터 속도를 결정하는 것 - 대응 데이터 속도는 일련의 전력 레벨들 중 선택된 레벨과 대응하는 일련의 데이터 속도들 중의 데이터 속도임 -을 포함한다.
또 다른 개선예에서, 송신 제어기에 의해 AC 무선 신호의 전송을 위한 동작 모드를 결정하는 것은 선택된 데이터 속도에 기초하여 동작 모드를 위한 데이터 속도를 결정하는 것 -선택된 데이터 속도는 일련의 데이터 속도들 중 대응 속도에 대응 - 과, 대응하는 전력 레벨에 기초하여 동작 모드를 위한 전력 레벨을 결정하는 것 - 대응하는 전력 레벨은 일련의 데이터 속도들 중 대응 데이터 속도와 대응하는 일련의 전력 레벨들 중의 레벨임 - 을 포함한다.
다른 추가적인 개선예에서, 동작 모드를 결정하는 것은, 동작 모드에 대해, 전력 레벨 및 데이터 속도들 중 하나 또는 둘 모두를 결정하는 것을 포함하며, 그 결정은 일련의 가용 전력 레벨들 및 일련의 가용 데이터 속도들의 대응하는 쌍들의 룩업 테이블을 참조함으로써 수행된다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 전력 전송 시스템을 동작시키는 방법이 개시된다. 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 시스템 및 무선 전력 수신 시스템을 포함하고, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 수신 시스템과 커플링하여 교류(AC) 무선 신호를 무선 전력 수신 시스템에 전송하도록 구성되고, 교류 무선 신호들은 무선 전력 신호 및 무선 데이터 신호를 포함한다. 상기 방법은, 무선 전력 송신 시스템의 제어기를 사용하여 무선 전력 송신 시스템의 동작 모드를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 송신 안테나와 전기적으로 연결된 가변 저항을 사용하여 무선 전력 송신 시스템의 송신 안테나의 품질 계수(Q)를 변경하여 무선 전력 송신 시스템의 동작 모드를 설정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 무선 전력 송신 시스템의 제어기를 사용하여 무선 데이터 신호 인코딩, 무선 데이터 신호 디코딩, 무선 데이터 신호 수신, 무선 데이터 신호 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 수행하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 무선 전력 송신 시스템의 제어기를 사용하여 무선 전력 송신 시스템의 증폭기에 구동 신호를 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 구동 신호에 기초하여 증폭기에 의해 무선 전력 송신 시스템의 송신기 안테나를 구동하는 단계를 더 포함한다.
개선예에서, 동작 모드를 결정하는 것은, 복수의 송신 모드들로부터 동작 모드를 선택하는 것을 포함하며, 복수의 송신 모드는 적어도, 제1 전력 레벨 및 제1 데이터 속도를 갖는 제1 동작 모드와 제2 전력 레벨 및 제2 전력 속도를 갖는 제2 동작 모드를 포함하며, 제1 데이터 속도는 제2 데이터 속도보다 크고, 제1 전력 레벨은 제2 전력 레벨보다 작다.
추가적인 개선예에서, 복수의 전송 노드들로부터 동작 모드를 선택하는 것은 전력 우선 모드 또는 데이터 우선 모드 중 하나를 선택하는 것을 포함한다.
개선예에서, 동작 모드는 무선 전력 신호들을 위한 전력 레벨 및 무선 데이터 신호들을 위한 데이터 속도를 포함하고, 전력 레벨은 일련의 가용 전력 레벨들 중 선택되고, 데이터 속도는 일련의 가용 데이터 속도들로부터 선택되고, 일련의 가용 전력 레벨들 각각은 일련의 가용 데이터 속도들 중 하나에 대응하고, 가용 전력 레벨들 및 가용 데이터 속도들의 대응하는 쌍들은 역의 관계에 있다.
개선예에서, 상기 방법은 무선 전력 송신 시스템의 제어기에 의해, 무선 전력 수신기 시스템으로부터 명령을 수신하는 단계를 더 포함하고, 복수의 송신 모드로부터 동작 모드를 선택하는 단계는 적어도 부분적으로 무선 전력 수신기 시스템으로부터의 명령에 기초한다.
추가의 개선예에서, 동작 모드를 선택하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 수신기 시스템과 연관된 적어도 하나의 수신기 동작 조건에 기초하여, 선택을 위한 송신 동작 모드를 결정하는 것을 포함하고, 무선 전력 수신기 시스템으로부터의 명령은 적어도 하나의 수신기 동작 조건을 포함한다.
개선예에서, 동작 모드를 선택하는 것은, 적어도 부분적으로, 무선 수신기 시스템과 연관된 적어도 하나의 수신기 동작 조건에 기초하여, 선택을 위한 송신 동작 모드를 결정하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 전자 디바이스를 제공하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 전자 디바이스를 제조 위치에서 제조하는 단계를 포함하고, 전자 디바이스를 제조하는 단계는 무선 수신기 시스템을 전자 디바이스에 연결하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 전자 디바이스를 패키징 위치에서 패키징하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 데이터 송신 사이트에서 전자 디바이스에 무선으로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하고, 데이터를 전자 디바이스에 무선으로 전송하는 단계는, 전자 디바이스와 관련된 무선 수신기 시스템과 자기적으로 연결되도록 구성된 무선 송신 시스템을 사용하여, 근거리 자기 유도를 통해 데이터를 전송함으로써 수행된다.
개선예에서, 제조 위치 및 패키징 위치 중 하나 또는 둘 모두는 데이터 송신 사이트와 독립적인 사이트이다.
개선예에서, 데이터는 소프트웨어 업데이트, 펌웨어 업데이트, 소프트웨어 애플리케이션, 펌웨어 또는 이들의 조합 중 하나 이상이다.
추가적인 개선예에서, 데이터는 전자 디바이스가 제공되는 영역에 특정된다.
다른 추가적인 개선예에서, 데이터는 무선 데이터 전송 프로토콜에 따라 비동기 직렬 데이터 신호로서 전송된다.
추가적인 개선예에서, 상기 방법은, 무선 송신 시스템과 무선 수신기 시스템 사이의 연결을 이용하여, 전자 디바이스와 연관된 부하에 전력을 공급하기 위한 전력 신호를 무선으로 전송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 연결 시스템이 개시된다. 무선 연결 시스템은 무선 송신 시스템 및 무선 수신기 시스템을 포함한다. 무선 송신 시스템은 송신기 안테나 및 송신 제어기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하여 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호를 전송하도록 구성되어 있고, 적어도 하나의 수신기 안테나는 전자 디바이스와 관련된 패키징 내에 상주한다. 송신 제어기는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하도록 구성되고, 송신기 안테나는 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되고, 구동 신호는 무선 데이터 전송 프로토콜에 따라 비동기 직렬 데이터 신호를 생성하도록 구성된다. 무선 수신기 시스템은 적어도 하나의 수신기 안테나 및 수신기 제어기를 포함한다. 적어도 하나의 수신기 안테나는 송신기 안테나와 유도 결합하고 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되어 있고, 적어도 하나의 수신기 안테나는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 동작한다. 수신기 제어기는 전송을 디코딩하여 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 추출하고, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 디코딩하여 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하도록 구성된다.
개선예에서, 제1 및 제2 비동기 직렬 데이터 신호는 UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) 준수 신호이다.
추가의 개선예에서, 무선 데이터 전송 프로토콜은 근거리 무선 통신(NFC) 프로토콜이다.
추가적인 개선예에서, 송신 제어기는, 동기화 명령 및 길이 명령을 갖는 헤더를 갖는 동기식 NFC 데이터 스트림에서 UART 준수 데이터 신호를 패킷화함으로써 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 UART 준수 데이터 신호를 생성하도록 구성된다.
또 다른 개선예에서, 송신 제어기는, UART 준수 데이터 신호 다음에 적어도 하나의 에러 체크 요소를 포함함으로써 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 UART 준수 데이터 신호를 생성하도록 추가로 구성된다.
추가의 개선예에서, 송신 제어기는, 에러 체크 요소의 처리가 UART 준수 데이터 신호의 에러 없는 수신을 나타낼 때 전송될 확인(ACK) 응답을 생성하도록 추가로 구성된다.
다른 추가적인 개선예에서, 수신기 제어기는, 에러 체크 요소의 처리가 UART 준수 데이터 신호의 잘못된 수신을 나타내는 경우 전송될 부정적인 확인 응답(NACK)을 생성하도록 추가로 구성된다.
또 다른 추가적인 개선예에서, 상기 시스템은 무선 송신 시스템 및 무선 수신기 시스템 각각에 하나 이상의 각각의 버퍼를 더 포함한다.
추가의 개선예에서, 무선 송신 시스템 및 무선 수신 시스템 각각 내의 하나 이상의 각각의 버퍼는, 전송 및 수신을 위한 통신 데이터를 각각 순서화하도록 구성된다.
추가의 개선예에서, 무선 전력 송신 시스템 내의 하나 이상의 버퍼의 출력은 전송을 위한 버퍼 데이터를 트리거하도록 클록킹된다.
개선예에서, 동작 주파수는 약 13.553 MHz 내지 약 13.567 MHz의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 송신 시스템이 개시된다. 무선 송신 시스템은 송신기 안테나 및 송신 제어기를 포함한다. 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하고, 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호를 전송하도록 구성되며, 적어도 하나의 수신기 안테나는 전자 디바이스와 관련된 패키징 내에 상주한다. 송신 제어기는 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하도록 구성되고, 송신기 안테나는 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되고, 구동 신호는 무선 데이터 전송 프로토콜에 따라 비동기 직렬 데이터 신호를 생성하도록 구성된다.
개선예에서, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜은 NFC 데이터 전송 프로토콜을 포함한다.
추가의 개선예에서, 비동기 직렬 데이터 신호는 UART 준수 데이터 신호이다.
본 발명 내용의 이들 및 다른 측면들 및 특징들은 첨부된 도면들과 함께 판독될 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 에너지, 전력 신호, 전력, 전자기 에너지, 전자 데이터 및 이들의 조합 중 하나 이상을 무선으로 전송하는 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 2는 본 발명 및 도 1에 따라서 도 1의 시스템의 무선 송신 시스템 및 무선 수신 시스템의 구성 요소를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명 및 도 1 및 도 2에 따라서, 도 2의 무선 송신 시스템의 송신 제어 시스템의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명 및 도 1-3 따라서, 도 3의 변속기 제어 시스템의 센싱 시스템의 구성 요소를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명 및 도 1, 도 2에 따라서, 도 2의 무선 송신 시스템의 전력 조정 시스템의 구성 요소를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명 및 도 1-5에 따라서, 무선 송신 시스템의 구성 요소들의 블록도로서, 전력 조정 시스템의 증폭기의 구성 요소 및 무선 전력 전송을 위한 신호 특성을 더 설명하기 위한, 도 1-5의 전력 송신 시스템의 요소들의 블록도이다.
도 7은 본 발명 및 도 1-6에 따라서, 도 5-6의 전력 조정 시스템의 증폭기의 구성요소를 더 예시한, 도 1-6의 전력 송신 시스템의 요소들의 전기적 개략도이다.
도 8은 온-오프 키잉(on-off keying)을 통해 신호가 대역내 통신을 가질 때 "온(on)" 및 "오프(off)" 조건의 상승 및 하강을 예시적으로 보여주는 예시 플롯이다.
도 9는 도 1-8 및 본 발명에 따른 무선 송신 시스템의 동작 방법을 위한 흐름도이다.
도 10은 도 1-9 및 본 발명에 따른 무선 전력 및 데이터 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 도 9의 방법의 서브 방법의 흐름도이다.
도 11은 도 1-9 및 본 발명에 따른 무선 전력 및 데이터 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 도 9의 방법의 대안적인 서브 방법에 대한 흐름도이다.
도 12는 도 1-11 및 본 발명에 따라서, 도 9-11의 방법(들)의 3개의 예시적인 동작 모드들에 대한 예시적인 타이밍도들의 3개의 플롯이다.
도 13은 도 1-9 및 본 발명에 따라서 무선 전력 및 데이터 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 도 9의 방법의 다른 서브 방법에 대한 흐름도이다.
도 14는 도 1-9 및 본 발명에 따라서, 무선 전력 및 데이터 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 도 9의 방법의 다른 서브 방법에 대한 흐름도이다.
도 15a는 본 발명에 따른 도 9, 도 13 및 도 14를 참조하여 논의된 동작 모드들에 대한 데이터 속도와 전력 레벨 사이의 역 관계의 제1 예시도이다.
도 15b는 본 발명에 따른 도 9, 도 13 및 도 14를 참조하여 논의된 동작 모드들에 대한 데이터 속도와 전력 레벨 사이의 역 관계의 제2 예시도이다.
도 15c는 본 발명에 따라, 도 9, 도 13 및 도 14를 참조하여 논의된 동작 모드들에 대한 데이터 속도 및 전력 레벨 사이의 역 관계에 따라 상관된, 일련의 데이터 속도들 및 일련의 전력 레벨들에 대한 상관 값들을 포함하는 예시적인 룩업 테이블(LUT)이다.
도 16은 도 1, 도 2 및 본 발명에 따른 도 2의 무선 수신기 시스템의 수신기 제어 시스템 및 수신기 전력 조절 시스템의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 17은, 배경으로서, 예시적인 통신들과 겹쳐진 UART 직렬 유선 부품들의 개략적인 기능 플롯이다.
도 18은 UART 직렬 유선 통신을 통한 패킷 통신을 배경으로 나타낸 타이밍도이다.
도 19는 본 발명에 따른 무선 전송 데이터의 캡슐화를 나타내는 타이밍도이다.
도 20은 본 발명에 따른 수신기 및 송신기 타이밍 기능을 나타내는 타이밍도이다.
도 21a는 본 발명에 따라서, 무선 송신 시스템 및 무선 수신 시스템이 모두 가상 양방향 통신과 통신하는 경우, 통신들의 윈도잉(windowing)을 나타내는 타이밍도이다.
도 21b는 본 발명에 따라서, 무선 송신 시스템 및 무선 수신 시스템이 모두 가상 양방향 통신과 통신하는 경우, 통신들의 가변-길이 윈도잉을 나타내는 타이밍도이다.
도 22는 본 발명에 따라서, 근거리 자기 커플링을 통한 송수신을 위해 데이터 통신을 버퍼링하는 시스템 세그먼트의 개략도이다.
도 23은 본 발명에 따른 버퍼링된 데이터 통신들을 반영하는 수직-등록 타이밍 다이어그램들(vertically-registered timing diagrams)의 세트이다.
도 24는 본 발명에 따라서, 본 명세서에 개시된 시스템, 방법 또는 장치의 송신 안테나 및 수신기 안테나 중 하나 또는 둘 모두로서 사용하기 위한 비제한적이고 예시적인 안테나의 상면도이다.
도 25는 도 1-24 및 본 발명에 따라서, 패키징을 통한 데이터 송신을 이용하는 전자 디바이스를 제공하는 방법을 위한 흐름도이다.
도 26은 도 1-25 및 본 발명에 따라서, 전자 디바이스가 패키지로 남아 있는 상태에서 전자 디바이스로 데이터를 전송하는 시스템의 측면도이다.
특정 예시적 실시예들과 관련하여 다음의 상세한 설명이 제공될 것이지만, 도면들이 반드시 축척(scale)되어야 하는 것은 아니며, 개시된 실시예들은 때때로 도표로 그리고 부분적으로 도시되어 있다는 것을 이해해야 한다. 게다가, 특정 경우들에서, 개시된 주제의 이해를 위해 필요하지 않거나 다른 세부사항들을 인식하기 너무 어렵게 만드는 세부사항들이 생략되었을 수도 있다. 따라서, 이러한 개시는 본 명세서에서 개시되고 예시된 특정 실시예들에 국한되는 것이 아니라, 전체 개시 및 청구항들, 그리고 이와 동등한 것들에 대한 공정한 판독으로 이해되어야 한다. 추가적으로, 상이하거나 또는 더 적은 구성요소들과 방법들이 시스템들과 방법들에 포함될 수도 있다.
도 2는 본 발명 및 도 1에 따라서 도 1의 시스템의 무선 송신 시스템 및 무선 수신 시스템의 구성 요소를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명 및 도 1 및 도 2에 따라서, 도 2의 무선 송신 시스템의 송신 제어 시스템의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명 및 도 1-3 따라서, 도 3의 변속기 제어 시스템의 센싱 시스템의 구성 요소를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명 및 도 1, 도 2에 따라서, 도 2의 무선 송신 시스템의 전력 조정 시스템의 구성 요소를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명 및 도 1-5에 따라서, 무선 송신 시스템의 구성 요소들의 블록도로서, 전력 조정 시스템의 증폭기의 구성 요소 및 무선 전력 전송을 위한 신호 특성을 더 설명하기 위한, 도 1-5의 전력 송신 시스템의 요소들의 블록도이다.
도 7은 본 발명 및 도 1-6에 따라서, 도 5-6의 전력 조정 시스템의 증폭기의 구성요소를 더 예시한, 도 1-6의 전력 송신 시스템의 요소들의 전기적 개략도이다.
도 8은 온-오프 키잉(on-off keying)을 통해 신호가 대역내 통신을 가질 때 "온(on)" 및 "오프(off)" 조건의 상승 및 하강을 예시적으로 보여주는 예시 플롯이다.
도 9는 도 1-8 및 본 발명에 따른 무선 송신 시스템의 동작 방법을 위한 흐름도이다.
도 10은 도 1-9 및 본 발명에 따른 무선 전력 및 데이터 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 도 9의 방법의 서브 방법의 흐름도이다.
도 11은 도 1-9 및 본 발명에 따른 무선 전력 및 데이터 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 도 9의 방법의 대안적인 서브 방법에 대한 흐름도이다.
도 12는 도 1-11 및 본 발명에 따라서, 도 9-11의 방법(들)의 3개의 예시적인 동작 모드들에 대한 예시적인 타이밍도들의 3개의 플롯이다.
도 13은 도 1-9 및 본 발명에 따라서 무선 전력 및 데이터 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 도 9의 방법의 다른 서브 방법에 대한 흐름도이다.
도 14는 도 1-9 및 본 발명에 따라서, 무선 전력 및 데이터 전송을 위한 동작 모드를 선택하는 도 9의 방법의 다른 서브 방법에 대한 흐름도이다.
도 15a는 본 발명에 따른 도 9, 도 13 및 도 14를 참조하여 논의된 동작 모드들에 대한 데이터 속도와 전력 레벨 사이의 역 관계의 제1 예시도이다.
도 15b는 본 발명에 따른 도 9, 도 13 및 도 14를 참조하여 논의된 동작 모드들에 대한 데이터 속도와 전력 레벨 사이의 역 관계의 제2 예시도이다.
도 15c는 본 발명에 따라, 도 9, 도 13 및 도 14를 참조하여 논의된 동작 모드들에 대한 데이터 속도 및 전력 레벨 사이의 역 관계에 따라 상관된, 일련의 데이터 속도들 및 일련의 전력 레벨들에 대한 상관 값들을 포함하는 예시적인 룩업 테이블(LUT)이다.
도 16은 도 1, 도 2 및 본 발명에 따른 도 2의 무선 수신기 시스템의 수신기 제어 시스템 및 수신기 전력 조절 시스템의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 17은, 배경으로서, 예시적인 통신들과 겹쳐진 UART 직렬 유선 부품들의 개략적인 기능 플롯이다.
도 18은 UART 직렬 유선 통신을 통한 패킷 통신을 배경으로 나타낸 타이밍도이다.
도 19는 본 발명에 따른 무선 전송 데이터의 캡슐화를 나타내는 타이밍도이다.
도 20은 본 발명에 따른 수신기 및 송신기 타이밍 기능을 나타내는 타이밍도이다.
도 21a는 본 발명에 따라서, 무선 송신 시스템 및 무선 수신 시스템이 모두 가상 양방향 통신과 통신하는 경우, 통신들의 윈도잉(windowing)을 나타내는 타이밍도이다.
도 21b는 본 발명에 따라서, 무선 송신 시스템 및 무선 수신 시스템이 모두 가상 양방향 통신과 통신하는 경우, 통신들의 가변-길이 윈도잉을 나타내는 타이밍도이다.
도 22는 본 발명에 따라서, 근거리 자기 커플링을 통한 송수신을 위해 데이터 통신을 버퍼링하는 시스템 세그먼트의 개략도이다.
도 23은 본 발명에 따른 버퍼링된 데이터 통신들을 반영하는 수직-등록 타이밍 다이어그램들(vertically-registered timing diagrams)의 세트이다.
도 24는 본 발명에 따라서, 본 명세서에 개시된 시스템, 방법 또는 장치의 송신 안테나 및 수신기 안테나 중 하나 또는 둘 모두로서 사용하기 위한 비제한적이고 예시적인 안테나의 상면도이다.
도 25는 도 1-24 및 본 발명에 따라서, 패키징을 통한 데이터 송신을 이용하는 전자 디바이스를 제공하는 방법을 위한 흐름도이다.
도 26은 도 1-25 및 본 발명에 따라서, 전자 디바이스가 패키지로 남아 있는 상태에서 전자 디바이스로 데이터를 전송하는 시스템의 측면도이다.
특정 예시적 실시예들과 관련하여 다음의 상세한 설명이 제공될 것이지만, 도면들이 반드시 축척(scale)되어야 하는 것은 아니며, 개시된 실시예들은 때때로 도표로 그리고 부분적으로 도시되어 있다는 것을 이해해야 한다. 게다가, 특정 경우들에서, 개시된 주제의 이해를 위해 필요하지 않거나 다른 세부사항들을 인식하기 너무 어렵게 만드는 세부사항들이 생략되었을 수도 있다. 따라서, 이러한 개시는 본 명세서에서 개시되고 예시된 특정 실시예들에 국한되는 것이 아니라, 전체 개시 및 청구항들, 그리고 이와 동등한 것들에 대한 공정한 판독으로 이해되어야 한다. 추가적으로, 상이하거나 또는 더 적은 구성요소들과 방법들이 시스템들과 방법들에 포함될 수도 있다.
이하의 서술에서, 관련 가르침에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적인 세부사항이 예를 통해 제시된다. 그러나, 현재의 가르침이 그러한 세부사항 없이 실행될 수 있다는 것이 당해 기술분야의 숙련자들에게 명백해야 한다. 다른 예들에서, 잘 알려진 방법들, 절차들, 구성요소들, 및/또는 회로는, 현재의 가르침의 불필요한 측면들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 세부사항 없이, 비교적 높은 수준으로 기술되어 왔다. 예를 들어, 위에서 언급된 바와 같이, UART가 예시적인 비동기 통신 방식으로 본 명세서에서 사용되고, NFC 프로토콜들이 예시적인 동기 통신 방식으로 사용된다. 단, 다른 유선 및 무선 통신 기술들이 본 발명의 원리들을 구현하는 동안 사용될 수도 있다.
이제 도면을 참조하고 도 1을 구체적으로 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(10)이 도시되어 있다. 무선 전력 전송 시스템(10)은 전기 에너지, 전력, 전력 신호, 전자기 에너지 및 전자적으로 전송 가능한 데이터("전자 데이터") 등과 같은 전기 신호의 무선 전송을 제공한다. 여기서, "전기 전력 신호"는 부하의 충전 및/또는 직접 전력을 공급하도록 의미있는 구체적으로 전기 에너지를 제공하기 위해 전송되는 전기 신호를 의미하는 반면에, "전기 데이터 신호"는 매체를 통해 데이터를 전송하기 위해 사용되는 전기 신호를 의미한다.
무선 전력 전송 시스템(10)은 근거리 자기 커플링을 통한 전기적 신호의 무선 전송을 제공한다. 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템(10)은 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신 시스템(30)을 포함한다. 무선 수신 시스템은 적어도 무선 송신 시스템(20)으로부터 전기적 신호를 수신하도록 구성된다. 무선 전력 송신 시스템이 근거리 통신 직접 충전(NFC-DC) 또는 근거리 통신 무선 충전(NFC WC) 드래프트 또는 수용된 표준을 통한 무선 전력 전송을 위해 구성되는 예와 같은 일부 예에서, 무선 송신 시스템(20)은 NFC-DC 무선 송신 시스템(20)의 “리스너(listener)”로 참조되고, 무선 수신 시스템(30)은 NFC-DC 무선 송신 시스템의 "폴러(poller)"로 참조될 수 있다.
예시된 바와 같이, 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신기 시스템(30)은 적어도, 이격 거리 또는 갭(17)을 가로질러 전기 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 시스템(10)과 같은 무선 전력 전송 시스템의 맥락에서, 갭(17)과 같은 이격 거리 또는 갭은, 유선 연결과 같은 물리적 연결을 포함하지 않는다. 에어(air), 카운터 탑(counter top), 전자 디바이스를 위한 케이싱(casing), 플라스틱 필라멘트, 절연체, 기계적 벽 등과 같은, 그러나 그에 제한되지는 않는 이격 거리 또는 갭에는 중간 객체들이 존재할 수 있으나, 그러한 이격 거리 또는 갭에서 물리적, 전기적 연결이 존재하지 않는다.
따라서, 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신기 시스템(30)의 결합은 물리적 연결의 필요 없이 전기적 연결을 생성한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "전기적 연결(electrical connection)" 이란 제1 위치, 장치, 구성요소 및/또는 소스로부터 제2 위치, 장치, 구성요소 및/또는 목적지로의 전류, 전압 및/또는 전력 전달의 임의의 촉진을 지칭한다. "전기적 연결"은 다른 물리적 전기적 연결들 중에서, 제1 위치, 장치, 구성요소 및/또는 소스를 제2 위치, 장치, 구성요소 및/또는 목적지에 연결하는, 예를 들어, 와이어, 트레이스, 비아와 같은 물리적 연결일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 부가적으로 또는 대안적으로, "전기적 연결"은 다른 무선 전력 및/또는 데이터 전송 중에서, 제1 위치, 장치, 구성요소 및/또는 소스를 제2 위치, 장치, 구성요소 및/또는 목적지에 연결하는, 예를 들어, 자기, 전자기, 공진 및/또는 유도장(inductive field)와 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는 무선 전력 및/또는 데이터 전송일 수 있다.
일부 경우들에서, 갭(17)은 또한 "Z-거리"로서 참조될 수 있는데, 왜냐하면, 안테나(21, 31)가 각각 실질적으로 각각의 공통 X-Y 평면들을 따라 배치되는 것으로 고려한다면, 안테나들(21, 31)을 분리하는 거리는 "Z" 또는 "깊이" 방향으로의 갭이기 때문이다. 그러나, 가요성 및/또는 비-평면 코일들은 확실히 본 발명의 실시예들에 의해 고려되며, 따라서 갭(17)은 안테나들(21, 31) 사이의 연결 거리들의 포락선에 걸쳐 균일하지 않을 수 있음이 고려된다. 다양한 튜닝들, 구성들 및/또는 다른 파라미터들이 갭(17)의 가능한 최대 거리를 변경할 수 있으므로, 무선 송신 시스템(20)으로부터 무선 수신기 시스템(30)으로의 전기적 송신이 가능한 상태로 유지될 수 있음이 고려된다.
무선 전력 전송 시스템(10)은 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신기 시스템(30)이 결합될 때 동작한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "커플링된다(couples)", "커플링되었다(coupled)" 및 "커플링(coupling)"은 자기장 커플링을 지시하며, 자기장 커플링은 일반적으로 전송기 및/또는 그의 임의의 구성요소 및 수신기 및/또는 그의 임의의 구성요소가 자기장을 통해 서로 결합될 때 발생한다. 이러한 커플링은 송신기로부터의 유도 전력 신호가 수신기에 의해 이용되기에 적어도 충분한 커플링 계수(k)로 표시되는 커플링을 포함할 수 있다. 시스템(10) 내의 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신기 시스템(30)의 커플링은 시스템(10)의 공진 커플링 계수로 표시될 수 있고, 무선 전력 전송의 목적을 위해, 시스템(10)에 대한 커플링 계수는 약 0.01 내지 0.9의 범위 내에 있을 수 있다.
예시된 바와 같이, 무선 송신 시스템(20)은 입력 전원(12)으로부터 전력을 수신할 수 있는 호스트 디바이스(11)와 연관될 수 있다. 호스트 디바이스(11)는 임의의 전기적으로 동작하는 디바이스, 회로 보드, 전자 어셈블리, 전용 충전 디바이스, 또는 임의의 다른 고려되는 전자 디바이스일 수 있다. 무선 송신 시스템(20)이 연관될 수 있는 예시적인 호스트 디바이스(11)는 집적 회로를 포함하는 디바이스, 웨어러블 전자 디바이스를 위한 케이스, 전자 디바이스를 위한 리셉터클, 휴대용 컴퓨팅 디바이스, 전자로 구성된 의류, 전자 디바이스를 위한 저장 매체, 하나 이상의 전자 디바이스를 위한 충전 디바이스, 전용 전기 충전 디바이스, 액티비티 또는 스포츠 관련 장비, 상품 및/또는 데이터 수집 디바이스를 포함한다.
예시된 바와 같이, 무선 송신 시스템(20) 및 호스트 디바이스(11) 중 하나 또는 둘 모두는 입력 전원(12)과 동작적으로 연관된다. 입력 전원(12)은 다른 저장 디바이스들 중 예컨대 전기화학 셀, 배터리 팩 및/또는 커패시터와 같은 하나 이상의 전기 저장 디바이스들이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 입력 전원(12)은 임의의 전기 입력 소스 (예컨대, 임의의 교류(AC) 또는 직류(DC) 전달 포트)일 수 있고, 상기 전기 입력 소스로부터 무선 송신 시스템(20)으로의 연결 장치 (예컨대, 변압기, 레귤레이터, 전도성 도관, 트레이스, 와이어 또는 장비, 물품, 컴퓨터, 카메라, 휴대전화 및/또는 기타 고려된 전기 부품들 중 USB 포트 및/또는 어댑터와 같은 다른 전기 디바이스 연결 포트 및/또는 어댑터)를 포함할 수 있다.
무선 송신 시스템(20)에 의해 수신된 전기 에너지는 적어도 두 가지 목적을 위해 사용된다: 무선 송신 시스템(20)의 내부 부품들에 전력을 제공하고 송신기 안테나(21)에 전력을 제공하는 것이다. 송신기 안테나(21)는 근거리 자기 커플링(NFMC)을 통해 무선 송신 시스템(20)에 의한 무선 전송을 위해 조정되고 수정된 전기 신호들을 무선으로 전송하도록 구성된다. 근거리 자기 커플링은 송신기 안테나(21)와 무선 수신기 시스템(30)의 또는 그와 연결된 수신 안테나(31) 사이의 자기 유도를 통해 신호의 무선 전송을 가능하게 한다. 근거리 자기 커플링은 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 두 안테나 사이의 전기 에너지를 전달하기 위해 교대 전자기장을 활용하는 무선 전력 전송 기술인 "유도 결합(inductive coupling)" 이라 지칭될 수 있다. 이러한 유도 결합은 유사한 주파수에서 공진하도록 튜닝되는 두 개의 자기 결합된 코일 사이의 자기 에너지의 근거리 무선 전송이다. 따라서 이러한 근거리 자기 결합은 제한된 자기장의 공진 전송을 통해 효율적인 무선 전력 전송을 가능하게 할 수 있다. 나아가, 이러한 근거리 자기 커플링은 "상호 인덕턴스"를 통해 연결을 제공할 수 있으며, 이는 본 명세서에서 정의된 바와 같이 제1회로에 자기적으로 커플링된 제2 회로에서의 전류의 변화에 의한 회로 내 기전력의 생성이다.
하나 이상의 실시예에서, 송신기 안테나(21) 또는 수신기 안테나(31) 중 하나의 인덕터 코일은 근거리 자기 유도를 통해 무선으로 전달된 전기 신호의 수신 및/또는 전송을 용이하게 하도록 전략적으로 위치된다. 안테나 동작 주파수는 비교적 높은 동작 주파수 범위를 포함할 수 있으며, 그 예로는 6.78MHz (예를 들어 Rezence 및/또는 Airfuel 인터페이스 표준 및/또는 6.78MHz의 주파수에서 동작하는 다른 전용 인터페이스 표준에 따름), 13.56MHz (예를 들어, ISO/IEC 표준18092에 의해 정의된 NFC 표준에 따름), 27MHz, 및/또는 또 다른 전용 동작 모드의 동작 주파수가 있다. 안테나(21, 31)의 동작 주파수는 무선 전력 전송에 사용하도록 지정된 6.78MHz, 13.56MHz 및 27MHz를 포함하지만 그에 제한되지 않는, 산업, 과학 및 의료(ISM) 주파수 대역에서 국제전기통신연합(ITU)에 의해 지정된 동작 주파수일 수 있다. 무선 전력 전송 시스템(10)이 NFC-DC 표준 및/또는 드래프트 표준 내에서 동작하는 시스템에서, 동작 주파수는 약 13.553MHz 내지 약 13.567MHz일 수 있다.
본 발명의 송신 안테나 및 수신 안테나는 약 10 밀리와트(mW) 내지 약 500와트(W)의 크기를 갖는 전력을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 송신 안테나(21)의 인덕터 코일은 송신 안테나 공진 주파수에서 또는 송신 안테나 공진 주파수 대역 내에서 공진하도록 구성된다.
당업자에게 공지된 바와 같이, "공진 주파수" 또는 "공진 주파수 대역"은 안테나의 진폭 응답이 상대적으로 최대인 주파수 또는 주파수, 또는 부가적으로 또는 대안적으로, 용량성 리액턴스가 유도성 리액턴스의 크기와 실질적으로 유사한 크기를 갖는 주파수 또는 주파수 대역을 의미한다. 하나 이상의 실시예에서, 송신 안테나 공진 주파수는 무선 전력 전송 기술 분야에 공지된 바와 같이, 고 주파수이다.
무선 수신기 시스템(30)은 적어도 하나의 전자 디바이스(14)와 연관될 수 있고, 여기서 전자 디바이스(14)는 (예를 들어, 배터리 및/또는 커패시터를 통해) 임의의 기능 및/또는 전력 저장을 위해 전력을 필요로 하는 임의의 디바이스일 수 있다. 추가로, 전자 디바이스(14)는 전자적으로 전송 가능한 데이터를 수신할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 핸드헬드 컴퓨팅 디바이스, 모바일 디바이스, 휴대용 어플라이언스, 집적 회로, 식별 가능한 태그, 주방 유틸리티 디바이스, 전자 도구, 전기 자동차, 게임 콘솔, 로봇 디바이스, 웨어러블 전자 디바이스 (예를 들어, 전자 시계, 전자적으로 변형된 안경, 대체 현실(AR) 안경, 가상 현실(VR) 안경 등), 휴대용 스캐닝 디바이스, 휴대용 식별 디바이스, 스포츠 용품, 내장형 센서, 사물 인터넷(IoT) 센서, 사물 인터넷 가능 의류, 사물 인터넷 가능 레크리에이션 장비, 산업 장비, 의료 장비, 태블릿 컴퓨팅 디바이스, 휴대용 제어 디바이스, 전자 디바이스를 위한 원격 제어기, 게임 제어기 등일 수 있다.
개시된 실시예들의 특징 및 특징을 설명하기 위한 목적으로, 화살표-끝 라인들은 전송 가능한 및/또는 통신 가능한 신호들을 예시하기 위해 이용되고, 다양한 패턴들은 전력 송신을 의도하는 전기 신호들 및 데이터 및/또는 제어 명령들의 송신을 의도하는 전기 신호들을 예시하기 위해 이용된다. 실선들은 궁극적으로 무선 송신 시스템(20)으로부터 무선 수신 시스템(30)으로의 무선 전력 송신에 이용되는 전력 신호들의 형태로, 물리적 및/또는 무선 전력 송신을 통한 전기 에너지의 신호 송신을 나타낸다. 나아가, 점선들은 궁극적으로 무선 송신 시스템(20)으로부터 무선 수신 시스템(30)으로 무선 송신될 수 있는 전자적으로 전송 가능한 데이터 신호들을 예시하기 위해 이용된다.
본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 무선으로 송신되는 에너지, 무선 전력 신호, 무선으로 송신되는 전력, 무선으로 송신되는 전자기 에너지 및/또는 전자적으로 송신 가능한 데이터의 송신을 예시하지만, 본 명세서에 개시된 시스템, 방법 및 장치는 단지 하나의 신호, 두 신호의 다양한 조합 또는 두 신호 이상의 전송에 활용될 수 있음이 확실히 고려되며, 나아가 본 명세서에 개시된 시스템, 방법 및 장치는 전술한 신호들 중 하나 이상에 부가적으로 또는 고유하게 조합되어 다른 전기 신호의 무선 송신에 활용될 수 있음이 고려된다. 일부 예에서, 실선 또는 점선의 신호 경로는 기능적 신호 경로를 나타낼 수 있는 반면, 실제 신호는 표시된 목적지로 이동하는 동안 추가 부품을 통해 라우팅된다. 예를 들어, 데이터 신호가 통신 장치에서 다른 통신 장치로 라우팅되는 것으로 표시될 수 있지만, 실제 적용에서는 데이터 신호가 증폭기를 통해 송신 안테나를 통해 수신기 안테나로 라우팅될 수 있으며, 여기서 수신기 측에서는 데이터 신호가 수신기의 각각의 통신 장치에 의해 디코딩된다.
이제 도 2로 넘어가면, 무선 연결 시스템(10)은 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신기 시스템(30) 모두의 예시적인 서브 시스템들을 포함하는 블록도로서 예시된다. 무선 송신 시스템(20)은 적어도, 전력 조정 시스템(40), 송신 제어 시스템(26), 송신 튜닝시스템(24) 및 송신 안테나(21)를 포함할 수 있다. 입력 전원(12)으로부터 입력되는 전기 에너지의 제1 부분은 송신 제어 시스템(26)과 같은 무선 송신 시스템(20)의 구성 요소들에 전력을 공급하도록 구성된다. 입력 전원(12)으로부터 입력되는 전기 에너지의 제2 부분은 송신 안테나(21)를 통해 무선 전력 송신을 하기 위해 조정 및/또는 수정된다. 따라서, 입력 에너지의 제2 부분은 전력 조정 시스템(40)에 의해 수정 및/또는 조정된다. 도시되지는 않았지만, 입력 전기 에너지의 제1 부분 및 제2 부분 중 하나 또는 둘 모두가 전력 조정 시스템(40) 및/또는 송신 제어 시스템(26)에 의해 수신되기 전에 추가로 고려되는 서브 시스템 (예를 들어, 전압 레귤레이터, 전류 레귤레이터, 스위칭 시스템, 고장 시스템, 안전 레귤레이터 등)에 의해 변형, 조정, 변경 및/또는 달리 변경될 수 있음은 물론이다.
이제 도 3을 참조하고, 계속해서 도 1 및 도 2를 참조하여, 송신 제어 시스템(26)의 하위 구성 요소 및/또는 시스템이 도시된다. 송신 제어 시스템(26)은 감지 시스템(50), 송신 제어기(28), 통신 시스템(29), 구동기(48) 및 메모리(27)를 포함할 수 있다.
송신 제어기(28)는, 적어도 동작들을 수행하고, 제어 알고리즘들을 실행하고, 데이터를 검색하고, 데이터를 수집하고, 제어 및/또는 무선 송신 시스템(20)과 연관된 다른 부품들 및/또는 서브시스템들과의 통신을 제공하고, 원하는 임의의 다른 컴퓨팅 또는 제어 작업을 수행하는, 임의의 전자 제어기 또는 컴퓨팅 시스템일 수 있다. 송신 제어기(28)는 단일 제어기이거나 무선 송신 시스템(20)의 다양한 기능들 및/또는 특징들을 제어하도록 배치된 하나 이상의 제어기를 포함할 수 있다. 송신 제어기(28)의 기능은 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 무선 송신 시스템(20)의 동작과 관련된 하나 이상의 데이터 맵에 의존할 수 있다. 이를 위해, 송신 제어기(28)는 메모리(27)와 동작 가능하게 연관될 수 있다. 메모리는 내부 메모리, 외부 메모리 및/또는 원격 메모리(예를 들어, 인터넷에 제한되지는 않지만, 송신 제어기(28)에 네트워크를 통해 동작 가능하게 연결된 데이터베이스 및/또는 서버) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 내부 메모리 및/또는 외부 메모리는 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(PROM), 소거 가능하고 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EPROM 또는 때때로는 드물게 라벨링되는 EROM), 동적 RAM(DRAM)을 포함하는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 전기적 소거 가능한 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리(EEPROM), 그리고 동적 RAM(DRAM), 정적 RAM(SRAM), 동기식 동적 RAM(SDRAM), 단일 데이터 속도 동기식 동적 RAM(SDR SDRAM), 이중 데이터 속도 동기식 동적 RAM(DDR SDRAM, DDR2, DDR3, DDR4) 및 그래픽 이중 데이터 속도 동기식 동적 RAM(GDDR SDRAM, GDDR2, GDR3, GDDR5)를 포함하는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리, 휴대용 메모리 등을 포함할 수 있으나 그에 제한되지는 않는다. 이러한 메모리 매체는 비일시적 기계 판독 가능 메모리 및/또는 컴퓨터 판독 가능 메모리 매체의 예이다.
송신 제어 시스템(26)의 특정 요소가 송신 제어 시스템(26)의 독립적인 구성 요소 및/또는 회로(예를 들어, 구동기(48), 메모리(27), 통신 시스템(29), 감지 시스템(50) 등)로서 예시되지만, 이러한 구성 요소는 송신 제어기(28)와 통합될 수 있다. 일부 예에서, 송신 제어기(28)는 일반적으로 송신 제어기(28) 및 무선 송신 시스템(20) 중 하나 또는 둘 모두의 기능 요소를 포함하도록 구성된 집적 회로일 수 있다.
데이터 전송 및 수신 세부사항을 제공하기 전에, 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신 시스템(30) 중 어느 엔티티가 무선으로 전력을 송신하거나 무선으로 수신하는지에 관계없이, 개시된 원리 내에서 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신 시스템(30)은 데이터 송신, 수신 및/또는 통신의 목적으로 메모리(27), 통신 시스템(29), 전력 조정 시스템(40), 구동기(48) 및 센싱 시스템(50)과 동작 가능하게 연계되어 있다. 구동기(48)는 적어도 부분적으로 전력 조정 시스템(40)의 동작을 제어하도록 구현될 수 있다. 일부 예에서, 구동기(48)는 송신 제어기(28)로부터 생성된 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 생성 및/또는 전력 조정 시스템(40)에 출력하기 위한 명령을 수신할 수 있다. 일부 그러한 예에서, PWM 신호는 PWM 신호에 의해 정의된 동작 주파수를 갖는 교류 신호로서 전력을 출력하도록 전력 조정 시스템(40)을 구동하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, PWM 신호는 전력 조정 시스템(40)에 의해 출력되는 교류(AC) 전력 신호에 대한 듀티 사이클(duty cycle)을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 그러한 예에서, 듀티 사이클은 AC 전력 신호의 주어진 주기의 약 50%로 구성될 수 있다.
감지 시스템은 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있고, 여기서 각각의 센서는 무선 송신 시스템(20)의 하나 이상의 부품들과 동작 가능하게 연관되고 정보 및/또는 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 용어 "센서"는 가장 넓은 해석으로 무선 송신 시스템(20), 무선 수신 시스템(30), 입력 전원(12), 호스트 디바이스(11), 송신 안테나(21), 수신 안테나(31) 및 그의 임의의 다른 부품들 및/또는 서브 부품들 중 하나 이상의 기능, 조건, 전기 특성, 동작 및/또는 동작 특성을 감지하도록 동작하는 무선 송신 시스템(20)과 동작 가능하게 연관된 하나 이상의 부품들을 정의하기 위해 사용된다. 다시, 실시예들이 특정 구성을 예시할 수 있지만, 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신 시스템(30) 중 어느 엔티티가 무선으로 전력을 송신하거나 무선으로 수신하는지에 관계없이, 개시된 원리 내에서 데이터를 다른 엔티티에 송신할 수 있음을 알아야 한다.
도 4의 실시예에 예시된 바와 같이, 감지 시스템(50)은 열 감지 시스템(52), 객체 감지 시스템(54), 수신기 감지 시스템(56), 및/또는 임의의 다른 센서(들)(58)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 이러한 시스템들 내에, 조건 기반 유지보수 감지 시스템, 성능 최적화 감지 시스템, 충전 상태 감지 시스템, 온도 관리 감지 시스템, 부품 가열 감지 시스템, 에너지 및/또는 전력 관리 감지 시스템, 충격 감지 시스템, 전기 상태 감지 시스템, 속도 감지 시스템, 디바이스 건강 감지 시스템 등과 같이 애플리케이션에 의해 요구되는 특정 감지 측면들을 다루는 훨씬 더 구체적인 선택적인 추가 또는 대안적인 감지 시스템들이 존재할 수 있다. 객체 감지 시스템(54)은 외부 객체 감지(FOD) 시스템일 수 있다.
열 감지 시스템(52), 객체 감지 시스템(54), 수신기 감지 시스템(56) 및/또는 선택적인 추가 또는 대체 시스템을 포함한 다른 센서(들)(58) 각각은 송신 제어기(28)에 작동 가능하게 및/또는 통신 가능하게 연결된다. 열 감지 시스템(52)은 무선 송신 시스템(20) 내의 주변 및/또는 무선 송신 시스템(20) 근처의 다른 요소들을 감시하도록 구성된다. 열 감지 시스템(52)은 무선 송신 시스템(20) 내의 온도를 검출하도록 구성될 수 있고, 검출된 온도가 임계 온도를 초과하면, 송신 제어기(28)는 무선 송신 시스템(20)이 작동하는 것을 방지한다. 이러한 임계 온도는 안전 고려 사항, 작동 고려 사항, 효율 고려 사항 및/또는 이들의 임의의 조합을 위해 구성될 수 있다. 비제한적인 예에서, 열 감지 시스템(52)으로부터의 입력을 통해, 송신 제어기(28)는 무선 송신 시스템(20) 내의 온도가 허용 가능한 작동 온도에서 원치 않는 작동 온도로 상승했다고 판단하고 (예를 들어, 비제한적인 예에서, 약 섭씨 20도(C)로부터 약 50도로 상승하는 내부 온도), 송신 제어기(28)는 무선 송신 시스템(20)의 작동을 방지하고/또는 무선 송신 시스템(20)으로부터 출력되는 전력 레벨을 감소시킨다. 일부 비제한적인 예에서, 열 감지 시스템(52)은 열전 쌍(thermocouple), 서미스터(thermisor), 음의 온도 계수(NTC) 저항, 저항 온도 검출기(RTD) 및/또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전송 감지 시스템(50)은 객체 감지 시스템(54)을 포함할 수 있다. 객체 감지 시스템(54)은 무선 수신기 시스템(30) 및/또는 수신기 안테나(31) 중 하나 이상을 감지하도록 구성되어, 수신기 시스템(30)이 무선 송신 시스템(20)에 근접함을 송신 제어기(28)에 표시할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 객체 감지 시스템(54)은 무선 송신 시스템(20)에 접촉되거나 근접하는 원하지 않는 객체의 존재를 감지하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 객체 감지 시스템(54)은 원하지 않는 객체의 존재를 검출하도록 구성된다. 일부 이러한 예들에서, 송신 제어기(28)가 객체 감지 시스템(54)에 의해 제공된 정보를 통해 원하지 않는 객체의 존재를 검출하면, 송신 제어기(28)는 무선 송신 시스템(20)의 동작을 방지하거나 또는 그 동작을 다르게 수정한다. 일부 예들에서, 객체 감지 시스템(54)은 송신 제어기(28)가 알려진, 허용 가능한 전기 임피던스 값 또는 전기 임피던스 값의 범위에 대해 송신 안테나(20)에 의해 관찰된 전기 임피던스 변화를 분석하는 임피던스 변화 검출 방식을 활용한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 객체 감지 시스템(54)은 송신 제어기(28)가 수신기 안테나(31)와 같이 검출되는 객체의 알려진 품질 계수 값 또는 품질 계수 값의 범위로부터의 변화를 분석하는 품질 계수(Q) 변화 검출 방식을 활용할 수 있다. 인덕터의 "품질 계수" 또는 "Q"는 주파수(Hz)×인덕턴스(H)/저항(ohms)) 으로 정의될 수 있으며, 여기서 주파수는 회로의 동작 주파수, 인덕턴스는 인덕터의 인덕턴스 출력, 저항은 인덕터에 내부인 복사 저항 및 반응 저항의 조합이다. 본 명세서에서 정의된 바와 같이, "품질 계수"는 안테나, 회로, 또는 공진기와 같은 장치의 효율을 측정하는 지표(측정 수치)로서 일반적으로 받아들여진다. 일부 예에서, 객체 감지 시스템(54)은 광 센서, 전자-광학 센서, 홀 효과 센서, 근접 센서, 및/또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
수신기 감지 시스템(56)은 무선 송신 시스템(20)과 커플링 가능할 수 있는 임의의 무선 수신 시스템의 존재를 검출하도록 구성된 임의의 센서, 회로, 및/또는 이들의 조합이다. 일부 예들에서, 수신기 감지 시스템(56) 및 객체 감지 시스템(54)은 결합될 수 있고, 구성요소들을 공유할 수 있으며, 및/또는 하나 이상의 공통 구성요소들에 의해 구현될 수 있다. 일부 예들에서, 임의의 이러한 무선 수신 시스템의 존재가 검출되면, 무선 송신 시스템(20)에 의한 전기 에너지, 전력, 전자기 에너지 및/또는 데이터의 무선 송신이 활성화된다. 일부 예들에서, 무선 수신 시스템의 존재가 검출되지 않으면, 전기 에너지, 전력, 전자기 에너지 및/또는 데이터의 지속적인 무선 송신이 발생하는 것이 방지된다. 따라서, 수신기 감지 시스템(56)은 무선 송신 시스템(20)의 환경 또는 그에 근접한 환경 내에서 전기적 특성을 분석하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함할 수 있고/또는 전기적 특성에 기초하여, 무선 수신기 시스템(30)의 존재를 결정할 수 있다.
이제 도 5를 참조하고, 계속해서 도 1-4를 참조하면, 전력 조정 시스템(40)의 일 실시예를 도시한 블록도가 도시되어 있다. 전력 조정 시스템(40)은 일반적으로 입력 전원(12) 자체 또는 중간 전력 변환기(intervening power converter)를 통해 전력을 직류(DC) 전원으로 수신하고, 교류(AC) 전원을 직류 전원(미도시)으로 변환한다. 전압 레귤레이터(46)는 입력 전원(12)으로부터 전력을 수신하고, 안테나(21)에 의한 전송을 위한 전력을 제공하고, 무선 전송 시스템(21)의 구성요소들에 전력을 공급하도록 구성된다. 따라서, 전압 레귤레이터(46)는 수신된 전력을 각 하류 구성요소의 동작을 위한 적절한 전압에서 적어도 두 개의 전력 신호로 변환하도록 구성된다: 무선 송신 시스템(20)의 임의의 구성요소에 전력을 공급하는 제1 전력 신호 및 무선 수신 시스템(30)으로의 무선 송신을 위해 조정 및 변형된 제2 부분. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 제1 부분은 적어도 감지 시스템(50), 송신 제어기(28) 및 통신 시스템(29) 으로 송신되지만, 제1 부분은 이들 구성요소에만 송신되는 것으로 제한되지 않고 무선 송신 시스템(20)의 임의의 전기 구성요소로 송신될 수 있다.
전력의 제2 부분은 전력 조정 시스템(40)의 증폭기(42)에 제공되며, 이는 안테나(21)에 의한 무선 전송을 위해 전력을 조정하도록 구성된다. 증폭기는 인버터로서 기능할 수 있으며, 이는 전압 레귤레이터(46)로부터 입력된 직류 전력 신호를 수신하고, 송신 제어 시스템(26)으로부터 입력된 PWM에 적어도 부분적으로 기초하여 출력으로서 교류를 생성한다. 증폭기(42)는 예를 들어, 듀얼 전계 효과 트랜지스터 전력단 인버터 또는 쿼드러플 전계 효과 트랜지스터 전력단 인버터일 수 있거나 이를 포함한다. 전력 조정 시스템(40) 내에서 증폭기(42)를 사용하고, 다시 무선 송신 시스템(20)은 이러한 증폭기 없이 전송되는 경우보다 훨씬 더 큰 진폭을 갖는 전기 신호의 무선 전송을 가능하게 한다. 예를 들어, 증폭기(42)의 추가는 무선 송신 시스템(20)이 약 10mW 내지 약 500W의 전력을 갖는 전력 신호로서 전기 에너지를 전송하는 것을 가능하게 할 수 있다. 일부 예에서, 증폭기(42)는 하나 이상의 클래스-E 전력 증폭기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 클래스-E 전력 증폭기는 고주파 (예를 들어, 약 1MHz 내지 약 1GHz)에서 사용하도록 설계된 효율적으로 조정된 스위칭 전력 증폭기이다. 일반적으로, 클래스-E 전력 증폭기는 단극 스위칭 소자를 채용하고, 스위치와 출력 부하 (예를 들어, 안테나(21) 사이에서 조정된 무효 네트워크를 사용한다. 클래스 E 전력 증폭기는 제로 전류(예를 들어, 온-오프(on-to-off) 스위칭) 또는 제로 전압(오프-온(off-to-on) 스위칭) 지점에서만 스위칭 소자를 동작시킴으로써 고주파에서 높은 효율을 달성할 수 있다. 이러한 스위칭 특성은 동작 주파수에 비해 장치의 스위칭 시간이 긴 경우에도 스위치에서 손실되는 전력을 최소화할 수 있다. 그러나, 증폭기(42)는 클래스-E 전력 증폭기로 제한되지 않으며, 증폭기(42)의 일부로서 포함될 수 있는 다른 증폭기들 중 클래스 D 증폭기, 클래스 EF 증폭기, H 인버터 증폭기 및/또는 푸시-풀 인버터 중 하나 이상을 포함할 수 있거나 포함할 수 있다.
이제 도 6 및 도 7로 넘어가면, 무선 송신 시스템(20)이 예시되고, 전력 조정 시스템(40), 증폭기(42), 튜닝 시스템(24) 등의 요소들을 더 자세히 설명한다. 무선 송신 시스템(20)의 블록도는 하나 이상의 전기 신호 및 그러한 신호의 조정(conditioning), 그러한 신호의 변경(altering), 그러한 신호의 변환(transforming), 그러한 신호의 반전(inverting), 그러한 신호의 증폭 및 이들의 조합을 예시한다. 도 6에서, DC 전력 신호는 도 6의 다른 실선들보다 선들이 상당히 굵도록 굵은 선들로 예시되고, 즉석 애플리케이션의 다른 그림들은 DC 전력 신호가 굵은 선들보다 굵기가 현저히 적은 실질적인 정현파 형태로 예시되고, 데이터 신호는 점선들로 표현된다. AC 신호들은 반드시 실질적으로 정현파일 필요는 없으며, 후술하는 목적들 (예를 들어, 반 정현파, 반 구형파 등) 에 적합한 임의의 AC 파형일 수 있음을 유의한다. 도 7은 무선 송신 시스템의 요소들을 위한 샘플 전기 부품들 및 그 하위 부품들을 간략화된 형태로 예시한다. 도 7은 무선 송신 시스템(20)을 위한 개략의 하나의 분기 또는 서브-섹션을 나타낼 수 있고, 및/또는 무선 송신 시스템(20)의 부품들은 명확하게 하기 위해 도 7에 예시된 개략에서 생략될 수 있음을 유의한다.
도 6에 도시되고 위에서 논의된 바와 같이, 입력 전원(11)은 증폭기(42)에서 조정되기 전에 전압 레귤레이터(46)에 의해 그 전압 레벨이 변경될 수 있는 입력 직류 전압(VDC)을 제공한다. 일부 예들에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 증폭기(42)는 VDC의 직류 전원 신호가 증폭기(42)의 증폭기 트랜지스터(48)를 향해 계속되도록 하면서 VDC에서 무선 주파수 간섭을 차단하는데 이용될 수 있는 초크 인덕터(LCHOKE)를 포함할 수 있다. VCHOKE는 당업계에 공지된 임의의 적절한 초크 인덕터로서 구성될 수 있다.
증폭기(48)는 AC 무선 신호(VAC)를 생성하기 위해 VDC를 변경(alter) 및/또는 반전(invert)시키도록 구성되며, 이는 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이 인바운드 및 아웃바운드 데이터 신호(도 6의 "데이터"로 표시) 중 하나 또는 둘 모두를 전달하도록 구성될 수 있다. 증폭기 트랜지스터(48)는 공지된 다른 스위칭 트랜지스터들 중 전계효과 트랜지스터(FET), 질화갈륨(GaN) FETS, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 및/또는 광대역 갭(WBG) 반도체 트랜지스터와 같이 DC 전력 신호를 AC 전력 신호로 반전, 변환 및/또는 조정할 수 있는 당업계에 공지된 임의의 스위칭 트랜지스터일 수 있다. 증폭기 트랜지스터(48)는 증폭기 트랜지스터(48)(도 6의 "G"로 표시)의 게이트에서 구동 신호(도 6의 "PWM"으로 표시)를 수신하고 DC 신호(VDC)를 반전시켜 무선 전력 송신 시스템(20)의 동작 주파수 및/또는 동작 주파수 대역에서 AC 무선 신호를 생성한다. 구동 신호는 무선 전력 송신 시스템(20)의 동작 주파수 및/또는 동작 주파수 대역에서 이러한 반전을 위해 구성된 PWM 신호일 수 있다.
구동 신호는 앞서 논의되고 개시된 바와 같이, 송신 제어 시스템(26) 및/또는 송신 제어기(28)에 의해 생성되고 출력된다. 송신 제어기(26, 28)는 구동 신호를 제공하도록 구성되고, 무선 데이터 신호 (도 6에서 "데이터"로 표시됨)의 인코딩, 무선 데이터 신호 (도 6에서 "데이터"로 표시됨)의 디코딩, 및 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 수행하도록 구성된다. 일부 예들에서, 전기적 데이터 신호들은 AC 무선 전력 신호의 대역내 신호들일 수 있다. 일부 그러한 예들에서, 그러한 대역내 신호들은 AC 무선 전력 신호들의 대역내 OOK(on-off-keying) 신호들일 수 있다. 예를 들어, NFC 표준들에 기재된 바와 같이, 타입-A 통신들은 약 13.553MHz 내지 약 13.567MHz의 범위에서 동작 주파수로 동작하는 반송파 AC 무선 전력 신호에서 데이터 신호가 온-오프-키잉되는 OOK의 형태이다.
그러나, AC 전력 신호의 전력, 전류, 임피던스, 위상, 및/또는 전압 레벨이 고주파 무선 전력 전송을 위해 전류 및/또는 기존 하드웨어에 사용된 레벨을 초과하여 변경될 때 (전송되는 약 500mW 초과), 그러한 기존 하드웨어가 통신 기능에 필요한 충실도를 갖는 대역내 데이터 신호를 적절히 인코딩 및/또는 디코딩할 수 없을 수 있다. AC 출력 전력 신호에서의 이러한 더 높은 전력은, 더 높은 전력, 고주파 무선 전력 전송을 위해 장착되지 않는 기존 하드웨어로 인한 신호에 대한 다른 잠재적인 열화 중에서, OOK 상승을 위한 증가된 상승 시간, OOK 하강을 위한 증가된 하강 시간, OOK 상승에서의 필요한 전압 오버슈팅, 및/또는 OOK 하강에서의 전압의 언더슈팅으로 인한 신호 열화를 야기할 수 있다. 따라서, 증폭기(42)는 무선 전력 전송 동안 대역내 데이터 신호로부터 상승 및 하강 시간, 오버슈팅, 언더슈팅, 및/또는 기타 신호 결함을 제한 및/또는 실질적으로 제거하는 방식으로 설계될 필요가 있다. 이러한 결함을 제한 및/또는 실질적으로 제거하는 능력은 본 발명의 시스템이 고주파 무선 전력 전송 시스템에서 더 높은 전력 무선 전력 전송을 제공할 수 있게 한다.
추가의 예시적인 예시를 위해, 도 8은 OOK 대역내 신호의 하강 및 상승에 대한 플롯을 나타낸다. 하강 시간(t1)은 신호가 의도된 전체 전압(V1)의 90% 전압(V4)에 있을 때와 V1의 약 5% 전압(V2)까지 떨어질 때 사이의 시간으로 표시된다. 상승 시간(t3)은 신호가 V2에 있도록 끝나고 약 V4까지 상승할 때 사이의 시간으로 표시된다. 이러한 상승 및 하강 시간은 신호의 수신 안테나에 의해 판독될 수 있고, 적용 가능한 데이터 통신 프로토콜은 상승 및/또는 하강 시간이 특정 한계를 초과할 경우 데이터가 수신기에 의해 비준수되거나 및/또는 판독 불가능하도록 상승 및 하강 시간에 대한 제한을 포함할 수 있다.
다시 도 6 및 도 7로 돌아가서, 언급된 결함들의 제한 및/또는 실질적인 제거를 달성하기 위해, 증폭기(42)는 감쇠 회로(60)를 포함한다. 감쇠 회로(60)는 AC 무선 신호 및 관련 데이터 신호의 전송 동안 AC 무선 신호를 감쇠시키도록 구성된다. 감쇠 회로(60)는 OOK 신호 전송 동안 상승 및 하강 시간을 감소시키도록 구성되어 데이터 신호의 속도가 준수 및/또는 판독 가능할 뿐만 아니라 기존 시스템에 비해 더 빠른 데이터 속도 및/또는 향상된 데이터 범위를 달성할 수 있다. AC 무선 전력 신호를 감쇠시키기 위해, 감쇠 회로는 적어도 송신 제어기(62)로부터 감쇠 신호(Vdamp)를 수신하도록 구성된 감쇠 트랜지스터(63)를 포함한다. 감쇠 신호는 무선 데이터 신호의 전송 및/또는 수신 동안 감쇠 트랜지스터(온/오프)를 스위칭하여 AC 무선 신호의 감쇠를 제어하도록 구성된다. AC 무선 신호의 이러한 전송은 송신 제어기(28)에 의해 수행될 수 있고/또는 안테나(21, 31) 사이의 커플링 자기장 내에서 무선 수신기 시스템(30)으로부터의 전송을 통해 수행될 수 있다.
데이터 신호들이 OOK를 통해 전달되는 예들에서, 감쇠 신호는 데이터 신호들의 상태와 실질적으로 반대 및/또는 역의 관계가 될 수 있다. 이는 OOK 데이터 신호들이 "온" 상태이면, 감쇠 신호들이 감쇠 트랜지스터에게 오프가 되도록 지시하고 따라서 감쇠 회로(60)를 통해 신호가 소멸되지 않음을 의미한다. OOK 데이터 신호들이 "오프" 상태이면, 감쇠 신호들이 "온" 상태가 될 수 있고 따라서 감쇠 트랜지스터(63)는 "온" 상태로 설정되고 VAC의 흐르는 전류는 감쇠 회로에 의해 감쇠된다. 따라서, 감쇠 회로(60)는 "온" 시에 시스템에서의 효율이 실질적으로 영향을 받지 않고 OOK 신호의 상승 및/또는 하강 시간을 감소시키도록 전력, 전류 및/또는 전압을 충분히 방사하도록 구성될 수 있다. 나아가, 감쇠 신호는 OOK 신호가 "온" 시에 감쇠 트랜지스터(63)에게 오프가 되도록 지시할 수 있으므로, 신호를 불필요하게 감쇠시키지 않을 것이며, 따라서 감쇠가 필요하지 않을 때 VAC로부터의 효율 손실을 완화할 것이다. OOK 코딩을 활용하는 것으로 도시되지만, 진폭 쉬프트 키잉(ASK)와 같은 다른 형태의 대역 코딩이 데이터 신호의 코딩에 활용될 수 있다.
[00226] 도 7에 도시된 바와 같이, 감쇠 회로(60)를 포함할 수 있는 증폭기(42)의 분기(branch)는 증폭기 트랜지스터(48)의 출력 드레인에 위치된다. 감쇠 회로(60)가 여기에 위치될 필요는 없지만, 일부 예에서, 이는 에너지 소실이 요구되는 회로의 제1 노드인 증폭기 트랜지스터(48) 출력 드레인에 가장 가까운 노드에서 감쇠될 수 있으므로 출력 교류 무선 신호를 적절하게 감쇠시키는데 도움을 줄 수 있다. 이러한 예에서, 감쇠 회로는 증폭기 트랜지스터(48)의 드레인과 전기적으로 병렬 연결된다. 다만, 감쇠 회로가 안테나(21)에 근접하게, 송신 튜닝 시스템(24)에 근접하게, 및/또는 필터 회로(24)에 근접하게 연결되는 것은 물론 가능하다.
감쇠 회로(60)가 더 높은 전력 고주파 무선 전력 전송에서 적절한 통신을 위해 AC 무선 신호를 적절히 감쇠하도록 기능할 수 있지만, 일부 예에서, 감쇠 회로는 추가 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 감쇠 회로(60)는 감쇠 다이오드(DDAMP), 감쇠 저항(RDAMP), 감쇠 커패시터(CDAMP) 및/또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. RDAMP는 감쇠 트랜지스터(63)와 전기적 직렬일 수 있고, RDAMP(ohms)의 값은 진폭 쉬프트 키잉(ASK) 신호, OOK 신호 및/또는 이들의 조합에서 상승 및 하강 시간을 가속시키는 역할을 할 수 있는 전력 신호로부터 적어도 일부 전력을 방사하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, RDAMP의 값은 RDAMP가 최소 전력량을 방사하여 대역내 신호에서 허용 가능한 가장 빠른 상승 및/또는 하강 시간에 대한 표준 제한을 만족시키고, 이에 따라 상기 시스템이 언로딩 및/또는 가장 가벼운 부하 조건에 있을 때, 데이터 충실도를 유지할 뿐만 아니라 (RDAMP에 손실되는 전력이 적은) 최대 효율에서 데이터 충실도를 달성하도록 선택, 구성 및/또는 설계된다.
CDAMP는 또한 감쇠 트랜지스터(63) 및 RDAMP 중 하나 또는 둘 모두와 직렬 연결될 수 있다. CDAMP는 대역내 신호에서 전이점들을 평활화(smooth)하고 그러한 신호에서 오버슈팅 및/또는 언더슈팅 조건들을 제한하도록 구성될 수 있다. 게다가, 일부 예들에서, CDAMP는, 감쇠 신호를 통해 트랜지스터가 활성화될 때, 수행되는 감쇠가 AC 무선 전력 신호와 180도 위상 어긋남을 보장하도록 구성될 수 있다.
DDAMP는 감쇠 트랜지스터(63), RDAMP, CDAMP 및/또는 이들의 임의의 조합과 직렬로 더 포함될 수 있다. DDAMP는 도시된 바와 같이, 감쇠 트랜지스터(63)가 오프 상태일 때, 감쇠 회로(60)로부터 전류가 흐를 수 없도록 위치된다. DDAMP의 포함은 감쇠 회로가 활성화되지 않거나 "온"일 때 AC 전력 신호에서의 전력 효율 손실을 방지할 수 있다. 실제로, 감쇠 트랜지스터(63)가 이상적인 시나리오에서, "오프" 상태일 때 효과적으로 감쇠 회로를 단락시키도록 설계되지만, 실제로는 일부 전류가 여전히 감쇠 회로에 도달할 수 있거나 및/또는 일부 전류가 감쇠 회로(60)의 외부로 반대 방향으로 흐를 수 있다. 따라서, DDAMP의 포함은 이러한 시나리오를 방지하고 전류, 전력 및/또는 전압이 감쇠 트랜지스터(63)를 향해 소멸되도록 할 수 있을 뿐이다. 신호는 반파 사인파(half-wave sine) 전압일 수 있고 따라서 VAC의 전압은 항상 양일 수 있으므로, DDAMP를 포함한 이러한 구성은 감쇠 회로(60)가 증폭기 트랜지스터(48)의 드레인 노드에 연결될 때 바람직할 수 있다.
감쇠 회로(60) 위에, 일부 예들에서, 증폭기(42)는 션트 커패시터(CSHUNT)를 포함할 수 있다. CSHUNT는 AC 전원 신호를 접지 및 AC 전원 신호의 충전 전압으로 션트(shunt)하도록 구성될 수 있다. 따라서, CSHUNT는 AC 전원 신호에 대한 효율적이고 안정적인 파형을 유지하도록 구성되어, 약 50%의 듀티 사이클이 유지되고/또는 AC 전원 신호의 형상이 양의 전압에서 실질적으로 정현파를 갖도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 증폭기(42)는 필터 회로(65)를 포함할 수 있다. 필터 회로(65)는 무선 송신 시스템(20) 내의 전자기 간섭(EMI)을 완화 및/또는 필터링하도록 설계될 수 있다. 필터 회로(65)의 설계는 송신 튜닝 시스템(24)에 의한 튜닝의 변경들로 인한 임피던스 전달 및/또는 무선 전력 송신(20)의 임피던스 전달에 대한 효과를 고려하여 수행될 수 있다. 이를 위해, 필터 회로(65)는 무선 전력 송신 시스템에서 적어도 EMI를 완화하도록 구성된 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 및/또는 대역 통과 필터 등 중 하나 이상일 수 있다.
예시된 바와 같이, 필터 회로(65)는 필터 인덕터(Lo) 및 필터 커패시터(Co)를 포함할 수 있다. 필터 회로(65)는 복잡한 임피던스를 가질 수 있으므로, 필터 회로(65)를 통한 저항은 Ro로 정의될 수 있다. 이러한 일부 예들에서, 필터 회로(65)는 적어도 다음과 같이 정의되는 필터 품질 인자(Δ에 기초하여 최적화를 위해 설계 및/또는 구성될 수 있다:
저역 통과 필터를 포함하거나 저역 통과 필터로 구현되는 필터 회로(65)에서, 저역 통과 필터의 차단 주파수는 다음과 같이 정의된다:
일부 무선 전력 송신 시스템들(20)에서, 컷오프 주파수가 안테나의 동작 주파수보다 약 1.03 - 1.4배 더 큰 것이 소망된다. 실험 결과들은, 일반적으로, 더 큰 가 전압 이득을 개선하고 시스템 전압 리플 및 타이밍을 개선할 수 있기 때문에, 더 큰 가 선호될 수 있다고 결정하였다. 따라서, Lo 및 Co에 대한 상기 값들은, 소정의 컷오프 주파수 제한들들 및 Lo 및 Co 값들에 대한 이용 가능한 부품들을 고려하여, 가 가장 높은, 이상적인 레벨(예컨대, 시스템(10) 임피던스가 최대 전력 전송을 위해 컨쥬게이트 매칭될 때)로 최적화될 수 있도록 설정될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 증폭기(42)로부터의 조정된 신호(들)는 안테나(21)에 의해 전송되기 전에 송신 튜닝시스템(24)에 의해 수신된다. 송신 튜닝시스템(24)은, 무선 송신 시스템(20)에서 무선 수신기 시스템(30)으로의 신호의 무선 전송을 최적화하도록 구성된 튜닝 및/또는 임피던스 매칭, 필터(예를 들어, 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, “pi” 또는 필터, "T" 필터, "L" 필터, "L-L"필터, "L-C" 트랩 필터 등), 네트워크 매칭, 감지 및/또는 조정 요소 등을 포함할 수 있다. 또한, 송신 튜닝시스템(24)은 임피던스 매칭 회로를 포함할 수 있는데, 이는 전기 에너지, 전력, 전자기 에너지 및 전자 데이터 중 하나 이상의 무선 전송을 위해 주어진 전력, 전류 및/또는 전압 요건을 위해 대응하는 무선 수신기 시스템(30)과 임피던스를 매칭하도록 설계된다. 도시된 송신 튜닝시스템(24)은 적어도 CZ1, CZ2 및 (안테나(21)과 동작적으로 관련된) 값을 포함하며, 이들 모두는 무선 송신 시스템(20) 및 광대역 시스템(10) 중 하나 또는 둘 모두에서 임피던스 매칭을 위해 구성될 수 있다. CTx는 안테나(21)의 고유 커패시턴스를 지칭한다는 것을 유의한다.
도 6 및 도 7에 예시된 것과 같은 일부 예에서, 무선 전력 송신 시스템(20)은 송신 안테나(21)와 전기적 연결에 있어서 가변 저항(70)을 더 포함할 수 있다. 가변 저항(70)은 가변 또는 변경 가능한 값을 갖는 저항으로서 수행하도록 구성된 임의의 전기 구성요소일 수 있다. 이러한 가변 저항의 예는 다른 공지된 가변 저항 중 전위차, 디지털 전위차, 전압 분배기 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 가변 저항(70)은 송신 안테나(21)의 품질 계수(QTx)를 변경하도록 구성되어 가변 저항(70)에 의한 송신 안테나(21)의 QTx의 변경은 무선 전력 송신 시스템(20)의 동작 모드를 변경할 것이다. 도 9-16을 참조하여 본 명세서에서 정의되고 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, "동작 모드"는 무선 전력 송신 시스템(20)을 이용한 무선 전력 전송의 데이터 속도 및 전력 레벨에 대한 크기의 세트를 의미하며, 데이터 속도 및 전력 레벨의 크기는 서로 영향을 미친다. 일부 예에서, 가변 저항은 송신 제어기(28)로부터 명령을 수신할 수 있는 디지털 포센시오미터(potentiometer)이고, 송신 제어기(28)는 시스템에 대한 원하는 동작 모드를 용이하게 하기 위해 QTx를 변경하도록 가변 저항(70)에 상기 명령을 제공한다.
앞서 논의된 바와 같이, "품질 계수(Quality Factor)" 또는 "Q"는 일반적으로 안테나, 회로, 또는 공진기와 같은 장치의 효율을 측정하는 지표(측정치)로서 받아들여진다. 최대 전력 전송 효율 및/또는 송신 안테나(21)를 통한 전력 전송을 위한 전력 전송을 위해 최적의 효율이 소망될 수 있지만, 높은 Q 안테나는 무선 데이터 통신에 불리할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 더 높은 전력 레벨에서, 진폭 쉬프트 키잉된 신호는 자연스럽게 더 길어질 것이고, 따라서 잠재적으로 신호 왜곡에 기여할 수 있기 때문이다. 따라서, 아래에서 더 상세히 논의될 바와 같이, 무선 전력 송신 시스템(20)은 가변 저항(70)으로 구성되어, 송신 안테나(21)가 데전력 전송 레벨을 데이터 속도보다 우선할 수 있는 모드들, 더 높은 레벨의 전력보다 더 빠른 데이터 속도를 우선할 수 있는 모드들, 및/또는 전력 레벨 및 데이터 속도의 중요성을 실질적으로 유사하다고 가중치를 두는 "중립" 또는 중간 모드에서 동작할 수 있도록 QTx를 변경할 수 있다.
본 명세서에서 정의된 바와 같이, QTx는 적어도 시스템의 동작 주파수 또는 공진 주파수, 송신 안테나의 인덕턴스(LTX), 및 안테나의 저항 또는 임피던스(RTx)에 기초한다. 가변 저항(70)의 존재를 고려하지 않고, RTx는 등가 직렬 저항(ESR)과 같은 인덕터 내부에 있는 하나 이상의 방사성(radiative) 및 반응성(reactive) 저항으로 정의될 수 있다. 따라서, 가변 저항을 포함하기 전에, QTx는 다음과 같이 정의될 수 있다:
ESR은, 일반적으로, 전기 부품을 구성하는 재료 내의 자연 저항으로 인해 존재할 수 있는 전기 부품과 관련하여, 추정되거나 측정된 저항을 지칭하고, 따라서 ESR의 기원은 디바이스에 특히 의존한다. 송신 안테나(21)와 같은 인덕터가 ESR이 없는 순수 인덕턴스로서 이상적으로 캡처됨에 따라, 이는 일반적으로 물리적 공간에서 달성 가능하지 않으며, 따라서 ESR은 인덕터와 직렬로 된 저항으로서 모델링될 수 있다.
따라서, 가변 저항(70)이 송신 안테나(21)와 직렬로 포함되는 경우, QTx는 송신 안테나(21)의 ESR을 가상적으로 변경하여 가변되어 주어진 동작 모드에 대해 QTx를 선택적으로 감쇠시킬 수 있다. 이를 위해, 가변 저항(70)의 가변 저항(RVAR)을 시스템에 도입하면, 시스템의 가변 QTx를 다음과 같이 정의할 수 있다.
따라서, RVAR는 최소 저항(RVARmin)과 최대 저항(RVARmax) 사이에서 가변될 수 있다. 가변 저항은 물리적 공간에서 물리적 구성요소이므로 ESR(RVAR_ESR)도 가질 것이다. 송신 안테나(21)에 대한 최대 품질 계수(QTxMax)가 가능한 한 낮은 직렬 저항을 가질 것임을 고려하면, QTxMax는 다음과 같이 정의될 수 있다.
이는 가변 저항(70)이 가장 낮은 값 또는 널(null) 값으로 설정될 때, RVAR_ESR이 ESR이기 때문이다. 대안적으로, 안테나(21)를 위한 더 낮은 품질 계수(QTxMin)는, 무선 전력 신호가 수신기에 상당한 전기 에너지를 제공할 수 있던지 또는, 무선 전력 신호가 단지 판독가능한 대역내 데이터 통신을 위한 충분한 전력을 제공할 수만 있던지, 무선 전력 신호의 대역내 데이터를 전송하기 위한 가장 빠른 가용 데이터 속도에 대해 가능한 가장 낮은 Q로서 구성될 수 있다. 이러한 예들에서,
여기서, RVARmax는 데이터 통신이 높은 데이터 속도에 최적화되도록 가변 저항(70)을 설정하기 위한 최대값이다.
송신 제어기(28)는 가변 저항(70)을 활용하여 무선 송신 시스템(20)에 원하는 동작 모드를 용이하게 하기 위해 송신 안테나(21)를 적절한 QTx로 설정하는 간단하고 강력한 메커니즘을 가질 수 있다. 이를 위해, 이하에서 논의되고 추가로 정의되는 동작 모드를 변경하기 위한 하나의 메커니즘이지만, 무선 송신 시스템(20) 및/또는 송신 제어기(28)는 가변 저항(70)을 사용하여 무선 송신 시스템(20)의 동작 모드를 설정하는 것으로 제한되지 않는다.
도 9는 무선 전력 전송 시스템(10)의 동작 방법 및/또는 무선 전력 송신 시스템(20)의 동작 방법에 대한 흐름도의 일 예이다. 방법은 블록 110에서 시작되거나 블록 110에 의해 개시될 수 있으며, 여기서 무선 수신 시스템(30)은 무선 송신 시스템(20)에 명령을 제공한다. 명령은 무선 전력 신호들의 대역 내에서, 및/또는 안테나들(21, 31) 사이에서 방사되는 자기장의 대역 내에서 통신될 수 있으며, 명령은 무선 수신 시스템(30)이 무선 송신 시스템(20)에 무선 전력 송신을 요청하는 것을 나타낼 수 있다. 블록 110의 상기 명령은, 무선 송신 시스템(20)에 의해 출력된 신호에 의해 여기될 때, 송신 제어기(28)에 의해 루프 제어로서 모니터링되거나, 무선 수신 시스템(30)에 의해 트리거될 수 있다.
송신 제어기(28)의 동작은 블록 120에서 시작되며, 송신 제어기는 무선 수신기 시스템(30)으로부터 명령을 수신 및/또는 디코딩한다. 이후, 방법(100)은 무선 전력 및 데이터 전송을 위한 동작 모드를 선택 및/또는 결정하는 단계를 포함하며(블록 130), 의미 있는 무선 전력은 무선 송신 시스템(20)에서 무선 수신기 시스템(30)으로 전달되며, 데이터 송신은 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이 일 방향 또는 양방향으로 발생할 수 있다. 동작 모드는 적어도 두 개의 송신 모드를 포함하는 복수의 송신 모드 중에서 선택될 수 있다.
이제 도 10을 참조하고, 계속해서 도 9를 참조하면, 도 10은 시스템(10)의 동작들을 위한 동작 모드를 선택하는 서브 방법(130A)에 대한 블록도이다. 서브 방법(130A)은 결정(132)에서 시작되는데, 여기서 송신 제어기(28)는 시스템(10)이 전력의 무선 전송과 데이터의 무선 전송 중 어느 것을 우선해야 하는지를 결정한다. 앞서 논의된 바와 같이, 더 높은 전력 레벨들은 무선 데이터 신호들의 상승 및 하강 시간을 증가시킬 수 있고/또는 그러한 상승 및 하강 시간의 증가로 인해 데이터 신호의 왜곡에 더 취약할 수 있다. 따라서, 더 높은 전력 신호는 더 낮은 전력 신호에 비해 왜곡에 더 취약할 수 있고/또는 통신 충실도에 대한 규제 표준을 통과하지 못할 수 있다. 이를 위해, 더 낮은 전력 레벨들에서 더 빠른 데이터 통신 속도를 갖는 한편, 더 높은 전력 레벨들에서는 여전히 명확한 통신들이 달성될 수 있지만, 더 높은 전력 신호에서의 통신 속도에 대한 감소된 데이터 속도로 더 빠른 데이터 통신들이 달성될 수 있다.
본 명세서에서 정의된 바와 같은 "데이터 속도"는 데이터 신호의 비트들이 전송 매체를 통해 전송되는 속도를 지칭한다. 전송 매체는, 예를 들어, 안테나들(21, 31) 사이의 무선 연결이다. 데이터 속도들은 비트 속도의 다른 크기들 중에서도 비트들(bps), 킬로비트들(kbps), 메가비트들(Mbps), 기가비트들(Gbps), 비트 속도들로 측정될 수 있다. 본 발명의 논의의 목적들을 위해, 데이터 속도들은 kbps 크기 값들과 함께 참조되지만, 본 발명 내용과 함께 사용되는 비트 속도들은 확실히 kbps 크기 범위의 비트 속도들에 제한되지 않는다. 본 명세서에서 정의된 바와 같이, "전력 레벨"은 전력이 전송 매체를 통해 전송되는 속도를 지칭한다. 전력 레벨들은 일반적으로 P = I2*V로 정의될 수 있는 Watts의 스케일 상에서 참조되며, 여기서 P는 신호의 전력 레벨, I는 신호의 전류, V는 신호의 전압이다. 그래픽적으로 및/또는 참조를 위해 표현된 바와 같이, 전력 레벨은 전류 및/또는 전압(또는 그 변화들)의 크기로서 예시될 수 있다. 도 12에 대한 설명에서 참조될 바와 같이, 피크 전압 크기는 신호에 대한 전력 레벨의 변화들을 나타낼 수 있다.
지금 도 10 및 결정(132)으로 돌아가면, 송신 제어기(132)는 전력의 우선 순위를 매길 것인지 또는 데이터의 우선 순위를 매길 것인지를 결정하고 그 결정에 기초하여 시스템(10)에 대한 동작 모드를 복수의 동작 모드로부터 선택할 것이다. 복수의 동작 모드 각각은 무선 데이터 신호에 대한 데이터 속도 및 무선 전력 신호에 대한 전력 레벨을 갖는다. 복수의 동작 모드는 적어도 하나의 전력 우선 순위 동작 모드 및 적어도 하나의 데이터 우선 순위 동작 모드를 포함한다. 적어도 하나의 전력 우선 순위 동작 모드 각각은 적어도 하나의 데이터 우선 순위 동작 모드 각각의 전력 레벨보다 큰 전력 레벨을 갖는다. 송신 제어기(28)가 전력 레벨이 우선 순위로 결정하면, 서브 방법(130A)은 블록(134)으로 진행하고, 여기서 적어도 하나의 전력 우선 순위 모드가 시스템(10)의 동작을 위해 선택된다. 대안적으로, 송신 제어기(28)가 데이터 속도가 우선 순위로 결정하면, 서브 방법(130A)은 블록(136)으로 진행하고, 여기서 적어도 하나의 데이터 우선 순위 모드가 시스템(10)의 동작을 위해 선택된다.
시스템(10)에 대한 동작 모드를 결정하는 단계를 위한 서브 방법(130B)에 대한 다른 실시예에서, 도 11은 시스템(10)의 동작 조건이 복수의 "N"개의 동작 모드(동작 모드 A, B, …N)로부터 동작 모드를 결정하는데 활용되는 서브 방법(130B)을 예시한다. 이러한 예에서, 송신 제어기(28)는 블록 131에 예시된 바와 같이, 시스템(10)의 동작 조건을 수신 또는 도출하고, 시스템(10)의 동작을 위해 어떤 동작 모드 A-N 을 선택할지를 결정할 수 있다. 일부 예에서, 블록 131의 동작은 블록 110의 서브 블록 112에 예시된 바와 같이, 수신기 시스템(30)이 제공하는 정보에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 여기서 정의되는 "수신기 기반 정보" 또는 "수신기 동작 조건"은 무선 수신기 시스템(30)과 관련된 임의의 정보 및/또는 그 동작을 의미할 수 있다. 이러한 수신기 기반 정보 또는 수신기 동작 조건은 부하(16)를 전력 또는 충전하기 위한 희망 전력 레벨, 부하(16)의 충전 레벨, 수신기 시스템(30)이 수신할 수 있는 최대 전력 레벨, 수신기 시스템(30)이 수신할 수 있는 수신기 시스템(30)의 동작 주파수, 시스템 소프트웨어 또는 펌웨어 상태, 소프트웨어 또는 펌웨어 최신성 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서 정의되는 바와 같이, 시스템(10)의 "동작 조건"은 무선 송신 시스템(20)과 무선 수신기 시스템(30) 사이의 데이터 및 전력 중 하나 또는 둘 모두의 현재 또는 예상 무선 전송의 동작 특성이다. 이러한 동작 조건은 안테나들(21, 31) 사이의 커플링, 안테나(21, 31) 사이의 2차원 또는 3차원 변위, 안테나들(21, 31) 사이의 무선 전력 및/또는 무선 데이터 전송 제약, 무선 전송 시스템 사이의 전력 전송 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
그러면, 도 11에 도시된 바와 같이, 서브 방법(130B)은 블록 133에 도시된 바와 같이, 블록 131의 수신 또는 도출된 동작 조건에 적어도 부분적으로 기초하여 복수의 동작 모드 A-N 중에서 동작 모드를 계속 선택할 수 있다.
도 12는 도 9-11의 방법(100)과 함께 사용될 수 있는 복수의 동작 모드들의 3개의 예시적인 동작 모드 A, B, C에 의해 출력되는 동일 데이터 신호들을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 동작 모드 A, B, C에서 동일 데이터 신호들의 플롯들의 각각의 신호들은 4비트의 이진 데이터들의 온-오프-키잉되거나, 및/또는 진폭-시프트-키잉된 전송인 "1010"을 나타낸다. 다만, 동작 모드 A, B, C 각각은 서로 다른 전력 레벨들 및 서로 다른 데이터 속도들을 갖는다. 도시된 바와 같이, 시간 스케일에서, 동작 모드 A는 동작 모드 C보다 데이터 속도가 크고 동작 모드 B의 데이터 속도는 동작 모드 A의 데이터 속도보다 작지만 동작 모드 C의 데이터 속도보다 크다. 도시된 바와 같이, 각 신호들의 피크 전압 "V"의 함수로서, 동작 모드 C는 동작 모드 A의 전력 레벨보다 크고 동작 모드 B의 전력 레벨은 동작 모드 C의 전력 레벨보다 작지만 동작 모드 A의 전력 레벨보다 크다. 이와 같이, 동작 모드 A는 "데이터 우선" 동작 모드일 수 있고, 동작 모드 C는 "전력 우선" 동작 모드일 수 있고, 동작 모드 B는 전력 또는 데이터 중 어느 하나를 선호할 수 있으며, 또는 중간 동작 모드일 수 있어 무선 전력 및 무선 데이터에 실질적으로 동일한 우선순위를 부여할 수 있다.
일부 예들에서, 동작 모드 A를 위한 전력 레벨은 약 0.5 와트(W) 내지 약 1.5 W의 범위에서 선택될 수 있고, 동작 모드 A를 위한 데이터 속도는 약 700 Kbps 내지 약 1000 Kbps의 범위에서 선택될 수 있다. 일부 이러한 예들에서, 동작 모드 C를 위한 전력 레벨은 약 3.5 W 내지 약 6.5 W의 범위에서 선택될 수 있고, 동작 모드 C를 위한 데이터 속도는 약 80 Kbps 내지 약 120 Kbps의 범위에서 선택될 수 있다. 일부 추가 예들에서, 동작 모드 B를 위한 전력 레벨은 약 1.5 W 내지 약 3.5 W의 범위에서 선택될 수 있고, 동작 모드 B를 위한 데이터 속도는 약 120 Kbps 내지 약 700 Kbps의 범위에서 선택될 수 있다. 이 단락의 예시적인 크기들은 사용 사례를 예시하기 위한 예시적인 것이고, 제한적인 것으로 의도되지 않는다; 따라서, 각각의 값의 그러한 크기들은 논의된 값들보다 임의의 크기가 더 높거나 낮을 수 있어서, 동작 모드 A의 데이터 속도는 동작 모드 C의 데이터 속도보다 더 크고, 동작 모드 C의 전력 레벨은 동작 모드 A의 전력 레벨보다 더 큰 동작 모드 A의 전력 레벨보다 더 큰 동작 모드 B의 전력 레벨보다 더 클 수도 있다.
도 13은 도 9의 블록 130을 구현하기 위한 또 다른 선택적인 서브 방법(130C)이다. 서브 방법(130C)의 동작은 송신 제어기(28)에 의해 선택된 전력 레벨이 수신되거나 도출되는 블록 127에서 시작된다. 일부 예들에서, 블록 127의 동작은 블록 110의 서브 블록 112에 예시된 바와 같이, 수신기 시스템(30)에 의해 제공되는 수신기 기반 정보에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 본 명세서에서 정의되는 "수신기 기반 정보" 또는 "수신기 동작 조건"은 무선 수신기 시스템(30)과 관련된 임의의 정보 및/또는 그 동작을 의미할 수 있다. 이러한 수신기 기반 정보 또는 수신기 동작 조건은 부하(16)에 전력을 공급하거나 충전하기 위한 희망 전력 레벨, 부하(16)의 충전 레벨, 무선 수신기 시스템(30)이 수신할 수 있는 최대 전력 레벨, 무선 수신기 시스템(30)의 동작 주파수, 시스템 소프트웨어 또는 펌웨어 정보, 소프트웨어 또는 펌웨어 상태, 펌웨어 최신성, 무선 수신기 시스템(30)과 관련된 기타 정보를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서 정의되는 시스템(10)의 "동작 조건"은 무선 송신 시스템(20)과 무선 수신기 시스템(30) 사이의 데이터 및 전력 중 하나 또는 둘 모두의 현재 또는 예상 무선 전송의 임의의 동작 특성이다. 이러한 동작 조건은 안테나들(21, 31), 안테나들(21, 31) 사이의 2차원 또는 3차원 변위, 안테나들(21, 31) 사이의 무선 전력 및/또는 무선 데이터 전송을 위한 동작 주파수, 무선 송신 시스템(20)과 무선 수신기 시스템(30) 사이의 전력 전송 제약, 무선 전송 시스템(10)과 관련된 기타 동작 조건을 포함할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 블록 127에서의 전력 레벨의 수신 또는 도출은 블록 114에 의해 예시된 바와 같이 송신 제어기(28)로의 임의의 외부 입력에 기초할 수 있다. 이를 위해, "외부"는 송신 제어기에 의해 미리 정의되지 않은 임의의 정보 및/또는 그의 임의의 메모리 또는 부품을 의미한다. 이러한 외부 정보는 무선 송신 시스템(20)의 다른 요소(예를 들어, 센싱 시스템(50), 전력 조정 시스템(40)으로부터의 피드백, 기타 부품 데이터 중 안테나(21)와 관련된 데이터)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 무선 송신 시스템(20)의 연관된 호스트 디바이스를 통한 입력, 및/또는 송신 제어기(28) 내에 미리 정의되지 않은 임의의 다른 정보 또는 그의 임의의 펌웨어를 통해 외부 데이터 소스로부터 무선 송신 시스템(20)으로 입력되는 정보일 수 있다.
도 14에 예시된 바와 같이, 대안적인 서브 방법(130D)에서, 선택된 데이터 속도는 송신 제어기(28)에 의해 수신되거나 도출된다. 일부 예들에서, 블록(142)의 동작들은 블록 110의 서브 블록 112에 예시된 바와 같이, 수신기 시스템(30)에 의해 제공된 수신기 기반 정보에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 블록 132에서의 데이터 속도의 수신 또는 도출은 블록 114에 예시된 바와 같이, 송신 제어기(28)에 대한 임의의 외부 입력에 기초할 수 있다. 선택된 데이터 속도를 이용하여, 서브 방법(130D)은 선택된 데이터 속도에 기초하여, 동작 모드에 대한 데이터 속도를 계속 결정할 수 있고, 여기서 선택된 데이터 속도는 블록 144에 예시된 바와 같이, 송신 제어기(28)에 의해 알려진 일련의 데이터 속도들의 대응하는 멤버에 대응하는 대응하는 전력 레벨을 결정할 수 있다. 이어서, 송신 제어기(28)는 동작 모드에 대한 전력 레벨을 선택된 전력 데이터 속도의 대응하는 전력 레벨로 정의함으로써, 동작 모드에 대한 전력 레벨을 정의 또는 선택할 수 있다.
일련의 가용 전력 레벨들과 일련의 상관된 데이터 속도들 사이의 역의 관계(inverse relationship)는 송신 제어기(28)에 상관된 데이터를 제공하는 임의의 관계, 플롯, 유도 또는 룩업 테이블(LUT)로서 기능적 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 도 15a, 도 15b에 예시된 바와 같이, 전술된 역의 관계는 설명의 목적을 위해, 그래픽 플롯에 의해 가장 잘 이해될 수 있도록 기능적 표현일 수 있다. 예컨대, 도 15a에 예시된 바와 같이, 일련의 가용 전력 레벨들 및 일련의 가용 데이터 속도들은 서로에 대해 실질적으로 선형의 역 관계를 가질 수 있다. 대안적으로, 도 15b에 예시된 바와 같이, 일련의 가용 전력 레벨들 및 일련의 가용 데이터 속도들은 서로에 대해 곡선, 또는 비선형의 역 관계를 가질 수 있다. 다만, 도 15a, 도 15b의 플롯들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 수학적 유도 및/또는 실험 결과들로부터의 유도에 기초한 임의의 선형 또는 곡선 형상이 상기 역 관계의 표현에 적합할 수 있다.
도 15c는 일련의 가용 전력 레벨들 및 일련의 가용 데이터 속도들의 상관된 쌍들에 대한 룩업 테이블(LUT)의 시각적 표현이다. 예시된 바와 같이, 일련의 가용 전력 레벨들(P0, …PN) 각각은 일련의 가용 전력 레벨들의 이전 순차 멤버보다 크다. 일련의 가용 전력 레벨들 각각은 일련의 가용 데이터 레벨들(D0, …DN)의 멤버와 상관되어, P0는 D0, P1은 D1,...PN은 DN과 상관된다. LUT에 대한 데이터는 역관계에 대한 수학적 유도에 기초할 수 있고 및/또는 LUT에 대한 데이터는 실험 결과들로부터의 유도 또는 직접 데이터에 기초할 수 있다. 따라서, 송신 제어기(28)는 시스템(10)에 대한 동작 모드를 결정할 때, LUT를 참조할 수 있다.
다시 도 9로 돌아가면, 방법은 블록 140으로 계속 진행되는데, 여기서 송신 제어기(140)은 적어도 블록 130에서 결정된 동작 모드, 시스템(10)을 위한 동작 주파수, 및 상기 송신 시스템(20)으로부터 수신기 시스템(30)으로 전송을 희망하는 임의의 데이터에 기초하여 구동 신호들을 생성하거나, 및/또는 제공한다. 송신 제어기(120)가 송신 시스템(20)의 내부 조건 및/또는 무선 수신 시스템(30)이 제공하는 명령 또는 정보 중 어느 하나에 기초하여 동작 모드에 영향을 미칠 수 있는 명령을 지속적으로 모니터링하도록 구성될 수 있기 때문에, 방법(100)은 블록 140에서 블록 120으로 지속적으로 루프할 수 있다. 그 후, 증폭기(42)는 블록 150과 같이 구동 신호를 수신하고 구동 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 송신 안테나(21)를 구동한다.
이제 도 16으로 돌아가서, 적어도 도 1 및 도 2를 계속 참조하면, 무선 수신기 시스템(30)이 더욱 상세하게 도시된다. 무선 수신기 시스템(30)은 송신 안테나(21)를 통해 무선 송신 시스템(20)으로부터 적어도 전기 에너지, 전력, 전자기 에너지 및/또는 전기적으로 전송 가능한 데이터를 수신하도록 구성된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 무선 수신기 시스템(30)은 적어도 수신기 안테나(31), 수신기 튜닝 및 필터링 시스템(34), 전력 조정 시스템(32) 및 수신기 제어 시스템(36)을 포함한다. 수신기 튜닝 및 필터링 시스템(34)은 무선 송신 시스템(20)의 전기적 임피던스를 실질적으로 일치시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 수신기 튜닝 및 필터링 시스템(34)은 수신기 안테나(31)의 전기적 임피던스를 발전기의 특성 임피던스 또는 송신 안테나(20)의 구동 주파수에서의 부하에 맞추어 동적으로 조절 및 실질적으로 일치시키도록 구성될 수 있다.
예시된 바와 같이, 전력 조정 시스템(32)은 정류기(33) 및 전압 레귤레이터(35)를 포함한다. 일부 예들에서, 정류기(33)는 수신기 튜닝 및 필터링 시스템(34)과 전기적으로 연결된다. 정류기(33)는 수신된 전기 에너지를 교류 전기 에너지 신호로부터 직류 전기 에너지 신호로 수정하도록 구성된다. 일부 예들에서, 정류기(33)는 적어도 하나의 다이오드로 구성된다. 정류기(33)를 위한 일부 비제한적인 예시 구성은, 중심 탭 전파 정류기(center tapped full wave rectifier) 및 필터를 갖는 전파 정류기(full wave rectifier)를 포함하는 전파 정류기(full wave rectifier), 필터를 갖는 전파 정류기를 포함하는 전파 정류기, 필터를 갖는 브릿지 정류기를 포함하는 브릿지 정류기, 단파 공급 정류기(split supply rectifier), 단상 정류기(single rectifier), 3상 정류기(three phase rectifier), 전압 더블러(voltage doubler), 동기 전압 정류기, 제어된 정류기, 제어되지 않은 정류기, 및 반 제어된 정류기(half controlled rectifier)를 포함한다. 전자 디바이스들이 전압에 민감할 수 있기 때문에, 전자 디바이스의 추가적인 보호가 클리퍼(clipper) 회로들 또는 디바이스들에 의해 제공될 수 있다. 이러한 점에서, 정류기(33)는 입력 AC 신호의 포지티브 절반(positive half)(상부 절반(top half)), 네거티브 절반(negative half)(하부 절반(bottom half)) 또는 둘 모두를 제거하는 회로 또는 장치인 클리퍼 회로 또는 클리퍼 장치를 더 포함할 수 있다. 다시 말해서, 클리퍼는 입력 AC 신호의 포지티브 진폭, 네거티브 진폭, 또는 포지티브 및 네거티브 진폭 모두를 제한하는 회로 또는 장치이다.
전압 레귤레이터(35)의 일부 비제한적인 예는 직렬 선형 전압 레귤레이터, 벅 컨버터, LDO(low dropout) 레귤레이터, 션트 선형 전압 레귤레이터, 스텝 업 스위칭 전압 레귤레이터, 스텝 다운 스위칭 전압 레귤레이터, 인버터 전압 레귤레이터, 제너 제어 트랜지스터 직렬 전압 레귤레이터, 충전 펌프 레귤레이터 및 에미터 팔로워 전압 레귤레이터를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 전압 레귤레이터(35)는 입력 전압의 진폭(피크 값)보다 2배, 3배, 또는 그 초과인 진폭(피크 값)을 갖는 출력 전압을 전달하는 전자 회로 또는 장치로서 전압 승수(voltage multiplier)를 더 포함할 수 있다. 전압 레귤레이터(35)는 정류기(33)와 전기적으로 연결되어 있고 정류기(33)에 의해 AC로 변환된 후, 무선으로 수신된 전기 에너지 신호의 전기 전압의 진폭을 조정하도록 구성된다. 일부 예에서, 전압 레귤레이터(35)는 LDO 선형 전압 레귤레이터일 수 있지만, 다른 전압 레귤레이션 회로 및/또는 시스템이 고려된다. 예시된 바와 같이, 전압 레귤레이터(35)에 의해 출력되는 직류 전기 에너지 신호는 전자 디바이스(14)의 부하(16)에서 수신된다. 일부 예에서, 직류 전기 전력 신호의 일부는 수신기 제어 시스템(36) 및 그 임의의 구성요소에 전력을 공급하는 데 활용될 수 있지만, 수신기 제어 시스템(36) 및 그 임의의 구성요소가 전력을 공급하고 및/또는 부하(16)로부터 신호를 수신할 수 있는 것은 확실하다.
수신기 제어 시스템(36)은 수신기 제어기(38), 통신 시스템(39) 및 메모리(37)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 수신기 제어기(38)는 동작들을 수행하고, 제어 알고리즘들을 실행하고, 데이터를 저장하고, 데이터를 검색하고, 데이터를 수집하고, 제어 및/또는 무선 수신기 시스템(30)과 연관된 다른 부품 및/또는 서브시스템과의 통신을 제공하는 프로세서를 적어도 포함하는 임의의 전자 제어기 또는 컴퓨팅 시스템일 수 있다. 수신기 제어기(38)는 단일 제어기이거나 무선 수신기 시스템(30)의 다양한 기능 및/또는 특징들을 제어하도록 배치된 하나 이상의 제어기를 포함할 수 있다. 수신기 제어기(38)의 기능은 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있고 무선 수신기 시스템(30)의 동작과 관련된 하나 이상의 데이터 맵에 의존할 수 있다. 이를 위해, 수신기 제어기(38)는 메모리(37)와 동작 가능하게 연관될 수 있다. 메모리는 내부 메모리, 외부 메모리 및/또는 원격 메모리(예를 들어, 인터넷과 같은 네트워크를 통해 수신기 제어기(38)에 동작 가능하게 연결된 데이터베이스 및/또는 서버) 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 내부 메모리 및/또는 외부 메모리는 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EPROM), 소거 가능한 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EPROM) 또는 때때로는 드물게 라벨링되는 EROM, 동적 RAM(DRAM)을 포함하는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 동적 RAM(DRAM), 정적 RAM(SRAM), 동기식 동적 RAM(SDRAM), 단일 데이터율 동기식 동적 RAM(DDR SDRAM, DDR2, DDR3, DDR4), 그래픽 이중 데이터율 동기식 동적 RAM(GDDR SDRAM, GDDR SDRAM, GDDR3, GDDR5, 플래시 메모리, 휴대용 메모리 등을 포함할 수 있다. 이러한 메모리 매체는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 메모리의 예이다.
추가로, 수신기 제어 시스템(36)의 특정 요소들이 수신기 제어 시스템(36)의 서브 부품들 및/또는 회로들(예를 들어, 메모리(37), 통신 시스템(39))로서 예시되지만, 그러한 부품들은 수신기 제어기(38)의 외부일 수 있다. 일부 예들에서, 수신기 제어기(38)는, 일반적으로, 수신기 제어기(38) 및 무선 수신기 시스템(30) 중 하나 또는 둘 모두의 기능 요소들을 포함하도록 구성된 하나 이상의 집적 회로들일 수 있고/또는 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "집적 회로들"은 일반적으로, 회로 요소들의 전부 또는 일부가 분리 가능하게 연관되고, 건설 및 상업의 목적에서 분리할 수 없는 것으로 간주되도록 전기적으로 상호 연결되는 회로를 지칭한다. 이러한 집적 회로들은 박막 트랜지스터, 후막 기술들, 및/또는 하이브리드 집적 회로들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 예들에서, 수신기 제어기(38)는 주어진 동작 주파수에서 데이터를 송수신하도록 구성된 전용 회로일 수 있다. 예를 들어, 수신기 제어기(38)는 NFC 태그 및/또는 라벨링 집적 회로와 같은, 태깅 또는 식별자 집적 회로일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 NFC 태그 및/또는 라벨링 집적 회로의 예들은 NXP 반도체 N.V에 의해 제조된 NTAG®계열의 집적 회로를 포함한다. 그러나, 통신 시스템(39)은 확실히 이러한 예시적인 부품들에 제한되지 않으며, 일부 예들에서, 통신 시스템(39)은 다른 집적 회로(예를 들어, 수신기 제어기(38)와 통합)로 구현될 수 있고, 및/또는 고려된 다른 통신 시스템 및/또는 장치들 중 전자 디바이스(14) 및 무선 수신기 시스템(30) 중 하나 또는 둘 모두와 동작 가능하게 관련된 또 다른 송수신기일 수 있다. 게다가, 일부 예들에서, 통신 시스템(39)의 기능들은 수신기 제어기(38)와 통합되어, 제어기가 무선 전력 전송 동작 주파수의 주파수 대역에서 통신하도록 안테나들(21, 31) 사이의 유도장(inductive field) 변형할 수 있다.
도 17로 넘어가면, 이 도면은 예시적인 통신들로 오버레이되는, 또는 트랜시버로 알려진, 물리적으로, 전기적으로 연결된(예컨대, 와이어로 연결된) 양방향 데이터 통신 부품들의 개략적인 기능 플롯이다. 이러한 양방향 유선 데이터 통신 부품들 사이의 통신들은 직렬 및/또는 UART 기반 프로토콜을 준수하는 데이터 통신들 및/또는 연결들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 그러나, 이러한 양방향 유선 데이터 통신들, 및/또는 이들의 임의의 시뮬레이션들은 확실히 UART 기반 프로토콜 데이터 통신들 및/또는 연결들에 제한되지는 않는다.
UART는 2-와이어 연결의 형태를 취할 수 있는 UART 트랜시버들 사이의 유선 (인간-유형적, 물리적, 전기적) 연결을 통한 직렬 데이터 통신들을 활용하는 유선 직렬 연결을 제공한다. UART 트랜시버들은 유선 연결을 통해 비동기적으로, 즉 동기화 클록 없이 데이터를 전송한다. 전송 UART 트랜시버(예컨대, 제1 UART 트랜시버(41))는 전송할 데이터를 패킷화하고 시작 및 정지 비트들을 데이터 패킷에 추가하여, 각각 수신 UART 트랜시버(예컨대, 제2 UART 트랜시버(44))를 위한 데이터 패킷의 시작 및 끝을 정의한다. 차례로, 시작 비트를 검출할 때, 수신 UART 트랜시버(44)는 합의된 바드 속도(baud rate)와 같은 공통 주파수로 수신 비트들을 읽는다. 이 합의된 바드 속도는 동기화 클록 신호가 없는 경우에 UART 통신들이 성공하도록 허용하는 것이다.
도시된 예에서, 제1 UART 송수신기(41)는 멀티 비트 데이터 시퀀스(도 11의 데이터 다이어그램과 같이)를 UART 통신을 통해 제2 UART 송수신기(44)로 전송할 수 있고, 마찬가지로, 제2 UART 송수신기(44)는 멀티 비트 데이터 요소를 제1 UART 송수신기(41)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 멀티 비트 데이터 요소를 나타내는 UART 인코딩된 신호는 제1 UART 송수신기(41) 및 제2 UART 송수신기(44) 사이의 2-와이어 연결(45)을 통해 전송될 수 있다. 도시된 예와 같이, 2-와이어 연결(45)의 제1 와이어(46)는 일 방향으로 통신을 위해 사용되고, 2-와이어 연결(45)의 제2 와이어(47)는 타 방향으로 통신을 위해 사용될 수 있다.
도 18은 도 10에 도시된 것과 같은 표준 유선 UART 연결을 통한 다중 비트 데이터 요소의 패킷화된 통신을 나타내는 타이밍도이다. 예시된 예에서, 제1 UART 송수신기(41)로부터 제2 UART 송수신기(44)로의 전송을 위한 제1 다중 비트 데이터 요소는 제1 4 비트 번호 B0B1B2B3이다. 알 수 있는 바와 같이, 이 번호는 UART 연결을 통한 전송 및 후속 수신을 위한 단일 비트 스트림으로 직렬화된다. 상위 데이터 스트림(1011)은 제1 UART 송수신기(41)로부터의 출력으로서 직렬 데이터 스트림의 예를 나타내고, 제2 데이터 스트림(1013)은 송수신기(44)에서 UART 연결을 통해 수신되는 데이터 스트림(1011)을 나타낸다. 유사하게, 데이터 스트림(1015 및 1017)은 제2 4 비트 번호 B4B5B6B7의 제2 UART 송수신기(44)에 의한 전송 및 해당 데이터의 제1 UART 송수신기(41)에 의한 수신을 나타낸다.
유선, 2-와이어, 동시 양방향 통신이 2개의 디바이스들 사이의 통상적인 통신 수단이지만, UART 및/또는 다른 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 직렬 유선 통신과 같은 유선 양방향 통신을 통해 오늘날 달성되는 데이터 전송을 시뮬레이션 및/또는 실질적으로 복제하면서 그러한 유선 연결의 필요성을 제거하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 도 19-23은 무선 전력 전송 시스템(10)을 통해 무선으로 그러한 직렬 양방향 통신을 수행하기 위해 사용되는 시스템, 방법 및/또는 프로토콜 부품을 도시한다.
도 16으로 돌아가면, 이 도면은 본 발명에 따른 무선 연결을 통한 데이터 및 관련 통신의 무선 교환과 관련된 수직-등록 신호 타이밍 다이어그램의 세트를 시간의 함수로서 보여준다. 여기서 무선 연결은 예를 들어, 앞서 논의된 각각의 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신 시스템(30)의 송신기 안테나(21) 및 수신기 안테나(31)의 자기 커플링일 수 있다. 이 상황에서, 데이터의 무선 교환은 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신기 시스템(30) 사이에서 발생한다. 무선 연결을 통해 전송되는 데이터는 송신 제어기(28) 및 수신기 제어기(38) 중 하나 또는 둘 모두에 의해 생성, 인코딩 및/또는 다르게 제공될 수 있음을 유의해야 한다. 이러한 데이터는 전기 에너지의 무선 전송과 관련된 데이터, 무선 송신 시스템(20) 또는 무선 수신기 시스템(30) 중 하나와 관련된 호스트 디바이스와 관련된 데이터, 또는 이들의 조합 등으로 제한되지 않는 임의의 데이터일 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 진행 도면과 함께, 무선 송신 시스템(20)으로부터 무선 수신기 시스템(30)으로의 데이터 전송으로서, 언급된 바와 같이, 시스템(20, 30) 사이의 모의 직렬 통신은 양방향(즉, 양방향)일 수 있으므로, 두 시스템(20, 30)은 모두 송신, 수신, 인코딩, 디코딩, 또는 이들의 조합이 가능하다.
발신 데이터 신호(1201)는 무선 송신 시스템(20)에 입력되는 UART 데이터로서, 예를 들어 무선 송신 시스템(20) 및/또는 송신 제어기(28)에 입력되는 UART 데이터로서, 및/또는 무선 수신 시스템(30) 및/또는 수신 제어기(38)에 입력되는 UART 데이터로서, 무선 송신 시스템(20)/송신 제어기(28)에 의해 전송되는 데이터를 도시한다. 상기 도면이 무선 송신 시스템(20)/송신 제어기(28)에서 기원되거나 그로부터 송신되는 데이터를 나타내는 동안, 송신 제어기(28) 및/또는 수신 제어기(38)는 무선 전력 전송 동작 주파수의 주파수 대역에서 통신하도록 안테나들(21, 31) 사이의 유도장을 변조하여 전력 신호 내의 데이터를 통신할 수 있다.
도 19의 무선 직렬 데이터 신호(1203)는 상기 기원하는 데이터 신호(1201)의 데이터를 캡슐화된 송신으로 전달하는 결과 데이터 스트림을 나타낸다. 도 19에 도시된 확인(acknowledgement) 신호(1205)는 수신기 제어기(38)가 무선 직렬 데이터 신호(1203)의 수신을 확인 또는 비확인할 때, 수신기 제어기(38)에 의해 근거리 자기 연결을 통해 통신된 전송 캡슐화 확인(ACK) 또는 비확인(NACK) 신호를 나타낸다.
도 19의 각 신호의 구체적인 내용을 참고하면, 전송 데이터 신호(1201)는 바이트들(Tx...Txn)로 구성된 n-바이트 데이터 요소(1207)를 포함한다. 무선 직렬 데이터 신호(1203)에서, 데이터 스트림은 예에서 사용 중인 특정 전송 프로토콜에 따라, 커맨드 헤더(1209) 및 체크섬(checksum)(1211)을 포함할 수 있다. "n"은 본 명세서에서 정의된, 데이터 요소들에 대한 임의의 바이트 수를 나타낸다. 커맨드 헤더(1209)는 예를 들어, 제어 바이트("CB"), 쓰기 커맨드("Wr CMD") 및 길이 코드("Length")를 포함할 수 있다. 제어 바이트는 예를 들어, 블록들의 데이터 전송을 제어하기 위해 필요한 정보를 포함한다. 쓰기 커맨드는 수신단에서 캡슐화된 데이터가 기입될 것을 특정하는 정보를 포함할 수 있다. 길이 코드는 n-바이트 데이터 요소(1207)의 길이를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 체크섬(1211)은 에러를 검출하기 위해 사용되는 데이터로서, 체크섬 알고리즘에 의해 결정되거나 또는 생성될 수 있다. 수신기로부터의 ACK 신호(1213)는 유사하게 CB(1215)와 체크섬(1217) 사이에서 캡슐화된다.
도 20은 본 발명에 따른 수신기 및 전송기 타이밍 기능을 나타낸 타이밍도이다. 예컨대, 수신기 타이밍 기능은 수신기 제어기(38)에서의 데이터 송수신 타이밍일 수 있고, 전송기 타이밍 기능은 송신 제어기(28)에서의 데이터 송수신 타이밍일 수 있다. 이 예에서, 수신기 및 전송기 타이밍은 송신 안테나(21)와 수신기 안테나(31) 사이의 무선 전력 신호의 대역내 데이터 통신으로서 데이터 전송을 위해 일정한 시간 슬롯이 가능한 슬롯형 프로토콜을 활용한다. 이러한 타이밍 및/또는 프로토콜을 활용하면 송신 제어기(28)와 수신기 제어기(38) 모두 안테나들(21, 31) 사이의 자기장의 진폭(전압/전류)을 변경할 수 있으므로, 송신 제어기(28)와 수신기 제어기(38) 사이의 데이터 전송이 사실상 동시에 이루어질 수 있다. "가상 동시 데이터 전송"은 실제로 동시에 이루어질 수는 없지만 데이터의 능동 송신기(예를 들어, 무선 송신 시스템(20) 또는 무선 수신기 시스템(30))의 규칙적인 스위칭으로 수행되는 데이터 송신을 의미하므로, 통신은 실제 동시 데이터 송신과 유사한 사용자 경험을 제공한다.
예시된 실시예에서, 제1 라인(1301)은 바이트 B0, B1, B2, B3의 인입 스트림을 송신 제어기(28)에 보여준다. 송신 제어기(28)가 타임 슬롯에서 데이터를 전송하도록 구성되면, 인입 바이트는 약간 지연되고, 그들이 이용가능해짐에 따라 순차적 슬롯에 배치된다. 다시 말해서, 특정 타임 슬롯 동안 도착하는 (또는 그 타임 슬롯 동안 도착하는 임의의 부분을 갖는다) 데이터는 전송을 위해 후속 타임 슬롯에 배치될 것이다. 이것은 제2 라인(1303)에 나타나는데, 이것은 무선 링크를 통해 전송될 데이터, 예를 들어 무선 전력 및 데이터 연결을 보여준다. 알 수 있는 바와 같이, 각 바이트의 아날로그는 데이터가 송신 제어기(28)에 도착한 후, 무선 송신 시스템(20)과 연관된 데이터 소스로부터 후속 슬롯에서 전송된다. 나아가, 제3 라인(1305)은 바이트 B5, B6, B7, B8의 인입 스트림을 수신기 제어기(38)에 보여준다. 수신기 제어기(38)가 타임 슬롯에서 데이터를 전송하도록 구성되면, 인입 바이트는 약간 지연되고 이용가능해짐에 따라 순차적 슬롯에 배치된다. 다시 말해서, 특정 타임 슬롯 동안 도착하는(또는 그 타임 슬롯 동안 도착하는 임의의 부분을 갖는다) 데이터는 전송을 위해 후속 타임 슬롯에 배치될 것이다. 이것은 제4 라인(1307)에 나타나는데, 이는 무선 링크를 통해 전송될 데이터, 예를 들어 무선 전력 및 데이터 링크를 통해 전송될 데이터를 보여준다. 알 수 있는 바와 같이, 각 바이트의 아날로그는, 예를 들어 데이터가 상기 무선 수신기 시스템(30)과 연관된 데이터 소스로부터 수신기 제어기(38)에 도착한 후 후속 슬롯에서 송신된다.
버퍼링된 시스템에서, 통신들은 후속 처리 요소가 통신들을 위한 준비가 될 때까지 하나 이상의 버퍼들에 유지될 수 있다. 이를 위해, 만일 한 측이 많은 양의 데이터를 전달하려고 시도하고 있지만 다른 측이 데이터를 전송할 필요가 없다면, 유도 연결에 의해 생성된 가상 "와이어"를 통해 "단방향"으로 전송될 수 있기 때문에 통신들은 가속될 수 있다. 따라서, 그러한 전자기 통신들이 2개의 와이어들을 활용하는 문자 그대로 "양방향" 통신들이 아니라, 가상 2방향 UART 통신들이 송신기와 수신기 사이의 단일 유도 연결을 통해 실행가능하다.
이를 위해, 도 21에 도시된 바와 같이, 2방향 통신은 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신 시스템(30) 각각이 안테나들(21, 31) 사이에서 방사되는 전력 신호/자기장으로 데이터를 인코딩하는 기간을 윈도우화(windowing)함으로써 달성될 수 있다. 도 21a는, 시스템들(20, 30)의 데이터(320, 330)가 각각 송신을 위해 준비되거나, 및 송신 통신 윈도우(321) 및 수신기 통신 윈도우(331) 동안 후속적으로 신호로 인코딩되는, 타이밍도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 시스템들(20, 30) 및/또는 제어기들(28, 38)은 데이터(320, 330)를 저장, 전송 및 안테나들(21, 31) 사이에서 방사되는 결과 신호로 인코딩하도록 구성될 수 있다. 이러한 제어기들(28, 38)은 (두 제어기들(28, 38)에 의해) 주어진 그리고 알려진 시간 주기 (T) 내에 윈도우들(321, 331) 내에서 상기 데이터(320, 330)를 인코딩하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 도 21의 시간 스케일은 수직 점선들로 표시된 바와 같이, 시간에 대한 반복 주기로 라벨링된다. 나아가, 윈도우들(321, 331)이 신호의 전체 주기(T)를 소비하는 것으로 도시되지만, 윈도우들(321, 331)은 반드시 전체 주기(T)를 소비할 필요는 없으며, 주기(T)의 일부분으로 구성될 수 있으나 주기(T)의 간격들로 반복되고 시작된다.
송신 제어기(28) 및 수신 제어기(38) 각각은 데이터(320A-N, 330A-N)의 스트림을 순차적으로 그리고 각각의 윈도우(321, 331) 내에서 다른 제어기(28, 38)로 각각 전송하도록 구성될 수 있다. 주기(T) 및/또는 윈도우들(321, 331)은 사용되는 데이터 통신 동작에 적합한 임의의 시간 길이일 수 있다. 다만, 송신자(제어기(28, 38)의 스위칭을 시스템의 사용자가 인지할 수 없도록 짧은 주기 및 윈도우를 갖는 것이 유익하다. 따라서, 짧은 윈도우 및 주기로 높은 데이터 속도를 달성하기 위해, 전력 신호는 높은 동작 주파수(예를 들어, 약 1MHz 내지 약 20MHz 범위)일 수 있다. 이를 위해, 활용되는 데이터 속도는 약 1Mbps(Mbps)까지 또는 이를 초과할 수 있으며, 이에 따라 작은 주기 및 윈도우가 달성될 수 있다.
더욱이, 도 21a의 윈도우는 비교적 동일한 것으로 도시되었으나, 이러한 윈도우 크기는 동일하지 않을 수 있다. 예컨대, 도 21b에 도시된 바와 같이, 윈도우들(321, 331)의 길이는 예컨대, 필요한 데이터 동작에 기초하여 동적으로 변경될 수 있다. 따라서, 각 슬롯 내의 윈도우들(321, 331)의 길이는 동작 조건에 기초하여 서로에 대해 길거나 줄어들 수 있다. 예컨대, 윈도우들(321B, 331B)에 도시된 바와 같이, 전송 통신 윈도우들(321B)는 수신 통신 윈도우(331B)보다 상당히 클 수 있다. 이러한 구성은 송신 시스템(20)이 많은 양의 데이터(예컨대, 펌웨어 업데이트, 다른 소프트웨어 및/또는 펌웨어 중 전자 디바이스(14)를 위한 새로운 소프트웨어)를 전송하고자 할 때 유리할 수 있고, 수신 시스템(30)은 정기적인 무선 전력 관련 정보를 전송하기만 하면 된다.
반대로, 윈도우(321C, 331C)에 의해 예시된 것과 같은 일부 예에서, 수신기 시스템(30)은 송신 시스템(20)보다 훨씬 더 많은 데이터를 전송할 필요가 있을 수 있고, 따라서 윈도우들(321C, 331C)은 전송 통신 윈도우에 대해 수신기 통신 윈도우(331C)가 더 크도록 동적으로 변경된다. 이러한 구성은 수신기 시스템이 송신 시스템(20) 및/또는 이와 관련된 디바이스에 많은 양의 데이터를 전송하기를 원할 때 유리할 수 있다. 이러한 시나리오가 존재하는 예시적인 상황은 무선 수신기 시스템(30)으로부터 무선 송신 시스템(20)과 관련된 디바이스로의 디바이스 데이터 다운로드를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
윈도우들(321D, 331D)에 의해 예시된 예에서, 전송 통신 윈도우(321D)는 수신 통신 윈도우(331D)보다 훨씬 커서 사실상 수신 통신 윈도우(331D)가 존재하지 않을 수 있다. 따라서, 이는 송신 시스템(20)을 가상 일방향 데이터 송신에 둘 수 있으며, 여기서 송신 시스템(20)으로 다시 전송되는 유일한 데이터는 단순한 ACK 신호(1213) 및 일부 예에서 CB(1215) 및/또는 체크섬(1217)과 같은 관련 데이터이다. 이러한 구성은 송신 시스템(20)이 데이터를 전송하고 있고 수신 시스템(30)이 부하(16)를 충전하기 위해 상당한 전력을 수신할 필요가 없는 경우에 유리할 수 있다 (예를 들어, 부하(16)가 완전 부하(fully load) 또는 완전 충전(fully charged) 상태이고 따라서 수신 시스템(30)은 많은 전력 관련 데이터를 전송할 필요가 없다).
일부 예들에서, 도시된 바와 같이, 일부 데이터(320, 330)는 적어도 ACK 신호(1213) 및/또는 체크섬(1217)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 확인 데이터(342, 343)가 선행될 수 있다. 확인 데이터(342, 343)는 데이터 스트림(320A-N, 330A-N)의 다음 윈도우 내에서 데이터 스트림(320A-N, 330A-N)의 이전에 전송된 멤버의 수신 확인과 관련될 수 있다. 예를 들어, 제1 전송 통신 윈도우(321)에서 제1 기간 동안 [t = 0 : T] 동안 제1 데이터(320A)가 인코딩되어 송신된다고 가정한다. 그러면, 수신기 확인 데이터(343A)는 제2 기간 동안 제2 수신기 통신 윈도우(331) 내에서 [t = T : 2T] 동안 인코딩되어 송신될 것이다.
따라서, 안테나들(21, 31)의 전력 신호내에서 타이밍된 교대 윈도우들 내에서 순차적으로 데이터(320, 330, 342, 343)를 인코딩함으로써, 이는 데이터 통과의 교대를 거의 눈에 띄지 않게 만들 수 있고, 따라서, 통신들은 사용자 경험이 교대 송신자들(alternating senders)로서 등록되지 않기 때문에 가상적으로 동시에 양방향이다.
도 22는 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신 시스템(30) 각각의 송신 제어기(28) 및 수신 제어기(38)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템(10)의 하나 이상의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면(110)이다. 도면(110)은 가상 양방향 통신을 용이하게 하기 위해 데이터를 버퍼링할 수 있는 시스템(10)의 구성을 도시한다. 송신 제어기(28)는 무선 송신 시스템(20)과 관련된 제1 데이터 소스/수신자(1433A)로부터 데이터를 수신할 수 있지만, 송신 제어기(28)를 위한 데이터의 소스는 송신 제어기(28) 및/또는 무선 송신 시스템(20)의 임의의 데이터 수집/제공 요소 자체임은 물론이다. 데이터 소스/수신자(1433A)는 무선 송신 시스템(20)을 호스팅하거나 이용하는 호스트 디바이스(11)와 동작 가능하게 연관될 수 있다. 데이터 소스/수신자(1433A)가 제공하는 데이터는 송신 제어기(28)에 의해 처리되어 송신 안테나(21)에서 수신기 안테나(31)로 전송되고 수신기 제어기(38)에 의해 처리되어 최종적으로 제2 데이터 소스/수신자(1433B)에 의해 수신될 수 있다.
제2 데이터 소스/수신자(1433B)는 무선 수신기 시스템(30)을 호스팅하거나 다른 방식으로 이용하는 전자 디바이스(14)와 연관될 수 있다. 수신기 제어기(38)는 무선 수신기 시스템(30)과 연관된 제1 데이터 소스/수신기(1433B)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 다만, 수신기 제어기(38)에 대한 데이터의 소스가 수신기 제어기(38) 및/또는 무선 수신기 시스템(30)의 임의의 데이터 수집/제공 요소들인 것은 물론이다. 데이터 소스/수신기(1433B)는 무선 수신기 시스템(30)을 호스팅하거나 다른 방식으로 이용하는 전자 디바이스(14)와 동작 가능하게 연관될 수 있다. 데이터 소스/수신기(1433B)에 의해 제공되는 데이터는 수신기 제어기(38)에 의해 처리되고, 송신 제어기(28)에 의해 처리되며, 궁극적으로 제2 데이터 소스/수신기(1433A)에 의해 수신될 수 있다. 제2 데이터 소스/수신기(1433A)는 무선 송신 시스템(20)을 호스팅하거나 다른 방식으로 이용하는 호스트 디바이스(11)와 연관될 수 있다.
도시된 바와 같이, 예시된 예는 송신 제어기(28) 또는 수신기 제어기(38) 중 하나에 각각 연관된 일련의 버퍼들(1405, 1407, 1409, 1411, 1423, 1425, 1427, 1429)을 포함한다. 버퍼들(1405, 1407, 1409, 1411, 1423, 1425, 1427, 1429)은 특히 무선 송신 시스템(20)과 무선 수신기 시스템(30) 간의 통신이 도 10의 UART 트랜시버와 같은 2-와이어, 물리적, 직렬화된 데이터 통신 시스템과 전형적으로 연관된 유형의 데이터를 포함하는 경우, 전송 및 수신을 위한 데이터를 적절하게 순서화하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력 송신 시스템에서 하나 이상의 버퍼들(1405, 1407, 1409, 1411, 1423, 1425, 1427, 1429)의 출력은 전송을 위해 버퍼링된 데이터를 트리거하도록 클록킹되며, 이는 제어기(28, 38)가 버퍼링된 데이터를 정기적, 반복적, 클록킹된 타이밍에 출력하도록 구성될 수 있음을 의미한다
예시된 예에서, 송신 제어기(28)는 송출하는 통신들을 버퍼링하기 위한 2개의 나가는 버퍼들(1405, 1407)뿐만 아니라 인입하는 통신들을 버퍼링하기 위한 2개의 들어오는 버퍼들(1409, 1411)을 포함한다. 유사하게, 수신 제어기(28)는 인입하는 통신들을 버퍼링하기 위한 2개의 인입 버퍼들(1429, 1427) 및 송출하는 통신들을 버퍼링하기 위한 2개의 송출 버퍼들(1423, 1425)을 포함한다.
일 실시예에서 이들 2-버퍼 세트의 목적은 체인 내의 제1 버퍼를 꽉 찼을 때의 제2 버퍼로 미러링함으로써 오버플로우를 관리하여 현재 클리어된 제1 버퍼에 후속 데이터의 축적을 허용하는 것이다. 따라서, 예를 들어, 데이터 소스(1433A)로부터 인입하는 버퍼(1405)는 버퍼(1405)가 꽉 찼을 때 또는 어떤 미리 결정된 용량 수준에 도달할 때까지 누적된다. 그 시점에서, 누적된 데이터는 버퍼(1407)로 전달되어 버퍼(1405)는 데이터 소스(1433A)로부터 오는 데이터를 다시 축적할 수 있다. 유사하게, 예를 들어, 데이터 소스(1433B)로부터 인입하는 버퍼(1423)는 버퍼(1423)가 꽉 찼을 때 또는 어떤 미리 결정된 용량 수준에 도달할 때까지 누적된다. 그 시점에서, 누적된 데이터는 버퍼(1425)로 전달되어 버퍼(1423)는 데이터 소스(1433B)로부터 오는 데이터를 다시 축적할 수 있다. 이 예시에서 2-버퍼 세트가 사용되는 동안, 예를 들어, 단일 버퍼가 사용될 수 있거나 대안적으로, 3-버퍼 또는 더 큰 버퍼 세트가 사용될 수 있음을 알 것이다. 유사하게, 도시된 2-버퍼 세트를 사용하는 방식은 모든 실시예에서 필요한 것은 아니며, 다른 누적 방식이 대신 사용될 수 있다.
도 23은 도 14와 같은 구성의 맥락에서 초기 데이터 입력(라인 1501, 1513), 버퍼링(라인 1501, 1503, 1513, 1515) 및 무선 송신(라인 1505, 1507, 1517, 1519)을 비롯하여 수신(라인 1509, 1521), 버퍼링(라인 1509, 1511, 1521, 1523) 및 데이터 출력(라인 1511, 1523)을 나타내는 타이밍도이다. 각 데이터 전송의 처음 3개의 라인(라인 1501, 1503, 1505, 1511, 1513, 1515)은 무선 연결을 통해 UART 데이터와 같은 비동기 인입 데이터를 전송하기 위한 일련의 데이터 전송을 나타낸다. 각 데이터 전송의 마지막 3개의 라인(라인 1507, 1509, 1511, 1519, 1521, 1523)은 무선 전송에서 임베디드 데이터의 수신 및 처리를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 처음 2개의 라인(1501, 1503) 내의 데이터 스트림은 송신 제어기(28)에서 수신되고 버퍼링되는 수신 데이터를 나타낸다. 그 다음, 버퍼링된 데이터는 예를 들어, 전송 대역폭의 매우 작은 부분을 커버할 수 있는 라인(1505)의 소정의 무선 데이터 슬롯들(1513n) 내에서 전송된다. 무선 데이터 슬롯들(1513n)은 제어기(28, 38) 내의 데이터 수신/내부 송신 타이밍과 무관하지만, 데이터 송신에 이용되는 안테나들(21, 31) 사이의 유도장의 변조를 타이밍하는 데 이용될 수 있다.
도 23의 비제한적인 예에서, 라인 1501은 송신 시스템(20)으로부터의 일련의 데이터 패킷 (TX0…TXn)이 제1 발신 버퍼(1405)(Buff0)로 순차적으로 입력되는 것을 나타낸다. 이후, 송신기 안테나(21)을 통해 송신되기 전에, 일련의 데이터 패킷(TX0…TXn)이, 라인 1503에서 예시된 바와 같이 같이, 제2 발신 버퍼 1407(Buff1)로 입력된다. 이후, 송신 제어기(21)은 일련의 데이터 패킷(TX0…TXn)을 송신기 안테나( 21)(라인 1505)의 구동 신호로 순차적으로 인코딩하여, 무선 수신기 시스템(30)(라인 1507)에서 안테나들(21, 31) 사이의 자기장에서 수신 및/또는 검출한다.
앞서 언급한 바와 같이, 마지막 3개의 라인(1507, 1509, 1511)은 무선 전송에서의 임베디드 데이터의 수신 및 처리를 나타내고, 특히 데이터의 무선 수신(1507), 수신된 데이터의 버퍼링(1509, 1511) 및 버퍼링된 데이터의 출력(1511)을 나타낸다. 다시, 무선 전력 송신 시스템에서 하나 이상의 버퍼의 출력을 클록킹하여 전송을 위한 버퍼링된 데이터를 트리거할 수 있다.
도 23의 비제한적인 예에서, 라인 1507은 송신 시스템(20)에서 기원하여 수신기 안테나 31에서 수신된 일련의 데이터 패킷(TX0…TXn)을 수신기 제어기(38)의 제1 입력 버퍼 1427(Buff3)로 순차적으로 입력하는 것을 나타낸다. 이후, 데이터 수신자(1433B)에게로 데이터가 출력되기 전에, 라인 1511과 같이, 일련의 데이터 패킷(TX0…TXn)은 제1 입력 버퍼(Buff3)로부터 제2 입력 버퍼 1429(Buff4)로 입력된다.
도 20의 비제한적인 예에서, 라인 1501은 제1 발신 버퍼(1423)(Buff0)로 순차적으로 입력되는 일련의 데이터 패킷(RX0…RXn)을 나타낸다. 이후 수신 안테나(31)와 송신 안테나(21) 간의 필드 변경을 통한 송신에 앞서, 라인 1503과 같이 일련의 데이터 패킷(RX0…RXn)이 제2 발신 버퍼(1425)(Buff1)로 입력된다. 이후 수신기 제어기(38)는 안테나들(21, 31) 간의 일련의 데이터 패킷(RX0…RXn)을 순차적으로 안테나들(21, 31) 간의 무선 전력 전송 대역 내로 인코딩하고, 그 신호는 무선 송신 시스템(20)에서 안테나들(21, 31) 간의 자기장에서 수신 및/또는 검출한다(라인 1507).
전술한 바와 같이, 라인들 1507, 1509, 1511은 무선 송신에서의 임베디드 데이터의 수신 및 처리를 나타내고, 특히 데이터의 무선 수신(1507), 수신된 데이터의 버퍼링(1509, 1511) 및 버퍼링된 데이터의 출력(1511)을 나타낸다. 다시, 무선 전력 송신 시스템에서 하나 이상의 버퍼의 출력을 클록킹하여 송신을 위해 버퍼링된 데이터를 트리거할 수 있다.
볼 수 있는 바와 같이, 라인들 1513, 1515 내의 데이터 스트림은 수신기 제어기(38)에서 수신되고 버퍼링되는 수신 데이터를 나타낸다. 그 다음, 버퍼링된 데이터는 라인 1517 내의 소정의 무선 데이터 슬롯들(1513n) 내에서 전송되는데, 이는 예를 들어, 전송 대역폭의 매우 작은 부분을 커버할 수 있다. 무선 데이터 슬롯들(1513n)은 제어기(28, 38) 내의 데이터 수신/내부 전송 타이밍과 무관하지만, 데이터 전송에 이용되는 안테나들(21, 31) 사이의 유도장의 변조를 타이밍하는데 이용될 수 있다.
도 23의 비제한적인 예에서, 라인 1513은 수신기 시스템(30)에서 기원하여 제3 발신 버퍼(1423)(Buff5)로 순차적으로 입력되는 일련의 데이터 패킷(RX0…RXn)을 나타낸다. 이후, 수신기 안테나(31)와 송신기 안테나(21) 간의 필드 변경을 통한 전송에 앞서, 라인 1515와 같이, 일련의 데이터 패킷(RX0…RXn)이 제4 발신 버퍼(1425)(Buff6)로 입력된다. 이후, 수신기 제어기(38)는 안테나들 (21, 31) 간의 무선 전력 전송 대역 내의 일련의 데이터 패킷(RX0…RXn)을 순차적으로 인코딩한 후, 무선 송신 시스템(20)(라인 1519)에서 안테나들(21, 31) 간의 자기장에서 신호가 수신 및/또는 검출한다.
상술한 바와 같이, 3개의 라인(1519, 1521, 1523)은 무선 전송에서의 임베디드 데이터의 수신 및 처리를 나타내고, 특히 데이터의 무선 수신(1519), 수신된 데이터의 버퍼링(1521, 1523) 및 버퍼링된 데이터의 출력(1523)을 나타낸다. 다시, 무선 전력 송신 시스템에서의 하나 이상의 버퍼의 출력은 송신을 위해 버퍼링된 데이터를 트리거하도록 클록킹될 수 있다.
도 23의 비제한적인 예에서, 라인 1519는 송신 제어기(28)가 안테나들(21, 31) 사이의 자기장을 검출하는 일련의 데이터 패킷(RX0…RXn)을 순차적으로 디코딩한 후 송신 제어기(28)의 제3 입력 버퍼(1409)(Buff7)로 입력되는 일련의 데이터 패킷(RX0…RXn)을 나타낸다. 이후 데이터 수신기(1433A)로 데이터를 출력하기 전에, 라인 1523과 같이 제3 입력 버퍼(Buff7)로부터 제4 입력 버퍼(1411)(Buff8)로 입력된다.
도 22에 가장 잘 도시된 바와 같이, 송신 제어기(28) 및 수신 제어기(38) 모두의 버퍼 및 데이터를 안테나들(21, 31) 사이의 연결을 통해 전송되는 무선 전력 신호로 인코딩하는 능력을 활용함으로써, 이러한 하드웨어 및 소프트웨어의 조합은 도 14에서 점선으로 도시된 2-와이어 연결(도 10, 11)을 시뮬레이션할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 무선 송신 시스템(20)과 무선 수신 시스템(30) 사이 및/또는 그 호스트 디바이스들 사이의 데이터 전송을 위한 "가상 유선(virtual wired)" 직렬 및/또는 "가상 유선" UART 데이터 통신 시스템, 방법 또는 프로토콜을 제공하도록 구현될 수 있다. 본 명세서에서 정의된 바와 같이, "가상 유선"은 유선 연결의 기능을 시뮬레이션하고, 상기 유선 연결 대신에 이용될 수 있는, 두 디바이스들 사이의 무선 데이터 연결을 지칭한다.
도 17 및 도 18을 참조하여 논의된 바와 같이, UART와 같은 유선 직렬 데이터 전송 시스템과 대조적으로, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 통신 디바이스들 사이에 유선 연결의 필요성을 제거하는 한편, UART와 같은 알려진 데이터 프로토콜들을 활용하는 기존 시스템들에 의해 해석 가능한 데이터 통신을 가능하게 한다. 나아가, 일부 예들에서, 그러한 기존 호환 시스템들은 제조자들이 그들의 데이터 프로토콜들을 완전히 재프로그램할 필요 없이 및/또는 디바이스들 사이의 상호운용성을 저해할 필요 없이 디바이스들 사이에 무선 데이터 및/또는 전력 연결들을 신속하게 도입할 수 있게 할 수 있다.
부가적으로, 또는 대안적으로, 데이터 통신들을 위한 그러한 시스템들 및 방법들은, 결합된 무선 전력 및 무선 데이터 시스템의 일부로서 활용될 때, 대역내 통신들을 위한 기존 시스템들 및 방법들에 비해, 유도성 무선 전력 연결을 통한 훨씬 더 빠른 기존 데이터 통신들을 제공할 수 있다.
도 24는 본 명세서에 개시된 시스템, 방법 및/또는 장치 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있는 송신 안테나(21) 및 수신 안테나(31) 중 하나 이상의 예를 비제한적으로 실시하는 것이다. 예시된 실시예에서, 안테나들(21, 31)은 편평한 나선형 코일(flat spiral coil) 구성이다. 비제한적인 예는 미국 특허 제9,941,743호, 제9,960,628호, 제9,941,743호 모두에서 찾을 수 있다; Singh et al의 제9,948,129호, 제10,063,100호; Luzinski의 제9,941,590호; Rajagopalan et al.의 제9,960,629호; 및 미국 특허 출원 제2017/0040107호, 제2017/0040105호, 제2017/040688호, 모두 본 출원의 양수인에게 할당되고 참조에 의해 본 명세서에 완전히 포함된다.
추가로, 안테나들(21, 31)은 복수의 도체 사이에 적어도 하나의 절연체가 위치하는 다층-다중-턴(MLMT) 구조를 갖도록 구성될 수 있다. 무선 송신 시스템(들)(20) 및/또는 무선 수신 시스템(들)(30) 내에 통합될 수 있는 MLMT 구조를 갖는 안테나의 비제한적인 예는 미국 특허 제8,610,530호, 제8,653,927호, 제8,680,960호, 제8,692,642호, 제8,698,590호, 제8,698,591호, 제8,707,546호, 제8,710,948호, 제8,803,649호, 제8,823,481호, 제8,823,482호, 제8,855,786호, 제8,898,885호, 제9,208,942호, 제9,232,893호, 제9,300,046호가 본원에 완전히 통합된다. 이들은 단지 예시적인 안테나 예시일 뿐이지만, 안테나(21, 31)는 전술한 더 높은 전력, 고주파 무선 전력 전송이 가능한 임의의 안테나일 수 있음이 고려된다.
이제 도면을 참조하여 도 25 및 도 26을 구체적으로 참조하여, 전자 디바이스를 제공하는 방법(200)에 대한 흐름도가 도 25에 도시되어 있고, 방법(200)의 일부를 수행하는 시스템(210)이 도 26에 도시되어 있다. 방법은 블록 202에서 시작하며, 여기서 전자 디바이스(14) 자체가 제조된다. 상기 전자 디바이스(14)의 제조는 전자 디바이스(14)와 내부 또는 외부 무선 수신기 시스템(30)을 설치, 통합 또는 다른 방식으로 연결하는 것을 포함할 수 있으며, 이는 도 1-24와 관련하여 더욱 상세히 설명된다. 전자 디바이스(14)의 제조는 공지된 임의의 공지된 방법 또는 특정 장치를 제조하는 단계일 수 있다. 전자 디바이스의 제조(202)는 제조 위치에서 수행될 수 있으며, 제조 위치는 공장, 설비, 랩 및/또는 전 세계의 임의의 생산을 위한 임의의 공지된 장소일 수 있다.
전자 디바이스(14)는 전자적으로 전송 가능한 데이터를 수신할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 핸드헬드 컴퓨팅 디바이스, 모바일 디바이스, 휴대용 어플라이언스, 집적 회로, 식별 가능한 태그, 주방 유틸리티 디바이스, 전자 툴, 전기 자동차, 게임 콘솔, 로봇 디바이스, 웨어러블 전자 디바이스(예를 들어, 전자 시계, 전자적으로 변형된 안경, 대체 현실(AR) 안경, 가상 현실(VR) 안경 등), 휴대용 스캐닝 디바이스, 휴대용 식별 디바이스, 스포츠 용품, 내장형 센서, 사물 인터넷(IoT) 센서, 사물 인터넷 가능 의류, 사물 인터넷 가능 레크리에이션 장비, 산업 장비, 의료 장비, 의료 기기, 태블릿 컴퓨팅 디바이스, 휴대용 제어 디바이스, 전자 디바이스를 위한 원격 제어기, 게임 제어기 등일 수 있다.
전자 디바이스가 제조된 후, 전자 디바이스(14)는 그 후 블록 204에 예시된 바와 같이, 패키징 재료들(210)로 패키징될 수 있다. 패키징 재료들(210)은 공지된 다른 패키징들 중에서, 상자들, 가방들, 형성된 플라스틱, 형성된 판지 또는 다른 종이 제품들, 디바이스 수용체, 수용체 내의 지지 구조들 등과 같이, 당업계에 공지된 임의의 패키징 재료들일 수 있다. 전자 디바이스(14)의 패키징은 패키징 위치에서 수행될 수 있다. 패키징 위치는 제조 위치에 동일하거나 근접할 수 있거나, 또는 대안적으로, 패키징 위치는 제조 위치와 독립적인 위치, 예컨대 외국의 위치 또는 제조 위치로부터 멀리 떨어진 위치일 수 있다.
일부 예들에서, 패키징된 전자 디바이스(14)는 이후 블록 206에 예시된 바와 같이, 데이터 송신 사이트로 이송될 수 있다. 단, 블록 206은 선택적이고, 데이터 송신 사이트는 제조 위치 및 패키징 위치 중 하나 또는 둘 모두에 대해 공통 또는 근접 위치일 수 있다.
블록 208은 도 1-24와 관련하여 전술한 바와 같이 데이터 송신기(220)와 연관된 무선 송신 시스템(20)을 활용하여 패키징(210)을 통해 데이터를 전자 장치(14)로 전송하는 단계이다. 데이터 송신기(220)는 패키징(210)을 통해 전자 장치(14)로 소프트웨어 또는 펌웨어를 제공할 수 있는 모든 컴퓨팅 장치일 수 있다. 전자 장치(14)는 데이터 송신기(220)의 무선 송신 시스템에 의해 전자 장치(14)의 무선 수신기 시스템(30)으로 전송되는 무선 데이터 신호인 소프트웨어/펌웨어를 수신한다. 시스템(10), 무선 송신 시스템(20) 및 무선 수신기 시스템(30)에 대한 추가 설명은 아래에 제공된다.
시스템들(20, 30)을 활용하여 패키징(210)을 통해 소프트웨어/펌웨어를 무선으로 전송함으로써, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 다양한 제조 및/또는 물류 이점들을 위해 활용될 수 있다. 예를 들어, 제품이 중앙 위치에서 제조되고 패키징되면, 제품들은 이후 다수의 지역들로 전송될 수 있고, 여기서 다수의 지역들은 다수의 각각의 소프트웨어/펌웨어 경험들을 필요로 한다. 그러한 예들에서, 패키지 데이터 전송을 통한 사용은 지역 또는 판매 국가를 위한 제품을 지역 총판에서 업데이트하는 데 활용될 수 있고, 따라서 제조/패키징된 제품들을 지역별로 조직할 필요가 없기 때문에, 원산지 시설에서 물류가 단순화된다.
부가적으로 또는 대안적으로, 전술한 시스템들 및 방법들을 활용하는 것은 전자 디바이스(14)의 최종 사용자에 대한 사용자 경험을 향상시키는데 유용하다. 종종, 전자는 사용 전에 또는 최적의 사용 전에 업데이트를 위해 사용자가 디바이스를 네트워크에 연결할 것을 요구하는 오래된 소프트웨어 또는 펌웨어와 함께 최종 사용자에게 제공된다. 대안적으로, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들을 활용하여, 전자 디바이스(14)의 소프트웨어/펌웨어는 전자 디바이스(14)를 위한 공급망의 다른 알려진 배포 지점들 중 하나 이상의 발신 시설, 지역 창고 또는 저장 시설, 전자 디바이스(14)를 판매하는 지역 상점에서 패키지 내 데이터 전송을 통해 최신 상태로 유지될 수 있다.
본 명세서에 개시된 임의의 데이터 전송 시스템들과 관련하여, 무선 전력 송신자 및 무선 전력 수신자 중 어느 하나 또는 둘 다 대역내 기존 데이터를 무선으로 송신할 수 있음을 알아야 한다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 시스템, 방법 및 장치는 다양한 동작 및 환경 조건을 만족하도록 효율적이고, 안정적이며, 신뢰할 수 있는 방식으로 동작하도록 설계된다. 본 명세서에 개시된 시스템, 방법 및/또는 장치는 데이터 및/또는 전기 에너지가 효율적이고 최소의 손실로 전송되도록 광범위한 열 및 기계적 스트레스 환경에서 동작하도록 설계된다. 게다가, 시스템(10)은 확장성을 허용하고, 개발자 및 채택자가 수정할 수 있는 비용으로 작은 폼 팩터로 설계될 수 있다. 게다가, 본 명세서에 개시된 시스템, 방법 및 장치는 광범위한 애플리케이션의 요건을 충족하도록 광범위한 주파수에 걸쳐 동작하도록 설계될 수 있다.
일 실시예에서, 페라이트 쉴드(ferrite shield)는 안테나 성능을 향상시키기 위해 안테나 구조 내에 포함될 수 있다. 페라이트 쉴드 물질의 선택은 복소 자기 투자율(μ=μ'-j*μ″)이 주파수 의존적이므로 동작 주파수에 의존적일 수 있다. 물질은 폴리머, 소결 가요성 페라이트 시트, 강성 쉴드(rigid shield), 또는 하이브리드 쉴드(hybrid shield)일 수 있으며, 여기서 하이브리드 쉴드는 강성 부분과 가요성 부분을 포함한다. 추가적으로, 자기 쉴드는 다양한 물질 조성으로 구성될 수 있다. 물질의 예는 망간-아연, 니켈-아연, 구리-아연, 마그네슘-아연, 및 이들의 조합과 같은 페라이트 물질을 포함하는 아연을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 일련의 아이템들 앞에 있는 "및" 또는 "또는"이라는 용어와 함께, 아이템들 중 임의의 것을 분리하기 위한 용어와 함께, 리스트의 각각의 멤버(즉, 각 아이템)가 아닌, 전체로서 리스트를 수정한다. 문구 "적어도 하나"는 나열된 각 아이템들 중 적어도 하나의 선택을 요구하지 않는다; 오히려, 문구는 아이템들 중 임의의 하나, 및/또는 아이템들의 임의의 조합 중 적어도 하나, 및/또는 각각의 아이템들 중 적어도 하나를 포함하는 의미를 허용한다. 예로서, 문구 "A, B, 및 C 중 적어도 하나" 또는 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"는 각각 A만, B만, 또는 C만 지칭하거나; A, B, C의 임의의 조합을 지칭하거나; 및/또는 A, B, C 각각 중 적어도 하나를 지칭한다.
"로 구성된(configured to)", "로 동작가능한(operable to)" 및 "로 ㅍ프플프로그래밍된(programmed to)"라는 술어는 주체의 임의의 유형 또는 무형의 변형을 의미하지 않으며, 오히려 상호 교환적으로 사용되도록 의도된다. 하나 이상의 실시예에서, 동작 또는 부품을 모니터링하고 제어하도록 구성된 프로세서는 또한 동작을 모니터링하고 제어하도록 프로그램된 프로세서 또는 동작을 모니터링하고 제어하도록 동작가능한 프로세서를 의미할 수 있다. 마찬가지로, 코드를 실행하도록 구성된 프로세서는 코드를 실행하도록 프로그램된 프로세서 또는 코드를 실행하도록 동작가능한 프로세서로서 해석될 수 있다.
"양태(aspect)"과 같은 문구는 그러한 양태가 주제 기술에 필수적이라는 것 또는 그러한 양태가 주제 기술의 모든 구성들에 적용된다는 것을 암시하지 않는다. 일 양태와 관련된 개시물은 모든 구성들, 또는 하나 이상의 구성들에 적용될 수 있다. 일 양태는 개시물의 하나 이상의 예들을 제공할 수 있다. "양태"과 같은 문구는 하나 이상의 측면들을 언급할 수 있고, 그 역도 가능하다. "실시예"와 같은 문구는 그러한 실시예가 주제 기술에 필수적이거나, 그러한 실시예가 주제 기술의 모든 구성들에 적용된다는 것을 암시하지 않는다. 일 실시예와 관련된 개시물은 모든 실시예들, 또는 하나 이상의 실시예들에 적용될 수 있다. 일 실시예는 개시물의 하나 이상의 예들을 제공할 수 있다. 그러한 문구 "실시예"는 하나 이상의 실시예들을 언급할 수 있고 그 역도 가능하다. "구성(configuration)"과 같은 문구는 그러한 구성이 주제 기술에 필수적이라는 것 또는 그러한 구성이 주제 기술의 모든 구성들에 적용된다는 것을 암시하지 않는다. 실시예와 관련된 개시물은 모든 구성들, 또는 하나 이상의 실시예들에 적용될 수 있다. 실시예는 개시물의 하나 이상의 예들을 제공할 수 있다. "구성"과 같은 문구는 하나 이상의 실시예들을 언급할 수 있고 그 역도 가능하다.
본 명세서에서 "예시(examplary)"라는 단어는 "예시, 예시, 또는 예시로서의 역할"을 의미하는 것으로 사용된다. 본 명세서에서 "예시" 또는 "예시"로서 기술된 임의의 실시예는 반드시 다른 실시예들보다 선호되거나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다. 나아가, "포함(include)", "구비(have)" 등의 용어가 본 명세서 또는 청구항들에 사용되는 범위 내에서 "포함(comprise)"으로서 용어가 본 명세서에 사용되는 경우에서의 "포함(comprise)"로서 "포함(comprise)"와 유사한 방식으로 포함되도록 의도된다. 나아가, 본 명세서 또는 청구항들에 "포함(include)", "구비(have)" 등의 용어가 본 명세서에 사용되는 정도로, 그러한 용어는 "포함(comprise)"이 청구범위에서 전환어로서 사용될 때 이해되는 방식과 유사한 방식으로 포함되도록 의도된다.
본 발명에 걸쳐서 기술된, 당업계의 통상적인 기술을 가진 자들에게 알려지거나 나중에 알려지게 되는 다양한 측면의 요소들에 대한 모든 구조적 및 기능적 동등성은 참조에 의해 본 명세서에 명시적으로 포함되며 본 청구항들에 의해 포괄되는 것으로 의도된다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 어떠한 것도 그러한 개시가 본 청구항들에 명시적으로 기재되는지 여부에 관계없이 대중에게 전용되도록 의도되지 않는다. "수단"이라는 문구를 사용하여 요소가 명시적으로 기재되지 않는 한, 또는 방법 청구항의 경우, "단계"라는 문구를 사용하여 요소가 기재되지 않는 한, 어떠한 청구항의 요소도 35 U.S. §112, 제6항의 규정에 따라 해석되어서는 안 된다.
단수의 요소에 대한 언급은 특별히 언급되지 않는 한 "하나뿐인"을 의미하기 위한 것이 아니라 "하나 또는 그 이상"을 의미하기 위한 것이다. 특별하게 언급되지 않는 한, 용어 "일부(some)"은 하나 또는 그 이상을 의미한다. 남성형의 대명사들(예컨대, 그의 대명사들)은 여성적이고 중성적인 성(예컨대, 그녀와 그의 대명사들)을 포함하고 그 반대도 마찬가지이다. 표제들 및 부제들이, 있다면, 단지 편의상 사용되는 것이고 주제 개시를 제한하지 않는다.
본 명세서가 많은 구체적인 내용을 포함하지만, 이들은 청구될 수 있는 것의 범위에 대한 제한으로 해석될 것이 아니라, 본 주제의 특정 구현들에 대한 기술로서 해석되어야 한다. 별개의 실시예들의 맥락에서 본 명세서에서 기술되는 특정 특징들은 또한 단일 실시예에서 조합되어 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시예의 맥락에서 기술되는 다양한 특징들은 또한 다수의 실시예들에서 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위-조합에서 구현될 수 있다. 더욱이, 비록 특징들이 특정 조합들에서 작용하는 것으로 그리고 심지어 최초에 그렇게 주장된 것으로 전술될 수 있지만, 청구된 조합으로부터 하나 이상의 특징들은 일부 경우 조합에서 제외될 수 있고, 청구된 조합은 하위-조합 또는 하위-조합의 변형으로 지시될 수 있다. 추가 예로서, 비록 UART 및 NFC 프로토콜이 본 명세서에서 구체적인 예시 통신 방식들로서 사용되지만, 본 발명의 원리들을 구현하면서 적절한 경우 다른 유선 및 무선 통신 기술들이 사용될 수 있음을 알 것이다.
Claims (26)
- 무선 전력 전송 시스템(wireless power transfer system)에 있어서,
무선 전력 송신 시스템(wireless power transmission system)으로서:
적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하고 상기 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호들을 송신하도록 구성된 송신기 안테나; 및
송신 제어기 - 상기 송신 제어기는,
상기 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 상기 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고 (상기 송신기 안테나는 상기 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되며, 상기 구동 신호는 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 따라서 전력 신호 및 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 생성하도록 구성됨),
상기 전력 신호를 디코딩하여 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호를 추출하고,
상기 제2 데이터 신호를 디코딩하여 제2 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하도록 구성됨 - 를 포함하는, 무선 전력 송신 시스템과,
무선 전력 수신기 시스템(wireless power receiver system)으로서:
상기 송신기 안테나와 유도성 결합을 하고 상기 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 수신기 안테나 - 상기 적어도 하나의 수신기 안테나는 상기 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 동작함 -;
상기 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, 상기 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하고, 상기 직류 전력 신호를 적어도 상기 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된 전력 조정 시스템; 및
수신기 제어기 - 상기 수신기 제어기는,
상기 전송을 디코딩하여 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 추출하고, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 디코딩하여 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하고,
제2 비동기 직렬 데이터 신호를 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호로서 인코딩하고,
상기 전력 신호를 선택적으로 변경하여 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호를 상기 전력 신호로 인코딩하도록 구성됨 - 를 포함하는, 무선 전력 수신기 시스템
을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 비동기 직렬 데이터 신호는 UART(universal asynchronous receiver-transmitter) 준수 신호들인 것인, 무선 전력 전송 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜은 근거리 통신(NFC) 프로토콜인, 무선 전력 전송 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 송신 제어기 및 수신기 제어기는, 동기 커맨드 및 길이 커맨드를 구비한 헤더를 가진 동기식 NFC 데이터 스트림 내의 상기 제1 및 제2 UART 준수 데이터 신호들을 패키징하는 것에 의해 상기 제1 및 제2 UART 준수 데이터 신호들을 생성하도록 더 구성되는, 무선 전력 전송 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 송신 제어기 및 수신기 제어기는, 상기 UART 준수 데이터 신호들 다음에 적어도 하나의 에러 체크 요소를 포함함으로써 상기 NFC 데이터 전송 프로토콜에 따라 상기 제1 및 제2 UART 준수 데이터 신호들을 생성하도록 더 구성된, 무선 전력 전송 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 송신 제어기 및 수신기 제어기는, 상기 에러 체크 요소의 처리가 상기 UART 호환 데이터 신호들의 오류없는 수신을 나타내는 경우에 전송할 확인(ACK) 응답을 생성하도록 더 구성된, 무선 전력 전송 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 송신 제어기 및 수신 제어기는, 상기 에러 체크 요소의 처리가 상기 UART 준수 데이터 신호들의 잘못된 수신을 나타내는 경우에 전송할 부정적 확인(NACK) 응답을 생성하도록 더 구성되는, 무선 전력 전송 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 시스템 내의 하나 이상의 버퍼의 제1 세트 및 상기 무선 전력 수신기 시스템 내의 하나 이상의 버퍼의 제2 세트를 더 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 버퍼의 제1 세트는 상기 무선 전력 송산 시스템에 의한 송수신을 위한 통신 데이터를 지시하고, 상기 하나 이상의 버퍼의 제2 세트는 무선 전력 수신기 시스템에 의한 송수신을 위한 통신 데이터를 지시하는, 무선 전력 전송 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 시스템 내의 상기 하나 이상의 버퍼들의 제1 세트 또는 상기 무선 전력 수신기 시스템 내의 하나 이상의 버퍼들의 제2 세트 중 어느 하나 또는 둘 모두의 출력이 클록킹되어 전송을 위한 버퍼 데이터를 트리거하는, 무선 전력 전송 시스템.
- 제8항에 있어서, 하나 이상의 전송 통신 윈도우 동안에 상기 무선 전력 송신 시스템의 상기 하나 이상의 버퍼들의 제1 세트가 출력되도록 트리거되고, 하나 이상의 수신기 통신 윈도우 동안에 상기 무선 전력 수신기 시스템의 하나 이상의 버퍼들의 제2 세트가 출력되도록 트리거되는, 무선 전력 전송 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 한 쌍의 전송 및 수신기 통신 윈도우들에 대한 시간 주기 내에 하나의 전송 통신 윈도우 및 하나의 수신기 통신 윈도우를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
- 청구항 12에 있어서, 상기 하나 이상의 전송 통신 윈도우 각각은 개개의 제1 길이를 가지고, 상기 하나 이상의 수신 통신 윈도우 각각은 개개의 제2 길이를 가지며,
상기 전송 및 통신 윈도우들에 대한 시간 주기 내에서 제1 길이들 및 제2 길이들의 각각의 쌍이 결합하여 상기 시간 주기보다 적거나 같도록, 상기 제1 길이들 각각 및 상기 제2 길이들 각각이 동적으로 변경될 수 있는, 무선 전력 전송 시스템 - 제1항에 있어서, 상기 동작 주파수는 약 13.553MHz 내지 약 13.567MHz의 범위에 있는 것인, 무선 전력 전송 시스템.
- 무선 전력 송신 시스템에 있어서,
적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하고 상기 적어도 하나의 수신기 안테나에 교류(AC) 무선 신호들을 송신하도록 구성된 송신기 안테나; 및
송신 제어기 - 상기 송신 제어기는,
상기 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 상기 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하여 상기 송신기 안테나는 상기 구동 신호에 따라 전송을 방사하며 (상기 구동 신호는 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 따라서 전력 신호 및 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 생성하도록 구성됨),
상기 전력 신호를 디코딩하여 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호를 추출하고,
상기 제2 데이터 신호를 디코딩하여 제2 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하도록 구성됨 - 를 포함하는, 무선 전력 송신 시스템. - 제15항에 있어서, 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜은 NFC 데이터 전송 프로토콜을 포함하는, 무선 전력 송신 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 비동기 직렬 데이터 신호는 UART 준수 데이터 신호인, 무선 전력 송신 시스템.
- 무선 전력 수신기 시스템에 있어서,
상기 송신기 안테나와 유도성 결합을 하고 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 따라 상기 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 수신기 안테나 - 상기 적어도 하나의 수신기 안테나는 동작 주파수에서 동작함 -;
(i)상기 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, (ii) 상기 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하고, (iii) 상기 직류 전력 신호를 적어도 상기 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된, 전력 조정 시스템; 및
수신기 제어기 - 상기 수신기 제어기는,
상기 전송을 디코딩하여 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 추출하고, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 디코딩하여 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하고,
제2 비동기 직렬 데이터 신호를 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호로서 인코딩하고,
상기 전력 신호를 선택적으로 변경하여 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제2 데이터 신호를 상기 전력 신호로 인코딩하도록 구성됨 - 를 포함하는, 무선 전력 수신기 시스템. - 제18항에 있어서, 처리를 위해 인입 통신 데이터를 지시하도록 구성된 하나 이상의 버퍼를 더 포함하는, 무선 전력 수신기 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 동작 주파수는 약 13.553MHz 내지 약 13.567MHz의 범위에 있는 것인, 무선 전력 수신기 시스템.
- 무선 전력 전송 시스템(wireless power transfer system)에 있어서,
무선 전력 송신 시스템(wireless power transmission system)으로서:
적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하고 상기 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호들을 송신하도록 구성된 송신기 안테나; 및
송신 제어기 - 상기 송신 제어기는,
상기 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 상기 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공 (상기 송신기 안테나는 상기 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되며, 상기 구동 신호는 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜에 따라서 전력 신호 및 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 생성하도록 구성) 하도록 구성됨 - 를 포함하는, 무선 전력 송신 시스템과,
무선 전력 수신기 시스템(wireless power receiver system)으로서:
상기 송신기 안테나와 유도성 결합을 하고 상기 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 수신기 안테나 - 상기 적어도 하나의 수신기 안테나는 상기 동작 주파수에 기초하여 동작함 -;
상기 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, 상기 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하고, 상기 직류 전력 신호를 적어도 상기 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된 전력 조정 시스템; 및
수신기 제어기 - 상기 수신기 제어기는,
상기 전송을 디코딩하여 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 추출하고, 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 제1 데이터 신호를 디코딩하여 제1 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하도록 구성됨 - 를 포함하는, 무선 전력 수신기 시스템
을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 무선 전력 전송 시스템(wireless power transfer system)에 있어서,
무선 전력 송신 시스템(wireless power transmission system)으로서:
적어도 하나의 수신기 안테나와 커플링하고 상기 적어도 하나의 수신기 안테나에 무선 교류(AC) 신호들을 송신하도록 구성된 송신기 안테나; 및
송신 제어기 - 상기 송신 제어기는,
상기 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 상기 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고 (상기 송신기 안테나는 상기 구동 신호에 따라 전송을 방사하도록 구성되며, 상기 구동 신호는 전력 신호를 생성하도록 구성됨),
상기 전력 신호를 디코딩하여 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 데이터 신호를 추출하고,
상기 데이터 신호를 디코딩하여 비동기 직렬 데이터 신호를 추출하도록 구성됨 - 를 포함하는, 무선 전력 송신 시스템과,
무선 전력 수신기 시스템(wireless power receiver system)으로서:
상기 송신기 안테나와 유도성 결합을 하고 상기 송신기 안테나로부터 전송을 수신하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 수신기 안테나 - 상기 적어도 하나의 수신기 안테나는 상기 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 동작함 -;
상기 적어도 하나의 수신기 안테나로부터 전송을 수신하고, 상기 수신된 전송을 직류(DC) 전력 신호로 변환하고, 상기 직류 전력 신호를 적어도 상기 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된 전력 조정 시스템; 및
수신기 제어기 - 상기 수신기 제어기는,
상기 비동기 직렬 데이터 신호를 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 상기 데이터 신호로서 인코딩하고,
상기 전력 신호를 선택적으로 변경하여 상기 무선 전력 및 데이터 전송 프로토콜을 준수하는 상기 데이터 신호를 상기 전력 신호로 인코딩하도록 구성됨 - 를 포함하는, 무선 전력 수신기 시스템
을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 무선 전력 전송 시스템(wireless power transfer system)에 있어서,
무선 전력 송신 시스템(wireless power transmission system)으로서:
적어도 하나의 다른 수신기 안테나와 커플링하고 상기 적어도 하나의 다른 수신기 안테나에 교류(AC) 무선 신호들 - 상기 교류 무선 신호들은 무선 전력 신호들 및 무선 데이터 신호들을 포함 - 을 송신하도록 구성된 송신기 안테나;
송신 제어기 - 상기 송신 제어기는,
(i) 상기 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수 및 상기 교류 무선 신호들의 전송을 위한 동작 모드에 기초하여 상기 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고,
(ii) 상기 무선 데이터 신호들의 인코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 디코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 수신, 상기 무선 데이터 신호들의 송신, 또는 그들의 조합 중 하나 이상을 수행하며,
(iii) 상기 교류 무선 신호들의 전송을 위한 동작 모드를 선택하도록 구성되고,
상기 동작 모드는 복수의 송신 모드들로부터 선택되고, 상기 복수의 송신 모드들은 제1 송신 모드 및 제2 송신 모드를 포함하고,
상기 제1 송신 모드는 상기 무선 데이터 신호들을 위한 제1 데이터 속도 및 상기 무선 전력 신호들을 위한 제1 전력 레벨을 포함하고,
상기 제2 송신 모드는 상기 무선 데이터 신호들을 위한 제2 데이터 속도 및 상기 무선 전력 신호들을 위한 제2전력 레벨을 포함하고,
상기 제1 데이터 속도는 상기 제2 데이터 속도보다 작고,
상기 제1 전력 레벨은 상기 제2 전력 레벨보다 큼 -;
증폭기 - 상기 증폭기는, 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트에서 상기 구동 신호를 수신하고 직류(DC) 입력 전력 신호를 변환하여 상기 동작 주파수에서의 상기 교류 무선 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 포함 - 를 포함하는 무선 전력 송신 시스템과,
무선 전력 수신기 시스템(wireless power receiver system)으로서:
상기 송신기 안테나와 커플링하고 상기 송신기 안테나로부터 상기 교류 무선 신호들을 수신하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 수신기 안테나 - 상기 적어도 하나의 수신기 안테나는 상기 동작 주파수에 기초하여 동작함 -;
(i) 상기 무선 전력 신호들을 수신하고, (ii) 상기 무선 전력 신호들을 교류(AC) 무선 전력 신호로부터 직류(DC) 무선 전력 신호로 변환하고, (iii) 상기 직류 무선 전력 신호를 적어도 상기 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된 전력 조정 시스템; 및
상기 무선 데이터 신호들의 인코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 디코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 수신, 또는 상기 무선 데이터 신호들의 송신 중 하나 이상을 수행하도록 구성된 수신기 제어기를 포함하는, 무선 전력 수신기 시스템
을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 무선 전력 전송 시스템(wireless power transfer system)에 있어서,
무선 전력 송신 시스템(wireless power transmission system)으로서:
적어도 하나의 다른 수신기 안테나와 커플링하고 상기 적어도 하나의 다른 수신기 안테나에 교류(AC) 무선 신호들 - 상기 교류 무선 신호들은 무선 전력 신호들 및 무선 데이터 신호들을 포함 - 을 송신하도록 구성된 송신기 안테나;
송신 제어기 - 상기 송신 제어기는,
(i) 상기 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수 및 상기 교류 무선 신호들의 전송을 위한 동작 모드에 기초하여 상기 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고,
(ii) 상기 무선 데이터 신호들의 인코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 디코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 수신, 또는 상기 무선 데이터 신호들의 송신 중 하나 이상을 수행하고,
(iii) 상기 교류 무선 신호들의 전송을 위한 동작 모드 (상기 동작 모드는 상기 무선 전력 신호들을 위한 전력 레벨 및 상기 무선 데이터 신호들을 위한 데이터 속도를 포함하고, 상기 전력 레벨은 일련의 가용 전력 레벨들로부터 선택되고, 상기 데이터 속도는 일련의 가용 데이터 속도들로부터 선택되고, 상기 일련의 가용 전력 레벨들 각각은 상기 일련의 가용 데이터 속도들 중 하나에 대응하고, 가용 전력 레벨들 및 가용 데이터 속도들의 대응하는 쌍들은 역의 관계 있음) 를 결정하도록 구성됨 - ; 및
증폭기 - 상기 증폭기는, 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트에서 상기 구동신호를 수신하고 직류(DC) 입력 전력 신호를 변환하여 상기 동작주파수에서의 상기 교류(AC) 무선 신호를 생성하도록 구성된, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함 - 를 포함하는, 무선 전력 송신 시스템과,
무선 전력 수신기 시스템(wireless power receiver system)으로서:
상기 송신기 안테나와 커플링하고 상기 송신기 안테나로부터 상기 교류 무선 신호들을 수신하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 수신기 안테나 - 상기 수신기 안테나는 상기 동작 주파수에 기초하여 동작함 -;
(i) 상기 무선 전력 신호들을 수신하고, (ii) 상기 무선 전력 신호들을 ryfb 무선 전력 신호로부터 직류(DC) 무선 전력 신호로 변환하고, (iii) 상기 직류 무선 전력 신호를 적어도 상기 무선 전력 수신기 시스템과 연관된 부하에 제공하도록 구성된, 전력 조정 시스템; 및
상기 무선 데이터 신호들의 인코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 디코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 수신, 또는 상기 무선 데이터 신호들의 송신 중 하나 이상을 수행하도록 구성된 수신기 제어기를 포함하는, 무선 전력 수신기 시스템
을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 무선 전력 송신 시스템으로서:
적어도 하나의 다른 수신기 안테나와 커플링하고 상기 적어도 하나의 다른 수신기 안테나에 교류(AC) 무선 신호들 - 상기 교류 무선 신호들은 무선 전력 신호들 및 무선 데이터 신호들을 포함 - 을 송신하도록 구성된 송신기 안테나;
(i) 상기 무선 전력 전송 시스템을 위한 동작 주파수에 기초하여 상기 송신기 안테나를 구동하기 위한 구동 신호를 제공하고, (ii) 상기 무선 데이터 신호들의 인코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 디코딩, 상기 무선 데이터 신호들의 수신, 또는 상기 무선 데이터 신호들의 송신 중 하나 이상을 수행하도록 구성된, 송신 제어기; 및
증폭기 - 상기 증폭기는,
적어도 하나의 트랜지스터의 게이트에서 상기 구동신호를 수신하고 직류(DC) 입력 전력 신호를 변환하여 상기 동작주파수에서의 상기 교류(AC) 무선 신호를 생성하도록 구성된, 적어도 하나의 트랜지스터; 및
상기 무선 데이터 신호들의 송신 동안에 상기 교류 무선 신호들을 감쇠하도록 구성된 감쇠 회로 (상기 감쇠 회로는 상기 송신 제어기로부터 상기 무선 데이터 신호들의 송신 동안의 감쇠를 제어하도록 감쇠 트랜지스터를 전환하기 위한 감쇠 신호를 수신하도록 구성된 상기 감쇠 트랜지스터를 포함) 를 포함함 -; 및
상기 송신 안테나와 전기적 연결되고, 상기 송신 안테나의 품질 계수(Q)를 변경하도록 구성된 가변 저항 - 상기 가변 저항에 의한 상기 품질 계수(Q)의 변경은 상기 무선 전력 송신 시스템의 동작 모드를 변경함 -;
를 포함하는, 무선 전력 송신 시스템. - 전자 디바이스를 제공하는 방법에 있어서,
제조 위치에서 상기 전자 디바이스를 제조하는 단계 - 상기 전자 디바이스를 제조하는 단계는 무선 수신기 시스템을 상기 전자 디바이스에 연결하는 단계를 포함 -;
상기 전자 디바이스를 패키징 위치에서 패키징하는 단계; 및
데이터 전송 사이트에서 데이터를 상기 전자 디바이스에 무선으로 전송하는 단계 - 상기 데이터를 상기 전자 디바이스에 무선으로 전송하는 단계는 무선 송신 시스템을 이용하여 근거리 자기 유도를 통해 데이터를 전송함으로서 수행되고, 상기 무선 송신 시스템은 상기 전자 디바이스와 연관된 상기 무선 수신기 시스템과 자기적으로 연결하도록 구성됨 - 를 포함하는, 방법.
Applications Claiming Priority (15)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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