用于Delta放大的自适应性基线校正的制作方法

用于delta放大的自适应性基线校正
技术领域
1.本公开涉及无线功率传输领域，并且具体地涉及硬件、用于硬件的操作技术以及用于对调制到无线功率传输上的数据进行解调的方法。


背景技术：

2.便携式电子设备，诸如智能电话、智能手表、音频输出设备(耳塞、耳机)和可穿戴设备，依靠电池供电，而不是通过有线传输线和配电系统向其传输有线功率。用于这样的设备的电池通常是可重复充电的，并且因此为这样的电池充电的方法是必须的。
3.大多数便携式电子设备包括通常符合micro usb或usb
‑
c标准的充电端口，与电源连接的电源线可以被插入充电端口中，以便为其电池充电。然而，这样的充电端口可能使得难以增强电子设备的防水性，并且容易因重复使用而损坏。附加地，一些较小的便携式电子设备(例如，耳塞和智能手表)可能缺乏可用空间来提供充电端口。此外，一些用户可能会发现将电源线插入电子设备的充电端口以对该设备的电池充电很麻烦。
4.因此，为了解决这些问题，已经开发了无线功率传输。典型的无线功率传输系统利用发射器来形成时变电场，并且利用由接收器线圈形成的接收器，时变电场在接收器线圈中感应ac电流，ac电流进而被整流并且被用于驱动负载，诸如可充电电池，该发射器由来自电源的时变电力驱动的传输线圈形成。
5.期望在发射器与接收器之间的数据通信成为可能，例如，以便实现期望的或安全的功率传输量。通常，数据通过发射器调制流经传输线圈的功率信号的频率而从发射器传输到接收器，这被称为频移键控(fsk)。相反，数据通过接收器调制其阻抗而从接收器传输到发射器，从而在发射器线圈处引起功率信号的可测量电变化，这被称为幅移键控(ask)。
6.通常，在无线功率传输系统中，发射器是单一用途的设备(诸如，充电板)，接收器(诸如智能电话)被放置在发射器上。对于这样的无线功率传输连同伴随的数据传输，公知的布置是适当有效的。
7.然而，在一些实例中，期望将无线功率收发器并入设备(诸如智能电话)中，以允许设备无线地接收和发射功率。此处，并入数据传输的附加挑战出现，这是因为用于对经由ask接收的数据进行解调的典型硬件消耗了不期望的空间量，而这样的空间在某些设备(诸如智能电话)中相当有限。附加地，用于对经由ask接收的数据进行解调的典型硬件利用数字存储器和数字滤波器来处理包含大量位的数据字，这增加了成本。
8.因此，需要进一步开发ask解调系统，特别是包含无线功率收发器的设备中使用的解调系统。


技术实现要素：

9.本文公开了无线功率收发器，包括：具有第一端子和第二端子的收发器线圈；受控切换桥电路，具有与收发器线圈的第一端子和第二端子耦合的第一输入和第二输入，受控切换桥电路还具有第一输出和第二输出，第二输出被耦合到接地；控制器，被配置为生成用
于受控切换桥电路的控制信号，以使得受控切换桥电路跨其第一输入和第二输入以发射器模式生成时变信号；模拟电压差分感测电路，被配置为当处于发射器模式时，在第一时间和第二时间感测跨受控切换桥电路的第一输入和第二输入的功率信号，并且输出表示在第一时间和第二时间的功率信号的电压差的模拟值；模数转换器，被配置为将由模拟电压差分感测电路输出的模拟值数字化来产生数字码；补偿电路，被配置为在一段时间内，将数字码的当前值与数字码在时间段期间的第一值进行比较，并且如果当前值大于第一值，则从数字码的当前值中减去给定值，但是如果当前值小于第一值，则将给定值添加到数字码的当前值；累加器，被配置为将补偿电路的输出累加；以及滤波器，被配置为对累加器的输出进行滤波。
10.给定值可以是数字1。
11.滤波器可以是带通滤波器。
12.模拟电压差分感测电路可以包括：第一开关，被耦合在输入与第一节点之间，其中第一开关在第一控制信号被断言时闭合，否则断开；采样/保持电容器，被耦合在第一节点与接地之间；第二开关，被耦合在第一节点与增益电容器之间，其中第二开关在第二控制信号被断言时闭合，否则断开；放大器，具有耦合到接地的非反相端子、耦合到增益电容器的反相端子以及耦合到模数转换器的输出；反馈电容器，被耦合在放大器的非反相端子与输出之间；以及与反馈电容器串联耦合的复位开关，其中复位开关在第三控制信号被断言时闭合，否则断开。
13.本文还公开了数据解调电路装置，包括：模拟电压差分感测电路，被配置为感测在第一时间和第二时间施加到线圈的功率信号，并且输出表示功率信号在第一时间和第二时间的电压差的模拟值；模数转换器，被配置为将由模拟电压差分感测电路输出的模拟值数字化来产生数字码；补偿电路，被配置为在一段时间内，将数字码的当前值与数字码在时间段期间的第一值进行比较，并且如果当前值大于第一值，则从数字码的当前值中减去给定值值，但是如果当前值小于第一值，则将给定值添加到数字码的当前值；累加器，被配置为将补偿电路的输出累加；以及滤波器，被配置为对累加器的输出进行滤波。
14.给定值可以是数字1。
15.滤波器可以是带通滤波器。
16.模拟电压差分感测电路可以包括：第一开关，被耦合在输入与第一节点之间，其中第一开关在第一控制信号被断言时闭合，否则断开；采样/保持电容器，被耦合在第一节点与接地之间；第二开关，被耦合在第一节点与增益电容器之间，其中第二开关在第二控制信号被断言时闭合，否则断开；放大器，具有耦合到接地的非反相端子、耦合到增益电容器的反相端子以及耦合到模数转换器的输出；反馈电容器，被耦合在放大器的非反相端子与输出之间；以及与反馈电容器串联耦合的复位开关，其中复位开关在第三控制信号被断言时闭合，否则断开。
17.本文还公开了无线功率收发器，包括：具有第一端子和第二端子的收发器线圈；受控切换桥电路，具有与收发器线圈的第一端子和第二端子耦合的第一输入和第二输入，受控切换桥电路还具有第一输出和第二输出，第二输出被耦合到接地；电压调节器，被耦合在受控切换桥电路的第一输出与输出节点之间；电源；控制器，被配置为：在接收器模式下，生成用于受控切换桥电路的控制信号，以使得受控切换桥电路在其第一输入和第二输入处对
时变信号进行整流，从而跨其第一输出和第二输出产生经整流的输出电压，以及在发射器模式中，生成用于受控切换桥电路的控制信号，以使受控切换桥电路跨其第一输入和第二输入而从电源生成时变信号；开关电路装置，被配置为当控制器处于接收器模式时，将电源耦合在输出节点与接地之间，但是当控制器处于发射器模式时，将电源耦合在受控切换桥电路的第一输出与接地之间；模拟电压差分感测电路，被配置为当控制器处于发射器模式时，在第一时间和第二时间感测跨受控切换桥电路的第一输入和第二输入的功率信号，并且输出表示功率信号在第一时间和第二时间的电压差的模拟值；模数转换器，被配置为将模拟电压差分感测电路输出的模拟值数字化来产生数字码；补偿电路，被配置为在一段时间内，将数字码的当前值与数字码在时间段期间的第一值进行比较，并且如果当前值大于第一值，则从数字码的当前值中减去给定值值，但是如果当前值小于第一值，则将给定值添加到数字码的当前值；累加器，被配置为将补偿电路的输出累加；以及滤波器，被配置为对累加器的输出进行滤波。
18.给定值可以是数字1。
19.滤波器可以是带通滤波器。
20.模拟电压差分感测电路可以包括：第一开关，被耦合在输入和第一节点之间，其中第一开关在第一控制信号被断言时闭合，否则断开；采样/保持电容器，被耦合在第一节点与接地之间；第二开关，被耦合在第一节点与增益电容器之间，其中第二开关在第二控制信号被断言时闭合，否则断开；放大器，具有耦合到接地的非反相端子、耦合到增益电容器的反相端子以及耦合到模数转换器的输出；反馈电容器，被耦合在放大器的非反相端子与输出之间；以及与反馈电容器串联耦合的复位开关，其中复位开关在第三控制信号被断言时闭合，否则断开。
21.本文还公开了无线功率收发器，包括：具有第一端子和第二端子的收发器线圈；受控切换桥电路，具有与收发器线圈的第一端子和第二端子耦合的第一输入和第二输入，受控切换桥电路还具有第一输出和第二输出，第二输出被耦合到接地；控制器，被配置为生成用于受控切换桥电路的控制信号，以使得受控切换桥电路跨其第一输入和第二输入、以发射器模式生成时变信号；模拟电压差分感测电路，被配置为当处于发射器模式时，在第一时间和第二时间感测跨受控切换桥电路的第一输入和第二输入的功率信号，并且输出表示功率信号在第一时间和第二时间的电压差的模拟值；模数转换器，被配置为将由模拟电压差分感测电路输出的模拟值数字化来产生数字码，数字码具有基线值；以及补偿电路，被配置为补偿基线值的漂移。
22.补偿电路可以通过在一段时间内，将数字码的当前值与数字码在时间段期间的第一值进行比较来确定漂移的存在，并且基于比较来对数字码进行修改，从而补偿漂移。
23.模拟电压差分感测电路可以包括：第一开关，被耦合在输入和第一节点之间，其中第一开关在第一控制信号被断言时闭合，否则断开；采样/保持电容器，被耦合在第一节点与接地之间；第二开关，被耦合在第一节点与增益电容器之间，其中第二开关在第二控制信号被断言时闭合，否则断开；放大器，具有耦合到接地的非反相端子、耦合到增益电容器的反相端子以及耦合到模数转换器的输出；反馈电容器，被耦合在放大器的非反相端子与输出之间；以及与反馈电容器串联耦合的复位开关，其中复位开关在第三控制信号被断言时闭合，否则断开。
24.累加器可以被配置为将补偿电路的输出累加。
25.滤波器可以被配置为对累加器的输出进行滤波。
26.本文还公开了操作无线功率收发器的方法，包括：将受控切换桥操作为跨其与收发器线圈的第一端子和第二端子耦合的第一输入和第二输入而生成时变信号；在第一时间和第二时间感测跨受控切换桥的第一输入和第二输入的功率信号，并且输出表示功率信号在第一时间和第二时间的电压差的模拟值；将模拟值数字化来产生数字码，数字码具有基线值；以及补偿基线值的漂移。
27.基线值可以通过在一段时间内，将数字码的当前值与数字码在时间段期间的第一值进行比较来确定漂移的存在并且基于比较来对数字码进行修改，从而补偿基线值的漂移。
附图说明
28.图1是本文所公开的无线功率传输系统的示意框图。
29.图2是与图1的无线功率传输系统一起使用的数据解调电路装置的示意框图。
30.图3是示出了图2的模拟电压差分感测电路的操作的图。
31.图4是示出了图2的数据解调电路装置在不具有自适应性基线调整的情况下操作时，累加器输出和数据输出的图。
32.图5是说明图2的数据解调电路装置在执行自适应性基线调整时的操作的流程图。
33.图6是示出了图2的数据解调电路装置在具有以及不具有自适应性基线调整的情况下操作时，累加器输出的图。
34.图7是示出了自适应性基线的过度调整如何成为可能的图。
35.图8是示出了图2的数据解调电路装置在具有自适应性基线调整的情况下操作时，累加器输出和滤波器输出的图。
具体实施方式
36.以下公开内容使得本领域技术人员能够制造和使用本文所公开的主题。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于除了以上详述的那些之外的实施例和应用。本公开不旨在限于所示出的实施例，而是符合与本文所公开或建议的原理和特征一致的最宽范围。
37.图1所示的是无线功率传输系统10。无线功率传输系统10包括第一设备11和第二设备15。第一设备11可以是待无线充电的设备，诸如一对无线耳塞的充电盒，并且第二设备15可以是既能够进行无线功率发射又能够进行无线功率接收的设备，诸如智能电话。
38.第一设备11包括：接收器线圈ls(次级；电容cs表示接收器线圈的电容)，在接收器线圈ls中由时变电场感应时变电流；以及接收器硬件12，其整流、调节、并且利用在接收器线圈ls中感应的时变电流来为设备11供电，例如为其电池充电。
39.第二设备15包括在节点ac1和ac2处耦合到收发器线圈lxcvr的受控切换桥电路16(可操作为桥式整流器或dc
‑
ac逆变器)，其中电容器cxcvr表示收发器线圈lxcvr的电容。受控切换桥电路16包括：n沟道晶体管t1，其源极被耦合到节点ac1，其漏极被耦合到节点nin，并且其栅极被耦合到栅极电压g1；n沟道晶体管t2，其源极被耦合到节点n，其漏极被耦合到
节点ac2，并且其栅极被耦合到栅极电压g2；n沟道晶体管t3，其源极被耦合到节点ac2，其漏极被耦合到节点nin，并且其栅极被耦合到栅极电压g3；以及n沟道晶体管t4，其源极被耦合到节点n，其漏极被耦合到节点ac1，并且其栅极被耦合到栅极电压g4。储能电容器ctank被耦合在节点nin与节点n之间。电压调节器17具有与节点nin耦合的输入以及与节点nout耦合的输出。电池18通过开关sw1被选择性地耦合在节点nout与节点n之间，并且通过开关sw2被选择性地耦合在节点n与节点nin之间。开关sw1和sw2彼此异相操作；当第二设备15作为接收器在功率接收模式下操作时，开关sw1闭合而开关sw2断开，其中电路16用作ac
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dc整流器并且调节器用于生成为电池充电的经调节的电压vreg，以及当第二设备15作为发射器在功率传输模式下操作时，开关sw1断开而开关sw2闭合，其中电路16用作由电池供电的dc
‑
ac逆变器。控制器19生成栅极电压g1至g4来控制电桥16以期望的整流器/逆变器模式操作。
40.当第二设备15作为接收器操作时，受控切换桥电路16对ac电流进行整流来产生dc电流，dc电流为连接到节点nin的储能电容器ctank充电，并且经整流的电压vrect跨储能电容器ctank形成。电压调节器17在其输出节点nout处产生经调节的输出电压vreg，输出电压vreg被提供给电池18，从而为电池18充电。
41.当第二设备15作为发射器操作时，电池18的电压通过开关sw2而被施加到节点nin并且成为电压vrect。然后，栅极电压g1至g4由控制器19驱动来生成流经收发器线圈lxcvr的时变电流。该控制方案的细节可以在于2019年10月30日提交的美国专利申请号16/669,068中找到，其内容通过引用整体并入。
42.当第二设备15在功率发射模式下操作时，第一设备11可以通过调制接收器线圈ls的阻抗，经由幅移键控(ask)来向第二设备15传输数据，接收器线圈ls借助在接收器线圈ls与收发器线圈lxcvr之间的电感耦合，在收发器线圈lxcvr处引起功率信号的可测量电变化。为了实现该操作，第一设备11包括串联连接的电阻器rask和开关sask，电阻器rask和开关sask与接收器线圈ls并联耦合。通过在断开与闭合位置之间切换开关sask(通过对开关sask进行“键控”)，接收器线圈ls的阻抗发生变化，并且进而在收发器线圈lxcvr处的功率信号的电流和/或电压中感应变化。通过对功率信号进行解调，从第一设备11传输到第二设备15的数据可以被恢复。
43.参考图2，现在描述第二设备15内用于对所接收的数据符号进行解调和数字化的解调电路装置20。解调电路装置20包括接收输入时变信号的输入in，输入时变信号携带使用幅移键控(ask)编码的数据符号。开关s1和s2以及电容器cg被串联连接在输入节点ac1与放大器21的反相输入端子之间，放大器21的非反相输入端子被耦合接地。当控制信号phi1为逻辑高时，开关s1闭合，否则断开；当控制信号phi2为逻辑高时，开关s2闭合，否则断开。采样/保持电容器csh被耦合在开关s1和s2与接地之间。放大器21具有耦合在其反相输入与其输出之间的反馈电容器cfb，并且具有与反馈电容器cfb并联耦合的复位开关s3。开关d3在控制信号phi3为逻辑高时闭合，否则断开。
44.现在附加地参考图3。在操作中，在时间t1处，当phi1为逻辑高时(在此期间，phi2为逻辑低，并且phi3为逻辑高)，开关s1闭合，从而跨采样保持电容器csh来对输入信号ac1的当前电压进行采样。当phi1转换回逻辑低以断开开关s1，并且然后phi2上升到逻辑高以闭合开关s2时，由于电容器csh和cg串联，输入信号ac1的采样电压被存储在电容器cg中。当phi1在时间t2再次为高以闭合开关s1时(此时phi2为低，因此开关s2闭合)，输入信号ac1的
当前电压然后被存储在采样保持电容器csh两端。因此，此时，输入信号ac1的当前电压被跨电容器csh存储，并且输入信号ac1的先前电压被跨电容器cg存储。
45.因此，在时间t2与t3之间，当phi1转换为低且phi2转换为高，使得开关s1断开且开关s2闭合时，电荷在电容器csh与cg之间共享，这意味着输入信号ac1在时间t1的电压与输入信号ac1在时间t2的电压之间的差被跨电容器csh和cg存储。附加地，在时间t2与t3之间，phi3转变为低以断开开关s3，因此输入信号ac1在时间t1的电压与输入信号ac1在时间t2的电压之间的差由放大器21放大来产生输出电压vout。
46.模数转换器22将由放大器21输出的输出电压vout数字化，并且所得数字值由数字加法器23与来自自适应性基线发生电路装置24的值相加。数字加法器23的输出由通过数字加法器25形成的累加器回路累加，从而产生经累加的数字值acc，经累加的数字值acc然后由带通滤波26滤波来产生输出数据。
47.理想地，累加器25的输出acc仅根据数据的值(例如，输入信号ac1在时间t1的电压与输入信号ac1在时间t2的电压之间的差)而改变。然而，在adc 22的基线输出(当输入ac1处不具有输入信号时，adc 22的输出)由于各种可能的问题而漂移的情况下，可能出现问题。
48.adc 22的基线输出可以漂移，漂移例如是由于在操作温度升高时，开关s3两端的泄漏增加，进而增加了放大器21的偏移。放大器21的偏移的变化进而可以改变adc 22的量化误差。附加地，当第一设备11的负载发生变化时，通过收发器线圈lxcvr的功率信号发生变化，并且因此由adc 22采样的输入信号ac1发生变化。附加地，操作温度的变化也可以改变通过收发线圈lxcvr的功率信号，这也可以改变由adc 22采样的输入信号ac1。
49.当基线漂移时，经累加的数字值acc也相应漂移，意味着经累加的数字值acc的斜率增大过大。可以在图4中观察到经漂移累加的数字值acc的这个潜在问题(图4具体图示了基线向上漂移的实例)。虽然如图所示从输出数据中去除该漂移的结果是可能的，但是如果漂移导致累加器25和/或数字滤波器26溢出，则数据将丢失。虽然累加器25的存储器大小可以被增大来帮助防止这种情况发生，但是这会增加成本和面积消耗，并且此外，意味着需要相应地增加数字滤波器26的存储器大小。
50.因此，数字加法器23和自适应性基线发生电路装置24被用于调整基线。如图5的流程图30所示，在n个样本的时段内(框31)，经累加的数字值acc的当前第n值与时段的第一累加数字值acc进行比较。如果差为正(框32)，这指示基线已向上漂移，并且然后自适应性基线发生电路装置24通过从adc 22的输出中减去1来将1添加到基线，从而执行校正，因此将由adc 22的输出表示的数字波形向下偏移(框33)；相反，如果差为负(框32)，这指示基线已向下漂移，并且然后自适应性基线发生电路装置24通过将1添加到adc22的输出而从基线减去1来执行校正，因此将由adc 22的输出表示的数字波形向上偏移(框34)。
51.该操作用于帮助保持有效基线平坦并且因此将经累加的数字值acc保持在累加器25和滤波器26的存储器存储范围内。这些结果可以在图6中看到，其中经累积的数字值acc(使用上述自适应性基线调整)在样本400之后保持大致平坦并且随输入数据而变化，从而指示基线被保持恒定，而不是经累加的数字值acc不断上升(在不使用上述自适应性基线调整的情况下)。
52.注意，从图7中可以看出，基线可能被过度调整，这是因为基线以1或
‑
1的增量进行
调整，而在
‑
1和1之间的调整可能是合适的。为了纠正这一点，如图8所示，数字滤波器26被用于帮助进一步保持基线恒定并且保持经累加的数字滤波器输出平坦。
53.虽然已关于有限数量的实施例描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设想不脱离本文所公开的公开内容的范围的其他实施例。因此，本公开的范围应仅由所附权利要求来限制。