利用无线功率发射器控制器对接地电流感测放大器的校准和同步的制作方法

1.本公开总体涉及用于校准无线功率发射器中的接地电流感测放大器的装置和方法。


背景技术：

2.无线功率系统可以包括具有传输线圈的发射器和具有接收器线圈的接收器。在一方面，发射器可以连接到包括无线充电区域的结构。响应于包括接收器的设备被放置在充电区域上或靠近充电区域，传输线圈和接收器线圈可以彼此感应耦合，以形成可以促进交流(ac)功率的感应传输的变压器。ac功率从发射器到接收器的传输可以促进包括接收器的设备的电池的充电。


技术实现要素：

3.在一个实施例中，总体描述了一种装置。装置可以包括放大器和连接到放大器的电路。放大器可以被配置为将从与无线功率发射器所消耗的功率成比例的电流转换的电压放大。该电路可以被配置为接收控制信号。该电路还可以被配置为根据控制信号，对放大器的输出执行时分复用。放大器的时分复用输出可以包括放大器的校准数据。
4.在另一个实施例中，总体描述了一种无线功率发射器。无线功率发射器可以包括控制器和放大器模块。放大器模块可以包括放大器和连接到放大器的电路。放大器可以被配置为将从与无线功率发射器所消耗的功率成比例的电流转换的电压放大。该电路可以被配置为接收来自控制器的控制信号。该电路还可以被配置为根据控制信号，对放大器的输出执行时分复用。放大器的时分复用输出可以包括放大器的校准数据。放大器还可以被配置为将时分复用输出输出到控制器。
5.在另一个实施例中，总体描述了一种用于校准无线功率发射器的方法。方法可以包括：由控制器发送第一控制信号，以开启无线功率发射器的模拟前端(afe)中的放大器的正常操作模式。方法还可以包括：由控制器接收从与无线功率发射器所消耗的功率成比例的平均电流转换的电压的经放大电压。方法还可以包括：由控制器发送第二控制信号，以开启放大器的校准模式。方法还可以包括：由控制器从放大器接收放大器的校准数据。
6.前述概述仅是说明性的并且不旨在以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，另外的方面、实施例和特征将变得明显。在附图中，相同的附图标记指示相同或功能相似的元件。
附图说明
7.图1是根据一个实施例的用于无线功率传输的示例系统的框图。
8.图2是在一个实施例中的、图示图1的系统的示例发射器的细节的电路图。
9.图3是在一个实施例中的、图示放大器模块的细节的电路图，该放大器模块可以利
用无线功率发射器控制器实现接地电流感测放大器的校准和同步。
10.图4a是在一个实施例中的、图示图3的放大器模块的第一状态的电路图。
11.图4b是在一个实施例中的、图示图3的放大器模块的第二状态的电路图。
12.图4c是在一个实施例中的、图示图3的放大器模块的第三状态的电路图。
13.图4d是在一个实施例中的、图示图3的放大器模块的第四状态的电路图。
14.图5a是在一个实施例中的、利用无线功率发射器控制器实现接地电流感测放大器的校准和同步的时序图。
15.图5b是在一个实施例中的、利用无线功率发射器控制器实现接地电流感测放大器的校准和同步的另一个时序图。
16.图6是根据本公开的一个实施例的示例过程的流程图，该过程可以利用无线功率发射器控制器实现接地电流感测放大器的校准和同步。
具体实施方式
17.在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如特定结构、组件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本技术的各种实施例的理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本技术的各种实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的结构或处理步骤以避免混淆本技术。
18.在一方面，在无线功率传输期间，可能接近传输线圈的外物可以引起功率损耗的增加，并且外物可能加热到可能潜在地产生危险情况的点。外物检测可以由发射器的控制器执行。在一方面，发射器可以基于在功率传输期间通过发射器的线圈的电流来执行外物检测。接地电流传感放大器(gcsa)可以连接在发射器的线圈和发射器的控制器之间。gcsa可以检测与发射器所吸收或消耗的功率成比例的电流，并且将检测的电流转换为电压。在一方面，发射器所吸收或消耗的功率可以是发射器上的负载和经由磁感应耦合到发射器的负载所耗散的功率。发射器的控制器可以使用从gcsa输出的电压来执行诸如外物检测的功能，或者确定可以控制发射器的性能的各种控制参数。
19.在一方面，由gcsa输出的电压可能包括误差，诸如偏移误差或增益误差。偏移误差可以是被gcsa视为有效gcsa输入电压与实际gcsa输入电压之间的差异的值。增益误差可以是乘以gcsa输出的电压的因子。gcsa的准确性可以影响发射器的性能，诸如由发射器执行的外物检测的准确性。
20.gcsa可以被校准以标识偏移误差和增益误差。在一方面，发射器的控制器可以校准gcsa。然而，使用发射器的控制器来校准gcsa可以带来挑战。这些挑战可能是由于控制器与gcsa分离所致。为了对接分离的控制器和gcsa，需要模拟迹线将gcsa连接到控制器。此外，gcsa和控制器之间可能需要具有特定时间常数(例如，一毫秒(ms)和一百微秒(μs))的gcsa输出滤波器，这进一步将gcsa与控制器分离。这些滤波器以及gcsa和控制器之间的间隔距离会减慢gcsa输出电压传输到控制器进行校准的速度。此外，gcsa可以报告负电流，但某些模数转换器(adc)(可以在控制器中)无法在地以下进行测量，并且因此，adc和控制器必须商定零值(例如，特定电压，诸如0.5伏(v))。将在下面更详细描述的，本文描述的装置提供了一种放大器模块，该放大器模块可以执行gcsa的功能，并且还可以在不同校准模式下生成校准数据。放大器模块在特定时间窗口期间可以在校准模式中操作，并且生成校准
数据，该校准数据可以作为时分复用信号被输出，以避免干扰发射器的正常操作。通过使用所公开的放大器模块来执行校准并且生成校准数据，放大器模块可以输出校准数据(该校准数据可以由控制器直接处理和存储)，并且可以避免控制器中的adc测量负电压。此外，adc(其可以是控制器的一部分或在控制器外部)被实现在放大器模块外部，并且沿着将该外部adc与放大器模块连接的模拟迹线的滤波器可以被配置为：减小系统稳定的时间常数，并且加快正常操作模式和不同校准模式之间的转换。
21.图1是示出根据一个说明性实施例的实现无线功率传输和通信的示例系统100的图。系统100可以包括发射器110和接收器120，发射器110和接收器120被配置为经由电感耦合在它们之间无线传输功率和数据。虽然在本文中被描述为发射器110和接收器120，但是发射器110和接收器120中的每个可以被配置为经由电感耦合在它们之间传送和接收功率或数据。
22.发射器110被配置为从一个或多个电源接收功率并且将ac功率130无线地传送到接收器120。例如，发射器110可以被配置为连接到电源116，诸如，例如适配器或dc电源。发射器110可以包括控制器112和功率驱动器114。
23.控制器112可以被配置为控制和操作功率驱动器114。控制器112可以包括例如处理器、中央处理单元(cpu)、现场可编程门阵列(fpga)或被配置为控制和操作功率驱动器114的任何其他电路装置。虽然在说明性实施例中被描述为cpu，但在这些实施例中控制器112不限于cpu，并且可以包括被配置为控制和操作功率驱动器114的任何其他电路装置。在一个示例实施例中，控制器112可以被配置为：控制功率驱动器114驱动功率驱动器114的线圈tx以产生磁场。功率驱动器114可以被配置为在由无线功率标准定义的频率范围和配置下驱动线圈tx，诸如，例如无线功率联盟(qi)标准、功率事务联盟(pma)标准、无线功率联盟(wp-a或rezence)标准或任何其他无线功率标准。
24.接收器120可以被配置为：接收从发射器110传送的ac功率130，并且将该功率提供给一个或多个负载126或目的地设备140的其他组件。负载126可以包括例如被配置为对目的地设备140的电池充电的电池充电器、被配置为向处理器、显示器或目的地设备140的其他电子组件供电的dc-dc转换器，或目的地设备140的任何其他负载。目的地设备140可以包括例如计算设备、移动设备、移动电话、智能设备、平板、可穿戴设备或被配置为无线接收功率的任何其他电子设备。在一个说明性实施例中，目的地设备140可以包括接收器120。在其他实施例中，接收器120可以与目的地设备140分离，并且经由导线或被配置为向目的地设备140提供功率的其他组件连接到目的地设备140。
25.接收器120可以包括控制器122和功率整流器124。控制器122可以包括例如处理器、中央处理单元(cpu)、现场可编程门阵列(fpga)或可以被配置为控制和操作功率整流器124的任何其他电路装置。功率整流器124包括线圈rx，并且被配置为将经由线圈rx接收的功率整流为负载126需要的功率类型。功率整流器124被配置为将从线圈rx接收的ac功率整流为dc功率132，dc功率132然后可以被提供给负载126。
26.作为示例，当接收器120被放置在发射器110附近时，由功率驱动器114的线圈tx产生的磁场在功率整流器124的线圈rx中感应出电流。感应电流使得ac功率130从功率驱动器114感应地传送到功率整流器124。功率整流器124接收ac功率130，并且将ac功率130转换成dc功率132。dc功率132然后由功率整流器124提供给负载126。
27.发射器110和接收器120还被配置为：经由功率驱动器114和功率整流器124的电感耦合来交换信息或数据，例如消息。例如，在发射器110开始向接收器120传输功率之前，可以在接收器120和发射器110之间商定和创建功率合约。例如，接收器120可以向发射器110发送通信分组136或其他数据，该通信分组136或其他数据指示功率传输信息，诸如，要被传输到接收器120的功率的量；增加、减小或维持ac功率130的功率水平的命令；停止功率传输的命令或其他功率传输信息。在另一个示例中，响应于使接收器120接近发射器110，例如足够近，使得可以由线圈tx和线圈rx形成变压器以允许功率传输，接收器120可以被配置为：通过向发射器110发送请求功率传输的信号来发起通信。在这种情况下，发射器110可以通过建立功率合约或开始对接收器120的功率传输(例如，如果功率合约已经就位)来响应接收器120的请求。发射器110和接收器120可以经由线圈tx和线圈rx的感应耦合来传送和接收通信分组、数据或其他信息。在一些实施例中，发射器110和接收器120之间的通信可以使用诸如近场通信(nfc)、蓝牙等的各种协议在功率传输阶段之前出现。
28.在一个实施例中，功率驱动器114可以包括模拟前端(afe)118，其中afe 118可以是将线圈tx对接到控制器112的集成电路(ic)。afe 118可以包括模拟信号调节电路组件的集合，诸如模拟放大器(例如运算放大器)、滤波器和专用集成电路、无线电接收器和其他电路组件。控制器112可以使用一个或多个信号(诸如，例如脉冲宽度调制(pwm)信号、控制信号或其他信号)与afe 118通信，以控制和操作功率驱动器114使用线圈tx向接收器120提供功率，或者从功率驱动器114和/或接收器120获得各种数据或参数。
29.在一个实施例中，afe 118可以被配置为：检测与发射器110所吸收或消耗的功率成比例的电流，并且将检测的电流转换成电压。在一方面，发射器110所吸收或消耗的功率可以是发射器110上的负载和经由磁感应耦合到发射器110的负载所耗散的功率。控制器112可以使用从afe 118输出的电压来执行诸如外物检测的功能，或者确定可以控制发射器的性能的各种控制参数。例如，如果外物150存在于线圈tx和线圈rx之间，则由afe 118输出的电压可能异常(例如，偏离ac功率130的预期电压水平)。控制器112可以通过检测由afe 118输出的电压的异常来执行外物检测。
30.在一方面，如果afe 118中的组件(例如，被实现为gcsa的运算放大器)未被校准，则由afe 118输出的电压可能包括诸如偏移误差或增益误差的误差。偏移误差可以由afe 118中运算放大器的差分输入晶体管之间在制造过程期间产生的不匹配引起。增益误差可以由afe 118中的组件执行的信号处理(诸如，afe 118中的运算放大器的放大)的信号失真引起。增益误差也可以由发射器110的制造过程中的容差引起。将在下面更详细描述的，afe 118可以包括放大器模块，该放大器模块被配置为：将与在系统100的功率传输阶段期间由发射器110消耗或吸收的功率成比例的电流的电压水平放大，并且还执行自动校准。afe 118可以输出放大的电压信号水平和来自自动校准的校准数据，作为时分复用输出。
31.图2是在一个实施例中的、图示图1的系统的示例发射器的电路图。功率驱动器114的附加细节在图2中被示出。功率驱动器114可以包括被标记为q1、q2、m1、m2的多个切换元件。在一个实施例中，切换元件q1、q2、m1、m2可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。切换元件q1、q2可以被称为高侧切换元件，并且切换元件m1、m2可以被称为低侧切换元件。切换元件q1、q2、m1、m2可以形成功率驱动器114中的h桥逆变器。
32.afe 118可以被配置为通过向切换元件q1、q2、m1、m2提供栅极偏置电压204，来将
切换元件q1、q2、m1、m2中的一个或多个切换元件导通。afe 118可以被配置为通过不提供栅极偏置电压204，来将切换元件q1、q2、m1、m2关断。在切换元件q2、m1被关断时，切换元件q1、m2可以被同时导通。在切换元件q1、m2被关断时，切换元件q2、m1可以被同时导通。电源116可以向功率驱动器114提供具有电压v
brg
的dc功率。当切换元件q1、m2被导通时，由v
brg
生成的电流可以经由切换元件q1、m2流到线圈tx。当切换元件q2、m1被导通时，由v
brg
生成的电流可以经由切换元件q2、m1流到线圈tx。响应于接收到由v
brg
生成的电流，线圈tx可以输出ac功率130。
33.afe 118可以通过在连接到切换元件q1、q2、m1和m2的节点220处感测电流230来执行电流感测。电流230可以是与发射器110所吸收或消耗的功率(包括由发射器110中的任何次级电路吸收的功率)成比例的电流。在一方面，发射器110所消耗的功率可以是由v
brg
提供的功率，这使得电流流过发射器110中的不同电路组件。感测电阻器r
sense
可以连接在节点220和gnd之间。afe 118的输入针脚isnsp和isnsn的集合可以跨r
sense
连接，以测量或检测跨r
sense
的差分电压vs(例如，感测电压vs)，其中vs与电流230成比例。afe 118的输出针脚iout可以连接到模数转换器(adc)202，其中adc 202是控制器112的一部分。
34.afe 118可以包括电路210。电路210可以是集成电路，包括电路的各种组件，诸如放大器和多个开关。电路210中的开关可以被打开(例如，关断)以将afe 118中的特定信号路径断开，或被闭合(例如，导通)以连接afe 118中的特定信号路径(下面描述)。控制器112可以向afe 118提供控制信号206，以控制电路210中的开关。作为切换电路210中的开关的不同组合的结果，afe 118可以在正常操作模式和一种或多种校准模式之间操作。在正常操作模式下，来自afe 118的输出信号208可以是vs的放大版本。在校准模式下，输出信号208可以包括afe 118中的组件(例如，放大器)的校准数据。输出信号208可以包括时分复用信号，其中来自iout针脚的经放大电压和校准数据以同步和顺序的方式被传送到控制器112。在一个实施例中，afe 118可以在不同的校准模式下操作，诸如自动归零校准、自动增益校准和零电流基准电压校准。
35.在一个实施例中，控制器112可以被配置为基于特定无线功率传输协议的预定义时序，在正常操作模式和校准模式之间切换afe 118。例如，在qi协议下，在来自接收器120的特定数据分组(诸如，控制误差分组(cep)或接收功率分组(rpp))的连续传输之间出现死区时间或暂停。在连续数据分组之间的该死区时间下，控制器112监测vs的放大版本的需求被暂停。控制器112可以被配置为：标识该死区时间，并且在发射器110接收的连续数据分组之间的该死区时间内，将afe 118从正常操作模式切换到校准模式。控制器112还可以被配置为：在死区时间终止之前，将afe 118从校准模式切换到正常操作模式。通过将控制器112配置成在死区时间内在正常操作模式和校准模式之间切换afe 118，afe 118的操作不被校准模式干扰。
36.图3是在一个实施例中的、图示放大器模块的细节的电路图，该放大器模块可以利用无线功率发射器控制器实现接地电流感测放大器的校准和同步。在图3中所示的示例中，图1和图2中的afe 118可以包括放大器模块310。放大器模块310可以包括图2中所示的放大器308和电路210。放大器308可以是afe 118的接地电流感测放大器(gcsa)。电路210可以包括多个开关s1、s2、s3、s4、s5。放大器模块310可以连接到afe 118的输入针脚isnsp、isnsn和输出针脚iout。放大器308可以是运算放大器，该运算放大器被配置为接收跨r
sense
的差分
电压vs并且将vs放大。s1可以连接在r
sense
与放大器308的非反相输入端子之间。s2可以连接到r
sense
和放大器308的反相输入端子。s3可以连接到节点312和节点314。节点312可以在s1和放大器308的非反相输入端子之间。节点314可以在s2和放大器模块310的输入isnsn之间。s4可以连接到放大器308的输出端子和afe 118的iout针脚。s5可以连接在基准电压vref和节点316之间，节点316在s4和放大器308的输出端子之间。图3中所示的开关s1、s2、s3、s4、s5的布置和连接是本公开的一个实施例，并且根据发射器110的期望配置，可以实现具有不同布置和连接和/或附加开关的其他实施例。例如，图3中所示的s3连接在节点312、314之间的实施例可以适用于放大器308不具有无限输入阻抗的设计。s3连接在不同位置的另一个实施例可以适用于放大器308具有无限输入阻抗的设计。
37.控制器112可以生成和发送控制信号206，以将s1、s2、s3、s4、s5中间的一个或多个开关导通或关断。将s1、s2、s3、s4、s5中间的开关的不同组合导通，可以使afe 118在正常操作模式或不同类型的校准模式下操作。不同类型的校准模式可以使放大器308经由iout针脚输出不同类型的校准数据。例如，在正常操作模式下，放大器308可以在迹线324上输出vs的放大版本。在自动归零校准模式下，输出信号208可以是自动归零偏移电压。在自动增益校准模式下，输出信号208可以是基准增益电压。在零电流基准电压模式下，输出信号208可以是基准电压vref。
38.控制器112可以基于在图1中所示的系统100的发射器110和接收器120之间交换的功率和信号的时序，来生成和提供控制信号206。在一个实施例中，控制器112可以被配置为监测由发射器110接收的数据分组的序列。控制器112可以将被监测的序列与存储在控制器112的存储器设备中的数据分组的预定义序列进行比较。数据分组的预定义序列可以指示由发射器110从接收器120接收的数据分组的预期序列，并且可以指示连续数据分组的接收之间的死区时间或暂停。例如，在qi协议的功率传输阶段下，控制器112的存储器设备可以存储数据分组的预定义序列和死区持续时间。控制器112可以被配置为：在由数据分组的预定义序列指示的一个或多个特定死区时间期间，在正常操作模式和至少一种校准模式之间切换afe 118。
39.作为输出信号208输出的校准数据可以是时分复用信号，诸如包括以同步方式从放大器模块310传送到控制器112的一个或多个信号(例如，针对定义的时间间隔，每个信号出现在iout针脚和控制器112之间的信号路径上)。在图3中所示的示例中，一个或多个滤波器(诸如滤波器320、322)可以连接在iout针脚和控制器112之间，以延迟输出信号208。每个滤波器可以将输出信号208延迟特定的时间常数。由滤波器定义的时间常数可以取决于滤波器的组件，诸如组件尺寸、电阻器的电阻、电容器的电容和/或滤波器的阻抗。在一个实施例中，在正常操作模式和不同校准模式之间切换可能需要系统(例如，控制器112)稳定。例如，在从正常操作模式到自动归零校准模式的切换中，连接到控制器112的输入路径的所有滤波器(例如，滤波器320、322)需要被稳定，以适应输出信号208中的校准数据的时分复用。然后，在从自动归零校准模式回到正常操作模式的切换中，连接到控制器112的输入路径的所有滤波器(例如，滤波器320、322)需要被稳定，以适应vs的放大版本，该vs的放大版本被控制器112连续监测。滤波器320、322的阻抗可以是可调整的，以加快稳定滤波器320、322的等待时间。在一个实施例中，滤波器320、322中的电阻器和/或电容器可以分别是可变电阻器和/或可变电容器，使得可以通过控制可变电阻器和可变电容器来调整滤波器320、322的阻
抗。在另一个实施例中，mosfet可以跨滤波器320、322中的电阻器连接，并且这些mosfet可以被导通和关断以调整滤波器320、322的总体电阻和阻抗。此外，在图3中所示的示例中，vs的放大版本可以经由没有滤波器的迹线324被提供给控制器112，使得当vs的放大版本未被输出到滤波器320、322时，可以减小时分复用输出信号208的时间窗口。
40.在一个实施例中，由发射器110接收的通信分组的类型可以影响可用于输出数据208中的时分复用校准数据的死区时间。例如，在fod中，接收器120可以发送接收功率分组(rpp)，但不发送控制误差分组(cep)。因此，连续rpp之间的死区时间可以大于在解调调制下接收的分组，其中cep可以以更快的速率(例如，更少的死区时间)被发射器110接收。分组之间的不同死区时间可以影响可用于时分复用校准数据的时间窗口，并且可以影响正常操作模式和校准模式之间的切换。关于由不同滤波器定义的不同时间常数以及rpp或cep接收速率的信息可以被存储在控制器112的存储器设备中，这可以允许控制器112确定适当的死区时间，以执行时分复用和在正常操作模式和校准模式之间切换afe 118。基于在控制器112中存储的数据分组的序列和时序，控制器112可以确定可用死区时间的量，以使用放大器模块310来执行校准。如果控制器112未执行ask解调(例如，控制器112仅执行fod)，则控制器112可以在连续的rpp之间具有更大的窗口或更多的死区时间，来监测从afe 118接收的校准数据并且对其执行时分复用，以及在正常操作模式和校准模式之间切换afe 118。如果控制器112执行fod和ask解调两者，则控制器112可以在连续的cep之间具有更小的窗口或更少的死区时间，来执行校准数据的时分复用以及在正常操作模式和校准模式之间切换afe 118。
41.在一个实施例中，控制器112可以被配置为：学习数据分组和死区持续时间的模式，并且基于学习的模式确定是否在正常操作模式和校准模式之间切换。例如，连续rpp之间的预定义死区时间可以是t1。然而，由于各种变化(例如，温度和过程变化)，由发射器110接收的历史rpp之间的平均死区时间可以是t1+c。因此，控制器112可以确定用于校准的可用死区时间可以是t1+c，而不是t1。在一方面，cep和rpp分组可以出现在相同的信道中。因此，当rpp到达时，两个cep分组之间存在较少的死区时间。在一个示例中，如果cep分组之间存在500毫秒(ms)的死区时间，但每5秒注入一个rpp分组，则从cep到rpp然后再到下一个rpp只有200ms的死区时间(如果接收器140将rpp恰好放在两个cep的中间)。在另一个示例中，控制器112可以被配置为：响应于特定事件，将afe 118从校准模式切换到正常操作模式，即使仍然存在用于校准的可用死区时间。例如，响应于负载瞬态事件，控制器112可以将afe 118从校准模式切换到正常操作模式，即使仍然存在用于校准的可用死区时间，或者如果校准模式尚未启动则可以不启动校准模式。
42.图4a是在一个实施例中的、图示图3的放大器模块310的第一状态的电路图。图4a中所示的第一状态400图示了在正常操作模式下的放大器模块310。在第一状态400中，由控制器112提供的控制信号206可以将s1、s2和s4导通。响应于s1、s2、s4被导通，放大器308的输入端子可以经由针脚isnsp和isnsn连接到r
sense
，并且放大器308的输出端子可以连接到iout针脚。通过将放大器308连接到r
sense
和iout，由放大器308输出的输出信号208可以是vs的放大版本。
43.图4b是在一个实施例中的、图示图3的放大器模块的第二状态410的电路图。图4b中所示的第二状态410图示了在自动归零校准模式下的放大器模块310。在第二状态410中，
由控制器112提供的控制信号206可以将s2、s3和s4导通。响应于s2、s3、s4被导通，放大器308的输入端子可以与r
sense
断开连接，并且放大器308的输出端子可以连接到iout针脚。节点312和节点314可以响应于将s3导通而被连接。通过将放大器308的非反相输入端子与r
sense
断开连接，将isnsn连接到放大器308的反相输入端子，并且将放大器308连接到iout，由放大器308输出的输出信号208可以是自动归零偏移电压，自动归零偏移电压指示放大器308的偏移误差。放大器308的偏移误差可以是被放大器308视为零的值，并且偏移误差可以是零值或非零值。注意，在第二状态410下，s2可以在自动归零校准期间被导通(例如，闭合)以提供到地的电流放电路径。在一个实施例中，开关s2可以是可选开关，使得如果放大器模块310中没有s2，则isnsn和放大器308的反相输入端子可以永久连接。
44.图4c是在一个实施例中的、图示图3的放大器模块的第三状态420的电路图。图4c中所示的第三状态420图示了在零电流基准电压校准模式下的放大器模块310。在第三状态420中，由控制器112提供的控制信号206可以将s5导通。响应于s5被导通，放大器308的输入端子可以与r
sense
断开连接，并且放大器308的输出端子可以与iout针脚断开连接。基准电压vref可以连接到iout。通过将vref连接到iout，由放大器308输出的输出信号208可以是基准电压vref。
45.图4d是在一个实施例中的、图示图3的放大器模块的第四状态的电路图。在一个实施例中，放大器模块310中的电路210可以包括附加的开关s6、s7、s8。开关s6可以连接在vref和一个节点之间，该一个节点在s1与放大器308的非反相输入端子和接地节点之间。开关s7可以连接在s1和放大器308的非反相输入端子之间的节点与在s2和放大器308的反相输入端子之间的节点之间。开关s8可以连接在s2与放大器308的反相输入端子之间。图4d中所示的第四状态430图示了在自动增益校准模式下的放大器模块310。在第四状态430中，由控制器112提供的控制信号206可以将s4、s6和s8导通。响应于s4、s6和s8被导通，放大器308的非反相输入端子可以连接到vref，并且放大器308的反相输入端子可以连接到地，并且放大器308的输出端子可以连接到iout针脚。通过将放大器308的输入端子连接到vref和地，由放大器308输出的输出信号208可以是基准增益电压，基准增益电压可以是施加在放大器308的输入端子上的vref的分压版本。根据放大器308的输入范围，可以可选地将开关s7导通或关断。例如，如果vref与进入放大器308的输入电压在相同数量级，则s7可以保持关断。在一些实施例中，可以将s7导通以进一步对vref进行缩放或分压。此外，电阻器r6串联连接到开关s6，并且电阻器r7串联连接到开关s7。响应于s6、s7分别被导通，由电阻器r6、r7提供的电阻可以将vref缩小(例如，在没有r6、r7的情况下，vref可以保持不变，并且将不会被缩小)。在状态430下，输出信号208可以包括放大器308的增益误差，该增益误差可以是乘以放大器308输出的电压的一个因子。
46.响应于分别在图4b和图4c中所示的状态410、420下执行校准，控制器112可以将放大器308的自动归零偏移电压和基准电压vref存储在存储器设备中。响应于在状态430下执行校准，控制器112可以从在状态430中接收的基准增益电压减去存储的放大器308的自动归零偏移电压和vref，来确定放大器308的增益误差。控制器112也可以将放大器308的增益误差存储在存储器设备中。控制器112可以使用存储的放大器308的自动归零偏移电压和增益误差，来处理来自放大器308的未来输出信号。例如，响应于接收到来自放大器308的指示经放大电压的新输出信号，控制器112可以从新输出信号减去存储的自动归零偏移电压和
增益误差，以补偿可能存在于新输出信号中的误差。
47.通过将电路210(见图2)与afe 118(见图1)的gcsa(例如，放大器308)集成，来自gcsa的输出信号可以被时分复用。时分复用允许校准数据在功率传输阶段期间的死区时间期间从gcsa输出。电路210可以实现相对较小和简单的开关(例如mosfet)，这提供了相对便宜的解决方案来校准gcsa。此外，通过配置gcsa来执行自动校准，gcsa可以将校准数据输出到控制器112，而不需要控制器112执行复杂的计算来确定gcsa的偏移误差和增益误差。此外，自动校准可以在发射器110的功率传输阶段下的死区时间或暂停期间被执行，而不干扰功率传输。
48.图5a是在一个实施例中的、利用无线功率发射器控制器实现接地电流感测放大器的校准和同步的时序图。在图5a中，示出了时序图502，其中死区时间t
power
在连续的rpp、rpp1和rpp2之间可用，用于控制器112将afe 118从正常操作模式切换到校准模式。为了在正常操作模式和校准模式之间切换，控制器112可以被配置为：在发送控制信号206以将电路210中的开关导通和关断(见图2和图3)之前，等待预定时间的终止。预定时间可以允许控制器112有时间确定afe 118是否可以切换到正常操作或校准模式，允许控制器112验证在发射器110处接收的先前数据分组，和/或允许整个系统100在切换模式之前稳定。
49.在图5a中所示的示例中，响应于发射器110接收rpp1，控制器112可以在将afe 118切换到校准模式之前，等待预定时间510的终止。例如，在从正常操作模式到自动归零校准模式的切换中，连接到控制器112的输入路径的所有滤波器(例如，图3中的滤波器320、322)需要被稳定，以适应输出信号208中的校准数据的时分复用。在预定时间510的等待时段期间，控制器112可以验证rpp1，并且确定是否将afe 118切换到校准模式。例如，如果rpp1反映似乎指示负载瞬态事件的电压，则控制器112可以不继续将afe 118切换到校准模式。如果控制器112确定继续将afe 118切换到校准模式，则控制器112可以生成和发送控制信号206以控制电路210中的开关，并且在预定时间512内接收输出信号208中的校准数据。在一个实施例中，预定时间510可以是由连接在控制器112和afe 118之间的滤波器(例如，图3中的滤波器320、322)定义的时间常数。
50.响应于在预定时间512内接收到校准数据，控制器112可以在进行到下一次校准或将afe 118切换回正常操作之前，验证接收的校准数据。在图5a中所示的示例中，t
power
可以有足够的时间允许控制器112执行两次校准。因此，控制器112可以生成和发送控制信号206以控制电路210中的开关的另一个集合，并且在另一个预定时间514内接收输出信号208中的新校准数据。在一个实施例中，控制器112可以针对等于预定时间512的持续时间，将控制信号的第一集合(例如，控制信号206的第一值)发送到放大器模块310，并且可以针对等于预定时间514的持续时间，发送控制信号的第二集合(例如，控制信号206的第二值)。向放大器模块310发送不同控制信号的持续时间可以使放大器模块310在预定时间512、514下生成不同的校准数据，有效地将输出信号208输出为时分复用信号。在将afe 118从校准模式切换回正常操作模式之前，控制器112可以等待另一个预定时间516的终止。预定时间516可以允许整个系统100在切换模式之前稳定。例如，在从自动归零校准模式回到正常操作模式的切换中，连接到控制器112的输入路径的所有滤波器(例如，图3中的滤波器320、322)需要在预定时间516内被稳定，以适应vs的放大版本，该vs的放大版本被控制器112连续监测。在一个实施例中，预定时间510、516可以相等，并且预定时间512、514可以相等。
51.在一个实施例中，控制器112可以被配置为确定预定时间510、512、514、516。例如，特定无线传输协议的持续时间t
power
可以在数据分组和存储在控制器112的存储器设备中的死区时间信息中进行定义。此外，可以为控制器112预定义预定时间510、512、514、516的持续时间。使用预定时间510、516和t
power
作为已知参数，控制器112可以从t
power
减去预定时间510和516，以获得可用校准时间的量。控制器112还可以确定预定时间512、514两者是否可以适合可用校准时间的量。如果预定时间512、514两者可以适合可用校准时间的量，则控制器112可以确定可以在死区时间t
power
内执行两个校准。如果仅预定时间512可以适合可用校准时间的量，则控制器112可以确定可以在死区时间t
power
内执行一次校准。
52.图5b是在一个实施例中的、利用无线功率发射器控制器实现接地电流感测放大器的校准和同步的另一个时序图。在图5b中，示出了时序图504，其中第一死区时间t
active
和第二死区时间t
settle
在连续的cep、cep1和cep2之间可用，用于控制器112将afe 118从正常操作模式切换到校准模式。响应于发射器110接收到cep1，控制器112可以在将afe 118切换到校准模式之前，等待预定时间520的终止。在预定时间520中的等待时段期间，控制器112可以验证cep1，并且确定是否将afe 118切换到校准模式。如果控制器112确定继续将afe 118切换到校准模式，则控制器112可以生成和发送控制信号206以控制电路210中的开关，并且在预定时间522内接收输出信号208中的校准数据。在一个实施例中，预定时间520可以是由连接在控制器112和afe 118之间的滤波器(例如，图3中的滤波器322)定义的时间常数。
53.响应于在预定时间522内接收到校准数据，控制器112可以在进行到下一次校准或将afe 118切换回正常操作之前，验证接收的校准数据。在图5b中所示的示例中，t
active
和t
settle
的组合可以具有足够的时间来允许控制器112执行一次校准。在将afe 118从校准模式切换回正常操作模式之前，控制器112可以等待另一个预定时间524的终止。预定时间524可以允许整个系统100在切换模式之前稳定。在一个实施例中，预定时间520、524可以相等。此外，参考图5a和图5b，预定时间510、520、516、524可以相等，并且预定时间512、514、522可以相等。
54.在一个实施例中，特定无线传输协议的持续时间t
active
和t
settle
可以在数据分组和存储在控制器112的存储器设备中的死区时间信息中进行定义。此外，可以为控制器112预定义预定时间520、522、524的持续时间。使用预定时间520、524、t
active
和t
settle
作为已知参数，控制器112可以从t
active
和t
settle
的组合减去预定时间520和524，以获得可用校准时间的量。控制器112还可以确定在接收下一个cep(例如，cep2)之前，在可用校准时间的量内仅可以执行一次校准。
55.如由图5a和图5b所示，用于校准的可用时间的量可以是基于在特定无线传输协议中定义的预定时间，并且可以是基于控制器112。例如，由于温度和/或过程变化，在两个不同发射器的控制器之间，切换到校准模式之前等待的预定时间510可以不同。因此，各个发射器的控制器可以被编程以实施相同的过程(例如，经由软件或固件)，以确定用于在正常操作模式和校准模式之间切换的适当时序。此外，图5a和图5b中的示例示出了，用于校准的可用时间的量可以是基于控制器112是否正在执行特定功能。例如，图5a可以对应于控制器112正在执行仅fod的情况，而图5b可以对应于控制器112正在执行ask解调的情况。因此，控制器112正在执行的功能可以影响用于校准的可用时间的量。
56.在一个实施例中，控制器112可以被配置为：确定是否忽略下一个通信分组并且与
ask解调同时执行校准。例如，参考图5a，如果rpp2在预定时间516期间到达，则如果rpp1以预定义范围(例如，指示未检测到外物的功率水平范围)内的功率水平通过，则可以忽略rpp2。类似地，如果cep2在预定时间524期间到达，则如果cep1以预定义范围内的功率水平(例如，零或可忽略的电压误差值)通过，则可以忽略cep2。在另一个实施例中，如果rpp1以没有误差通过，则如果rpp2在预定时间516结束之前到达，则控制器112可以确定rpp2可以被忽略，并且控制器112可以调整校准模式的时间窗口。例如，可以调整预定时间516以缩短将到控制器112的输入信号路径稳定的等待时间，以从校准模式切换到正常操作模式。
57.图6是根据本公开的一个实施例的示例过程的流程图，该过程可以利用无线功率发射器控制器实现接地电流感测放大器的校准和同步。过程600可以包括一个或多个操作、行动或功能，如由框602、604、606和/或608中的一个或多个框所示的。虽然被图示为离散的框，但是各种框可以被划分成附加的框，被组合成更少的框、被消除、以不同顺序执行或并行执行，这取决于所需的实施方式。
58.过程600可以在框602处开始。在框602处，无线功率发射器的控制器可以发送第一控制信号，以开启无线功率发射器的模拟前端(afe)中的放大器的正常操作模式。
59.过程600可以从框602进行到框604。在框604处，控制器可以接收跨感测电阻器测量的感测电压的经放大电压，感测电阻器连接到无线功率发射器的传输线圈。
60.过程600可以从框604进行到框606。在框606处，控制器可以发送第二控制信号，以开启放大器的校准模式。在一个实施例中，在接收到经放大电压之后，响应于第一预定时间的终止，控制器可以发送第二控制信号以开启放大器的校准模式。在一个实施例中，控制器可以监测由无线功率发射器接收的数据分组的序列。控制器可以将数据分组的被监测的序列与数据分组的预定义序列进行比较。基于该比较，控制器可以标识用以将放大器从正常操作模式切换到校准模式的死区时间。
61.过程600可以从框606进行到框608。在框608处，控制器可以从放大器接收放大器的校准数据。在接收到校准数据之后，响应于第二预定时间的终止，控制器可以生成第一控制信号，以将放大器从校准模式切换到正常操作模式。
62.本文中使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，并且不旨在作为本发明的限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，当在本说明书中被使用时，术语“包括”和/或“包含”指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。
63.所附权利要求中的所有部件或步骤加功能元件(如果有)的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于与其他要求保护的元件(如特别要求保护的)组合执行功能的任何结构、材料或动作。本发明的公开实施例是出于说明和描述的目的而被呈现，但不旨在穷举或限制于所公开形式的发明。在不背离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域技术人员将是明显的。实施例被选择和描述，以便最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本发明的各种实施例以及适于预期的特定用途的各种修改。

技术特征：
1.一种装置，包括：放大器，被配置为将从与无线功率发射器所消耗的功率成比例的电流转换的电压放大；以及连接到所述放大器的电路，所述电路被配置为：接收控制信号；以及根据所述控制信号，对所述放大器的输出执行时分复用，其中所述放大器的时分复用输出包括所述放大器的校准数据。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述校准数据包括以下项中的至少一者：所述放大器的自动归零偏移电压；所述放大器的基准增益电压；以及所述放大器的零电流基准电压。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述电路包括：第一开关，连接到所述电路的第一输入端子和所述放大器的非反相输入端子；第二开关，连接到所述电路的第二输入端子和所述放大器的反相输入端子；第三开关，连接到第一节点和第二节点，其中所述第一节点在所述第一开关与所述放大器的所述非反相输入端子之间，并且所述第二节点在所述第二开关与所述电路的所述第二输入端子之间；第四开关，连接到所述放大器的输出端子，并且连接到包括所述放大器的模拟前端(afe)的输出针脚；以及第五开关，连接在基准电压和第三节点之间，所述第三节点在所述第四开关与所述afe的所述输出针脚之间。4.根据权利要求3所述的装置，其中响应于所述控制信号将所述第一开关、所述第二开关和所述第四开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第三开关和所述第五开关关断，所述放大器将从与所述无线功率发射器所吸收的功率成比例的所述电流转换的所述电压放大。5.根据权利要求3所述的装置，其中响应于所述控制信号将所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第一开关和所述第五开关关断，所述放大器输出指示所述放大器的自动归零偏移电压的所述校准数据。6.根据权利要求3所述的装置，其中响应于所述控制信号将所述第五开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第四开关关断，所述放大器输出指示由所述放大器采样的基准电压的所述校准数据。7.根据权利要求3所述的装置，其中所述电路还包括：第六开关，连接在所述基准电压与第四节点之间，所述第四节点在所述第一开关与所述放大器的所述非反相输入端子之间，其中第一电阻器连接在所述第六开关与所述基准电压和接地节点之间；第七开关，连接在第五节点与第六节点之间，所述第五节点在所述第一开关与所述放大器的所述非反相输入端子之间，并且所述第六节点在所述第二开关与所述放大器的所述反相输入端子之间，其中第二电阻器连接在所述第七开关与所述第五节点之间；第八开关，连接在所述第二开关与所述放大器的所述反相输入端子之间；
其中响应于所述控制信号将所述第四开关、所述第六开关和所述第八开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关和所述第七开关关断，所述放大器输出指示所述放大器的第一基准增益电压的所述校准数据，所述第一基准增益电压是所述基准电压的第一缩放值；并且其中响应于所述控制信号将所述第四开关、所述第六开关、所述第七开关和所述第八开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第五开关关断，所述放大器输出指示所述放大器的第二基准增益电压的所述校准数据，所述第二基准增益电压是所述基准电压的第二缩放值。8.一种无线功率发射器，包括：控制器；放大器模块，包括：放大器，被配置为将从与所述无线功率发射器所消耗的功率成比例的电流转换的电压放大；连接到所述放大器的电路，所述电路被配置为：接收来自所述控制器的控制信号；以及根据所述控制信号，对所述放大器的输出执行时分复用，其中所述放大器的时分复用输出包括所述放大器的校准数据，所述放大器还被配置为将所述时分复用输出输出到所述控制器。9.根据权利要求8所述的无线功率发射器，其中所述校准数据包括以下项中的至少一者：所述放大器的自动归零偏移电压；所述放大器的基准增益电压；以及所述放大器的零电流基准电压。10.根据权利要求8所述的无线功率发射器，其中所述电路包括：第一开关，连接到所述电路的第一输入端子和所述放大器的非反相输入端子；第二开关，连接到所述电路的第二输入端子和所述放大器的反相输入端子；第三开关，连接到第一节点和第二节点，其中所述第一节点在所述第一开关与所述放大器的所述非反相输入端子之间，并且所述第二节点在所述第二开关与所述电路的所述第二输入端子之间；第四开关，连接到所述放大器的输出端子，并且连接到包括所述放大器的模拟前端(afe)的输出针脚；以及第五开关，连接在基准电压与第三节点之间，所述第三节点在所述第四开关与所述afe的所述输出针脚之间。11.根据权利要求10所述的无线功率发射器，其中响应于所述控制信号将所述第一开关、所述第二开关和所述第四开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第三开关和所述第五开关关断，所述放大器将从与所述无线功率发射器所吸收的功率成比例的所述电流转换的所述电压放大。12.根据权利要求10所述的无线功率发射器，其中响应于所述控制信号将所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第一开关和所述
第五开关关断，所述放大器输出指示所述放大器的自动归零偏移电压的所述校准数据。13.根据权利要求10所述的无线功率发射器，其中响应于所述控制信号将所述第五开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第四开关关断，所述放大器输出指示由所述放大器采样的基准电压的所述校准数据。14.根据权利要求10所述的无线功率发射器，其中所述电路还包括：第六开关，连接在所述基准电压与第四节点之间，所述第四节点在所述第一开关与所述放大器的所述非反相输入端子之间，其中第一电阻器连接在所述第六开关与所述基准电压和接地节点之间；第七开关，连接在第五节点与第六节点之间，所述第五节点在所述第一开关与所述放大器的所述非反相输入端子之间，并且所述第六节点在所述第二开关与所述放大器的所述反相输入端子之间，其中第二电阻器连接在所述第七开关与所述第五节点之间；第八开关，连接在所述第二开关与所述放大器的所述反相输入端子之间；其中响应于所述控制信号将所述第四开关、所述第六开关和所述第八开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关和所述第七开关关断，所述放大器输出指示所述放大器的第一基准增益电压的所述校准数据，所述第一基准增益电压是所述基准电压的第一缩放值；并且其中响应于所述控制信号将所述第四开关、所述第六开关、所述第七开关和所述第八开关导通，并且响应于所述控制信号将所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第五开关关断，所述放大器输出指示所述放大器的第二基准增益电压的所述校准数据，所述第二基准增益电压是所述基准电压的第二缩放值。15.根据权利要求8所述的无线功率发射器，其中所述控制器被配置为：接收经放大的所述电压；响应于第一预定时间的终止，发送所述控制信号，以将所述放大器从正常操作模式切换到校准模式；接收所述放大器的所述校准数据；以及响应于第二预定时间的终止，生成所述控制信号，以将所述放大器从所述校准模式切换到所述正常操作模式。16.根据权利要求8所述的无线功率发射器，其中所述控制器被配置为：监测由所述无线功率发射器接收的数据分组的序列；将被监测的数据分组的所述序列与数据分组的预定义序列进行比较；以及基于所述比较，标识用以将所述放大器从正常操作模式切换到校准模式的死区时间。17.一种用于校准无线功率发射器的方法，所述方法包括：由控制器发送第一控制信号，以开启无线功率发射器的模拟前端中的放大器的正常操作模式；由所述控制器接收从与所述无线功率发射器所消耗的功率成比例的平均电流转换的电压的经放大电压；由所述控制器发送第二控制信号，以开启所述放大器的校准模式；以及由所述控制器从所述放大器接收所述放大器的校准数据。18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
在接收到所述经放大电压之后，响应于第一预定时间的终止，发送所述第二控制信号，以开启所述放大器的所述校准模式；以及在接收到所述校准数据之后，响应于第二预定时间的终止，生成所述第一控制信号，以将所述放大器从所述校准模式切换到所述正常操作模式。19.根据权利要求17所述的方法，还包括：监测由所述无线功率发射器接收的数据分组的序列；将数据分组的被监测的所述序列与数据分组的预定义序列进行比较；以及基于所述比较，标识用以将所述放大器从所述正常操作模式切换到所述校准模式的死区时间。20.根据权利要求17所述的方法，还包括：在所述正常操作模式下，在所述无线功率发射器处接收数据分组；确定所述数据分组没有误差；以及响应于所述数据分组具有在预定义范围内的功率水平，调整所述校准模式的时间窗口。

技术总结
描述了用于校准无线功率发射器的系统和方法。无线功率发射器可以包括控制器和放大器模块。放大器模块可以包括放大器，放大器被配置为将从与无线功率发射器所消耗的功率成比例的电流转换的电压放大，并且可以包括连接到放大器的电路。该电路可以被配置为接收来自控制器的控制信号。该电路还可以被配置为根据控制信号，对放大器的输出执行时分复用。放大器的时分复用输出可以包括放大器的校准数据。放大器可以被配置为将时分复用输出输出到控制器。器。器。


技术研发人员：G
受保护的技术使用者：瑞萨电子美国有限公司
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/9/13