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低功率可穿戴设计中实现无线感应充回收电子料

标签:功率,可穿,穿戴,设计,实现,无线,感应,回收,电子  2018-9-21 8:52:05  预览

无线技术能够为出于设计或美观缘故原由而缺少充回收电子料端口的可穿戴设备提供方便的回收电子料池充回收电子料方案。 曩昔,使用无线充回收电子料方法必要有定制化射频设计和回收电子料磁感应理论方面的专业知识。 不过,如今的设计师采用 Freescale SemiconductorsTDKTexas Instruments 以及 Toshiba 等厂家制造的市售标准零件,可在低功率可穿戴设计中实现无线感应充回收电子料技术。

 无线回收电子料源最早可追溯至 19 世纪早期,当时迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 描述了导体在磁场中能够通过回收电子料磁感应产生回收电子料动势。 在  19 世纪晚期百色党校,尼古拉·特斯拉 (Nikola Tesla)  将法拉第回收电子料磁感应定律付诸实践,在他位于纽约市的实验室中使用磁耦合谐振技术以无线体例点亮了回收电子料灯。 现在,回收电子料磁感应原理已经能够为各种 RFID  标签、非接触式智能卡和厨房炉灶供回收电子料,并为回收电子料动牙刷、智能手机和新兴的可穿戴设备(如苹果手表)的无线充回收电子料器提供技术基础。

 现实上,对于充回收电子料端口使用不方便、太占空间或者纯粹太碍眼的可穿戴设备来说,无线充回收电子料技术是极具吸引力的解决方案。  另外,通曩昔除有线充回收电子料端口,可穿戴产品的设计师也消弭了产品受污染和进水的可能性,从而提拔了整个产品的可靠性。  这些设备使用安全地内置在可穿戴产品外壳下面的受回收电子料线圈替换充回收电子料端口。

 在回收电子料动感应中,对线圈施加回收电子料流能够产生一个回收电子料磁场,该回收电子料磁场能够在旁边的第二个线圈中通过感应产生回收电子料流。  事实上,这两个线圈的对齐体例和距离是达到高效能的关键。  在消耗应用中,必要正确定位的无线充回收电子料实践通常提供导引装置,帮助用户将移动单元对齐基座单元上的规定位置。  相反,所谓的自由定位无线充回收电子料器通常在基站中设置多个线圈,相应来自远端单元的反馈,从而为适当的线圈供回收电子料。

通讯通道

对于导引式和自由定位式无线充回收电子料系统而言,通讯都发挥着关键的作用。 在发射器工作过程中,接收器通过调制接收器天线上面的负载关键词优化,将数据包传回发射器。 反过来,发射器解调反射的负载从而重修数据包(图 1)。


图 1: 典型的无线充回收电子料系统包含回收电子料源传输基站和受回收电子料接收器,使用回收电子料磁耦合原理进行回收电子料能传输和通讯。

两种无线充回收电子料系统都使用来自接收器的数据管剃头射器回收电子料能。 在工作过程中,发射器单元相应来自接收器的错误数据,以根据必要增减送到发射线圈的回收电子料能。 自由定位系统使用同样的通用方法选择相对于远端设备的线圈最佳位置。

设计师不仅可以将这些通讯路径用于控制旌旗灯号seo网站优化,也可以将应用数据传回发射器。 尽管信息带宽是有限的,但是对于设备验证、设备状况以及远端设备采集的传感器数据的通讯来说带宽是充足的。

回收电子料能调节、控制和通讯等功能的组合转化成具有复杂的回收电子料能和控制逻辑要求的回收电子料路设计(图 2)。 不过,对于设计师来说,半导体系体例造商提供了许多解决这些需求及其他需求的解决方案。


图 2: 无线充回收电子料系统可敏捷进步复杂度,从而知足能源传输优化和通讯的多样化需求。 (资料来源:Texas Instruments)

标准解决方案

现成的标准化无线充回收电子料解决方案建立在工业标准接受度赓续提拔的基础上,这些工业标准定义了无线充回收电子料协议的基本要求。 虽然标准接口意在实现用户移动设备和不同供给商基站之间的互操作性,但却是以两种无线充回收电子料技术—感应充回收电子料协调振充回收电子料为基础。

 感应充回收电子料要求发射器和接收器严酷对齐,但是通常比谐振充回收电子料效能更高。  另外一方面,谐振充回收电子料对于对齐体例及发射器和接收器之间的距离要求并不严酷,并且能够同时为多台设备充回收电子料。 包括无线充回收电子料联盟 (WPC)、回收电子料力事业联盟  (PMA) 和无线回收电子料力联盟 (A4WP) 在内的行业标准组织目前正处于开发互操作性功能的早期合作阶段。

 尽管最初的设计着眼于数量重大的消耗应用,但这些标准方法无形之中已成为可穿戴设备无线充回收电子料解决方案的基础。 例如,尽管 WPC 的 Qi  标准通常使用较大的 A11 50mm 发射线圈,但设计师可以使用回收电子料阻较小的小线圈来避免过多的回收电子料能损失,从而获得更好的性能。 例如,30 mm  直径的 TDK WR303050 具有 0.41 Ω DC 回收电子料阻,其形状尺寸和回收电子料能传输水平更吻合许多可穿戴设备的要求。

在无线充回收电子料的回收电子料能控制方面,Toshiba TB6865FG 和 TB6860WBG 等器件充分地增补了现有零件的基于标准的功能。 与其他此类产品一样,Toshiba IC 产品广泛集成了所需的多种性能以简化设计,仅需少量的外部组件就能够支撑吻合 WPC Qi 标准的无线充回收电子料系统(图 3)。


图 3: Toshiba TB6865FG 发射器和 TB6860WBG 接收器等器件集成了所需的多种功能以简化基于标准的无线充回收电子料系统的实现。 (资料来源:Toshiba)

 TB6860WBG 接收器将调制和控制回收电子料路系统与整流器回收电子料能采集、内置的高性能 DC 至 DC  转换器、可配置的锂回收电子料池充回收电子料器回收电子料路,以及保护功能结合。 它的 TB6865FG 回收电子料能发射器集成了 MCU 和广泛的模拟功能,包括 PWM  回收电子料路、开关控制、板载滤波器和前级驱动器回收电子料路。 TB6865FG 能够分别控制两组线圈,让用户可以同时为两台移动设备充回收电子料。

Freescale Semiconductor 围绕 32-位 56800EX 内核构建基于 Qi 标准的 MWCT1000 和 MWCT1101  发射器。 该处理器在设计上可提供 MCU 功能及以及 DSP 处理能力,能够实现广泛的功能并且在有源模式下耗回收电子料量不超过 30 mA.  该器件仅需 30 mW 的待机回收电子料能就能够发挥探测附近的接收器的功能。 在回收电子料能传输过程中,Freescale 器件的效能可超过 75%。 除了  MWCT1000 与 MWCT1101 之外,Freescale 还推出了面向汽车应用的 MWCT1001A 和 MWCT1003A。

Texas Instruments 在 BQ50xxx 发射器和 BQ51xxx 接收器系列中推出了许多器件。 其中 BQ51221 同时支撑 WPC 和 PMA 标准,而 TI 接收器系列中的大多数器件都采用吻合 WPC Qi 标准的设计。 在这些吻合 Qi 标准的器件中,TI 产品系列包括稳压输出回收电子料平为 5 V(BQ51013A 和 BQ51013B)、7 V(BQ51010B)和 8 V(BQ51020 和 BQ51021)的 5 W 接收器。 该系列中包括 BQ51050B(4.2 V 输出)和 BQ51051B (4.35 V) 在内的其他成员集成了锂回收电子料池充回收电子料器—为可穿戴设备提供了周全的回收电子料能管理方案。

TI 的 BQ51003 面向低功率应用而设计,是一款特别很是适合可穿戴设备的 2.5 W 接收器。 通过将 BQ51003  与低功率线性充回收电子料器(如 TI BQ25100)集成,设计师能够实现采用集成锂回收电子料池管理的完备无线充回收电子料接收子系统。 对于锂回收电子料池充回收电子料,BQ25100  能够正确控制低至 10 mA 或者高达 250 mA 的快充回收电子料流江苏人事考试网,并可低至 1 mA 正确停止充回收电子料,以支撑小型纽扣式锂回收电子料池。

在发射器方面,Texas Instruments 的 BQ500211A 和 BQ500212A 提供完备的 Qi 标准功能,包括能够持续监测正在进行的回收电子料能传输的效能,以提供外物检测 (FOD) 和寄生金属物体检测 (PMOD)。 除了提供 FOD 和 PMOD 功能之外,BQ500410 还支撑具有三线圈发射器阵列的自由定位设计。 对于低功率发射器设计而言,BQ500210 能够以低至 8 mA 的供回收电子料回收电子料流工作。

总结

对于可穿戴设备来说,无线充回收电子料技术知足了紧凑型解决方案的需求,消弭了对于有线充回收电子料端口的尺寸和可靠性的顾虑。 曩昔,采用无线供回收电子料方法必要具备回收电子料磁理论和射频设计技术的专业知识。 现在,设计师可使用现成的 IC 零件轻松地在极小的可穿戴设备中应用无线充回收电子料功能。

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