用于無線電力系統的高精度自適應數字頻率合成器技術方案

一種用于無線電力系統的高分辨率自適應數字頻率合成器集成電路(IC)包括：數控可調環形振蕩器，基于延遲線單元(DL)的鏈，該數控可調諧環形振蕩器適于生成內部高分辨率參考時鐘信號；調諧器單元，其用于接收補償/目標信號作為輸入并且執行產生被提供給環形振蕩器的輔助調諧信號的算術運算，以用于使得該環形振蕩器能夠生成高分辨率輸出時段/頻率；計數器

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于無線電力系統的高精度自適應數字頻率合成器


[0001]本專利技術涉及無線電力傳輸系統領域。更特別地，本專利技術涉及用于無線電力傳輸系統的高精度自適應數字頻率合成器集成電路(IC)。

技術介紹

[0002]在過去幾十年內，對于迅速發展的無線電力傳輸(WPT)技術的興趣日益增加，該技術已經演進為許多日常使用的應用中的標準功能[1]至[5]。WPT技術是消除對線纜的需要并且減少體積敏感的便攜式應用對作為可靠的主要能量源的嵌入式大容量電池的顯著依賴的主要推動者[6]至[8]。
[0003]存在用于近場無線電力傳輸的下述若干現有WPT技術：感應電力傳輸(其將電力從作為細長線圈的“軌道”耦合至接收器上的拾波線圈，其中，軌道和拾波線圈兩者都被調諧在工作頻率以增強電力傳輸)；電容式電力傳輸(CPT——電容式而不是電感式接口來傳輸電力，其中，電容式接口的場被限制在導電板之間，以減輕對增加電感式解決方案的體積和成本的磁通量引導和屏蔽部件的需要)；以及基于諧振的WPT(RWPT——基于諧振耦合的WPT)系統。然而，在靜態WPT應用中并且特別地是在動態應用中，這些技術的主要瓶頸在于電力傳輸能力和效率很大程度上取決于發射側與接收側之間的距離和對準[9]至[11]。
[0004]另外，傳輸介質的耦合系數和負載狀況對環境的變化、部件老化和溫度漂移敏感，這極大地降低了系統的電力傳輸能力。降低WPT系統對變化的敏感性可以通過無源補償來減輕，例如設計在發射側與接受側之間提供松散耦合的匹配網絡[12]至[15]。然而，系統特性仍然很大程度上取決于工作頻率的分量值和精度。為了使系統特性完全不受任何漂移、變化和變動的影響，閉環有源補償是必不可少的。
[0005]用于控制WPT系統的公知方法基于頻率調諧[16]至[24]。若干解決方案采用通過最大功率點跟蹤的頻率調諧[16]至[19]，其中，控制器尋找諧振時獲得的峰值功率且相應地調諧工作頻率。然而，雖然頻率調諧提供了功率調節的靈活性，但是這種方法的代價是系統的潛在緩慢動態特性和整體效率的潛在退化。
[0006]另一已知的自動頻率調諧的技術基于相位角檢測來利用[20]至[24]。雖然可以獲得合理的動態特性，但是這種方法在頻率分辨率與工作范圍之間引入了主要的折衷。這可以通過使用定制設計的面向模擬的架構IC來改善。然而，設計工作、管芯面積和總功耗將顯著地增加。
[0007]另一方面，可以發現面向數字的架構在設計工作和集成方面非常有吸引力[25]、[26]。基于數字的頻率合成器的主要限制因素是常用的數字平臺提供幾百皮秒的量級的時間分辨率[26]至[29]。因為工作頻率可能超過無線網絡調節的分配帶寬，因此即使在固定頻率控制器的背景中，高分辨率頻率合成器也是必不可少的，特別地是在RWPT系統中。例如，在使用的6.78MHz的工業、科學和醫療(ISM)頻帶的操作中，分配的頻帶為15kHz[30]，而在13.56MHz下分配的頻帶為7kHz[31]，這些是用于精確校準的非常窄的帶寬。
[0008]用于合成精確信號的一些現有解決方案是在反饋中使用環形振蕩器，該環形振蕩
器包括奇數個延遲線單元(級)的鏈。延遲級的數目確定振蕩頻率。例如，如果每個延遲級的延遲為1nS，那么由10個延遲級的鏈組成的環形振蕩器將提供10nS的延遲，這相當于100MHz的振蕩頻率。環形振蕩器與計數器結合操作，該計數器對鏈延遲重復的次數進行計數。然而，這些解決方案需要快速且準確的計數器，這是復雜的、消耗功率并且占用硅面積。
[0009]因此，在不顯著地增加功耗和所需的硅面積的情況下，為了在保持高分辨率的同時獲得可調諧的高頻率操作，需要具有可以通過簡單設計流程實現的專門定制的硬件的專用的專用集成電路(ASIC)。
[0010]因此，本專利技術的目的是提供用于WPT系統的自適應高分辨率、可擴展的數字頻率合成器IC架構，其具有降低的功耗和硅面積。
[0011]本專利技術的另一目的是提供克服了由于潛在的漂移、變化和變動引起的限制的用于無線電力系統的高性能自適應高分辨率數字頻率合成器集成電路(IC)。
[0012]本專利技術的另一目的是提供獨立于工作頻率的分量值和精度的用于無線電力系統的高性能自適應高分辨率數字頻率合成器集成電路(IC)。
[0013]隨著描述的進行，本專利技術的其他目的和優點將變得明顯。

技術實現思路

[0014]一種用于無線電力系統的高分辨率自適應數字頻率合成器集成電路(IC)，包括：
[0015]a.數控可調諧環形振蕩器，基于延遲線單元(DL)的鏈，該數控可調諧環形振蕩器適于生成內部高分辨率參考時鐘信號f
ring
；
[0016]b.調諧器單元，其用于接收補償/目標信號作為輸入并且執行產生被提供給環形振蕩器的輔助調諧信號的算術運算，以用于使得該環形振蕩器能夠生成高分辨率輸出時段/頻率；
[0017]c.計數器
?
比較器單元，其向所述鏈引入附加延遲，該計數器
?
比較器單元與環形振蕩器結合操作并且對所述鏈的延遲重復多少次進行計數，以用于提供超精調信號，以調諧數控環形振蕩器的頻率分辨率；以及
[0018]d.自適應分數N抖動模塊，其用于通過對由環形振蕩器的單個延遲線單元提供的分辨率進行平均來增強數控環形振蕩器的頻率分辨率。
[0019]在一個方面，調諧器單元接收用于初始化的預定義參數和補償/參考信號作為輸入，并且輸出下述輔助調諧信號：
[0020]a.粗調信號(Y1)，其限定生成輸出時段/頻率需要多少個完整的振蕩器周期；
[0021]b.精調信號(Y2)，其限定為了提高分辨率應當向振蕩器的鏈添加多少額外的延遲元素；
[0022]c.超精調信號(Y3)，其限定在輸出時段內有多少振蕩器周期應當具有附加的延遲元素；以及
[0023]d.增強信號(Y4)，其限定向振蕩器鏈添加額外的延遲元素的順序，以用于進一步將輸出時段的分辨率提高得比單個延遲線單元的分辨率更精細。
[0024]頻率合成器還可以包括：同步單元，其用于在每個時段期間同時地傳遞和鎖定從調諧器接收的并提供給內部高分辨率參考時鐘信號的輔助調諧參數，以避免頻率毛刺和錯誤的頻率調諧信號的生成。
[0025]在一個方面，計數器
?
比較器單元接收下述作為輸入：
[0026]a.粗調信號；
[0027]b.超精調信號；和
[0028]c.內部參考時鐘f
ring
。
[0029]并且輸出使得能夠向環形振蕩器添加額外的延遲線單元的模信號，以提高輸出信號的分辨率。
[0030]自適應抖動單元可以包括邏輯部件，該邏輯部件適于：
[0031]?
接收由環形振蕩器提供的增強信號和內部參考時鐘信號f
ring
；
[0032]?
在增強信號與內部參考時鐘信號f
ring
之間執行邏輯運算；<本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種用于無線電力系統的高分辨率自適應數字頻率合成器集成電路(IC)，包括：a.數控可調諧環形振蕩器，基于延遲線單元(DL)的鏈，所述數控可調諧環形振蕩器適于生成內部高分辨率參考時鐘信號f
ring
；b.調諧器單元，其用于接收補償/目標信號作為輸入并且執行產生被提供給所述環形振蕩器的輔助調諧信號的算術運算，以用于使得所述環形振蕩器能夠生成高分辨率輸出時段/頻率；c.計數器
?
比較器單元，其向所述鏈引入附加延遲，所述計數器
?
比較器單元與所述環形振蕩器結合操作并且對所述鏈的延遲重復多少次進行計數，以用于提供超精調信號，以調諧數控環形振蕩器的頻率分辨率；以及d.自適應分數N抖動模塊，其用于通過對由所述環形振蕩器的單個延遲線單元提供的分辨率進行平均來增強所述數控環形振蕩器的頻率分辨率。2.根據權利要求1所述的頻率合成器，其中，所述調諧器單元接收用于初始化的預定義參數和補償/參考信號作為輸入，并且輸出下述輔助調諧信號：a.粗調信號(Y1)，其限定生成所述輸出時段/頻率需要多少個完整的振蕩器周期；b.精調信號(Y2)，其限定為了提高所述分辨率應當向所述振蕩器的鏈添加多少額外的延遲元素；c.超精調信號(Y3)，其限定在所述輸出時段內有多少振蕩器周期應當具有附加的延遲元素；以及d.增強信號(Y4)，其限定向所述振蕩器鏈添加額外的延遲元素的順序，以用于進一步將所述輸出時段的分辨率提高得比單個延遲線單元的分辨率更精細。3.根據權利要求1所述的頻率合成器，還包括：同步單元，其用于在每個時段期間同時地傳遞和鎖定從所述調諧器接收的并提供給所述內部高分辨率參考時鐘信號的所述輔助調諧參數，以避免頻率毛刺和錯誤的頻率調諧信號的生成。4.根據權利要求1所述的頻率合成器，其中，所述計數器
?
比較器單元接收下述作為輸入：a.粗調信號；b.超精調信號；和c.所述內部參考時鐘f
ring
，并且輸出使得能夠向所述環形振蕩器添加額外的延遲線單元的模信號，以提高所述輸出信號的分辨率。5.根據權利要求1所述的頻率合成器，其中，所述自適應抖動單元包括：邏輯部件，所述邏輯部件適于：
?
接收由所述環形振蕩器提供的增強信號和所述內部參考時鐘信號f
ring
；
?
在所述增強信號與所述內部參考時鐘信號f
ring
之間執行邏輯運算；
?
產生抖動信號，所述抖動信號順序地使得能夠向所述環形振蕩器添加額外的延遲元素，以進一步提高所述輸出信號的分辨率。6.根據權利要求1所述的頻率合成器，其中，所述自適應環形振蕩器還包括：a.啟動電路，其接收使能信號作為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：阿隆，
申請(專利權)人：卡普科技有限公司，
類型：發明
國別省市：