基于QI协议的无线充电通信系统

胡江浩 张中炜

【摘要】 无线充电技术的学名又叫做无线电能传输，其原理非常类似于变压器，都是通过发射电路产生一个交变电流通过初级线圈，从而在初级线圈上感应出一个交变电磁场，次级线圈通过接收该交变电磁场从而产生感应电流，通过电磁感应实现能源的传输。该文主要介绍了一种无线充电领域中的基于QI协议的通信系统，该通信系统主要是通过ASK与FSK方式进行双向通信，并建立了一个完整的通信状态控制机制从而实现了运用在无线充电领域中的数字通信技术。

【关键词】 无线充电 QI协议 ASK FSK 双向通信

无线充电技术的学名又叫做无线电能传输，其原理是通过电磁波实现能量传输，本文主要介绍了一种在无线充电领域中的通信系统。

一、无线充电通信系统

在本文所介绍的无线充电通信系统中，在发射端与接收端之间有两种通信链路。其中从接收端（RX端）到发射端（TX）的通信为ASK方式，从TX到RX端的通信为FSK方式。

1.1 接收端到发射端通信

这一节主要是介绍从RX端到TX端的通信。包括RX端到TX端调制和RX端到TX端解调。

1、RX端到TX端调制。接收端通过发送通信包来与发射端进行通信，包括能量需求包、接收能量包、接收器ID号包以及版本包、接收器额定功率包、以及充电指令包等。

上图展示了RX端的负载调制技术。RX端通过开关调制电阻（Rm，交流侧或直流侧）或者调制电容（Cm，交流侧）来进行负载调制。对RX端线圈上的电压或电流的调制是通过连接与断开调制阻抗（电阻或电容）来实现的。接着TX端解调器解调在接收线圈上电压（>200mV）或电流（>15mA）的幅度变化。

2、RX端到TX端解调。随着RX端在能量信号上加载通信信号后，TX端必须从能量信号上解调通信信号以便完成后面的整体系统控制。下图显示了在TX端线圈上的能量信号与通信信号的相互耦合。

发射端系统通过软件方式来实现解调，这种技术也称为数字解调技术。发射端系统通过一个简单、低成本的RC电路直接检测在谐振电容上的电压，并通过一个高速的ADC模块处理该信号。当谐振电容的电压值被获取后，等效的谐振电流值也能够计算出来。在这之后，系统继续解调从RX端发过来的数据信号包以便用于之后的系统整体控制。

1.2 发射端到接收端通信

1、发射端到接收端信号调制。发射端通过发送通信包与通信模式包来与接收端进行通信。包的种类包括发射器ID号包、发射器版本包、发射功率包、接收功率包。发射端通过在两个运行频率之间（fop与fmod）切换来调制能量信号。

发射端通过在一个特定的时间间隔调制能量信号从而避免与能量接收端通信的冲突。发射端要在接收端发送过来的请求包之后才能进行信号调制，包括响应请求阶段、校准阶段以及能量传输阶段。

2、发射端到接收端信息编码。发射端以差分双向方式进行编码以便调制数据能顺利加载到能量信号上。为了这个目的，发射端每隔512个周期进行一次数据校准。发射端通过在一个能量信号频率中跳变两次来定义逻辑1，第一次跳变发生在数据位的开始阶段，第二次跳发生在信号能量过了256个周期以后。发射端通过在能量信号频率上使用一次跳变来定义逻辑0，这种方式在512个周期内改变一次频率。

结论：本文通过采用ASK与FSK的通信调制方式实现了通信系统的底层数据的通信。并通过状态机制建立了整个通信系统的状态控制。建立了一个完整的通信状态控制机制从而实现了运用在无线充电领域中的数字通信技术。

参 考 文 献

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