无线充电通信物理层解析---幅值调制

大家好，我是电源漫谈，本文对电力接收器到电力发射器通信界面的物理层和数据链路层进行说明。电力接收器使用反向幅值调制与电力发送器通信。为此，电力接收器调制从功率信号中汲取的能量。功率发射器将此检测视为电流和/或原边线圈的电压。换句话说，电力接收器和电力发送器使用调幅电力信号，为功率接收器到功率发射器提供通讯渠道。

电力接收器应调制它从电力信号中汲取的电量，例如原边电流和/或原边电压，它呈现两种状态，即HI状态和 LO 状态。

一个状态的特征在于振幅在一定Δ变化范围 内恒定时间至少ts 毫秒。如果电源接收器与A10 或 MP-A1类型的发射器原边线圈正确对齐的话，对于所有适当的负载，至少应满足以下三个条件之一：   

HI 和LO 状态下原电边电流的幅值之差至少为15毫安。   

原边电流在 HI 和 LO 状态下的差异至少为15 mA。原边线圈电流是在驱动半桥的控制信号的对应于四分之一周期的瞬时测量的。  

原边线圈电压在 HI 和 LO 状态下的幅值之差至少为200毫伏。 在转换期间，原边电流和原边电压未定义。见图2 和表 4。  

图1 功率信号的幅值调制  

HI 和LO 状态不对应于固定的原边电流和/或原边电压 水平。移动设备的设计要求决定了横向位移的范围， 构成其电力接收器上的正确对准和负载条件范围。  

周期的开始对应于半桥逆变器中顶部开关的闭合。请参阅Qi 规范、功率发射器参考设计或适用的功率发射器参考设计文件。   

图2 功率信号的幅值调制  

注意图2中，两个Δ指的是电流或者电压在一个电平下的变化。另外，电平的转换时间和稳定时间都具有一定的要求。  

电力接收器应使用差分双相编码方案将数据位调制到功率信号上。为此，电力接收器应将每个数据位与内部时钟信号的完整周期tCLK 对齐，使得数据位的开始与时钟信号的上升沿一致。该内部时钟信号的频率应为 fCLK =(2 ± 4%) kHz。   

注意：电力接收器负载上的纹波会在电力发送器电流上产生纹波。因此，这种纹波可能会导致电力发射器中出现误码。如果该纹波的频率接近调制频率 fCLK，误码数会特别高。   

接收器应使用功率信号中的两个转换来编码一个位，使得第一个转换转变与时钟信号的上升沿一致，第二个转变与 时钟信号的下降沿一致。接收器应使用功率信号中单个转换来编码零位，与时钟信号的上升沿一致。   

图3 差分双相编码机制  

解读一下的话，指一个时钟周期中，在边沿处只发生一次转换则表示0，一个时钟周期中，边沿处发生了两次电平转换则表示1.

电力接收器应使用11 位异步串行格式来传输数据字节。这格式由起始位、字节的 8 个数据位、奇偶校验位和单个停止位组成。开始 位为零。数据位的顺序是LSB 在前。奇偶校验位为奇数。这意味着如果数据字节包含偶数个1 位，则接收器应将奇偶校验位设置为1。   

否则，电力接收器应将奇偶校验位设置为零。停止位是1。图4 显示数据字节格式- 包括每个单独的差分双相编码位——以值 0x35 为例。   

图4 数据字节的同步串行格式  

对应于0x35的数据流是0 1010 1100 1 1，则由于这里除了校验位有奇数个1，那就是设为1。  

电力接收器应使用数据包与电力发送器通信。如图所示图5，一个数据包由4部分组成，即前导码、报头、消息和校验和。前导码由最少 11 位、最多 25 位组成，全部设置为1，并进行编码 如第 2.1 节“调制方案”中所定义。  

前导码使功率发射器能够与传入数据同步，并准确检测标头的起始位。 标头、消息和校验和由三个或更多字节的序列组成，编码为 在第2.3 节“字节编码方案”中定义。   

图5 数据包格式  

如果出现以下情况，电能发射器应认为数据包已正确接收：  

§ 电力发射器已检测到至少 4 个前导码位，后跟一个起始位。  

§ 电力发射器未在构成该数据的任何组成数据包的字节中检测到奇偶校验错误。这包括报头字节，消息字节和校验和字节。   

§ 电力发射器检测到校验和字节的停止位。  

§ 电力发射器已确定校验和字节是一致的（请参见第 2.4.3、校验和）。   

如果电力发射器没有正确接收到数据包，电力发射器应丢弃数据包，并且不使用其中包含的任何信息。  

注意：在 ping 阶段以及识别和配置阶段，这通常会导致超时，这会导致功率发射器移除功率信号。  

标头由指示数据包类型的单个字节组成。此外，标头隐式提供数据包中包含的消息的大小。  

消息中的字节数 ，是根据数据包标头中包含的值计算的，如下表 5 的中心栏所示。   

图6 数据包信息大小计算  

注意这里可以看出，第一行的涵义是共有32种编号的信息，每一个信息为1个字节大小，分别用标头0x0-0x1F表示。  

电力接收器应确保数据包中包含的消息与标头中指示的数据包类型一致。请参阅Qi 规范、通信协议以了解可能的消息的详细定义。消息的第一个字节，字节B0，直接跟随 标头部分。  

校验和由一个字节组成，使电力发射器能够检查传输错误。电能发射器应按如下方式计算校验和：  

图7 校验和计算方法  

其中C表示计算出的校验和，H表示头字节，B0、B1、…、Blast 代表消息字节，注意校验和不包含前导符部分。

如果计算出的校验和C与数据包中包含的校验和字节不相等，则电力发射器应认定校验和不一致。   

当且仅当以下情况时，电力发射器才应确定其已正确接收数据包：  

§ 每个数据字节的起始位和停止位正确  

§ 每个数据字节的奇偶校验位正确  

§ 数据包末尾的校验和值正确  

如果电能发射器没有正确接收到数据包，则应丢弃该数据包并继续进行，就好像它没有收到后者一样。  

注意：上述要求意味着电力发射器不响应错误接收的简单查询数据包或数据请求数据包。   

图8 数据包的起始和停止部分  

图 8 放大了数据包的开头和结尾，显示了许多前导码数据位、第一个起始位和最后一个停止位。  

数据包开始的参考时间是在第一个起始位的开始（0）。注意这里前导字符不管，数据包结束的参考时间是在 最后停止位的中心（1）。发送包含奇数个数据字节的数据包后，通信信号 包含附加边。该附加边不是数据包的一部分；它导致的结果是 电力接收器关闭其调制器。  

以上对无线充电数据通信部分进行讨论，主要是接收器向发射器发送的通信部分，这部分采用幅值调制。后续我们再讨论发射器向接收器部分传输时的频率调制方式。

参考资料：WPC Qi 1.3 SPEC.

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