基于FPGA的无线充电器接收器系统设计 2

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基于FPGA的无线充电器接收器系统设计 2

WPC Qi标准还定义了功率传输阶段中的严格时序要求。根据这些要求，本文给出了状态机，包括九种不同状态，并且将根据此状态机编写FPGA控制模块程序。图6说明了控制模块状态机。 每次将接收器板置于无线充电器垫上时，控制程序将进入状态0.如果连接（ping）成功，接收器将进入充电状态。这样控制程序将保持在状态5和6中，控制模块将发出控制错误包以调节充电电流，还将发送接收的功率包以实施FOD（异物检测）功能。 # O5 I( @3 x# f图6：控制模块状态机 - |. g8 s. Q7 J8 g1 T6 }( `, H5.2 计算和Rx及Tx模块 计算模块用于计算信号强度、控制错误和接收功率。在模拟模块中，ADC将向FPGA提供电压和电流信息，计算模块将获取信号强度、控制错误和接收的功率，并将其发送给Rx和Tx模块。 信号强度值可使用以下公式计算得出： 　　 其中，U是监控的变量，Umax是最大值，即功率接收器在数字ping过程中预期该变量所达到的值。 请注意，功率接收器应在U≥Umax时将信号强度值设置为255.此处使用整流电压Vrec作为U，ADC将向FPGA提供10位数字化电压，而FPGA将用其计算信号强度。 接收功率值可由下式计算得出： 7 {# R  w2 U6 W1 r7 J　　 其中，最大功率和功率等级为配置包中包含的值，在低功率无线充电器应用中，最大功率应设置为10.按照WPC Qi 1.1.1版，功率等级应设置为0，这意味着功率接收器应向整流器输出提供- 5 W.请注意，此处公式2中的接收功率值不是实际值。应由下式转换： ) }; s4 s! x; X6 x6 |$ Q! D  {- P　　 其中，如果接收功率值为128，则意味着接收功率为5W. 所有这些算法都在FPGA中实施。 Rx和Tx模块使用来自计算模块的数据来处理数据包，并将这些数据包发送至功率发射器。WPC Qi标准定义了通信中的数据格式。在每次数据传输中，将传输一个数据包。一个数据包由一个用于位同步的前同步码（11位以上1）、指明数据包类型的一字节消息头、消息信息（127个字节）和一个校验和字节组成。一个数据字节为11位串行格式。此格式由一个位起始位、八个数据位、一个校验位和一个位停止位组成。起始位为零。数据位的顺序从最低有效位（LSB）优先。校验位为奇数，停止位为1.数据位采用差分双相码编码，其速度为2Kbps.数据格式如图 7中所示。 7 P& S6 M( A8 L, w图7：数据格式 ! L* s' i1 Q! {' z+ }% [3 M- o6. 结论 通过测试和分析，演示板在主要OEM的无线充电器垫上运行良好。这表明系统稳定可靠，具有一些实用价值。图8显示了此解决方案用于在主要OEM的无线充电器垫上对手机充电。随着便携设备越来越普及，便利充电将成为不断增长的趋势，而无线充电可能是最佳选择。此解决方案采用一些分立式器件和一个FPGA，来验证Qi标准充电器接收器的设计，并对无线充电器接收器系统的架构和设计采用极高的技术参考值。随着无线充电器市场的发展，此方法可极轻松地集成到新的芯片中。 ( u% J& z& X0 G . B( p; H' F! c$ `) w图8：无线充电器垫上的无线充电

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