无线充电Qi协议正向通信FSK的解调设计

白光磊 池卿华 王兆俊 江昊 史佳雯 周天

摘  要： 无线充电Qi协议提出发射器和接收器通过频率调制（FSK）方式进行正向通信，进而建立完整的通信状态控制。接收器可采用测宽法进行频率解调，然而由于电磁耦合变化、负载变化、载波占空比变化、测量量化等引起的误差，该方法无法满足实际应用的要求。该文针对传统测宽法抗干扰能力弱的问题，提出一种窗口滤波算法，通过参考相邻脉冲频率确定当前脉冲的有效频率，极大地提高了测宽法的抗干扰能力。经实例分析，改进后的测宽法抗干扰能力强、逻辑简单，为无线充电正向通信FSK解调提供一种可行的方法。

关键词： Qi协议; 无线充电; 正向通信; 频率解调; 测宽法; 窗口滤波

中图分类号： TN26?34                               文献标识码： A                      文章编号： 1004?373X（2020）08?0001?04

Design of FSK demodulation for forward communication based on

wireless charging Qi protocol

BAI Guanglei1， CHI Qinghua2， WANG Zhaojun2， JIANG Hao1， SHI Jiawen1， ZHOU Tian1

（1. School of Electronic Information， Wuhan University， Wuhan 430072， China; 2. Space Star Technology Co.， Ltd.， Beijing 100086， China）

Abstract： The wireless charging Qi protocol supports the forward communication of the transmitter and the receiver in the frequency shift keying （FSK） mode， and can establish the complete communication state control. The width measurement method can be adopted to perform the frequency demodulation of the receiver， but it may cause errors due to electromagnetic coupling change， load change， duty cycle change of carrier， measurement quantization and so on. Therefore， the method cannot meet the requirements of practical application. In allusion to the weak anti?interference ability of the traditional width measurement method， a window?filtering algorithm is proposed， with which the effective frequency of the current pulse can be determined by referring to the adjacent pulse frequency， which greatly improves the anti?interference ability of the width measurement method. By practical analysis， the improved width measurement method has strong anti?interference ability and simple logic， and provides a feasible method for the FSK demodulation of the forward communication in the wireless charging.

Keywords： Qi protocol; wireless charging; forward communication; frequency demodulation; width measurement method; window filtering

0  引  言

无线充电将充电设备与电源分离，充电更安全，并且具有多机共用、防水防尘、在极其恶劣的条件下也能正常工作的特点，可应用于智能穿戴、移动电子设备、医用植入设备、无线传感网络和防水密封电子产品等 [1?3] 。为了保证充电的兼容性、安全性、平滑性，Qi协议提出完整的状态控制，并给出发射器通过频率调制，接收器端通过频率解调，完成正向通信[3?5]。频率解调非线性变换方法主要包括限幅鉴频法、过零点检测法、频谱分析法及测宽法[6?7]，各方法优缺点如表1所示。测宽法具有检测时间短、实时性高的特点;然而在无线充电系统中，在出现电磁耦合变化、负载变化、载波占空比变化、测量量化等引起误差时，将会导致频率解调出错[7]。……