解读磁感应与磁共振 无线市场的主导技术

　　引言

　　无线充电技术是电子行业增长最快的领域，得到了广泛应用。消费者对电池供电便携式电子设备的需求，以及极不方便的不断进行充电等因素促使该技术的应用高速增长。具有无线充电功能的便携式设备发展非常迅猛，随着这种趋势的继续，无线充电将成为我们日常生活的一部分，是一种便携式设备使用习惯。

　　考虑到开发标准、小型化解决方案和低成本等因素，磁感应（MI）和磁共振（MR）是消费类市场上的两种主要无线充电传送技术。由于紧密的磁耦合，MI目前具有较高的电力传送能力，易于设计，转换效率较高，而MR更具空间自由度，每个发射台支持多个接收器件，对近场金属物体的热积累影响较小。在MI领域主要有两种标准：无线充电联盟（WPC）的‘Qi’标准，以及充电事物联盟（PMA）的相关标准。对于目前基于MI的便携式设备设计人员，这带来了能否确保Qi和PMA两种标准兼容的问题。MR标准主要是由A4WP （无线充电联盟）控制的。Qi或者PMA标准的产品兼容性目前还在讨论中，预计明年就会出现基于A4WP的产品。本文介绍无线充电以及相关的MI和MR技术。还会讨论芯片制造商怎样实现当今的MI无线充电接收器IC，帮助克服MI技术的双重标准问题。

　　高速发展的无线充电技术

　　在我们日常个人生活以及商业活动中，充电和数据传输所需要的有线连接难免有很多不便之处。无线数据访问已经非常普遍了，而充电却还没有达到相似的无线应用水平。外出旅行时，要带上墙插充电器、电缆和适配器，到处找"公共"电源去充电，非常麻烦。

　　如果出于多方面的考虑而建设广泛分布的无线充电辅助支撑系统，这会对移动电话很有好处。高亮度大屏幕、功能强大的多核处理器、板上射频阵列、需要实时数据的应用程序，以及新的生物应用等都导致一天要多次充电。消费者要求更轻更薄的设备也推动了这一需求。然而，锂电池的功率密度并没有随之相应的增长。为满足消费者的需求，很多便携式设备生产商已经发售了符合Qi （目前主要的无线充电标准）标准的移动电话。移动电话运营商也希望能够对移动设备不断进行充电，传送无线数据，因此，积极推动建设无线充电传送辅助支撑系统。

　　要随时随地进行充电，把设备放在能够无线充电的设备表面即可，这要求充电发射台无处不在。在一些前端已经开始了建设。Qi和PMA发射台目前以多种形式用在家庭和办公室中。丰田和克莱斯勒等汽车公司新款汽车采用了Qi发射器，很快还会提供更多的制造/模型和大量的售后汽车解决方案。PMA迅速在一些合作伙伴那里得到了应用，餐馆、零售店、饭店以及其他公共场合都可以实施无线充电辅助支撑系统和智能网络，从而吸引更多的消费者，有可能带来更大的收益。例如，星巴克的"Never PowerlessTM"计划从去年开始，首先在马萨诸塞州波士顿安装，随之在硅谷地区建设新站，中期计划是在美国提供1百多万个充电点。

　　建设好发射站辅助支撑系统后，对设计支持多种无线充电标准的移动设备最有利。IDT等企业推出的模拟和数字技术发展非常快，最近IMS的研究报告也表明对无线充电的需求很大，今后几年将呈现出高速增长的局面，2016年达到300Mu，2018年达到1Bu。这说明2011年虽然几乎还没有这一市场，但今后会有强劲的增长。

　　图1.通过无线充电技术，移动电话等便携式设备的使用会更加方便，
人们不用再携带很多专用充电器和电缆。

　　磁感应（MI）和磁共振（MR）技术

　　磁感应技术（Qi和PMA）是首先面市的，是新生无线充电市场的主导技术。但是，磁共振（A4WP）相对于MI也很有优势，也面临一些挑战。A4WP 6.78MHz的固定工作频率与Qi的110-205KHz工作范围相比，依据法拉第的电感定律，松耦合因子（位置更灵活）的充电传送效率更高。更高的频率以及更高的线圈电压使得接收线圈更小更薄，移动设备的机械结构更容易实现。高频工作的另一好处是，其表面涡流很小，因此，对发射台附近金属物体的热辐射也很小。这也就意味着，待充电设备（例如，电池）中的杂散金属不会积热。A4WP标准使用了双向Bluetooth®节能（BLE）带外信号，与待充电设备进行通信，对电源进行调节。相反，Qi和PMA使用负载调制单向带内通信方法，将电源调节信息传送回发射器。Qi方法简单，成本低，但是只能处理一个接收器，受限于低速通信，容易受到系统产生的 EMI的影响。

MR实施起来会遇到一些难题，针对大批量应用市场需要进一步采取措施，提供产品解决方案。MR接收器使用了LC谐振腔，高Q因子直接工作在共振频率上。难点是当温度和电压变化时，谐振腔不太