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基于片外Flash編程加載的無線充電SoC系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2021年電子技術(shù)應(yīng)用第2期

徐圣楠1，傅桂娥1，2，王維3，張一晉1

1.南京理工大學(xué) 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇南京210094；2.南京睿赫電子有限公司，江蘇南京210018； 3.中國船舶集團有限公司第八研究院，江蘇南京211100

摘要： 無線充電技術(shù)能使充電器擺脫線路的束縛，實現(xiàn)電源和電器完全分離，相較于傳統(tǒng)充電具有更佳的靈活性和安全性。盡管如此，目前市場上的無線充電器普遍價格昂貴，不利于推廣，因此急需成本低且充電性能良好的無線充電系統(tǒng)走進(jìn)人們的生活。研究了基于片外Flash編程加載的無線充電SoC系統(tǒng)，提出該系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法，總結(jié)該無線充電系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的看門狗復(fù)位及低功耗問題，并且提出了相應(yīng)的解決方案。實驗結(jié)果表明，該無線充電SoC系統(tǒng)在價格低廉的優(yōu)勢下能夠滿足小型化、低功耗的設(shè)計要求，并且具有優(yōu)異的無線能量傳輸性能。

關(guān)鍵詞： 無線充電 SOC 片外Flash

中圖分類號： TN86；TM724
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200735
中文引用格式： 徐圣楠，傅桂娥，王維，等. 基于片外Flash編程加載的無線充電SoC系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(2)：72-76.
英文引用格式： Xu Shengnan，F(xiàn)u Guie，Wang Wei，et al. Design and implementation of wireless charging SoC system based on off-chip Flash programming and loading[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(2)：72-76.

Design and implementation of wireless charging SoC system based on off-chip Flash programming and loading

Xu Shengnan1，F(xiàn)u Guie1，2，Wang Wei2，Zhang Yijin1

1.School of Electronic and Optical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，China； 2.Nanjing Ruihe Electronics Co. Ltd.，Nanjing 210018，China； 3.No.8 Institute of China State Shipbuilding Co.，Ltd.，Nanjing 211100，China

Abstract： The wireless charging technology can make the charger get rid of the restrictions of the line, realize the complete separation of electrical appliances and power supply, and have better safety and flexibility than traditional charging. However, at present, the wireless chargers in the market are expensive and thus are not conducive to promotion. Therefore, a wireless charging system with low cost and good charging performance is urgently needed to enter people′s lives. This paper provides a solution of the wireless charging SoC system based on off-chip Flash programming and loading, and elaborates the wireless charging system architecture. The problems of resetting watchdog and low power consumption in implementation are summarized, and the corresponding strategies are provided. Experiment results show that the proposed wireless charging system SoC system can meet the design requirements of miniaturization and low power consumption, and is able to provide good wireless energy transmission performance.

Key words : wireless charging；SoC；off-chip Flash

0 引言

隨著生活質(zhì)量的提高，人們對電子產(chǎn)品的便捷性和通用性要求也越來越高。與傳統(tǒng)接觸式充電模式相比，無線充電主要有兩大優(yōu)點^[1]：一是讓電器與電源之間無任何電氣連接，能夠減少傳統(tǒng)充電方式所帶來的安全隱患，并且大大提高用電設(shè)備的通用性、安全性和靈活性；二是使得充電系統(tǒng)向袖珍型、節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，便于用戶隨身攜帶使用^[2]。

集成化和小型化是無線充電設(shè)備的主要發(fā)展方向。集成電路技術(shù)采用一定的工藝將更多的功能集成到單一的芯片上，給更小型化設(shè)備的實現(xiàn)提供了可能。片上系統(tǒng)(System on Chip，SoC)集成微處理器、無線通信模塊、常用接口等，能夠很好地滿足各種微型智能設(shè)備的設(shè)計需求。進(jìn)一步，使用基于CPU控制的SoC架構(gòu)^[3-4]能夠有效地增強無線充電設(shè)備的可更改性和可維護(hù)性。

目前無線充電芯片主流品牌主要包括IDT、NXP、Nuvoton和ST等。IDT公司的P9242無線充電芯片^[5]采用一次性可編程(One Time Programmable，OTP)存儲器件，相較于將全部程序存儲于片內(nèi)ROM的方式，提供了一次修改芯片程序的機會，同時制造成本也低于片內(nèi)集成Flash的方式。但是，P9242將主程序從OTP拷貝到靜態(tài)隨機存取存儲器(Static Random-Access Memory，SRAM)中運行，因而對于較大的程序需要開辟較大的SRAM，增加了芯片制造成本。NXP的WCT101無線充電芯片^[6]采用片內(nèi)集成Flash存儲主程序，其工藝難度大，成本相較于OTP更高。文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8]分別介紹了兩種基于單片機(Microcontroller Unit，MCU)配合外圍電路的無線充電方案。與集成化芯片的方案相比，這兩種方案的物料成本是最高的。

針對以上缺陷，本文在現(xiàn)有無線充電系統(tǒng)^[9-10]的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種基于片外Flash編程加載的無線充電SoC系統(tǒng)，能夠有效降低芯片設(shè)計成本。實驗驗證了該系統(tǒng)在無線充電的處理速度方面能夠滿足協(xié)議要求，達(dá)到與高成本芯片同等的充電效果。

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作者信息:

徐圣楠1，傅桂娥1，2，王維3，張一晉1

(1.南京理工大學(xué) 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇南京210094；2.南京睿赫電子有限公司，江蘇南京210018；

3.中國船舶集團有限公司第八研究院，江蘇南京211100)

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