近年來(lái)，無(wú)線通信市場(chǎng)發(fā)展日新月異，各種新興的電子產(chǎn)品層出不窮，不斷方便我們的日常生活。作為全球領(lǐng)先的高性能、高能效半導(dǎo)體方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體憑借廣博的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)及微型化封裝優(yōu)勢(shì)，以智能手機(jī)、逾1,000萬(wàn)像素的高分辨率拍照、大功率要求、快速充電及無(wú)線充電、LTE等領(lǐng)域?yàn)橥ㄐ攀袌?chǎng)增長(zhǎng)動(dòng)力，為智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等無(wú)線及便攜式應(yīng)用提供寬廣陣容的產(chǎn)品及方案，包括用于拍照模塊的圖像傳感器、自動(dòng)對(duì)焦和光學(xué)影像穩(wěn)定方案、電源和電池管理(包括智能有線及無(wú)線充電)、RF調(diào)諧、ESD保護(hù)、共模濾波器、EEPROM等等，持續(xù)推動(dòng)無(wú)線及便攜市場(chǎng)的高能效創(chuàng)新。
無(wú)線充電市場(chǎng)趨勢(shì)
對(duì)于所有需要電池的便攜式產(chǎn)品，無(wú)線充電無(wú)疑是一大令人興奮的新技術(shù)，可以擺脫充電器和線纜的束縛，隨時(shí)隨地進(jìn)行充電。
早期的手機(jī)有線充電器規(guī)格為5 V/1 A，隨著智能手機(jī)、平板電腦的興起，以及這類(lèi)便攜產(chǎn)品更快的應(yīng)用程序處理器、更快的無(wú)線上網(wǎng)速度、更大的屏幕及更大容量電池的發(fā)展趨勢(shì)，充電器也逐漸演進(jìn)至3種充電方案：1）智能充電器，規(guī)格為5-12 V/1-4 A，能效視乎智能手機(jī)廠商與墻插式適配器制造商的設(shè)計(jì)。2）移動(dòng)電源On-the-Go(OTG)或一般稱(chēng)為充電寶，能效視乎設(shè)計(jì)。3）無(wú)線充電。
無(wú)線充電技術(shù)于2015年開(kāi)始加速發(fā)展，當(dāng)前已有智能手機(jī)廠商為手機(jī)添加無(wú)線充電模塊，以增強(qiáng)其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但只限于第一代的緊耦合技術(shù)。無(wú)線充電除了緊耦合方案，還有松耦合，以及兼容緊耦合和松耦合的多模方案。
無(wú)線充電的愿景，是無(wú)論何時(shí)何地，無(wú)需配對(duì)或兼容的插座和線纜就可對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行充電。然而，第一代緊耦合或磁感應(yīng)無(wú)線充電技術(shù)在實(shí)現(xiàn)此一愿景方面有很大局限性：必須將設(shè)備置于充電墊上并對(duì)準(zhǔn)精確的位置，其充電范圍有限且不能同時(shí)為多個(gè)設(shè)備充電，也不能在金屬附近使用。緊耦合技術(shù)采用100至200 kHz的頻率范圍，而金屬在此范圍有最高的熱感應(yīng)，所以在有硬幣或鑰匙等金屬物體附近無(wú)法使用緊耦合方案進(jìn)行無(wú)線充電，否則將構(gòu)成安全隱患。
基于松耦合或磁共振或品牌稱(chēng)為Rezence的下一代的無(wú)線充電技術(shù)是基于空間自由的概念，擴(kuò)展無(wú)線電源應(yīng)用“超越充電墊”和配件市場(chǎng)至幾乎任一移動(dòng)電子設(shè)備或表面，采用6.78 MHz頻率，不僅克服上述緊耦合技術(shù)的局限性，而且通過(guò)使用現(xiàn)有藍(lán)牙智能技術(shù)，最大限度地降低對(duì)制造商的硬件要求，也令將來(lái)實(shí)現(xiàn)智能充電區(qū)成為可能，使得無(wú)論是在家里還是在公共場(chǎng)所，都可將多臺(tái)無(wú)線及便攜設(shè)備自由地放置到任意表面隨時(shí)隨地進(jìn)行充電，從而形成無(wú)線充電生態(tài)圈。這是因?yàn)樵谶@些表面下安裝有無(wú)線功率發(fā)射器，電力傳輸會(huì)根據(jù)發(fā)射器功率級(jí)別(Class)和相應(yīng)的接收器功率類(lèi)別(Category)及需要充電的設(shè)備數(shù)量而進(jìn)行。例如，級(jí)別為3的發(fā)射器可傳輸16 W的功率，而智能手機(jī)的接收器類(lèi)別為3即6.5 W，那么它可同時(shí)為2臺(tái)智能手機(jī)充電。由于能同時(shí)為多個(gè)不同功率要求的設(shè)備充電，松耦合無(wú)線充電技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。
圖1. 松耦合 比較 緊耦合
今年6月，電力事業(yè)聯(lián)盟(PMA)和無(wú)線電力聯(lián)盟Alliance for Wireless Power (A4WP)合并，合并后的聯(lián)盟最近正式宣布更名為AirFuel Alliance，將致力整合緊耦合和基于Rezence的松耦合技術(shù)，開(kāi)始是實(shí)現(xiàn)多模無(wú)線充電，即磁感應(yīng)和磁共振并存一段時(shí)間，但最終會(huì)朝向松耦合發(fā)展，并預(yù)計(jì)會(huì)成為無(wú)線充電的標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)為世界大部分的市場(chǎng)所采納。AirFuel Alliance擁有全球科技品牌、供應(yīng)鏈和市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者組成的超過(guò)195家公司成員，如高通、三星、聯(lián)想及安森美半導(dǎo)體等，且其在產(chǎn)業(yè)的勢(shì)頭還在迅猛擴(kuò)增。值得一提的是，安森美半導(dǎo)體的應(yīng)用產(chǎn)品部執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理高騰博(Bob KIosterboer) 代表公司出任董事會(huì)。
標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一是無(wú)線充電得以大量普及的重要因素。AirFuel Alliance已發(fā)布Rezence基本系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(BSS) 1.2.1標(biāo)準(zhǔn)，并與中國(guó)通訊標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）、日本橫須賀研究園寬帶無(wú)線論壇（BWF）和韓國(guó)電訊技術(shù)協(xié)會(huì)（TTA）簽署了合作協(xié)議，旨在采納該最新標(biāo)準(zhǔn)作為各自獨(dú)立管理的國(guó)家無(wú)線電力傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)元素。此外，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)也已發(fā)布包含Rezence無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙低能耗(BLE)配置檔。美國(guó)已通過(guò)首個(gè)松耦合無(wú)線充電的發(fā)射器，預(yù)計(jì)采用松耦合的終端電子設(shè)備將于今年底或2016年初面世。相信配置發(fā)射器和接收器的基礎(chǔ)設(shè)施就緒，松耦合的發(fā)展指日可待。
安森美半導(dǎo)體的無(wú)線充電方案
安森美半導(dǎo)體持續(xù)致力于推動(dòng)高能效創(chuàng)新，作為AirFuel Alliance的董事會(huì)成員，一直積極配合市場(chǎng)趨勢(shì)推動(dòng)Rezence標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)出一系列產(chǎn)品和方案以支持無(wú)線充電應(yīng)用工作于6.78 MHz，包括發(fā)射端的電源管理單元(高達(dá)50 W)、接收端用于智能手機(jī)的4-20 V整流橋、4-12 V電池充電器、100 V USB防浪涌OVP 、接收端用于非智能手機(jī)的1-20 V整流橋、4-12 V電池充電器等等。
圖2. 安森美半導(dǎo)體松耦合無(wú)線電力系統(tǒng)產(chǎn)品陣容(綠色方框)
為滿(mǎn)足多臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行無(wú)線充電的不同功率級(jí)別并優(yōu)化電源能效，安森美半導(dǎo)體積極開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)功率調(diào)諧方案，可根據(jù)不同終端設(shè)備的不同功率要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率調(diào)諧，保護(hù)低功率設(shè)備免受損傷，并優(yōu)化無(wú)線充電發(fā)射器和接收器之間的電源傳輸能效。
隨著全球LTE智能手機(jī)的激增， RF復(fù)雜度日增，再加上智能手機(jī)的物理設(shè)計(jì)越來(lái)越傾向于更大屏幕區(qū)、更纖薄、全金屬外殼，智能手機(jī)需要優(yōu)化技術(shù)以適應(yīng)持續(xù)增加的頻譜分配方案和載波聚合的可能性，通過(guò)RF調(diào)諧以確保天線在所有頻帶上保持高能效。安森美半導(dǎo)體提供不同的RF調(diào)諧方案，能優(yōu)化每個(gè)需充電設(shè)備的功率所需，使發(fā)射器如基站般，調(diào)諧發(fā)射器的功率，達(dá)到最佳接收，進(jìn)行充電，避免因功率過(guò)載而燒毀設(shè)備。如手機(jī)只需5 W，便只供5 W功率充電。
在整流方面，安森美半導(dǎo)體目前提供符合Rezence標(biāo)準(zhǔn)的6.78 MHz快速開(kāi)關(guān)整流器NSR1030QMU和NSR2030QMU的樣品，具超低正向?qū)▔航礦f，能承受30 V的反向電壓VR，額定正向電流IF分別為1 A和2 A，采用UDFN封裝，適用于空間受限的產(chǎn)品應(yīng)用。
又如安森美半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)電池充電器NCP185x系列，充電電壓范圍3.3 V-4.5 V，支持反向USB OTG和快充模式，集成過(guò)壓閉鎖和過(guò)壓保護(hù)功能，采用CSP封裝，關(guān)鍵特性及參數(shù)如下表所示。
表1. NCP185x系列關(guān)鍵特性及參數(shù)概覽
此外，安森美半導(dǎo)體的無(wú)線充電前端接收器電源管理單元(PMU)，以高達(dá)99%的傳輸能效預(yù)擴(kuò)展無(wú)線能量，為移動(dòng)無(wú)線充電生態(tài)系統(tǒng)提供系統(tǒng)遙測(cè)和所需保護(hù)，通過(guò)I2C可編程的平臺(tái)擴(kuò)展靈活性，并集成一系列保護(hù)機(jī)制；電源多路切換開(kāi)關(guān)可為單輸入電池充電器提供2個(gè)不同的充電輸入；無(wú)線充電發(fā)射器PMU為6.78 MHz電力發(fā)射單元提供電源、監(jiān)測(cè)和所需的支持功能，并耦合到藍(lán)牙信號(hào)協(xié)議(BLE)，有助于通過(guò)電力傳輸管理來(lái)調(diào)節(jié)和優(yōu)化施加到發(fā)射線圈的電力；為提升可靠性，安森美半導(dǎo)體還提供ESD保護(hù)器、EMI濾波器及高浪涌TVS保護(hù)器。
雖然無(wú)線充電可能比不上有線充電能效高，但提供了巨大的方便性和靈活性，將成為未來(lái)趨勢(shì)。除了智能手機(jī)，平板電腦、可穿戴設(shè)備、筆記本電腦、媒體播放器、數(shù)碼相機(jī)、無(wú)線耳機(jī)、電腦周邊產(chǎn)品、小型家電、助聽(tīng)器等移動(dòng)設(shè)備廠商也都將推出支持無(wú)線充電的產(chǎn)品。無(wú)線充電技術(shù)還將有助于突破電動(dòng)車(chē)充電瓶頸，推進(jìn)汽車(chē)電氣化的發(fā)展趨勢(shì)。預(yù)計(jì)到2020年，整合無(wú)線充電功能的設(shè)備將達(dá)18億臺(tái)。而隨著標(biāo)準(zhǔn)的逐步統(tǒng)一，松耦合技術(shù)將得以大規(guī)模普及應(yīng)用。據(jù)美國(guó)市調(diào)公司IHS預(yù)測(cè)，到2017年，松耦合技術(shù)料將成為主流無(wú)線充電技術(shù)。
圖3. 支持無(wú)線充電的設(shè)備出貨量
結(jié)語(yǔ)
基于松耦合的Rezence下一代無(wú)線充電技術(shù)，將成為打造未來(lái)無(wú)處不在的無(wú)線充電世界的主流技術(shù)，以方便各類(lèi)設(shè)備的供電，從智能手機(jī)及可穿戴設(shè)備至平板電腦、筆記本電腦、助聽(tīng)器、電動(dòng)工具等等。無(wú)線充電技術(shù)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者AirFuel Alliance將致力推動(dòng)從傳統(tǒng)的墻插式充電到全面采用無(wú)線充電生態(tài)系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)變。安森美半導(dǎo)體基于在無(wú)線和便攜式設(shè)備市場(chǎng)的廣闊技術(shù)和無(wú)引腳微型封裝優(yōu)勢(shì)，以世界一流的供應(yīng)鏈，服務(wù)于需求量大、要求產(chǎn)品快速上市的無(wú)線設(shè)備市場(chǎng)。作為AirFuel Alliance的董事會(huì)成員，安森美半導(dǎo)體引領(lǐng)松耦合無(wú)線充電市場(chǎng)，提供用于松耦合無(wú)線充電市場(chǎng)的電源管理器件和自適應(yīng)功率調(diào)諧發(fā)射和接收器件等一系列高能效關(guān)鍵元件，推動(dòng)無(wú)線充電的發(fā)展，促成無(wú)處不在的無(wú)線充電世界。