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基于片外Flash編程加載的無線充電SoC系統的設計與實現

2021年電子技術應用第2期

徐圣楠1，傅桂娥1，2，王維3，張一晉1

1.南京理工大學電子工程與光電技術學院，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： 無線充電技術能使充電器擺脫線路的束縛，實現電源和電器完全分離，相較于傳統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走進人們的生活。研究了基于片外Flash編程加載的無線充電SoC系統，提出該系統的設計和實現方法，總結該無線充電系統在應用中存在的看門狗復位及低功耗問題，并且提出了相應的解決方案。實驗結果表明，該無線充電SoC系統在價格低廉的優勢下能夠滿足小型化、低功耗的設計要求，并且具有優異的無線能量傳輸性能。

關鍵詞： 無線充電 SOC 片外Flash

中圖分類號： TN86；TM724
文獻標識碼： 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系統的設計與實現[J].電子技術應用，2021，47(2)：72-76.
英文引用格式： Xu Shengnan，Fu 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，Fu 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

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

集成化和小型化是無線充電設備的主要發展方向。集成電路技術采用一定的工藝將更多的功能集成到單一的芯片上，給更小型化設備的實現提供了可能。片上系統(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備的設計需求。進一步，使用基于CPU控制的SoC架構^[3-4]能夠有效地增強無線充電設備的可更改性和可維護性。

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集成Flash的方式。但是，P9242將主程序從OTP拷貝到靜態隨機存取存儲器(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]采用片內集成Flash存儲主程序，其工藝難度大，成本相較于OTP更高。文獻[7]和文獻[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，本文在現有無線充電系統^[9-10]的基礎上，設計一種基于片外Flash編程加載的無線充電SoC系統，能夠有效降低芯片設計成本。實驗驗證了該系統在無線充電的處理速度方面能夠滿足協議要求，達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.南京理工大學電子工程與光電技術學院，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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