基于片外Flash编程加载的无线充电SoC系统的设计与实现-AET-电子技术应用

基于片外Flash编程加载的无线充电SoC系统的设计与实现

2021年电子技术应用第2期

徐圣楠1，傅桂娥1，2，王维3，张一晋1

1.南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏南京210094；2.南京睿赫电子有限公司，江苏南京210018； 3.中国船舶集团有限公司第八研究院，江苏南京211100

摘要： 无线充电技术能使充电器摆脱线路的束缚，实现电源和电器完全分离，相较于传统充电具有更佳的灵活性和安全性。尽管如此，目前市场上的无线充电器普遍价格昂贵，不利于推广，因此急需成本低且充电性能良好的无线充电系统走进人们的生活。研究了基于片外Flash编程加载的无线充电SoC系统，提出该系统的设计和实现方法，总结该无线充电系统在应用中存在的看门狗复位及低功耗问题，并且提出了相应的解决方案。实验结果表明，该无线充电SoC系统在价格低廉的优势下能够满足小型化、低功耗的设计要求，并且具有优异的无线能量传输性能。

关键词： 无线充电 SOC 片外Flash

中图分类号： TN86；TM724
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200735
中文引用格式： 徐圣楠，傅桂娥，王维，等. 基于片外Flash编程加载的无线充电SoC系统的设计与实现[J].电子技术应用，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

随着生活质量的提高，人们对电子产品的便捷性和通用性要求也越来越高。与传统接触式充电模式相比，无线充电主要有两大优点^[1]：一是让电器与电源之间无任何电气连接，能够减少传统充电方式所带来的安全隐患，并且大大提高用电设备的通用性、安全性和灵活性；二是使得充电系统向袖珍型、节能环保的方向发展，便于用户随身携带使用^[2]。

集成化和小型化是无线充电设备的主要发展方向。集成电路技术采用一定的工艺将更多的功能集成到单一的芯片上，给更小型化设备的实现提供了可能。片上系统(System on Chip，SoC)集成微处理器、无线通信模块、常用接口等，能够很好地满足各种微型智能设备的设计需求。进一步，使用基于CPU控制的SoC架构^[3-4]能够有效地增强无线充电设备的可更改性和可维护性。

目前无线充电芯片主流品牌主要包括IDT、NXP、Nuvoton和ST等。IDT公司的P9242无线充电芯片^[5]采用一次性可编程(One Time Programmable，OTP)存储器件，相较于将全部程序存储于片内ROM的方式，提供了一次修改芯片程序的机会，同时制造成本也低于片内集成Flash的方式。但是，P9242将主程序从OTP拷贝到静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，SRAM)中运行，因而对于较大的程序需要开辟较大的SRAM，增加了芯片制造成本。NXP的WCT101无线充电芯片^[6]采用片内集成Flash存储主程序，其工艺难度大，成本相较于OTP更高。文献[7]和文献[8]分别介绍了两种基于单片机(Microcontroller Unit，MCU)配合外围电路的无线充电方案。与集成化芯片的方案相比，这两种方案的物料成本是最高的。

针对以上缺陷，本文在现有无线充电系统^[9-10]的基础上，设计一种基于片外Flash编程加载的无线充电SoC系统，能够有效降低芯片设计成本。实验验证了该系统在无线充电的处理速度方面能够满足协议要求，达到与高成本芯片同等的充电效果。

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作者信息:

徐圣楠1，傅桂娥1，2，王维3，张一晋1

(1.南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏南京210094；2.南京睿赫电子有限公司，江苏南京210018；

3.中国船舶集团有限公司第八研究院，江苏南京211100)

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