中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
市場(chǎng)發(fā)展趨勢
近年來(lái)，在智能手機和智能手表等眾多的應用領(lǐng)域，由于可以取消充電端口并提高防水和防塵性能，無(wú)線(xiàn)供電功能的應用越來(lái)越廣泛。同樣，在小型薄型設備領(lǐng)域，對這種非常方便的無(wú)線(xiàn)供電功能的需求也日益增長(cháng)。另一方面，由于天線(xiàn)形狀、尺寸和距離等因素會(huì )影響到能否實(shí)現供電功能以及供電效率，因此需要在電子設備整機上反復進(jìn)行試制、調整、評估等工作之后才能實(shí)現無(wú)線(xiàn)供電功能，這使得天線(xiàn)設計和布局設計方面的開(kāi)發(fā)負擔非常繁重。因此，業(yè)內對于更好地通用于小型設備的無(wú)線(xiàn)供電標準和方式的期望值越來(lái)越高。
無(wú)線(xiàn)供電方式及其特點(diǎn)
無(wú)線(xiàn)供電方式有很多種，比如磁共振方式（通過(guò)使發(fā)射端和接收端的諧振器形成磁場(chǎng)共振來(lái)傳輸電力）和電磁感應方式（利用在發(fā)射端和接收端之間產(chǎn)生的感應磁場(chǎng)來(lái)傳輸電力）。其中，磁共振方式的13.56MHz無(wú)線(xiàn)充電，因其頻率高而具有可采用更小型天線(xiàn)的特點(diǎn)。
ROHM推出的無(wú)線(xiàn)充電模塊為天線(xiàn)和電路板一體型模塊，支持13.56MHz，可輕松實(shí)現小型薄型設備的無(wú)線(xiàn)供電功能。
圖1. 無(wú)線(xiàn)供電方式比較
支持13.56MHz高頻段的無(wú)線(xiàn)充電模塊“BP3621”和“BP3622”簡(jiǎn)介
此次介紹的“BP3621（發(fā)射端模塊）”“BP3622（接收端模塊）”是業(yè)內率先（截至2021年11月ROHM調查數據）使用13.56MHz頻段的小型通用無(wú)線(xiàn)充電模塊，可提供高達200mW的供電量，而且，通過(guò)優(yōu)化天線(xiàn)/布局設計實(shí)現了約20mm～30mm見(jiàn)方的小尺寸模塊。由于可以顯著(zhù)減少優(yōu)化供電效率所需的試制、調整、評估等工作的開(kāi)發(fā)工時(shí)，因此可以輕松實(shí)現小型薄型設備的無(wú)線(xiàn)供電功能。此外，內置天線(xiàn)還支持雙向數據通信和NFC Forum Type3 Tag通信，這將有助于擴展應用產(chǎn)品的通信功能。
照片1. 無(wú)線(xiàn)充電模塊“BP3621”和“BP3622”
接下來(lái)介紹“BP3621”和“BP3622”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本產(chǎn)品”）的具體功能及其效果。
可大大縮短開(kāi)發(fā)周期，并輕松實(shí)現無(wú)線(xiàn)供電功能
本產(chǎn)品采用了特有的匹配調整的天線(xiàn)設計技術(shù)、以及可以減少布線(xiàn)損耗的電路板布局設計技術(shù)。作為集成了這些技術(shù)的天線(xiàn)和電路板一體型模塊，與天線(xiàn)和控制電路單獨配置的情況相比，可以保證饋電特性，因此無(wú)需進(jìn)行天線(xiàn)設計、布局設計和饋電特性評估即可進(jìn)行產(chǎn)品評估。這將顯著(zhù)縮短開(kāi)發(fā)周期和電路板修改的設計負擔，并可輕松實(shí)現無(wú)線(xiàn)供電功能。
圖2. 開(kāi)發(fā)流程對比示意圖
外殼設計的靈活性更高
本產(chǎn)品采用13.56MHz高頻段的磁共振方式，天線(xiàn)尺寸更小，從而能夠將天線(xiàn)、匹配電路和無(wú)線(xiàn)充電IC集成在小型電路板上，這是現有無(wú)線(xiàn)供電標準難以實(shí)現的。尺寸方面，發(fā)射端模塊“BP3621”為35.0mm × 26.0mm × 1.5mm，接收端模塊“BP3622”為24.0mm × 17.0mm × 1.5mm。另外，將所需元器件全部安裝在正面，通過(guò)采用背面全平的電路板結構，使其更易于粘貼在外殼上，從而有助于簡(jiǎn)化外殼結構并提高設計靈活性。
圖3. 產(chǎn)品尺寸和外觀(guān)
通過(guò)模塊內置的天線(xiàn)，擴展數據通信功能
由于本產(chǎn)品使用與NFC通信標準相同的13.56MHz高頻段，因此通過(guò)模塊內置的天線(xiàn)可以同時(shí)支持供電和通信兩種功能?？蛇M(jìn)行雙向數據通信（通信速度為212kbps，最多256字節）和NFC Forum Type3 Tag通信，有助于擴展應用產(chǎn)品的數據通信功能，比如傳感器數據、設備信息和認證信息的數據安全傳輸與改寫(xiě)、固件下載、電池輸出電壓值的發(fā)送等。
圖4. 無(wú)線(xiàn)數據通信示意圖
無(wú)線(xiàn)充電模塊采用案例
為了提高便利性并實(shí)現防水防塵功能，業(yè)內已經(jīng)在研究在各種應用設備中內置無(wú)線(xiàn)充電模塊。對于無(wú)線(xiàn)連接正在逐漸成為標配的電腦鍵盤(pán)而言，可以說(shuō)是一個(gè)很好的應用案例，因為可以省去更換電池和通過(guò)數據線(xiàn)連接充電的麻煩。通過(guò)從內置供電模塊的平板電腦向內置電力接收模塊的移動(dòng)鍵盤(pán)供電，可以實(shí)現無(wú)需更換電池、無(wú)需充電的完全無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)。
圖5. 應用案例
本產(chǎn)品還適用于要求防水和防塵的設備，例如電子貨架標簽和GPS跟蹤器等應用。電力接收模塊的重量?jì)H為0.38g，因此在某些案例中，通過(guò)安裝無(wú)線(xiàn)充電模塊，就可以使用更小容量的電池，有助于減輕電子設備的重量。預計本產(chǎn)品在未來(lái)將會(huì )擴大應用到更多案例中。
提供應用指南，為客戶(hù)設計提供大力支持
ROHM在官網(wǎng)上發(fā)布了應用指南，致力于進(jìn)一步為客戶(hù)輕松實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電功能并縮短開(kāi)發(fā)周期貢獻力量。在應用指南中，提供了作為主要功能的電源功能和通信功能的設置條件、以及使用連接方法等內容。今后，ROHM還計劃擴大評估板等產(chǎn)品的陣容，進(jìn)一步強化支持體系，以促進(jìn)無(wú)線(xiàn)充電模塊的普及。
圖6. 應用指南
結語(yǔ)
未來(lái)，ROHM將繼續擴充外形小巧、輸出功率高的無(wú)線(xiàn)充電模塊產(chǎn)品陣容，進(jìn)一步拓展應用領(lǐng)域，擴大適用的目標設備范圍，為減少客戶(hù)的設計開(kāi)發(fā)周期和提高應用產(chǎn)品的便利性做出貢獻。
圖7. 產(chǎn)品陣容
