Questo articolo rappresenta la seconda e ultima puntata della serie "La Ricarica Wireless dei Dispositivi Mobili" per la Rubrica Firmware Reload di Elettronica Open Source.
L’INTEGRAZIONE È LA SOLUZIONE DEL PROBLEMA
I circuiti integrati caratterizzati da un elevato livello di integrazione sono in grado di supportare le suddette funzioni in un singolo dispositivo, come mostrato in Figura 1.
Figura 1: Blocchi funzionali del sistema di ricarica senza fili incorporato nei circuiti integrati su singolo chip del trasmettitore e del ricevitore
Oggi consentono di ridurre notevolmente il numero di componenti necessari in un trasmettitore o in un ricevitore tipici. Questa caratteristica permette ai produttori di abbassare significativamente il costo della distinta base dei materiali, semplificando al medesimo tempo la progettazione e snellendo l’assemblaggio. In un sistema di ricarica senza fili conforme ai criteri stabiliti da WPC, un inverter a mezzo ponte o a ponte intero lato trasmettitore converte la tensione continua applicata in una corrente alternata, che viene fatta scorrere in una bobina. Si possono utilizzare diverse configurazioni, quali: a bobina singola di tipo A1, A5 o A11, oppure a tripla bobina di tipo A6. La corrente alternata induce, a sua volta, una tensione alternata nella bobina del ricevitore. Quest’ultimo contiene un raddrizzatore sincrono a ponte intero che converte la suddetta tensione alternata in una tensione continua, la quale viene poi controllata attraverso un regolatore DC/DC a commutazione oppure di tipo lineare a bassa caduta (LDO: Low Drop Out). IDT offre una famiglia di circuiti integrati adatti sia al trasmettitore, sia al ricevitore; questi integrati presentano un elevato livello di integrazione e supportano diverse configurazioni degli avvolgimenti, varie architetture degli inverter e differenti intervalli di tensione in ingresso lato trasmettitore, oltre a molteplici architetture per la sezione del ricevitore. Vi è la possibilità di scegliere, ad esempio, fra il regolatore a commutazione o quello lineare, e con l’opzione di integrare una macchina a stati oppure un microcontrollore. Tra i vari modelli disponibili, il dispositivo IDTP9030 fornisce una soluzione compatibile con la specifica di bassa potenza dell’interfaccia Qi A1/A10, fa parte della prima generazione di prodotti di IDT ed è stato anche il primo circuito integrato al mondo a supportare la progettazione di un trasmettitore di potenza senza fili su singolo chip. Grazie all’impiego di dispositivi come il modello IDTP9030 o il più recente IDPT9038, che appartiene alla seconda generazione di prodotti di IDT destinati ad applicazioni con configurazioni delle bobine di tipo A5/A11, viene ridotta al minimo la necessità di componenti esterni aggiuntivi, come illustrato nella Figura 2.
Figura 2: Il circuito integrato per trasmettitori IDTP9038, realizzato su singolo chip, minimizza il numero complessivo dei chip e dei componenti passivi esterni nelle configurazioni con bobine di tipo A5/A11
Tutti e tre i componenti sono integrati all’interno del trasmettitore IDT:
- IDTP9038 IC Trasmettitore: Sensore di corrente e Rilevatore di oggetti estranei
- Stadio di Potenza con ponte ad H
- Stadio di pilotaggio e di potenza con ponte ad H
- Circuito Integrato di controllo della competizione
Un inverter a ponte intero e ad alta efficienza, che è integrato nel modello IDTP9038, supporta la configurazione delle bobine A5/A11 come definite dallo standard WPC e gestisce la conversione della tensione continua di ingresso in una corrente alternata sulla bobina. È presente, inoltre, un blocco modulatore/demodulatore che rileva, demodula e decodifica i pacchetti di comunicazione conformi allo standard WPC. Nel medesimo dispositivo è integrato anche un microcontrollore dotato di memorie RAM/ROM, in grado di eseguire le istruzioni contenute nei pacchetti decodificati in ingresso e di regolare il punto di lavoro per adattare al ricevitore la potenza del trasmettitore. Il suo funzionamento multi-modale rende questo dispositivo adatto a supportare non solo entrambi gli standard WPC e PMA, ma anche i protocolli proprietari dei clienti, grazie al rilevamento ed alla commutazione dinamici fra gli stessi protocolli, caratteristiche che garantiscono la massima flessibilità nella trasmissione di potenza senza fili. Questo trasmettitore ha anche il riconoscimento multilivello di oggetti estranei ideato da IDT, una funzionalità che impedisce agli utilizzatori di essere esposti a condizioni di pericolo, quali, ad esempio, una temperatura eccessiva nel caso in cui un oggetto metallico venisse posizionato sulla base di ricarica. L’approccio di riconoscimento a multilivello copre e rileva praticamente tutti gli scenari, compresi i casi in cui un oggetto metallico venga appoggiato prima che il telefono sia posizionato, oppure rimanga attaccato al retro del telefono, o, ancora, infilato tra il telefono stesso e la base durante la ricarica. Utilizzando il dispositivo IDTP9030, è possibile realizzare un trasmettitore a singolo chip con un numero complessivo di soli 30 componenti e a meno di un terzo del costo rispetto ad una tradizionale soluzione a componenti discreti. Il modello IDTP9038 rappresenta la prima soluzione disponibile sul mercato per un trasmettitore di potenza senza fili su singolo chip conforme allo standard Qi ed in grado di supportare una tensione di 5 V in ingresso, arricchisce le caratteristiche e le funzionalità del precedente IDTP9030 e, soprattutto, per la prima volta incorpora anche un canale di comunicazione di ritorno. Quest’ultimo permette al trasmettitore di comunicare e scambiare dati con il ricevitore allo scopo di fornire un’autenticazione sicura a due vie. Il suddetto dispositivo, infine, presenta un circuito di controllo proprietario in grado di offrire, in termini di interferenza elettromagnetica, prestazioni misurate inferiori di 10 dB rispetto ai requisiti definiti dal CISPR, riducendo quindi le preoccupazioni legate a possibili interferenze con altri apparecchi elettronici sensibili. Sono già disponibili sul mercato prodotti che grazie ai ricevitori di IDT integrano la capacità di ricarica senza fili e sono adatti per essere utilizzati con le basi di ricarica. Tra questi, va citato l’ultimissimo smartphone G3 di LG, che presenta alcune caratteristiche davvero all’avanguardia, come la ricarica senza fili mantenendo una forma compatta, grazie all’impiego del circuito integrato IDTP9025A di IDT, un ricevitore di potenza senza fili a singolo chip e conforme allo standard WPC. Il dispositivo IDTP9025A risulta ideale anche per i telefoni portatili senza fili, le custodie dei cellulari e per i tablet. Adatto per le applicazioni che richiedono dimensioni estremamente ridotte, come avviene per i dispositivi che si possono indossare, il dispositivo IDTP9026 integra un circuito di ricarica della batteria ed un ricevitore di potenza senza fili in un contenitore (CSP: Chip Scale Package) da 40 pin di dimensioni pari a 2,21 mm x 3,41 mm. La dimensione della soluzione complessiva risulta inferiore a 30 mm2, misura significativa se confrontata con i 65 mm2 delle altre soluzioni attualmente disponibili. Il dispositivo IDTP9026, inoltre, è pienamente compatibile con il trasmettitore di potenza senza fili IDTP9038, che integra un inverter a ponte intero “ad H” ed è il primo trasmettitore sul mercato a singolo chip conforme alle specifiche WPC con ingresso a 5 V.
CONCLUSIONE
La ricarica wireless sta guadagnando terreno, in quanto rappresenta un aspetto rilevante dell’infrastruttura delle comunicazioni mobili. Gli analisti del settore e svariate organizzazioni commerciali ritengono ora che un grande numero di consumatori ricaricherà il proprio dispositivo portatile senza usare cavi di collegamento e impiegando, piuttosto, tappetini di ricarica in postazioni che vanno dall’abitazione all’aeroporto o all’automobile. Ora che esistono standard consolidati in grado di garantire una interoperabilità diffusa, la ricarica senza fili richiede trasmettitori e ricevitori fortemente integrati che rispettino i suddetti standard allo scopo di mettere a frutto il potenziale di questa tecnologia, che diventerà per certo il metodo di ricarica preferito da quanti utilizzano dispositivi portatili in ogni dove.
