這些各具特色的國產無線充電晶元，你知道多少？

來自專欄 華強微電子

2017年9月蘋果發布會上提出The future is wireless，然後推出了AirPower，無線充電爆髮式發展的序幕從此拉開。來自市場研究機構IHS的報告顯示：預計2020年TX出貨達4億台，RX出貨達10億台;2025年TX出貨達8億台，RX出貨達20億台。到2021年，TX可達5億個。不過來自無線充電聯盟WPC的中國聯絡代表余爽表示，這個數據或許會更為樂觀。WPC預測，2019年就可以達到TX 出貨5億台這個數字。

　　另外，來自中國產業信息研究網發布的《2017-2022年中國無線充電行業市場深度分析與投資前景預測研究報告》數據顯示，無線充電市場將從2016年34億美元增加到2022年的140億美元，滲透率從7%提升到60%以上。在2018年之前，無線充電市場將保持50%以上的增長，勢頭十分強勁。

　　不過，無線充電的充電效率、充電速度等一直是行業發展的瓶頸，而其核心因素就是晶元的功率和品質，這一市場也長期被如IDT、TI、NXP、ST、ADI、高通等國際巨頭所壟斷。值得高興的是，近年來國內企業無線充電晶元研究進步明顯，伴隨著市場的爆發，蛋糕做大的同時為國產晶元廠商帶來了新的機遇，國產無線充電晶元廠商也在快速成長。

　　在剛結束不久的由充電頭網舉辦的2018(夏季)中國無線電產業高峰論壇上，編者就看到了許多優秀國產晶元公司的身影。除了國內無線充電領域風頭正盛的易沖無線外，還有包括勁芯微、廈門新頁、伏達、美芯晟、瀚為、柏壹等國內晶元廠商。與以往電源IC領域打法不同的是，各家不再以價格低廉為賣點，更為注重質量和差異化方案以及用戶體驗到打造。下面編者挑選出幾家較為有特色和差異性的解決方案進行介紹，供行業內的小夥伴們參考。

功率器件全集成的智能全橋方案——設計公司：伏達

　　伏達推出的第一代Gen 1 TX解決方案自稱是世界上最為高度集成的TX解決方案，其方案主要由一顆控制晶元和一顆智能全橋晶元SmartBridge構成。從下圖來看，整體方案確實簡潔。另外編者認為，其中的智能全橋晶元可謂是該公司最具特色的產品。伏達把所有功率器件(包括4個MOSFET，4個Driver)都集成到SmartBridge中，因此其整個發射端系統由兩顆晶元就可以實現，對下游產品工程師來說系統設計非常簡單。

　　圖：伏達第一代和第二代方案對比

　　據了解，該公司目前正在出貨的是第一代方案Gen 1(5W以及針對三星10W和蘋果7.5W的方案)， 下一代Gen2方案還在樣片階段。Gen2是針對未來手機需求開發的方案，如15 TX WPC EPP和20W TX，與Gen 1相比，BOM可消減30%;在功率上，Gen1 最高10W，Gen 2最高可做到20W，提升100%。

Gen2 系統架構如下：

　　該公司CEO王新濤介紹稱，Gen 2方案中SoC控制器的存儲提高了一倍，時鐘提高到了48M。第二代SmartBrige除了集成所有功率器件外，同時還集成了Q值檢測、數字解調、DC-DC、以及完全無損的電流採樣。

　　這裡編者也重點提一下，該公司的智能全橋不僅僅適配於其自家控制器，而且也可以適配其他廠家的控制器或MCU產品。所以對下遊客戶來說，既可以選擇伏達提供的捆綁方案，可以自行選擇SoC或MCU 加SmartBrige的方式做各類解決方案，設計靈活方便。

　True 15W RX/TX SoC晶元——設計公司：美芯晟

　　在無線充電接收端，美芯晟摒棄了國內外某些晶元公司的狀態機設計思路，認為接收端的晶元需要非常高的集成度，內部的每個模塊和行為都需要被智能的管理，並且從效率的角度出發，美芯晟也決定採用輸出高電壓、小電流的方式達到大輸出功率的目的。

　　「無線充電不僅僅是電源的技術，更重要的是從系統的角度出發合理分配與管理硬體的行為和性能。」美芯晟總經理程寶洪表示，與市面上某些低壓、大電流方案相比，高壓、小電流方案可以大大節省全橋整流器與接收線圈的阻性損耗。

　　基於上述對SOC晶元和電源系統的理解，美芯晟設計了其稱之為「True 15W」無線接收晶元的MT5715。據了解MT5715內部集成了可編程的大功率LDO，輸出電壓從3V到15V可調，限流從100mA到1.5A可調;內部全橋整流器採用自適應技術，並且可由軟體根據外界條件(電壓、電流、頻率)實時調整;集成了特殊的設計，在15W模式下可保持較高的工作電壓，實現端到端大於90%的系統效率。

　　來一組數據對比下：

　　圖：MT5715 DEMO

　　最後，還值得提到的是，該晶元內部集成了精準的PWM控制器，可以用PWM信號控制全橋整流器的4個MOSFET，使其變為功率發射端。這就使手機等終端設備同時具有無線接收功能和無線發射功能，可實現手機對手機或手機對可穿戴產品進行無線充電。現今帶有OTG功能的手機可以給其他手機充電(需要連接線和HUB)，一些手機廠商也以此為產品的一個賣點。當然無線的方式自然更為方便，這類設計在無線充電全面普及時代或許會有一席用武之地。

　　同套硬體，按需選擇的發射端方案——設計公司：瀚為

　　翰為原是一家方案設計和代理商，後與華潤矽科深度合作，開發出系列無線充電晶元方案。該公司目前主推的是一款名為CS4967的發射端主控方案，據其產品研發總監於萌介紹，該款解決方案最大的特點是一款5W、10W、15W多合一處理方案，具體來說，整個系列由CS4967(主控)、CS4268(驅動)、CS78S33(LDO)構成。系統如下圖所示：

　　「此架構的最大特點是可以通過修改軟體和小部分BOM清單，就可以實現5W、10W和15W不同級別功率，整個硬體架構是不用改變的，而且可以適應不同適配器的需求，適應三星快充和蘋果快充，並且完全按照歐盟無線充電輻射標準。」於萌表示，該晶元特點是採用純數字解碼，通訊穩定性好，有較強的抗干擾能力，而且外圍簡潔，整個BOM元器件數量小於80個，對設計人員來說設計簡單;而且物料共用，物料成本和物料管理成本都會大大降低。

　　從搭載CS4967的DEMO板外觀來看，除主控IC之外，再配備一顆供電轉換IC、兩個線圈驅動MOS及MOS驅動IC，搭配一些電阻電容及LED指示燈即可實現無線充電發射功能，板面元器件面結構還算是比較簡練。

　　此外，因為翰為與華潤西科是深度合作關係，他們有自己的晶元設計、生產、封裝和晶元測試一整套流程，不用擔心交貨問題，滿足客戶交期，對下游廠商來說還是比較有吸引力的。

結語

　　對於功率性電子產品來說，安全和可靠性是製造商和終端用戶非常關心的問題。除了上述各具特色的產品外，編者還看到的一點趨勢是，國內廠商越來越重視產品和質量的把控、自主專利技術的積累和儲備，如柏壹科技，為保證所提供無線充電解決方案的安全可靠，該公司產品具有比行業標準更嚴格的質控。以在無線充電中非常重要的異物保護(FOD)測試為例，行業測試標準是「放入異物，不低於10分鐘，溫度不超過60度」，該公司的標準是「放入異物，不低於20分鐘，溫度不超過55度」。正如該公司產品開發部總監蔣洪文所言，質量是價值與尊嚴的起點。國內各領域晶元公司可以此共勉。

　　相比於IT和通信行業，無線充電行業發展較晚，國內外企業起跑線相較不遠，這也給國內企業與國外企業提供了一較高下的機會。前不久的「中興被禁售」事件更堅定了我們走自主發展晶元的道路的決心，自主可控和晶元國產化將成為未來中國半導體產業發展的主旋律。當前，正是國產晶元公司大有可為的時點，也希望國內的無線充電晶元公司能給行業帶來更多更優秀的方案，讓國內的設備可以用上、用好「中國芯」。