本发明涉及无线充电及通信技术领域，尤其涉及一种集无线供电与信号交互的模块架构及应用。
背景技术：
无线充电技术源于无线电能传输技术，可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式。小功率无线充电常采用电磁感应式，而大功率无线充电常采用谐振式由供电设备将能量传送至用电的装置。但无论哪一种方式，目前仅能够实现单一能量的转换及传递。
具体说来，传统的小功率无线充电是采用无线充电模块，需要体积较大的耦合线圈，仅做充电使用。若需要增加通信功能，则需要设置单独于电路控制的收发控制模块，因此需要充电模块具有较大体积，进而使得功耗大，模块就无法集成在小型化设备使用。
若布置单独的通信模块，现有的无线数据传输需要专用模块进行通讯，而且需要程序控制收发成本高、实现方式复杂。目前市面采用各种功能模块堆积的方式实现，小信号弱信号的模拟信号采集再经过mcu控制无线发射模块发送数据，电源是通过无线充电模块实现。整个小信号采集过程中，极易受到各种模块的数字干扰，对于信号质量有很大的影响。
技术实现要素：
本发明提供的一种技术方案是集无线供电与信号交互的模块架构及应用，解决传统的无线充电模块与无线通信模块结合问题，特别是将两个功能模块集成于同一个pcb板上进行控制与反馈的问题。
本发明的技术方案是：集无线供电与信号交互的模块架构，包括两个相互匹配的模块：第一模块和第二模块。
其中，第一模块具有电能传输功能和信号发射/接收功能，对应第二模块则具有电能接收功能和信号接收/发射功能。
每个模块均采用充能线路和信号交互线路耦合于同一pcb板的集成线路，当集成线路布置完成后，该集成线路可以同时作为pcb板线圈使用，两个模块之间通过各自的集成线路进行能量耦合。因此，每个模块中传输和供电用同一个天线，同时又避免了传统的缠绕式线圈或单独的线圈结构。减少了模块的堆积，最大限度的减小的板级的干扰，更加适合小信号的采集。
具体的，第一模块主要包括：电源和信号接口、载波时钟晶振、缓冲器、分频器、比较器、滤波器、检波器、pcb板线圈等。
其中，电源和信号接口即可对接外部主控板的接口，用于向第一模块提供电源和信号。
电能传输-无线发射的线路：
由载波时钟晶振、缓冲器等组成高频晶振电路即第一调制单元，电能通过时钟晶振形成震荡波，信号可以调制在载波上。
高频晶振电路将调制好的电波通过pcb板线圈耦合到第二模块实现模块输出。
信号传输-无线发射的线路：
一般，信号包括控制时钟信号ctl_clk、同步信号。
同步信号即触发响应设备的发射端所发射的信号，同步信号经过比较器、滤波器、检波器组成的信号处理单元后进入缓冲器缓存，在时钟晶振形成载波（震荡波）后，同步信号被调制到载波上。
高频晶振电路将调制好的电波通过pcb板线圈耦合到第二模块实现模块输出。
控制时钟信号ctl_clk即控制分频器产生模块输出周期内的脉冲个数时钟信号clk（反馈用时钟信号），该clk通过接口反馈到外部主控板上。其中，该分频器即第一分频器。
信号传输-反馈接收的线路：
由pcb板线圈耦合到第二模块发射过来的反馈信号，该反馈信号经过比较器、滤波器、检波器组成的信号处理单元后到达接口，通过接口反馈到外部主控板上。
具体的，第二模块主要包括：滤波器、整流器、稳压器、检波器、比较器、脉宽调制器、载波分频器、adc、运放电路、数据调制器、pcb板线圈等。
其中，adc（模数转换电路）和运放电路组成了与响应设备直接关联的采集电路。响应设备从adc 运放电路获得控制信号，同时将工作后的反馈信号传输到第二模块中。
电能传输-无线发射的线路：
由天线间耦合可以接收第一模块发射的载有控制信号的电波。
pcb板线圈连接至滤波器、整流器、稳压器组成的电能处理单元，通过线性稳压为第二模块及响应设供电。
信号传输-反馈接收的线路：
同时，pcb板线圈连接至检波器、比较器、脉宽调制器组成的第二调制单元。天线耦合得到的控制信号经过检波、比较后获得信号trigger，trigger信号同时经过稳波和脉宽调制后分别发送至adc 运放电路和载波分频器。
载波分频器即第二分频器在获得pcb板线圈接收的控制信号及脉宽调制后的trigger信号产生了模块周期内的时钟个数，并产生响应设备需要的时钟信号sclk（采集用时钟信号）。
信号传输-无线发射的线路：
响应设备在得到控制信号和时钟信号sclk后产生响应动作，并由响应动作产生反馈信号。该反馈信号由adc 运放电路收集，并经过数据调制器后进入pcb板线圈，根据天线耦合关系发送至第一模块。
第一模块按照其信号传输-反馈接收的线路，将反馈信号发送至外部主控板。
根据上述技术系统方案，本发明还提供一种动态力矩传感器的应用，即该系统可以广泛的适配在传感器上。
对应本系统的两个模块，传感器可以分为两个组成，即设置有第二模块的传感器本体（第二模块也可以集成在传感器本体内），与传感器本体向适配的配合部件，第一模块可以设置在配合部件上或集成在配合部件内。
具体的，传感器本体及配合部件上的第一模块、第二模块具有本系统的所有特征：
第一模块、第二模块均包括采用充能线路和信号交互线路耦合于同一pcb板的集成线路；各模块包括pcb板线圈；
第一模块包括：
可对接外部主控板的接口，用于单向接入电能及双向交互信号；
第一调制单元，通过时钟晶振发生载波，通过缓冲器存放控制信号，并将控制信号与载波调制发送至该模块pcb板线圈；
第一分频器，基于载波上信号产生对应于该控制信号的反馈用时钟信号；
信号处理单元，用于处理控制信号及该模块pcb板线圈上接收的反馈信号；
第二模块包括：
电能处理单元，用于转化该模块pcb板线圈上接收的载波电能并供给给响应设备；
第二调制单元，用于稳定分离载波上的控制信号；
第二分频器，基于分离的控制信号产生并分配采集用时钟信号；
运放电路单元，用于与响应设备进行控制信号与采集用时钟信号的交互，并接收响应设备的反馈信号；
第三调制单元，用于反馈信号的调制并发送至该该模块pcb板线圈。
进一步的，根据上述的应用原理，本发明中还保护了一种动态力矩传感器的应用。
具体的，包括可分离式套装于转轴上的pcb底板。pcb底板包括：发射板和接收板，发射板和接收板是相匹配的。
在发射板上集成布置有输出电能及控制信号并接收反馈信号的第一模块，接收板上集成有接收电能及控制信号并输出反馈信号的第二模块。两个模块均采用充能线路和信号交互线路耦合于同一pcb板的集成线路；各集成线路可同时作为pcb板线圈；
第一模块包括：
可对接外部主控板的接口，用于单向接入电能及双向交互信号；
第一调制单元，通过时钟晶振产生载波，通过缓冲器增加控制信号，并将控制信号与载波调制后发送至该模块pcb板线圈；
第一分频器，基于载波上的控制信号，经过控制信号产生反馈用时钟信号并反馈给对接外部主控板的接口；
信号处理单元，用于处理控制信号及该模块pcb板线圈上接收的反馈信号；
第二模块包括：
电能处理单元，用于转化该模块pcb板线圈上接收的载波电能并供给给响应设备；
第二调制单元，用于稳定分离载波上的控制信号；
第二分频器，基于分离的控制信号产生并分配采集用时钟信号；
运放电路单元，用于与响应设备进行控制信号与采集用时钟信号的交互，并接收响应设备的反馈信号；
第三调制单元，用于反馈信号的调制并发送至该模块pcb板线圈。
本发明的优点是：
1、通过两线pcb走线天线耦合方式进行充电和数据传输，体积小功耗低；便于集成在小型化设备使用。
2、将通过充电的高频信号对数据进行调制，直接通过高频耦合到接收板，实现数据的滤波、检波、获得数据。优点无需复杂单片机、无线发射模块进行控制传输。直接通过逻辑电路实现无线数据的传输。大大的降低了成本、功耗、体积。
3、因为减少了模块的堆积，最大限度的减小的板级的干扰，更加适合小信号的采集。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的模块架构的原理图；
图2为发射模块中电能及信号发射的电路布置图；
图3为发射模块中信号接收的电路布置图。
图4为接收模块中电能及信号接收的电路布置图；
图5为接收模块中信号发射的电路布置图；
图6为集成有发射模块的pcb板；
图7为集成有接收模块的pcb板。
具体实施方式
实施例1：
发射模块，即第一模块，如图2和3所示。
1.通过电源和信号接口j1给发射模块供电，同时提供：控制时钟信号ctl_clk、同步信号
2.u3、u2、y1组成高频晶振电路，产生载波信号提供给u5分频器，同时通过u6、u7驱动缓冲器和载波电路通过线圈耦合到接收板，给接收板供电。
3.通过控制时钟信号ctl_clk，控制u5分频器输出周期内的脉冲个数时钟clk；时钟信号通过j1反馈到mcu。
4.同步信号，通过u4、u8控制天线耦合过来的数据信号。
5.天线耦合的数据信号，再经过检波（d2、d3等器件） 滤波（π型滤波） 比较（u1）得到mcu需要的信号data。
接收模块，即第二模块，如图4和5所示。
1.天线耦合得到信号，通过滤波（c9、c8等器件） 整流（d1、d2、d3、d4） ldo（u3等器件）稳压后得到电源vcc，给接收模块供电。
2.天线耦合得到信号，通过检波（d5、d6等器件） 比较（u8等器件）后的信号trigger，trigger信号同时提供给采集电路，控制采集开启。
3.trigger信号经过稳波脉宽调制生产可调整的脉宽，来控制分频器（u1）生产的周期内的时钟个数，生产采集需要的时钟信号sclk。
4.采集模块（u12、u13、u11）在trigger控制信号、sclk时钟信号作用下，获得采集模块的data数据。
5.数据经过调制模块(u4、u5、u2)，有线圈耦合到发射模块。
实施例2：
一种动态力矩传感器的应用，具体的，包括可分离式套装于转轴上的pcb底板。pcb底板包括：发射板和接收板，发射板和接收板是相匹配的。
在发射板上集成布置有输出电能及控制信号并接收反馈信号的第一模块，接收板上集成有接收电能及控制信号并输出反馈信号的第二模块。两个模块均采用充能线路和信号交互线路耦合于同一pcb板的集成线路；各集成线路可同时作为pcb板线圈；
第一模块主要包括：电源和信号接口、载波时钟晶振、缓冲器、分频器、比较器、滤波器、检波器、pcb板线圈等。
其中，电源和信号接口即可对接外部主控板的接口，用于向第一模块提供电源和信号。
电能传输-无线发射的线路：
由载波时钟晶振、缓冲器等组成高频晶振电路即第一调制单元，电能通过时钟晶振形成震荡波，信号可以调制在载波上。
高频晶振电路将调制好的电波通过pcb板线圈耦合到第二模块实现模块输出。
信号传输-无线发射的线路：
一般，信号包括控制时钟信号ctl_clk、同步信号。
同步信号即触发响应设备的发射端所发射的信号，同步信号经过比较器、滤波器、检波器组成的信号处理单元后进入缓冲器缓存，在时钟晶振形成载波（震荡波）后，同步信号被调制到载波上。
高频晶振电路将调制好的电波通过pcb板线圈耦合到第二模块实现模块输出。
控制时钟信号ctl_clk即控制分频器产生模块输出周期内的脉冲个数时钟信号clk（反馈用时钟信号），该clk通过接口反馈到外部主控板上。其中，该分频器即第一分频器。
信号传输-反馈接收的线路：
由pcb板线圈耦合到第二模块发射过来的反馈信号，该反馈信号经过比较器、滤波器、检波器组成的信号处理单元后到达接口，通过接口反馈到外部主控板上。
第二模块主要包括：滤波器、整流器、稳压器、检波器、比较器、脉宽调制器、载波分频器、adc、运放电路、数据调制器、pcb板线圈等。
其中，adc（模数转换电路）和运放电路组成了与响应设备直接关联的采集电路。响应设备从adc 运放电路获得控制信号，同时将工作后的反馈信号传输到第二模块中。
电能传输-无线发射的线路：
由天线间耦合可以接收第一模块发射的载有控制信号的电波。
pcb板线圈连接至滤波器、整流器、稳压器组成的电能处理单元，通过线性稳压为第二模块及响应设供电。
信号传输-反馈接收的线路：
同时，pcb板线圈连接至检波器、比较器、脉宽调制器组成的第二调制单元。天线耦合得到的控制信号经过检波、比较后获得信号trigger，trigger信号同时经过稳波和脉宽调制后分别发送至adc 运放电路和载波分频器。
载波分频器即第二分频器在获得pcb板线圈接收的控制信号及脉宽调制后的trigger信号产生了模块周期内的时钟个数，并产生响应设备需要的时钟信号sclk（采集用时钟信号）。
信号传输-无线发射的线路：
响应设备在得到控制信号和时钟信号sclk后产生响应动作，并由响应动作产生反馈信号。该反馈信号由adc 运放电路收集，并经过数据调制器后进入pcb板线圈，根据天线耦合关系发送至第一模块。
第一模块按照其信号传输-反馈接收的线路，将反馈信号发送至外部主控板。
本发明实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
1.集无线供电与信号交互的模块架构，包括：输出电能及控制信号并接收反馈信号的第一模块、接收电能及控制信号并输出反馈信号的第二模块；其特征在于：模块包括采用充能线路和信号交互线路耦合于同一pcb板的集成线路；各模块上的集成线路同时作为pcb板线圈；
所述第一模块包括：
可对接外部主控板的接口，用于单向接入电能及双向交互信号；
第一调制单元，通过时钟晶振产生载波，通过缓冲器增加控制信号，并将控制信号与载波调制后发送至该模块pcb板线圈；
第一分频器，基于载波上的控制信号，经过控制信号产生反馈用时钟信号并反馈给对接外部主控板的接口；
信号处理单元，用于处理控制信号及该模块pcb板线圈上接收的反馈信号；
所述第二模块包括：
电能处理单元，用于转化该模块pcb板线圈上接收的载波电能并供给给响应设备；
第二调制单元，用于稳定分离载波上的控制信号；
第二分频器，基于分离的控制信号产生并分配采集用时钟信号；
运放电路单元，用于与响应设备进行控制信号与采集用时钟信号的交互，并接收响应设备的反馈信号；
第三调制单元，用于反馈信号的调制并发送至该模块pcb板线圈。
2.根据权利要求1所述的集无线供电与信号交互的模块架构，其特征在于：所述第一模块的充能线路包括：所述接口、所述时钟晶振、第一模块的pcb板线圈。
3.根据权利要求1所述的集无线供电与信号交互的模块架构，其特征在于：所述第一模块的信号发射线路包括：所述接口、所述信号处理单元、所述缓冲器、第一模块的pcb板线圈。
4.根据权利要求1所述的集无线供电与信号交互的模块架构，其特征在于：所述第一模块的信号反馈线路包括：第一模块的pcb板线圈、所述信号处理单元、所述接口。
5.根据权利要求1或3或4所述的集无线供电与信号交互的模块架构，其特征在于：所述信号处理单元包括：比较器、滤波器、检波器。
6.根据权利要求1述的集无线供电与信号交互的模块架构，其特征在于：所述接口还输入分频器的控制时钟信号；所述控制时钟信号控制第一分频器输出周期内的脉冲个数时钟信号，并将该信号通过所述接口反馈到外部主控板。
7.根据权利要求1所述的集无线供电与信号交互的模块架构，其特征在于：所述第二模块的充能线路包括：第二模块的pcb板线圈、所述电能处理单元；所述电能处理单元包括：滤波器、整流器、稳压器。
8.根据权利要求1所述的集无线供电与信号交互的模块架构，其特征在于：所述第二模块的信号发射线路包括：第二模块的pcb板线圈、所述第二调制单元、所述运放电路单元。
9.根据权利要求1所述的集无线供电与信号交互的模块架构，其特征在于：所述第二模块的信号反馈线路包括：所述运放电路单元、所述第三调制单元、第二模块的pcb板线圈。
10.根据权利要求1或8所述的集无线供电与信号交互的模块架构，其特征在于：所述第二调制单元包括：检波器、比较器、脉宽调制器。
11.一种根据权利要求1所述的集无线供电与信号交互模块架构的应用，其特征在于：包括：设置于传感器本体上的第二模块或集成于传感器本体内的第二模块；与传感器上第二模块相匹配的第一模块；第一模块、第二模块均包括采用充能线路和信号交互线路耦合于同一pcb板的集成线路；各模块包括pcb板线圈；
所述第一模块包括：
可对接外部主控板的接口，用于单向接入电能及双向交互信号；
第一调制单元，通过时钟晶振产生载波，通过缓冲器增加控制信号，并将控制信号与载波调制后发送至该模块pcb板线圈；
第一分频器，基于载波上的控制信号，经过控制信号产生反馈用时钟信号并反馈给对接外部主控板的接口；
信号处理单元，用于处理控制信号及该模块pcb板线圈上接收的反馈信号；
所述第二模块包括：
电能处理单元，用于转化该模块pcb板线圈上接收的载波电能并供给给响应设备；
第二调制单元，用于稳定分离载波上的控制信号；
第二分频器，基于分离的控制信号产生并分配采集用时钟信号；
运放电路单元，用于与响应设备进行控制信号与采集用时钟信号的交互，并接收响应设备的反馈信号；
第三调制单元，用于反馈信号的调制并发送至该该模块pcb板线圈。
12.一种具备权利要求1所述集无线供电与信号交互模块架构的动态力矩传感器，其特征在于：包括可分离式套装于转轴上的pcb底板；所述pcb底板包括：发射板和接收板；
所述发射板上集成布置有输出电能及控制信号并接收反馈信号的第一模块；所述接收板上集成有接收电能及控制信号并输出反馈信号的第二模块；模块包括采用充能线路和信号交互线路耦合于同一pcb板的集成线路；各模块上的集成线路同时作为pcb板线圈；
所述第一模块包括：
可对接外部主控板的接口，用于单向接入电能及双向交互信号；
第一调制单元，通过时钟晶振产生载波，通过缓冲器增加控制信号，并将控制信号与载波调制后发送至该模块pcb板线圈；
第一分频器，基于载波上的控制信号，经过控制信号产生反馈用时钟信号并反馈给对接外部主控板的接口；
信号处理单元，用于处理控制信号及该模块pcb板线圈上接收的反馈信号；
所述第二模块包括：
电能处理单元，用于转化该模块pcb板线圈上接收的载波电能并供给给响应设备；
第二调制单元，用于稳定分离载波上的控制信号；
第二分频器，基于分离的控制信号产生并分配采集用时钟信号；
运放电路单元，用于与响应设备进行控制信号与采集用时钟信号的交互，并接收响应设备的反馈信号；
第三调制单元，用于反馈信号的调制并发送至该模块pcb板线圈。
技术总结