無線充電的標(biāo)準(zhǔn)形成“三分天下”局面

自蘋果8上線無線充電以來，無線充這幾年雖說沒有得到火爆式的發(fā)展，但卻一直在不斷更迭。最新發(fā)布的iPhone手機(jī)，還有國內(nèi)品牌如華為、小米等最新發(fā)布的手機(jī)都有支持無線充電的場景。隨著無線充電標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一、技術(shù)的成熟和市場的推廣，整個設(shè)備通用性和兼容性的問題逐漸一一攻克，無線充電前景非常可期。

想象一下……一個沒有線纜的世界。當(dāng)你在開車的時候，可能你不需要專門停下車去找充電頭或充電線給手機(jī)充電，只需要把手機(jī)放在無線充電的平臺上面，可以隨時隨地地進(jìn)行充電；當(dāng)你在公司工作，在會議期間不需要每天頻繁地去做“插”或“拔”這樣的動作，也可以對你的手機(jī)進(jìn)行無線充電。在英飛凌科技安全互聯(lián)系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)市場經(jīng)理張慶峰看來， 無線充電的發(fā)展趨勢可能會和前一個階段——從有線網(wǎng)絡(luò)到無線網(wǎng)絡(luò)Wi-Fi的趨勢非常類似 ，所以將來無線充電也會非常地植入到我們?nèi)粘５纳町?dāng)中，給我們帶來一個全新的，沒有線纜束縛的無線充電世界。

群雄割據(jù)，三分天下的無線充電標(biāo)準(zhǔn)

此前無線充電的標(biāo)準(zhǔn)可謂群雄割據(jù)，出現(xiàn)了各式各樣的標(biāo)準(zhǔn)，這也是影響無線充電快速普及的一大主要因素。張慶峰介紹到，但發(fā)展到今天，無線充電的標(biāo)準(zhǔn)基本上形成了“三分天下”的局面：

第一種：緊密耦合方式，也叫電磁感應(yīng)。 其代表是WPC Qi標(biāo)準(zhǔn)，工作范圍110-205KHz低頻的頻段。現(xiàn)在幾乎所有的消費(fèi)級手機(jī)、平板電腦，其實都是在跟隨WPC最新的標(biāo)準(zhǔn)。

第二種：磁場共振方式。 它的代表是AirFuel（A4WP與PMA整合之后的新聯(lián)盟），主要針對將來的電動汽車領(lǐng)域，它的充電是通過相同頻譜磁場共振的方式進(jìn)行電力傳輸，工作在6.78MHz頻段。

第三種：非耦合的（Uncoupled） ，通過一些無線的方式進(jìn)行電力傳輸?shù)臒o線充電，包含射頻、超聲以及紅外等。

張慶峰還談到，在前一段時間，NFC組織也推出了專門針對無線充電的NFC無線充電方式，目標(biāo)主要是可穿戴設(shè)備、耳機(jī)，所以它的充電效能在1W左右?？傮w來說，因為大家都看好無線充電將來的發(fā)展方向，所以業(yè)界將對更多的標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)更好的規(guī)范化，這對于整個行業(yè)或者消費(fèi)者來講，其實都是一個非常好的方向，這會幫助企業(yè)研發(fā)更多的技術(shù)和更多的產(chǎn)品，去覆蓋更多生活場景，給我們帶來更多的便利。

在這三個標(biāo)準(zhǔn)之中，從整個商業(yè)化角度來講，可以說WPC Qi目前是主要標(biāo)準(zhǔn)，也是商業(yè)性的領(lǐng)頭羊。目前WPC最新的標(biāo)準(zhǔn)是Qi 1.2.4。市面上看到的這些無線充電產(chǎn)品，無論是發(fā)射端還是接收端的，都是以這個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)。Qi主要是針對智能手機(jī)和手持設(shè)備的無線充電標(biāo)準(zhǔn)。目前主要的手機(jī)制造廠商，如蘋果、谷歌、華為、三星、索尼、OPPO、VIVO、小米都是WPC組織的成員，他們也是在跟隨WPC標(biāo)準(zhǔn)去開發(fā)無線充電設(shè)備。

WPC整個標(biāo)準(zhǔn)定義的目標(biāo)是：

（1）做到充電器跟無線電源全球兼容性和互通性，保證不同設(shè)備的廠家之間可以做到互通。（2）隨著快速充電/高功率的無線充電出現(xiàn)，如何去保證設(shè)備，尤其是電池的安全，進(jìn)而去保護(hù)用戶和消費(fèi)者的人身安全。這是要考慮進(jìn)一步增強(qiáng)的目標(biāo)。

同時，在Qi的整個市場推廣和生態(tài)鏈建設(shè)的當(dāng)中，所有通過了Qi標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的產(chǎn)品會拿到一個Qi的LOGO，即只要通過了Qi的認(rèn)證，并符合Qi相關(guān)的規(guī)范就可以在產(chǎn)品上標(biāo)上一個Qi的LOGO。張慶峰指出，對于終端消費(fèi)者來說，其最直接的好處是：如果我看到這個產(chǎn)品上面有Qi的LOGO，可以放心地、大膽地將手機(jī)放在設(shè)備上充電，因為這個設(shè)備已經(jīng)符合了Qi相關(guān)的安全性、功能性、兼容性檢測。

目前已有超過5000種Qi認(rèn)證產(chǎn)品，WPC無線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi被越來越多地采用。根據(jù)Strategy Analytics市場報告，2018年符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備日出貨量超過100萬件，2019年這個數(shù)字增加到了127萬件/天。可以看到，2019年的出貨量達(dá)到了4.6億件，其中接收端的設(shè)備（手機(jī)、平板、Pad）大概有3.38億件，充電發(fā)射器（TX端）大概是1.27億件。所以，符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備穩(wěn)定增長，2019年同比增長27%。尤其在這里要強(qiáng)調(diào)的是，在充電發(fā)射器（大家所說的無線充電底座）這一塊增長幅度會更大一點，同比增長57%。

無線充電挑戰(zhàn)重重，安全成首要任務(wù)

隨著無線充電越來越得到客戶和市場認(rèn)可，它也面臨了很多新的挑戰(zhàn)。首先，從充電功率來說，目前大于5W的快速充電應(yīng)用日益增多。在最新的一些手機(jī)產(chǎn)品里，有支持到27W的，也有支持到40W的。隨著充電功率的提高，電流越大，產(chǎn)品損壞或劣質(zhì)的、沒有經(jīng)過認(rèn)證的產(chǎn)品會帶來很大的安全風(fēng)險和隱患。

面對這些風(fēng)險和挑戰(zhàn)，WPC從降低產(chǎn)品和人身風(fēng)險層面考慮，新標(biāo)準(zhǔn)Qi 1.3應(yīng)運(yùn)而生。預(yù)計Qi 1.3會在2020年年底正式發(fā)布。

新標(biāo)準(zhǔn)針對無線充電底座的身份鑒權(quán)有了非常明確的要求——要求使用CC/EAL4+高級認(rèn)證硬件（最低要求）對充電設(shè)備的充電器進(jìn)行安全身份驗證。支持一個不低于CC EAL4+ 安全認(rèn)證的硬件安全芯片在充電底座里面。有了這樣的一個標(biāo)準(zhǔn)以后，充電接收器可以對無線充電設(shè)備進(jìn)行身份鑒權(quán)，判斷是否認(rèn)證產(chǎn)品。

其實WPC Qi把整個充電功率劃分幾個等級，有的是需要身份認(rèn)證的，而有些是沒有強(qiáng)制的。首先是Qi BPP，在小于5W的充電產(chǎn)品里，目前WPC最新標(biāo)準(zhǔn)并沒有強(qiáng)制要求身份鑒權(quán)，但是 建議身份驗證 ，其產(chǎn)品中一定要有一個硬件安全芯片支持；但是到了Qi EPP領(lǐng)域，5W-15W的功率范圍，它會 強(qiáng)制要求在充電設(shè)備端進(jìn)行安全身份驗證 。也就是說，必須要有一個硬件安全芯片在產(chǎn)品里。

其實WPC也在擴(kuò)展它的應(yīng)用場景，計劃要把充電功率擴(kuò)展到60W，這也是必須要 強(qiáng)制身份驗證 的，可能到那個時候我們的手機(jī)、平板會以這種高等級的功率進(jìn)行充電。同時它也有一些新的標(biāo)準(zhǔn)，如Ki標(biāo)準(zhǔn)，可能會針對將來的家電產(chǎn)品進(jìn)行無線充電，也包括了對于電動工具、機(jī)器人會有200W充電功率的考慮。

總結(jié)來看， 針對Qi無線充電，所有大于5W的發(fā)射端設(shè)備都要求有基于硬件安全的身份鑒權(quán)。 所以，也正是基于這樣一個標(biāo)準(zhǔn)上的要求，英飛凌推出了OPTIGA? Trust Charge無線充電身份鑒權(quán)方案。

英飛凌OPTIGA? Trust Charge如何保證無線充電安全？

其實英飛凌很早就加入了WPC組織，是整個WPC組織以及身份鑒權(quán)小組的成員，所以英飛凌很早便加入了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和工作流程討論的行列。此次英飛凌推出了最新的OPTIGA? Trust Charge無線充電身份鑒權(quán)解決方案，也是一個交鑰匙（Trunkey）的方案。

OPTIGA? Trust Charge可以滿足市場需求和Qi 1.3安全要求。由于強(qiáng)力身份驗證的市場需求，Qi 1.3規(guī)范要求使用ECC 256加密和X.509版本證書的ECDSA身份驗證，英飛凌的OPTIGA? Trust Charge，是一個完全符合Qi 1.3身份鑒權(quán)的方案，而且支持ECC 256比特密鑰和SHA-2，完全符合Qi 1.3安全驗證的流程和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求。

張慶峰指出，從WPC市場角度來看，在支持高互通性的可擴(kuò)展身份驗證方面，Qi 1.3標(biāo)準(zhǔn)里面，它通過至少3-4個證書鏈的方式來進(jìn)行支持，包括WPC的根證書、制造商證書和產(chǎn)品證書。所以，也會看到英飛凌OPTIGA? Trust Charge方案，通過內(nèi)部的存儲空間擴(kuò)展可支持最多4個X.509證書鏈，能夠滿足Qi 1.3標(biāo)準(zhǔn)的要求。

而非常重要的一點是，既然要做身份鑒權(quán)，就要防止密鑰被盜、被黑客攻擊、被克隆的風(fēng)險?，F(xiàn)在市面上大多數(shù)鑒權(quán)其實很容易被克隆、被破解。Qi 1.3規(guī)范強(qiáng)制要求必須要有一款不低于CC EAL4+認(rèn)證的安全芯片，從而保證芯片里密鑰和證書的安全性?！癘PTIGA? Trust Charge這款產(chǎn)品提供了一個通過CC EAL6+高安全規(guī)格的安全芯片，其安全等級比Qi 1.3的規(guī)范高很多。CC EAL6+也是英飛凌以前針對銀行卡或信用卡這種同等規(guī)格的高安全等級芯片。同時，在有了安全芯片之外，我們要往安全芯片里也有一些相應(yīng)的密鑰注入，包括整個證書的寫入。英飛凌有一個通過了CC EAL6+認(rèn)證的制造工廠，在制造過程中保護(hù)密鑰和證書?！睆垜c峰介紹到。

張慶峰強(qiáng)調(diào)到，OPTIGA? Trust Charge是一個交鑰匙（Turnkey）的方案，更多的是幫助終端用戶輕松集成，所以這是一站式的解決方案，完全符合Qi 1.3標(biāo)準(zhǔn)。同時，我們會幫助客戶提供客戶化的證書、密鑰的配置、滿足設(shè)備制造商的要求。我們還會開放所有的軟件代碼和應(yīng)用的文檔，也就是會在Github這樣的開源網(wǎng)站上看到產(chǎn)品所有的文檔資料和代碼信息。

從接口來看，這款芯片是支持I2C通信接口，它是一個從器件（slave），也就是說這款芯片并非主控芯片，它會跟無線充電的主控制器或者一個MCU通過一個I2C接口進(jìn)行對接，來完成硬件上的連接。芯片規(guī)格大概是3×3mm，USON 10-2封裝形式，完全符合WPC Qi標(biāo)準(zhǔn)。我們一直強(qiáng)調(diào)，這款產(chǎn)品是一個交鑰匙（Turnkey）的方案，所以在提供給客戶的方案里既包含了這款安全芯片，同時也包含對應(yīng)的一套主機(jī)軟件—Host Code，提供源代碼形式，整體源代碼在十幾KB左右。因此，用戶只需要集成到他的MCU或者無線充電控制器里面，配合我們的安全芯片就可以完成整個的開發(fā)過程，縮短整個的開發(fā)周期，節(jié)省客戶的開發(fā)資源。

那么英飛凌的這個解決方案主要面向哪些市場呢？答案是消費(fèi)級和工業(yè)級的產(chǎn)品，例如手機(jī)和平板電腦、筆記本，可穿戴設(shè)備、配件等的無線充電，醫(yī)療技術(shù)設(shè)備的無線充電，公共設(shè)施，樓宇自動化等的無線充電等等，同時英飛凌也針對了這兩個領(lǐng)域進(jìn)行了一些優(yōu)化。

張慶峰還分享了WPC Qi認(rèn)證流程和證書鏈創(chuàng)建流程。

目前這款產(chǎn)品的相關(guān)資料和信息全部都放在GitHub的開源網(wǎng)站上，比如產(chǎn)品簡述、應(yīng)用筆記，甚至是評估板等，張慶峰表示，我們也希望有更多的開發(fā)者、愛好者在這里面能看到英飛凌相應(yīng)的解決方案。同時，對于英飛凌來講，除了OPTIGA? Trust Charge這款安全芯片，其實我們還有很多其它相關(guān)的元器件可以應(yīng)用到無線充電領(lǐng)域，大家也可以在英飛凌官網(wǎng)上查閱專門針對無線充電的應(yīng)用，包含無線充電的主控制器、功率器件、電源器件和安全芯片。英飛凌也有和自己的合作伙伴做出完整的基于英飛凌器件的完整參考設(shè)計，而且這些參考設(shè)計均已通過了WPC Qi認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，在WPC官網(wǎng)上也是可以查到英飛凌的相關(guān)參考設(shè)計。

結(jié)語

作為全球第一大安全芯片的供應(yīng)商，英飛凌對安全問題非常重視。此次的OPTIGA? Trust Charge這款安全芯片，英飛凌在晶圓階段將注入的證書和密鑰寫到芯片的晶圓里去，然后把生產(chǎn)完的晶圓送到自己的后道工廠或者第三方的合作伙伴，完成封裝和后道測試，最終會交到客戶的手里。因此，英飛凌從前道晶圓開始，一直到最終的客戶端，都可以提供一個端到端的信息和數(shù)據(jù)的保護(hù)，來提供高安全等級的安全特性。
責(zé)任編輯:tzh