CN212381197U - 一种数字隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种数字隔离器，具有信号输入模块、隔离电容模块与共模瞬态抗扰模块；所述隔离电容模块与所述信号输入模块及所述共模瞬态抗扰模块连接，将经过所述信号输入模块处理的差分信号隔离传输至所述共模瞬态抗扰模块；所述信号输入模块为阻抗匹配的伪差分电路；所述共模瞬态抗扰模块包括高通滤波电路，用于去除CMTI瞬变时对于共模信号的影响，衰减低频CMTI信号。通过本申请的数字隔离器，可以有效的提高隔离器的共模瞬态抗扰度CMTI，同时，采用多路共用共模的且阻抗匹配的伪差分电路可以在实现同全差分电路一样好的CMTI效果的同时简化了电路结构，大量节省芯片的面积和功耗。

Description

一种数字隔离器

技术领域

本实用新型涉及高压隔离电路领域，尤其涉及一种数字隔离器。

背景技术

高压电容隔离电路被越来越多的应用于处于不同电源域的芯片或***间的信号传输，它可以提供两个或多个芯片或***间高达几千伏的电气隔离，实现不同电源域之间的“地”隔离，提高芯片或***的可靠性。共模瞬态抗扰度CMTI表示隔离器有能力承受其地之间电位差的快速变化，即在共模快速变化时而不会引起误码的能力。高CMTI表示健壮的隔离通道。测试时在隔离器芯片两个地之间加入瞬态高压脉冲作为共模干扰信号，输入端接高电平或低电平，在发生高压脉冲冲击时，要保证输出端信号跟随输入端信号不出错；此时能够承受的最大脉冲信号上升/下降的斜率，被定义为瞬态共模抑制能力，单位为KV/us，CMTI是评价隔离器性能最重要的参数之一，如何提高CMTI能力是隔离器设计的关键，且现有技术中隔离器还存在占用面积大与功耗大的问题。

因此，需要提供一种共模瞬态抗扰高且功耗小的隔离器。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种数字隔离器，包括信号输入模块、隔离电容模块与共模瞬态抗扰模块，有效的提高隔离器的共模瞬态抗扰度CMTI，同时，在采用多路共用共模的且阻抗匹配的伪差分电路时还可以在实现同全差分电路一样好的CMTI效果的同时简化电路结构，大量节省芯片的面积和功耗。

具体地，本实用新型一方面提供一种数字隔离器，具有信号输入模块、隔离电容模块与共模瞬态抗扰模块；所述隔离电容模块与所述信号输入模块及所述共模瞬态抗扰模块连接，将经过所述信号输入模块处理的差分信号隔离传输至所述共模瞬态抗扰模块；所述信号输入模块为阻抗匹配的伪差分电路；所述共模瞬态抗扰模块包括高通滤波电路，用于去除CMTI瞬变时对于共模信号的影响，衰减低频CMTI信号。

优选地，所述高通滤波电路为带共模钳位的二阶或多阶高通滤波电路。

优选地，所述共模瞬态抗扰模块还包括预放大电路，所述预放大电路采用多级放大并在中间串联带共模设置的高通滤波器。

优选地，所述共模瞬态抗扰模块还包括带阻滤波电路，所述带阻滤波电路与所述高通滤波电路共同抑制共模瞬态信号。

优选地，当存在多个伪差分电路时，所述多个伪差分电路共用一路或多路阻抗匹配的共模通路。

优选地，所述共模通路的参考信号采用直流共模信号或输入端的电源信号或地信号。

优选地，所述数字隔离器连接的解调器具有包络检测器与毛刺滤波器。

优选地，所述隔离电容模块为一个或多个电容的串联和/并联电路。

优选地，所述信号输入模块为全差分电路。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.有效地提高了隔离器的共模瞬态抗扰度；

2.简化电路结构，大量节省芯片的面积和功耗。

附图说明

图1为符合本实用新型一优选实施例的数字隔离器的结构示意图；

图2为符合本实用新型一优选实施例的CMTI抑制时的瞬态特性图；

图3为符合本实用新型一优选实施例的幅频特性图；

图4为符合本实用新型一优选实施例的数字隔离器在调制架构的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅附图1，为符合本实用新型一优选实施例的数字隔离器的结构示意图，具有信号输入模块、隔离电容模块与共模瞬态抗扰模块。

隔离电容模块与信号输入模块及共模瞬态抗扰模块连接，本实用新型的数字隔离器中，信号输入模块位于信号的TX端，共模瞬态抗扰模块位于信号的RX端，隔离电容模块将TX端经过信号输入模块处理的差分信号隔离传输至RX端的共模瞬态抗扰模块。

本实用新型不限制隔离电容模块的实现方式，隔离电容模块只是作为本实用新型数字隔离器的信号传输通道，任何可以实现信号隔离传输的电路均在本实用新型的保护范围内，如，隔离电容模块采用一个或多个电容的串联和/并联电路。

为了获得较好的CMTI效果，本实用新型TX端采用信号输入模块对信号进行差分处理，信号输入模块可以采用全差分电路或伪差分电路均可，都在本实用新型的保护范围内。

通过采用全差分电路，可以实现较好的抗共模干扰能力，接收端接收到的信号共模噪声可以被几乎完全抵消，具有较好的CMTI效果，适合长距离传输。但存在一个问题在于全差分电路需要将每一个单端信号进行差分变换，输出两个信号，一个和原信号同相，一个和原信号反相，即对于每一个需要传输的信号而言，都需要一个正相通路，一个反相通路。若需要传输多个信号，如N个，则需要2倍即2N个通路进行信号传输，在信号传输需求大时对线路排布及布线面积要求更高，不利于节省芯片面积。

因此，作为对上述技术方案的改进，在一优选实施例中，本实用新型TX端的信号输入模块采用伪差分电路架构。优选地，为阻抗匹配的伪差分电路。CMTI是隔离器两边地之间电位差的快速变化，通过伪差分电路，只需要一路阻抗匹配的共模通路就可以检测到共地的所有通路上的CMTI带来的共模变化，其他通路可以共用该共模信号作为参考源来做差分。即，在存在多路信号传输时，所有通路只需要共用一条共模通路即可实现检测所有通路上的CMTI带来的共模变化，从而抑制共模干扰，而此时需要的通路为N+1，可以有效的节省芯片面积与功耗。而通过设置共模通路阻抗匹配，可以实现与全差分电路一样好的CMTI效果。

本实用新型中位于RX端的共模瞬态抗扰模块接收隔离电容模块传输信号，用于去除CMTI瞬变时对于共模信号的影响，衰减低频CMTI信号。共模瞬态抗扰模块包括高通滤波电路，优选地，为带共模钳位的二阶或多阶高通滤波电路，抑制稍低频的共模信号和地上的低频抖动。本实用新型中的高通滤波电路可以通过合理的设计低频截至频率来衰减低频扰动，同时通过高通滤波器抑制直流信号，通过共模钳位重设共模信号实现去除前级失配造成的共模点漂移的影响。本实用新型中，不限制共模瞬态抗扰模块中高通滤波电路的阶数，高通滤波电路的阶数可以是二阶也可以是多阶，都在本实用新型的保护范围之内，多阶的高通滤波器有助于提高滤波器的禁带边沿陡峭程度。

参阅图2，为符合本实用新型一优选实施例的CMTI抑制时的瞬态特性图，从图中的瞬态特性可以看出，几千伏的VCM信号经过隔离电容模块之后变成了几伏的V1信号，而通过高通滤波电路后又变成了仅在VCM信号变化的边缘时有小尖峰的V2信号(V2信号的共模电平由VR设定)。优选地，共模瞬态抗扰模块的高通滤波电路后设置差分放大器可以将V2信号的小尖峰去掉。

通过共模瞬态抗扰模块，信号将进入RX端的解调器进行最终的解调，在解调器中，也可以通过多种滤波形式(如毛刺滤波器或低通滤波器等)去除因失配导致的共模转为差模的部分高频信号。参阅图3，为符合本实用新型一优选实施例的幅频特性图，从图3中可以看出，只要设计合理的截止频率，就可以最大程度的衰减CMTI信号而不影响载波信号的放大。

基于上述实施例，在一优选实施例中，在TX端的信号输入模块采用伪差分电路时，RX端的共模瞬态抗扰模块采用带共模钳位的二阶或多阶高通滤波器，该二阶或多阶高通滤波器为伪差分结构提供了良好的阻抗匹配，既实现了与全差分电路一样好的CMTI效果，又可以通过共用一路共模通路大量节省电路的面积与功耗。

采用伪差分电路时，上述多路信号共用一路共模通路是本实用新型的优选技术方案，并非唯一技术方案。本实用新型并不限制伪差分电路中共模通路的数量及共用情况，既可以如上多路(包括两路)共用一路共模，也可以每一路信号都设置自己的共模通路检测CMTI带来的共模变化，也可以多路共用多路共模，即部分共用一路，其他共用或分用多路，都在本实用新型的保护范围之内。优选地，当存在多个伪差分电路时，如上所述，多个伪差分电路共用一路或多路阻抗匹配的共模通路。

在上述实施例中，共模通路的输入信号为其中一路电路的直流共模电压，可以选择TX端的电源，地或其他能反映共模变化的内部参考电位，选择其他电位也可以理解为该技术方案的变形，也在本实用新型的保护范围之内。

在一优选实施方式中，RX端的共模瞬态抗扰模块还包括预放大电路，预放大电路与高通滤波电路连接，接收经过高通滤波处理后共模信号被基本抑制后的信号，预放大电路设置于解调器前端，作为解调前的预处理，采用多级放大并在中间串联带共模设置的高通滤波器，从而进一步提高共模抑制并去除失配的影响。参阅图3，经过预放大电路后输出的信号为V3，其幅频特性如图中所示，通过增加设置预放大电路可以给载波信号提供良好增益的同时进一步衰减共模信号和去除前级的失配。

在一优选实施方式中，RX端的共模瞬态抗扰模块还包括带阻滤波电路，带阻滤波电路与上述高通滤波电路共同抑制共模瞬态信号，以获得较好的CMTI效果。

需要说明的是本实用新型的数字隔离器适用于多种调制-解调架构，如TX部分的调制可以使用OOK调制或者边缘调制亦或是其他调制，RX的解调可以是包络检测或者其他解调方法，均可采用本实用新型的数字隔离器以获得较好的CMTI效果或节省电路空间排布，本实用新型并不限制适用的调制-解调架构的类型，只要采用本实用新型的数字隔离器均在保护范围之内。

参阅图4，为符合本实用新型一优选实施例的数字隔离器在一种调制架构的电路结构示意图。图4给出了一个使用本实用新型的提高CMTI的数字隔离器的电路实施例，该实施例中，隔离器包括由伪差分电路构成的信号输入模块，由多阶高通滤波电路与预放大电路构成的共模瞬态抗扰模块，以及隔离电容模块。

该隔离器实施例中，首先，信号经过调制后通过PA发射出去，同时，TX端的电源VDD(也可以是地或其他内部直流电压参考点)也通过PA发射出去以实现阻抗匹配，阻抗匹配是实现信号的共模和共模通路传输的共模信号匹配的关键。优选的，PA的输出级与隔离电容后面的高通滤波器均具有较好的阻抗匹配。

如上述实施例所述，共模通路传输的共模信号可以采用多路共用，即多个信号通路一个共模通路，以减小电路的功耗和面积。高通滤波电路采用共模钳位的多阶高通滤波电路，用来抑制CMTI瞬变时对于共模信号的影响，衰减低频CMTI信号。预放大电路采用多级放大并在中间串联带共模设置的高通滤波器以提高共模抑制并去除失配的影响。

预放大后的信号进入由包络检测器和毛刺滤波器组成的解调器，用以还原输入信号。包络检测器以去除载波，解调出信号，后级的毛刺消除电路用于去除高频噪声和载波调制带来的误码，噪声和相位损失，从而带来更好的CMTI效果，同时，合理的设置毛刺滤波器的滤波宽度还可以去除因伪差分电路带来的失配而产生的共模转差模的误码，有效降低误码率。

上述基于某种调制架构的数字隔离器仅是一个说明该架构如何实现的一个举例，本实用新型的数字隔离器适用于各种调制架构，并不局限于该实施例。

通过本实用新型的数字隔离器，采用带共模钳位的高通滤波电路与信号输入模块可以有效地抑制共模信号，提高CMTI效果，同时，采用阻抗匹配的伪差分电路可以在保证较好的CMTI效果的同时进一步节省电路的功耗与面积，对于芯片设计具有重大意义。

应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种数字隔离器，其特征在于，具有信号输入模块、隔离电容模块与共模瞬态抗扰模块；

所述隔离电容模块与所述信号输入模块及所述共模瞬态抗扰模块连接，将经过所述信号输入模块处理的差分信号隔离传输至所述共模瞬态抗扰模块；

所述信号输入模块为阻抗匹配的伪差分电路；

所述共模瞬态抗扰模块包括高通滤波电路，用于去除CMTI瞬变时对于共模信号的影响，衰减低频CMTI信号。

2.如权利要求1所述的数字隔离器，其特征在于，所述高通滤波电路为带共模钳位的二阶或多阶高通滤波电路。

3.如权利要求1所述的数字隔离器，其特征在于，所述共模瞬态抗扰模块还包括预放大电路，所述预放大电路采用多级放大并在中间串联带共模设置的高通滤波器。

4.如权利要求1所述的数字隔离器，其特征在于，所述共模瞬态抗扰模块还包括带阻滤波电路，所述带阻滤波电路与所述高通滤波电路共同抑制共模瞬态信号。

5.如权利要求1所述的数字隔离器，其特征在于，当存在多个伪差分电路时，所述多个伪差分电路共用一路或多路阻抗匹配的共模通路。

6.如权利要求5所述的数字隔离器，其特征在于，所述共模通路的参考信号采用直流共模信号或输入端的电源信号或地信号。

7.如权利要求1-6任一所述的数字隔离器，其特征在于，所述数字隔离器连接的解调器具有包络检测器与毛刺滤波器。

8.如权利要求1-6任一所述的数字隔离器，其特征在于，所述隔离电容模块为一个或多个电容的串联和/并联电路。

9.如权利要求1-4任一所述的数字隔离器，其特征在于，所述信号输入模块为全差分电路。

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