一种数字信号隔离器制造技术

本发明专利技术提供了一种数字信号隔离器，包括：振荡器、片上微变压器、解调模块和OD门；振荡器在输入信号为高电平时，产生振荡频率高于输入信号的振荡信号，传输到片上微变压器的初级端；片上微变压器根据振荡信号，在次级端感应出调制信号，并将所述调制信号传输给解调模块；解调模块的输入端与片上微变压器的次级端连接，对接收到的调制信号进行解调，产生与输入信号频率相同的信号；OD门与解调模块的输出端相连，并被解调模块产生的信号驱动，使得从OD门的输出端输出与输入信号相位相反的输出信号。本发明专利技术的数字信号隔离器可以兼容四端口光耦器件，可以在系统级实现对四端口光耦器件的1：1替换。

A digital signal isolator

The present invention provides a digital signal isolator comprises an oscillator, on-chip micro transformer, demodulation module and OD gate; oscillator in the input signal is high when the oscillation frequency is higher than the oscillation signal of the input signal, transmitted to the primary on-chip micro transformer; on chip transformer according to the oscillation signal in the secondary terminal induced modulation signal and the modulated signal is transmitted to the demodulation module; the input end of the demodulation module and on-chip micro transformer secondary terminal connection, demodulates the received signal, generates a signal with the same frequency of the input signal; OD gate output and demodulation module is connected with the signal and demodulation the drive module, the output signal from the phase of the output and input signal output end of the door opposite OD. The digital signal isolator of the invention can be compatible with the four port optocoupler and can be replaced at the system level for the 1:1 of the four port optocoupler device.

【技术实现步骤摘要】
一种数字信号隔离器
本专利技术涉及信号隔离器，具体来说涉及一种基于片上微变压器的四端口数字信号隔离器。
技术介绍
光电耦合器经常被应用在需要电气隔离的工作环境中，光耦器件的重要作用就是实现数字信号的隔离，减小系统间的相互干扰，消除噪声干扰，从而保证不同传输系统正常工作；另外，保护器件(或人)免受高电压的危害也是光耦器件的一个重要作用。四端口光耦器件是应用最为普遍和广泛的一种光耦器件，图1为现有技术中的四端口光耦的电路原理示意图，如图1所示，现有技术中的四端口光耦器件具有四个端口：输入端口、输出端口、第一接地端GND1和第二接地端GND2。四端口光耦器件的主要工作方式为利用“电-光-电”的能量转换来实现输入信号与输出信号的完全隔离，主要应用范围有计算机终端、测量系统、寄存器、复印机、自动提款机、家用电器等设备。其运用范围非常广泛，相应的技术也比较成熟。但由于光耦存在体积大、功耗大、易老化、传输速率慢、传输信号带宽低等缺点，已经无法适应现代电子系统集成度不断提高的要求，目前如ADI公司、TI公司等已经分别研制出电磁耦合和电容耦合等方式的隔离器。但上述隔离器实现形式与光耦存在较大区别，芯片管脚数量较多，无法实现与四端口光耦1：1替换，需要对原有系统进行重新设计。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种四端口数字信号隔离器，该数字信号隔离器可以兼容四端口光耦器件，可以在系统级实现对四端口光耦器件的1：1替换。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种数字信号隔离器，该数字信号隔离器包括：振荡器、片上微变压器、解调模块和漏极开路门；所述振荡器，用于在其输入端的输入信号为高电平时，产生振荡频率高于输入信号的振荡信号，并将所述振荡信号传输到所述片上微变压器的初级端；所述片上微变压器的初级端与所述振荡器的输出端连接，用于根据从初级端接收到的振荡信号，在次级端感应出调制信号，并将所述调制信号传输给所述解调模块；所述解调模块的输入端与所述片上微变压器的次级端连接，用于对接收到的调制信号进行解调，产生与输入信号频率相同的信号；所述漏极开路门与所述解调模块的输出端相连，并被所述解调模块产生的信号驱动，使得从所述漏极开路门的输出端输出与输入信号相位相反的输出信号。较佳的，所述片上微变压器为单变压器；所述片上微变压器中包括：具有中心抽头的初级线圈和次级线圈；其中，初级线圈的中心抽头接收到输入信号，初级线圈的正极和负极分别连接到振荡电路，次级线圈的正极和负极分别连接到解调模块；当输入信号为高时，初级线圈与振荡电路形成振荡回路，产生高频信号，随后在次级线圈中感应出相应的调制信号，并将所述调制信号传输给所述解调模块。较佳的，所述片上微变压器中包括两个级联的第一变压器和第二变压器；其中，第一变压器中包括：具有中心抽头的初级线圈和次级线圈；其中，初级线圈的中心抽头接收到输入信号，初级线圈的正极和负极分别连接到振荡电路，次级线圈的正极和负极分别与第二变压器连接；第二变压器包括：初级线圈和次级线圈；第二变压器的初级线圈的与第一变压器的次级线圈连接，第二变压器的次级线圈与解调模块连接。较佳的，所述振荡器为NMOS交叉耦合振荡器；所述NMOS交叉耦合振荡器包括：第一NMOS管、第二NMOS管和第一电容；所述第一NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的漏极连接；所述第二NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的漏极连接；所述第一NMOS管和第二NMOS管的衬底与源极均一起连接到第一接地端；所述第一电容的两端分别与所述第一NMOS管和第二NMOS管的漏极连接。较佳的，所述解调模块为包络检波电路；所述包络检波电路包括：二极管、第二电容和第一电阻；所述二极管的阳极与所述片上微变压器的次级端的正极连接，所述二极管的阴极分别与所述第二电容的正极和所述第一电阻的正极连接；所述第二电容的负极、所述第一电阻的负极和所述片上微变压器的次级端的负极一起连接到第二接电端。较佳的，所述第一电阻的阻值大于二极管的导通电阻。较佳的，所述漏极开路门包括：第三NMOS管；所述第三NMOS管的栅极与所述第一电阻的正极连接，所述第三NMOS管的衬底和源极分别与第二接电端连接，所述第三NMOS管的漏极作为输出端。较佳的，所述片上微变压器包括至少三层金属层；所述片上微变压器的初级线圈采用最底层的金属层制成；所述片上微变压器的次级线圈采用最高层的金属层制成；所述片上微变压器的隔离层设置在所述最底层的金属层和所述最高层的金属层之间。较佳的，所述片上微变压器包括五层金属层；所述片上微变压器的初级线圈采用最底层的第一金属层制成；所述片上微变压器的次级线圈采用最高层的第五金属层制成；所述片上微变压器的隔离层为设置在位于所述第一金属层和第五金属层之间的第二金属层、第三金属层和第四金属层之间的绝缘层；所述第二金属层、第三金属层和第四金属层的各层之间全部填充绝缘材料形成所述绝缘层，从而作为初级线圈和次级线圈之间的隔离层。较佳的，所述隔离层为二氧化硅或氮化硅的混合物。较佳的，所述振荡器和所述片上微变压器封装在同一个芯片中；所述解调模块和所述漏极开路门中的第三NMOS管封装在另一个芯片中；两个芯片之间通过所述片上微变压器的次级端引出的键合丝连接。由上述技术方案可见，在本专利技术的数字信号隔离器中，采用微变压器电-磁-电转换实现实现了系统输入与输出的完全隔离，从而实现了四端口隔离器的功能，可以替代现有技术中的四端口光耦，并克服了现有技术中的四端口光耦的缺陷，具有成本低、传输信号带宽高和功率损耗小等特点，并且其电路反应速度快、可靠性高，而且实现方式简单，工艺难度和制造成本低；此外，在提高传输信号带宽的同时减小了芯片所占面积，从而有效地降低了生产成本。另外，更进一步的，由于上述的片上微变压器可以采用级联的方式，从而在实现信号隔离器的高耐压需求的功能的同时，大大降低了所使用的变压器的耐压性能要求，使得本专利技术中的变压器可以使用传统的工艺制造，而不必采用特殊工艺，因而大大降低了相应的工艺难度和制造成本，同时也大大提高了整个数字信号隔离器的隔离度和耐压性能；此外，由于电路结构简单，所占芯片面积小，因此也可以有效地降低生产成本。附图说明图1为现有技术中的四端口光耦的电路原理示意图。图2为本专利技术实施例中的单变压器数字信号隔离器的原理示意图。图3为本专利技术实施例中的单变压器的结构示意图。图4为本专利技术实施例中的级联变压器数字信号隔离器的原理示意图。图5为本专利技术实施例中的级联变压器的结构示意图。图6为本专利技术实施例中的片上微变压器的纵向结构示意图。图7为本专利技术实施例中的数字信号隔离器的电路示意图。图8为本专利技术实施例中与图7的电路示意图对应的波形示意图。图9为本专利技术实施例中的数字信号隔离器的封装示意图。具体实施方式为使本专利技术的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术提出了一种采用片上微变压器作为信号隔离介质的数字信号隔离器，该数字信号隔离器是一个四端口器件。由于其内部的片上微变压器的存在实现了完全的电气隔离，通过片上微变压器的电磁效应完成信号的传递，从而在实现数字信号隔离器的功能的同时降低了工艺难度和制造成本。图2为本专利技术实施例中的单变压器数字信号隔离器的原理示意图。如图2所示，本专利技术实施例中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字信号隔离器，其特征在于，该数字信号隔离器包括：振荡器、片上微变压器、解调模块和漏极开路门；所述振荡器，用于在其输入端的输入信号为高电平时，产生振荡频率高于输入信号的振荡信号，并将所述振荡信号传输到所述片上微变压器的初级端；所述片上微变压器的初级端与所述振荡器的输出端连接，用于根据从初级端接收到的振荡信号，在次级端感应出调制信号，并将所述调制信号传输给所述解调模块；所述解调模块的输入端与所述片上微变压器的次级端连接，用于对接收到的调制信号进行解调，产生与输入信号频率相同的信号；所述漏极开路门与所述解调模块的输出端相连，并被所述解调模块产生的信号驱动，使得从所述漏极开路门的输出端输出与输入信号相位相反的输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种数字信号隔离器，其特征在于，该数字信号隔离器包括：振荡器、片上微变压器、解调模块和漏极开路门；所述振荡器，用于在其输入端的输入信号为高电平时，产生振荡频率高于输入信号的振荡信号，并将所述振荡信号传输到所述片上微变压器的初级端；所述片上微变压器的初级端与所述振荡器的输出端连接，用于根据从初级端接收到的振荡信号，在次级端感应出调制信号，并将所述调制信号传输给所述解调模块；所述解调模块的输入端与所述片上微变压器的次级端连接，用于对接收到的调制信号进行解调，产生与输入信号频率相同的信号；所述漏极开路门与所述解调模块的输出端相连，并被所述解调模块产生的信号驱动，使得从所述漏极开路门的输出端输出与输入信号相位相反的输出信号。2.根据权利要求1所述的数字信号隔离器，其特征在于，所述片上微变压器为单变压器；所述片上微变压器中包括：具有中心抽头的初级线圈和次级线圈；其中，初级线圈的中心抽头接收到输入信号，初级线圈的正极和负极分别连接到振荡电路，次级线圈的正极和负极分别连接到解调模块；当输入信号为高时，初级线圈与振荡电路形成振荡回路，产生高频信号，随后在次级线圈中感应出相应的调制信号，并将所述调制信号传输给所述解调模块。3.根据权利要求1所述的数字信号隔离器，其特征在于，所述片上微变压器中包括两个级联的第一变压器和第二变压器；其中，第一变压器中包括：具有中心抽头的初级线圈和次级线圈；其中，初级线圈的中心抽头接收到输入信号，初级线圈的正极和负极分别连接到振荡电路，次级线圈的正极和负极分别与第二变压器连接；第二变压器包括：初级线圈和次级线圈；第二变压器的初级线圈的与第一变压器的次级线圈连接，第二变压器的次级线圈与解调模块连接。4.根据权利要求1所述的数字信号隔离器，其特征在于，所述振荡器为NMOS交叉耦合振荡器；所述NMOS交叉耦合振荡器包括：第一NMOS管、第二NMOS管和第一电容；所述第一NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的漏极连接；所述第二NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的漏极连接；所述第一NMOS管和第二NMOS管的衬底与源极均一起...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：北京中科格励微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11