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：编码单元、CMOS微变压器单元组和解码单元；编码单元，用于对输入信号进行边沿检测，从输入信号中提取经过滤波整形信号的边沿信息，并将所提取的边沿信息转化成编码脉冲信号；CMOS微变压器单元组，用于对所述编码脉冲信号进行耦合传输；其中，所述CMOS微变压器单元组中包括至少两个级联的CMOS微变压器单元，各个CMOS微变压器单元之间通过键合丝连接；CMOS微变压器单元组中的第一个CMOS微变压器单元的一端与编码单元的输出端口连接，其最后一个CMOS微变压器单元的一端与所述解码单元的输入端口连接；解码单元，用于对耦合后的信号进行解码。应用本发明专利技术可以在实现数字隔离器的功能的同时降低了工艺难度和制造成本。

A digital signal isolator

【技术实现步骤摘要】
一种数字信号隔离器
本专利技术涉及数字信号传输
，尤其涉及一种基于CMOS微变压器的数字信号隔离器。
技术介绍
数字信号隔离器主要用于数字信号的传输，数字隔离技术常用于工业网络环境的现场总线、军用电子系统、航空航天电子设备以及医疗设备中，尤其是一些应用环境比较恶劣的场合。使用隔离器的一个首要原因是为了消除噪声；另一个重要原因是保护器件(或人)免受高电压的危害。一直以来，光电耦合都是隔离电路选择方案的首选，它应用广泛，整个电路已经非常成熟，成本很低。但是，随着现代系统集成度的不断提高，工作环境日趋严格，光电耦合隔离方案反应慢，功耗大，易老化等无法克服的缺点暴露无遗。对此，美国ADI公司提出一种基于芯片级变压器隔离方案的脉冲调制iCoupler技术。该技术利用芯片大小的微变压器电磁耦合效应来进行信号传输。该技术消除了光耦合器中光电转换的缺点，功耗仅为光电耦合器的1/10～1/50，并且其电路反应速度快，可靠性高，同时微变压器的隔离电介质采用聚酰亚胺材料，厚度达到10um以上，能够使微变压器耐压性能达到2500V以上。但是，上述微变压器必须采用特殊工艺进行制造，而为了实现较高的耐压能力，需要使用10um以上的聚酰亚胺材料作为初次线圈间的隔离介质，因此工艺难度和制造成本都非常的高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种数字信号隔离器，从而在实现数字隔离器的功能的同时降低了工艺难度和制造成本。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：编码单元、CMOS微变压器单元组和解码单元；所述编码单元，用于对输入信号进行边沿检测，从输入信号中提取经过滤波整形信号的边沿信息，并将所提取的边沿信息转化成编码脉冲信号；所述CMOS微变压器单元组，用于对所述编码脉冲信号进行耦合传输；其中，所述CMOS微变压器单元组中包括至少两个级联的CMOS微变压器单元，各个CMOS微变压器单元之间通过键合丝连接；所述CMOS微变压器单元组中的第一个CMOS微变压器单元的一端与所述编码单元的输出端口连接，所述CMOS微变压器单元组中的最后一个CMOS微变压器单元的一端与所述解码单元的输入端口连接；所述解码单元，用于对耦合后的信号进行解码。较佳的，所述编码单元包括：上升沿检测单元和下降沿检测单元；所述上升沿检测单元，用于对输入信号进行上升沿检测，形成上升沿编码脉冲信号；所述下降沿检测单元，用于对输入信号进行下降沿检测，形成下降沿编码脉冲信号；其中，所述上升沿编码脉冲信号与下降沿编码脉冲信号形状相同，极性相反。较佳的，所述CMOS微变压器单元包括：初级线圈层、次级线圈层和隔离层；所述初级线圈层中设置有两个初级线圈；所述次级线圈层中设置有两个次级线圈；所述隔离层设置在所述初级线圈层之上，所述次级线圈层设置在所述隔离层之上。较佳的，所述CMOS微变压器单元包括至少三层金属层；所述初级线圈层采用最底层的金属层制成；所述次级线圈层采用最高层的金属层制成；所述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CMOS微变压器单元包括五层金属层；所述初级线圈层采用最底层的第一金属层M1制成；所述次级线圈层采用最高层的第五金属层M5制成；所述初级线圈和次级线圈为平面螺旋圆形线圈、螺旋形线圈、八边形线圈或长方形线圈，并在垂直方向进行对齐；所述隔离层为位于所述M1和M5之间的第二金属层M2、第三金属层M3和第四金属层M4。较佳的，所述编码单元和所述CMOS微变压器单元组中的第一个CMOS微变压器单元封装在编码芯片中；所述解码单元和所述CMOS微变压器单元组中的最后一个CMOS微变压器单元封装在解码芯片中。较佳的，所述编码芯片的底层为硅衬底，所述硅衬底的上表面设置有编码单元，所述编码单元之上设置有CMOS微变压器单元的初级线圈层，所述初级线圈层之上设置有隔离层，所述隔离层之上设置有次级线圈层；所述编码芯片中的初级线圈层中的两个初级线圈分别与所述编码单元中的上升沿检测单元和下降沿检测单元的输出端口连接；所述解码芯片的底层为硅衬底，所述硅衬底的上表面设置有解码单元，所述解码单元之上设置有CMOS微变压器单元的初级线圈层，所述初级线圈层之上设置有隔离层，所述隔离层之上设置有次级线圈层；所述解码芯片中的初级线圈层中的两个初级线圈分别与所述解码单元的输入端口连接；所述解码芯片中的次级线圈层中的两个次级线圈分别与所述编码芯片中的次级线圈层中的两个次级线圈通过键合丝连接。较佳的，所述解码单元中包括：RS触发器；所述解码芯片中的初级线圈层中的两个初级线圈分别与所述RS触发器的R端和S端连接，使得所述RS触发器的R端由上升沿编码耦合信号控制，所述RS触发器的S端由下降沿编码耦合信号控制。较佳的，所述初级线圈层和次级线圈层中的导体材料为铝或铜；所述隔离层为金属层间绝缘介质。较佳的，所述金属层间绝缘介质为二氧化硅或氮化硅的混合物。由上述技术方案可见，在本专利技术的数字信号隔离器中，由于在编码单元和解码单元之间设置了CMOS微变压器单元组，且在CMOS微变压器单元组中设置了多个级联的CMOS微变压器单元，因此可以通过上述CMOS微变压器级联的方式进行分压，从而在实现数字隔离器的高耐压需求的功能的同时，大大降低了所使用的CMOS微变压器单元的耐压性能要求，使得本专利技术中的CMOS微变压器单元可以使用传统的标准CMOS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。附图说明图1为本专利技术实施例中的数字信号隔离器的电路原理框图示意图。图2为本专利技术一个具体实施例中的数字信号隔离器的电路原理框图示意图。图3为本专利技术实施例中的CMOS微变压器单元的立体结构示意图。图4为本专利技术实施例中的数字信号隔离器的俯视示意图。图5为本专利技术实施例中的数字信号隔离器的立体结构示意图。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基于CMOS微变压器的数字信号隔离器。数字信号隔离器是一个双端口器件，其输入端口与输出端口之间，由于内部微变压器隔离栅的存在实现了完全的电器隔离，通过微变压器的电磁效应完成信号的传递。图1为本专利技术实施例中的数字信号隔离器的结构示意图。如图1所示，本专利技术实施例中的数字信号隔离器包括：编码单元10、CMOS微变压器单元组20和解码单元30；所述编码单元10，用于对输入信号进行边沿检测，从输入信号中提取经过滤波整形信号的边沿信息，并将所提取的边沿信息转化成编码脉冲信号，即纳秒级脉冲信号；所述CMOS微变压器单元组20，用于对所述编码脉冲信号进行耦合传输；其中，所述CMOS微变压器单元组20中包括至少两个级联的CMOS微变压器单元，各个CMOS微变压器单元之间通过键合丝230连接；所述CMOS微变压器单元组20中的第一个CMOS微变压器单元210的一端与所述编码单元10的输出端口连接，所述CMOS微变压器单元组20中的最后一个CMOS微变压器单元220的一端与所述解码单元30的输入端口连接；所述解码单元30，用于对耦合后的信号进行解码。较佳的，在本专利技术的具体实施例中，所述CMOS微变压器单元中包括两个CMOS微变压器。在上述的数字信号隔离器中，由于在编本文档来自技高网...

【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：编码单元、CMOS微变压器单元组和解码单元；所述编码单元，用于对输入信号进行边沿检测，从输入信号中提取经过滤波整形信号的边沿信息，并将所提取的边沿信息转化成编码脉冲信号；所述CMOS微变压器单元组，用于对所述编码脉冲信号进行耦合传输；其中，所述CMOS微变压器单元组中包括至少两个级联的CMOS微变压器单元，各个CMOS微变压器单元之间通过键合丝连接；所述CMOS微变压器单元组中的第一个CMOS微变压器单元的一端与所述编码单元的输出端口连接，所述CMOS微变压器单元组中的最后一个CMOS微变压器单元的一端与所述解码单元的输入端口连接；所述解码单元，用于对耦合后的信号进行解码。

【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：编码单元、CMOS微变压器单元组和解码单元；所述编码单元，用于对输入信号进行边沿检测，从输入信号中提取经过滤波整形信号的边沿信息，并将所提取的边沿信息转化成编码脉冲信号；所述CMOS微变压器单元组，用于对所述编码脉冲信号进行耦合传输；其中，所述CMOS微变压器单元组中包括至少两个级联的CMOS微变压器单元，各个CMOS微变压器单元之间通过键合丝连接；所述CMOS微变压器单元组中的第一个CMOS微变压器单元的一端与所述编码单元的输出端口连接，所述CMOS微变压器单元组中的最后一个CMOS微变压器单元的一端与所述解码单元的输入端口连接；所述解码单元，用于对耦合后的信号进行解码。2.根据权利要求1所述的数字信号隔离器，其特征在于，所述编码单元包括：上升沿检测单元和下降沿检测单元；所述上升沿检测单元，用于对输入信号进行上升沿检测，形成上升沿编码脉冲信号；所述下降沿检测单元，用于对输入信号进行下降沿检测，形成下降沿编码脉冲信号；其中，所述上升沿编码脉冲信号与下降沿编码脉冲信号形状相同，极性相反。3.根据权利要求2所述的数字信号隔离器，其特征在于，所述CMOS微变压器单元包括：初级线圈层、次级线圈层和隔离层；所述初级线圈层中设置有两个初级线圈；所述次级线圈层中设置有两个次级线圈；所述隔离层设置在所述初级线圈层之上，所述次级线圈层设置在所述隔离层之上。4.根据权利要求3所述的数字信号隔离器，其特征在于，所述CMOS微变压器单元包括至少三层金属层；所述初级线圈层采用最底层的金属层制成；所述次级线圈层采用最高层的金属层制成；所述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。5.根据权利要求4所述的数字信号隔离器，其特征在于，所述CMOS微变压器单元包括五层金属层；所述初级线圈层采用最底层的第一金属层M1制成；所述次级线圈层采用最高层的第五金属层M5制成；所...

【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