利用隔离信号和隐蔽隔离功率来实现高共模工作电压的收发器制造技术

收发器能够通过隔离边界设置共模工作范围和输出电压容差，并且不受电路中使用的器件类型的限制。本主题技术是电源隔离的收发器，其中隔离的产生的电源和接地节点被隐藏，因此不参与强调静电放电(ESD)/电过应力(EOS)或电压容限的测试。本主题技术的架构具有极高的共模性能和使用低电压器件和简化架构的稳健性能的优点，这反过来提供更少的电容负载，更快的操作，更便宜的管芯开发，电磁干扰(EMI)优势，以及简单的主动终止。本主题技术包括隔离架构，该架构可用于使用隔离的环境中，但在不需要隔离的系统中也是有利的。

A Transceiver with High Common Mode Voltage Using Isolated Signal and Hidden Isolated Power

【技术实现步骤摘要】
利用隔离信号和隐蔽隔离功率来实现高共模工作电压的收发器
本专利技术一般涉及电路，更具体地说，涉及利用隔离信号和隐藏隔离电源以获得高共模工作电压和容差的收发器。
技术介绍
线路收发器可用于多点总线传输线上的高速数据通信。传统的线路收发器，如收发器，包括RS485型接口，设计用于处理指定的输入信号范围；然而，相对于电源和接地连接，其总线线路的工作能力和容忍能力有限。例如，地电位在节点之间变化很大，通常超过指定的输入信号范围。这可能导致通信中断，通过接地回路的高电流流动或更糟糕的是，收发器的破坏。专利技术概述收发器能够通过隔离边界设置共模工作范围和输出电压容差，并且不受电路中使用的器件类型的限制。本主题技术是电源隔离的收发器，其中隔离的产生的电源和接地节点被隐藏，因此不参与强调ESD/电过应力(EOS)或电压容限的测试。该主题技术的架构具有极高的共模性能和使用低电压器件和简化架构的稳健性能的优点，这提供了更少的电容负载，更快的操作，更便宜的管芯开发，电磁干扰(EMJ)优势，以及简单的主动终止。本主题技术包括隔离架构，该架构可用于使用隔离的环境中，但在不需要隔离的系统中也是有利的。根据本公开的实施方案，收发器系统包括：收发器电路；和隔离接口电路，耦合到所述收发器电路并且被配置为提供所述收发器系统的收发器接口与逻辑接口之间的隔离。收发器系统还包括隔离电源，被配置为使用隐藏的隔离电源电压和接地节点为所述隔离接口电路的收发器接口侧供电。在一些方面中，收发器接口具有相对于逻辑接口处的电压的相对于隔离电源电压和接地节点之一的共模电压。附图简述在所附权利要求中阐述了本主题技术的某些特征。然而，出于解释的目的，在以下附图中阐述了本主题技术的若干实施例。图1示出了具有非隔离收发器的网络环境的示意图，所述非隔离收发器通过传输线彼此连接，其中共模电压施加在收发器的接地节点之间。图2A示出了传统发射机输出架构的示例的示意图，该架构允许输出电压大于电源电压并且小于地电压。图2B示出了传统发射机输出架构的另一示例的示意图，该架构允许输入电压大于电源电压且小于地电压。图2C示出了传统接收器架构的示例的示意图。图3示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的隔离收发器架构的示例的示意图。图4示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有可选择的终端电路的隔离收发器架构的示例的示意图。图5A示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的用于隔离收发器架构的发射器架构的示例的示意图。图5B示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的用于隔离收发器架构的接收器架构的示例的示意图。专利技术详述以下阐述的详细描述旨在作为主题技术的各种配置的描述，并且不旨在表示可以实践主题技术的唯一配置。附图并入本文并构成详细描述的一部分。详细描述包括用于提供对主题技术的透彻理解的具体细节。然而，主题技术不限于本文阐述的具体细节，并且可以使用一个或多个实施方式来实践。在一个或多个实例中，结构和组件以框图形式示出，以避免模糊本主题技术的概念。本公开提供了一种收发器，其能够通过隔离边界设置共模操作范围和输出电压容差，使用简单的低压设备来驱动和接收总线上的信号。本公开涉及一种动力隔离的收发器，其中隔离的所产生的电源和接地节点被隐藏，因此不参与强调ESD/EOS或电压容限的测试。隔离收发器的各种结构具有隔离电压源(例如VCC)和接地(例如GND)引脚。在一些方法中，需要隔离电源和接地引脚来为隔离侧供电并包括去耦电容器。在其他方法中，引出隔离电源和接地引脚以添加去耦电容。在其他方法中，增加了隔离电源引脚，以便它们可用于为附加器件供电或增加更多去耦电容。然而，本主题技术提供了一种具有高共模工作电压的坚固的隔离收发器，其中隔离的电源和接地被隐藏。本公开提供了使用低压装置的优点。例如，驱动器输出设备和ESD单元是低电压的。这使它们更小，更容易设计。驱动器输出设备也可以是较少的电容。可以使用标准工艺-包括互补金属氧化物半导体(CMOS)。本公开提供了提供额外设计速度的优点。例如，使用低压器件而不使用电阻分压器可以实现更快的操作。使用80V高压(HY)设备制造符合标准的收发器(例如，150MbpsRS485收发器)可能是具有挑战性的，但这可以使用主题技术来实现。本公开提供了具有简化设计的优点。例如，驱动器不需要良好的开关、隔离二极管或电阻分压器。驱动器和接收器都可以实现更快的性能，接收器具有更高的信噪比。本公开还提供了减小尺寸和成本的优点。例如，本主题技术提供了一种具有低压(LV)器件的简化架构，该器件减小了尺寸并允许较低成本的制造工艺。如果设备已经使用隔离，则主题技术的架构可以比标准隔离产品更便宜。本公开还提供了电磁干扰保护的优点。例如，在节点之间具有共模差异的标准收发器(例如，RS485或CAN)具有以下缺点：总线共模由哪个设备驱动它(发射器)来控制。因此，对于每个方向改变，半双工通信导致总线中的大的共模变化，这可以产生高辐射EMI。这不是本主题技术的情况，因为总线共模电压由主体收发器外部的总线上的阻抗决定。节点之间的共模差异被隔离屏障吸收，而不是在传输方向改变时传递到传输电缆上。这导致最小的EMI辐射，因为传输电缆的共模电压不会显着波动。图1示出了具有与差分传输线连接在一起的非隔离收发器(例如，102、104)的网络环境100的示意图。电压VCM施加在收发器的两个接地节点(例如，106、108)之间(例如，分别为102、104)，并且表示在A和B引脚处两个收发器的信号线之间的共模电压偏移。一些专用的高耐压收发器，如RS485收发器和控制区域网络(CAN)收发器可以承受其总线引脚相对于地的电压，高达60V，并且具有超过25kV的非常高的ESD水平，其他声称的鲁棒性。在一些方面，经由总线引脚彼此连接的多个器件不仅可以容忍，而且可以利用高达某些共模电压规范的地电位差来操作。例如，RS485型收发器通常只能在有限量的共模电压下工作。根据RS485规范(例如，TIA/EJA-485-A)，该共模电压(VCM)在-7到+12V的范围内。对于一些强大的耐HYRS485型设计，该范围可扩展至35V。如将参考图3所讨论的，主题技术的隔离可以将VCM推向数百或数千伏。图2A-2C描绘了通常用于处理超出供电和接地电压的电压范围的发射器和接收器架构，通常在RS485型或CAN收发器中找到。图2A示出了传统发射机输出架构200的示例的示意图。图2B示出了传统发射机输出架构210的另一示例的示意图。图2C示出了传统接收机架构220的示例的示意图。例如，图2A和2B描绘了两个典型的发射器输出架构(例如，200、210)，其用于允许总线电压远低于地或电压源延伸。发射器设备(例如，200、210)能够进行与总线的输出电压容差匹配的高电压(HV)操作(例如，60V)。图2C描绘了典型的接收器架构220，其使用大电阻分压器(例如，222、224)在进入比较器(例如，226)之前分压共模电压。实际上，这些架构选择将器件的电压容限限制在给定技术中的最高电压器件类型，例如可以是大约60V。随着该电压增加，器件的尺寸增加，从而限制了性能。图3示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的隔离收发器架构300的示例的示意图。然而，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.收发器系统，包括：收发器电路；隔离接口电路，耦合到所述收发器电路并且被配置为提供所述收发器系统的收发器接口与逻辑接口之间的隔离；和隔离电源电路，被配置为使用隐藏的隔离电源电压节点和隐藏的隔离接地节点为所述隔离接口电路的收发器接口侧供电。

【技术特征摘要】
2018.02.01 US 62/625,279;2019.01.16 US 16/249,6921.收发器系统，包括：收发器电路；隔离接口电路，耦合到所述收发器电路并且被配置为提供所述收发器系统的收发器接口与逻辑接口之间的隔离；和隔离电源电路，被配置为使用隐藏的隔离电源电压节点和隐藏的隔离接地节点为所述隔离接口电路的收发器接口侧供电。2.权利要求1所述的收发器系统，在所述收发器接口和所述逻辑接口之间包括隔离屏障，其中所述收发器接口处的共模电压相对于所述收发器系统的任何暴露的接地节点在所述隔离屏障上被占据。3.权利要求2所述的收发器系统，其中所述收发器接口处的共模电压相对于所述收发器系统的任何暴露的电源电压节点在所述隔离屏障上被占据。4.权利要求1所述的收发器系统，其中隔离的电源电压和接地节点从所述收发器接口隐藏。5.权利要求1所述的收发器系统，其中所述收发器电路通过所述隔离电源的隐藏隔离接地连接到电路接地。6.权利要求1所述的收发器系统，其中所述收发器系统包括在集成电路中，并且所述隔离接口电路的收发器侧的隔离电源电压和接地节点排除与所述集成电路输入/输出(I/O)接触垫的电连接。7.权利要求1所述的收发器系统，其中述收发器系统包括在电子封装中，并且所述隔离接口电路的收发器侧的隔离电源电压和接地节点排除与所述电子封装的外部触点的电连接。8.权利要求1所述的收发器系统，还包括可选择的终端电路，耦合到所述收发器接口并且被配置为使用经由所述逻辑接口接收的控制信号来调整所述收发器接口的两个端子之间的终端阻抗。9.权利要求8所述的收发器系统，其中述可选择的终端电路基于相对于隔离电源电压和接地节点之一的信号电压来调整所述终端阻抗。10.权利要求1所述的收发器系统，其中所述收发器接口是总线接口，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·约翰·汤赫，
申请(专利权)人：凌力尔特科技控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US