低损耗电流隔离电路系统技术方案

在所描述的示例中，数字隔离器模块(160)包括隔离电路系统(120)。隔离电路系统(120)包括电容耦合电流隔离电路(130)，其具有分别包括第一极板(128t，136t)和第二极板(128b，136b)的第一和第二耦合电容器(C1，C2)，以及连接第一极板(128t，136t)的键合线(134)。第一电路(124a)具有第一电感器(LF)，其经耦合以与和第一耦合电容器(C1)的第二极板(128b)相关联的第一寄生电容器(CP1)一起形成第一谐振回路电路。第二电路(124b)具有第二电感器(LF)，其经耦合以与和第二耦合电容器(C2)的第二极板(136b)相关联的第二寄生电容器(CP2)一起形成第二谐振回路电路。

Low loss current isolation circuit system

In the described example, the digital isolator module (160) includes an isolated circuit system (120). The isolation circuit system (120) includes a capacitance coupled current isolation circuit (130) having a first and second coupling capacitors (C1, C2) including a first pole plate (128t, 136t) and a second pole plate (128B, 136b), respectively, and a bonding wire (134) connecting the first pole plate (128t, 136t). The first circuit (124a) has a first inductor (LF) coupled to a first parasitic capacitor (CP1) associated with the second plate (128B) of the first coupling capacitor (C1) to form a first resonant circuit. The second circuit (124b) has a second inductor (LF), which is coupled to form a second resonant circuit together with the second parasitic capacitor (CP2) associated with the second polar plate (136b) of the second coupling capacitor (C2).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低损耗电流隔离电路系统
技术介绍
对于彼此交换数据和功率的互连电气系统，通常需要隔离。例如，两个系统可以由不共享公共接地连接的不同电源供电。变压器隔离方法涉及磁场，并且在一些应用中可能不希望所得的电磁干扰(EMI)。另外，变压器隔离通常需要外部变压器部件，并且这些解决方案需要大量电路或电路板面积并且成本高。光隔离避免与变压器隔离相关联的EMI问题。然而，光学电路通常很昂贵并且速度有限。使用串联连接电容器的电容耦合或AC耦合可以用于为发送数据信号提供隔离。然而，基于电容器的隔离解决方案通常涉及吸收信号能量，并且由于底极板寄生电容将信号能量分流到本地接地而导致显著的信号路径衰减的寄生电容。这导致较差的功率效率，并且大量的寄生电容可以严重限制带宽，从而导致数据速率的限制和增加的数据延迟。此外，电容耦合隔离器件中的这些问题可以导致差的共模性能。
技术实现思路
所描述的示例包括数字隔离器模块、隔离电路系统和低损耗多阶带通滤波器电路，其包括电容耦合隔离电路，所述电容耦合隔离电路具有分别包括第一极板和第二极板的第一和第二耦合电容器，以及连接耦合电容器的第一极板的键合线(bondwire)。具有第一电感器的第一电路经耦合以与和第一耦合电容器的第二极板相关联的第一寄生电容器一起形成第一谐振回路电路。具有第二电感器的第二电路经耦合以与和第二耦合电容器的第二极板相关联的第二寄生电容器一起形成第二谐振回路电路。附图说明图1是根据一个实施例的具有提供多阶滤波器网络的隔离电路的隔离模块的示意图。图2是根据一个实施例的示例性差分隔离电路的示意图。图3是示出图1的隔离模块中的发送电路载波信号的频率内容的曲线图。图4是示出图1的发送电路中的调制数据信号的频率内容的曲线图。图5是示出图1中的隔离模块的接收电路中的包络检测器的频率内容的曲线图。图6是示出图1中的隔离电路的示例带通滤波器频谱的曲线图。图7是隔离电路的示例三阶带通滤波器实施例的示意图。图8是示例差分谐振回路电路的示意图。图9是示例差分隔离模块的透视图。图10是图7的三阶带通滤波器隔离电路的频率性能的曲线图。图11是隔离电路的示例五阶带通滤波器实施例的示意图。图12是隔离电路的另一带通滤波器实施例的示意图。图13是隔离电路的另一带通滤波器实施例的示意图。图14是使用变压器的另一带通滤波器隔离电路实施例的示意图。图15是另一隔离模块的示意图，该隔离模块具有包括单个串联连接电容器和键合线的隔离电路以及单个谐振回路电路。图16是另一隔离模块的示意图，该隔离模块具有包括单个串联连接的电容器和键合线的隔离电路以及第一和第二谐振回路电路。图17是另一隔离电路实施例的示意图，该实施例包括由具有初级绕组和次级绕组的变压器形成的电流隔离(galvanicisolation)电路，以及在电流隔离电路的初级和次级侧上的谐振回路电路。具体实施方式在附图中，相似的附图标记始终表示相似的元件，并且各种特征不一定按比例绘制。在本说明书中，术语“耦合(couple/coupled/couples)”包括间接或直接电气或机械连接或其组合。例如，如果第一设备耦合到第二设备或与第二设备耦合，则该连接可以通过直接电连接，或通过经由一个或多个中间设备和连接件的间接电连接。参照图1，所描述的示例提供电容耦合隔离电路系统120，系统和滤波器电路系统。示例包括具有通过键合线134连接的第一耦合电容器C1和第二耦合电容器C2的电容耦合隔离电路130，以及具有电感器LF的第一电路124a和第二电路124b，以创建具有分别与耦合电容器C1和C2相关联的寄生电容器CP1和CP2的谐振回路电路。所得到的隔离电路120提供带通或其他多阶滤波器网络，其可以用于数字隔离器或其他隔离应用中以跨越电流隔离屏障传送数据信号。图1说明包括示例隔离模块160的隔离系统100，该示例隔离模块160具有被配置为从外部信号源(未示出)接收发送输入信号TX的输入端子162，以及被配置为提供或递送接收数据信号RX到外部目的地电路(未示出)的输出端子164。实际上，例如在工业环境中，外部信号源和目的地系统可以从独立电源域供电。隔离模块160提供电流隔离，以跨越分开两个电源域的隔离屏障将数字数据从输入端子162发送到输出端子164。在此示例中，隔离模块160包括发送电路102，其具有与输入端子162耦合的输入104，以便接收发送信号TX。模块160还包括接收电路150，其具有耦合到输出端子164的输出148以提供接收信号RX。在操作中，隔离电路120跨越电流隔离屏障将来自发送电路102的输入数据信号DIN作为数据输出信号DOUT传送到接收电路150。在图1的示例中，发送电路102由具有第一接地或恒定电压参考节点132的第一域供电，并且接收电路150相对于第二接地或恒定电压参考节点137被独立地供电。如图1所示，寄生电容器CP1电连接在第一耦合电容器C1的底极板128b和第一接地节点132之间，而第二寄生电容器CP2电连接在第二耦合电容器C2的底极板136b和第二接地节点137之间。在图1的示例隔离模块160中，发送电路102包括接收来自输入104的TX信号的缓冲放大器106。输入缓冲放大器106可以为任何合适的单端或差分放大器电路，并且在一些实施例中可以提供静电放电(ESD)保护。缓冲放大器106包括输出108，其提供数据信号以调制发送功率放大器电路110中的载波信号。此示例中的功率放大器电路110包括放大器电路112和开关电路114。发送电路102还包括振荡器116，其具有向功率放大器110提供载波信号的输出118。在一个实现方式中，载波信号是高频正弦信号。根据来自缓冲放大器106的数据信号，开关电路114调制放大器112的输出，以将数据输入信号DIN提供给隔离电路120的第一谐振回路输入节点122。在一个示例中，当TX信号处于第一二进制状态(例如，高或“1”)时，功率放大器电路110将数据输入信号DIN提供为具有第一非零幅度的正弦信号，并且当发送信号TX处于第二二进制状态(例如，低或“0”)时，数据输入信号DIN具有固定幅度(例如，0V)。接收电路150在第二谐振回路输出节点139处从隔离电路120接收数据输出信号DOUT。在此示例中，接收电路150包括包络检测器电路140，其包括整流器电路142和比较器电路144。在实践中，由于串联连接的耦合电容器C1和C2的AC耦合，接收时变信号DOUT，其具有响应于数据输入信号DIN中的极性变化的非零电压分量或瞬变。整流器电路142对接收电压信号进行整流以创建DC电压信号，通过比较器电路144将该DC电压信号与阈值进行比较。在此示例中，因为数据输入信号DIN具有用于二进制“1”发送数据的非零幅度和用于二进制“0”发送数据的零幅度，所以当整流器输出信号超过阈值电压时，比较器144的输出将处于第一二进制状态(例如，高或“1”)，并且否则，比较器144的输出将处于第二二进制状态(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔离电路，用于跨越电流隔离屏障传送数据信号，包括：/n电容耦合电流隔离电路，包括：/n第一耦合电容器，包括第一极板和第二极板；/n第二耦合电容器，包括第一极板和第二极板；以及/n键合线，包括连接到所述第一耦合电容器的所述第一极板的第一端，以及连接到所述第二耦合电容器的所述第一极板的第二端，/n所述第一耦合电容器、所述第二电容器和所述键合线形成在所述第一耦合电容器的所述第二极板和所述第二耦合电容器的所述第二极板之间的串联谐振电路；/n第一电路，包括用于接收输入数据信号的第一谐振回路输入节点，连接到所述第一耦合电容器的所述第二极板的第一谐振回路输出节点，以及与所述第一谐振回路输出节点耦合的第一电感器，以与和所述第一耦合电容器的所述第二极板相关联的第一寄生电容器形成第一谐振回路电路；和/n第二电路，包括连接到所述第二耦合电容器的所述第二极板的第二谐振回路输入节点，用于提供输出数据信号的第二谐振回路输出节点，以及与所述第二谐振回路输入节点耦合的第二电感器，以与和所述第二耦合电容器的所述第二极板相关联的第二寄生电容器形成第二谐振回路电路。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170323 US 15/466,9611.一种隔离电路，用于跨越电流隔离屏障传送数据信号，包括：
电容耦合电流隔离电路，包括：
第一耦合电容器，包括第一极板和第二极板；
第二耦合电容器，包括第一极板和第二极板；以及
键合线，包括连接到所述第一耦合电容器的所述第一极板的第一端，以及连接到所述第二耦合电容器的所述第一极板的第二端，
所述第一耦合电容器、所述第二电容器和所述键合线形成在所述第一耦合电容器的所述第二极板和所述第二耦合电容器的所述第二极板之间的串联谐振电路；
第一电路，包括用于接收输入数据信号的第一谐振回路输入节点，连接到所述第一耦合电容器的所述第二极板的第一谐振回路输出节点，以及与所述第一谐振回路输出节点耦合的第一电感器，以与和所述第一耦合电容器的所述第二极板相关联的第一寄生电容器形成第一谐振回路电路；和
第二电路，包括连接到所述第二耦合电容器的所述第二极板的第二谐振回路输入节点，用于提供输出数据信号的第二谐振回路输出节点，以及与所述第二谐振回路输入节点耦合的第二电感器，以与和所述第二耦合电容器的所述第二极板相关联的第二寄生电容器形成第二谐振回路电路。


2.根据权利要求1所述的隔离电路，其中所述第二电路与所述第一电路基本相同。


3.根据权利要求1所述的隔离电路，其中：
所述第一电感器与所述第一寄生电容器并联连接以形成作为第一并联谐振回路电路的所述第一谐振回路电路；
所述第二电感器与所述第二寄生电容器并联连接以形成作为第二并联谐振回路电路的所述第二谐振回路电路；并且
所述第一电路、所述电容耦合电流隔离电路和所述第二电路形成三阶或更高阶带通滤波器，其接收作为输入的所述输入数据信号并且提供作为输出的所述输出数据信号。


4.根据权利要求3所述的隔离电路，其中所述第一电路包括连接到所述第一电感器的电容器，并且其中所述第二电路包括连接到所述第二电感器的电容器。


5.根据权利要求4所述的隔离电路，其中所述第一电路、所述第二电路和所述电容耦合电流隔离电路是差分电路。


6.根据权利要求4所述的隔离电路，其中：
所述第一电路包括第一变压器，其包括与所述第一电路的所述电容器并联地连接到所述第一谐振回路输入节点的初级绕组，并且其中所述第一电路的所述第一电感器是连接到所述第一谐振回路输出节点的所述第一变压器的次级绕组，以与所述第一寄生电容器一起形成所述第一谐振回路电路；并且
所述第二电路包括第二变压器，其包括与所述第二电路的所述电容器并联地连接到所述第二谐振回路输出节点的次级绕组，并且其中所述第二电路的所述第一电感器是连接到所述第二谐振回路输入节点的所述第二变压器的初级绕组，以与所述第二寄生电容器一起形成所述第二谐振回路电路。


7.根据权利要求4所述的隔离电路，其中所述第一电路的所述电容器与所述第一寄生电容器并联连接，并且其中所述第二电路的所述电容器与所述第二寄生电容器并联连接。


8.根据权利要求7所述的隔离电路，其中所述第一电路包括在所述第一谐振回路输入节点与所述第一谐振回路输出节点之间彼此串联连接的第二电容器和另一电感器，其中所述第二电路包括在所述第二谐振回路输入节点和所述第二谐振回路输出节点之间彼此串联连接的第二电容器和另一电感器，并且其中所述第一电路、所述电容耦合电流隔离电路和所述第二电路形成五阶或更高阶带通滤波器，其接收作为输入的所述输入数据信号并且提供作为输出的所述输出数据信号。


9.根据权利要求7所述的隔离电路，其中所述第一电路包括连接在所述第一谐振回路输入节点和所述第一谐振回路输出节点之间的第二电容器，并且其中所述第二电路包括连接在所述第二谐振回路输入节点和所述第二谐振回路输出节点之间的第二电容器。


10.根据权利要求1所述的隔离电路，其中：
所述第一电感器与所述第一寄生电容器串联连接以形成作为第一串联谐振回路电路的所述第一谐振回路电路；
所述第二电感器与所述第二寄生电容器并联连接以形成作为第二串联谐振回路电路的所述第二谐振回路电路；并且
所述第一电路、所述电容耦合电流隔离电路和所述第二电路形成三阶或更高阶带通滤波器，其接收作为输入的所述输入数据信号并且提供作为输出的所述输出数据信号。


11.根据权利要求1所述的隔离电路，其中所述第一电路、所述第二电路和所述电容耦合电流隔离电路是差分电路。


12.根据权利要求1所述的隔离电路，其中：
所述第一电路包括第一变压器，其包括连接到所述第一谐振回路输入节点的初级绕组，并且其中所述第一电路的所述第一电感器是连接到所述第一谐振回路输出节点的所述第一变压器的次级绕组以与所述第一寄生电容器一起形成所述第一谐振回路电路；并且
所述第二电路包括第二变压器，其包括连接到所述第二谐振回路输出节点的次级绕组，并且其中所述第二电路的所述第一电感器是连接到所述第二谐振回路输入节点的所述第二变压器的初级绕组以与所述第二寄生电容器一起形成所述第二谐振回路电路。


13.一种隔离模块，包括：
发送电路，包括接收发送信号的输入；
接收电路，包括提供接收信号的输出；和
隔离电路，跨越电流隔离屏障将数据信号从所述发送电路传送到所述接收电路，包括：
电容耦合电流隔离电路，包括：
第一耦合电容器，包括第一极板和第二极板，
第二耦合电容器，包括第一极板...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·桑卡兰，B·A·克莱默，B·哈龙，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US