基于多脉冲调制的低功耗高可靠性电容式数字隔离器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多脉冲调制的低功耗高可靠性电容式数字隔离器，包括信号发射模块、信号接收模块和隔离电容，信号发射模块包括边沿多脉冲调制模块和全差分驱动模块，将数字信号调制成多脉冲信号并以全差分信号形式传输；信号接收模块包括前置放大器、高速比较器、脉冲检测模块和自适应控制模块，脉冲检测模块和自适应控制模块相互通信以解调信号同时控制自适应控制前置放大器和高速比较器的工作状态。本发明专利技术能够在保证传输信号可靠性的同时使得功耗大幅降低，节省大量静态功耗，延长待机时间，提高能效标准，可以大大增加数字隔离器的应用范围、节省数字隔离器的功耗和提高数字隔离器的可靠性。高数字隔离器的可靠性。高数字隔离器的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于多脉冲调制的低功耗高可靠性电容式数字隔离器


[0001]本专利技术属于数字隔离
，具体涉及一种基于多脉冲调制的低功耗高可靠性电容式数字隔离器。

技术介绍

[0002]据隔离介质的不同，数字隔离器可分为光耦隔离器、磁耦隔离器和电容隔离器；用SiO2做隔离介质的电容型隔离器，采用标准CMOS工艺，具有传输速率高、延时低、寿命长、耐压高等优点。
[0003]数字隔离器通常包括发送模块即调制模块、接收模块即解调模块、隔离电容模块，发送端将传输信号调制为可以经过隔离电容的信号，接收端将经过隔离电容的信号解调还原为传输信号，隔离电容连接信号发射模块和接收模块，调制解调方案一般分为脉冲调制和OOK调制两种方案。
[0004]隔离器芯片往往应用于低功耗场景中，OOK调制解调技术具较高的可靠性和稳定性，且抗扰动能力强，但是需要较高的静态功耗，脉冲调制可靠性较低，但是其静态功耗也远低于脉冲调制方案。因此，高可靠性同时低功耗的数字隔离器成为研究的主要方向。
[0005]如公开号为CN112039517A的中国专利提供了一种基于Pulse
‑
Coding的超低功耗电容式数字隔离器电路，其同样采用脉冲调制方案，配合低静态电流实现超低功耗的数字隔离器电路，但是可靠性相对较差。又如公开号为CN114553209A的中国专利提供了一种数字隔离器和数字信号传输方法，其采用同样的脉冲数不同间隔时长来表征信号的上升沿或下降沿，但未做低功耗处理且抗干扰能力相对一般。

技术实现思路

[0006]鉴于上述，本专利技术提供了一种基于多脉冲调制的低功耗高可靠性电容式数字隔离器，可以大大增加数字隔离器的应用范围，节省数字隔离器的功耗和提高数字隔离器的可靠性。
[0007]一种基于多脉冲调制的低功耗高可靠性电容式数字隔离器，包括信号发射模块和信号接收模块，两者通过隔离电容连接，信号发射模块将多脉冲信号调制成全差分信号后通过隔离电容输至信号接收模块；
[0008]所述信号发射模块包括：
[0009]边沿多脉冲调制模块，用于对输入的数字信号进行边沿采样，得到边沿信号，进而采用delay法将边沿信号调制为多脉冲信号；
[0010]全差分驱动模块，用于将所述多脉冲信号转换成全差分信号，并将其通过隔离电容传输至信号接收模块；
[0011]所述信号接收模块包括：
[0012]前置放大器，用于将经隔离电容传输衰减后的全差分信号进行放大；
[0013]高速比较器，用于将放大后的全差分信号进行比较后还原输出多脉冲信号；
[0014]脉冲检测模块，用于检测多脉冲信号的脉冲数量，根据脉冲数量将多脉冲信号解调为边沿信号，同时开启自适应控制模块；
[0015]自适应控制模块，用于控制前置放大器工作电流的大小，同时控制高速比较器工作电流以及翻转阈值的大小。
[0016]进一步地，所述边沿多脉冲调制模块包含有delay法脉冲生成电路，在无信号输入时，该电路不产生电流损耗；当有信号输入时，该电路将输入信号延时并反相后与原输入信号作与逻辑，从而将边沿信号调制成脉冲信号，重复此操作即可得到多脉冲信号。
[0017]进一步地，所述自适应控制模块的控制策略如下：
[0018]当信号发射模块无数字信号输入时，前置放大器和高速比较器处于低工作电流状态，同时高速比较器的翻转阈值较低；当高速比较器输出第一个脉冲信号并被脉冲检测模块检测到时，自适应控制模块控制前置放大器和高速比较器的工作电流增大后持续T秒，同时控制高速比较器的翻转阈值增大后持续T秒；在持续时间内脉冲检测模块每检测到一个脉冲信号，自适应控制模块都会将前置放大器和高速比较器的工作电流增大一次并将持续时间延长T秒，同时将高速比较器的翻转阈值增大一次并将持续时间延长T秒，T为设定的时长量；在持续时间内脉冲检测模块未检测到脉冲信号，自适应控制模块则控制前置放大器和高速比较器还原为低工作电流状态，同时将高速比较器的翻转阈值还原至较低水平。
[0019]进一步地，所述脉冲检测模块同时具有信号解调的功能，能够将一定时间段内不同个数的脉冲信号解调成上升沿和下降沿，具体解调策略如下：
[0020]如边沿多脉冲调制模块将边沿信号的上升沿调制为m个脉冲，下降沿调制为n个脉冲，m和n均为大于0的自然数；
[0021]则在一定时间段内，若脉冲检测模块检测到的脉冲个数大于等于(m+n)/2，则解调为上升沿；若检测到的脉冲个数为大于n
‑
(m
‑
n)/2且小于(m+n)/2，则解调为下降沿；若检测到的脉冲个数小于等于n
‑
(m
‑
n)/2，则判定为干扰，无解调信号输出。
[0022]进一步地，所述高速比较器与脉冲检测模块之间设有LEB前沿消隐电路，该电路用于对高速比较器输出的多脉冲信号进行噪声整形后提供给脉冲检测模块。
[0023]进一步地，所述脉冲检测模块采用触发器和计数器实现，脉冲检测模块与自适应控制模块通过触发器进行通信，进而以控制前置放大器和高速比较器的工作状态，具体地：当检测到第一个脉冲信号时，脉冲检测模块通过触发器控制自适应控制模块开始工作T秒时长，在工作时间内，脉冲检测模块每检测到一个脉冲信号，计数器加1，同时控制自适应控制模块工作时间延长T秒；当脉冲检测模块共检测到脉冲数D时，则计数器输出D，同时控制自适应控制模块共工作D*T秒时长，T为设定的时长量，D为大于0的自然数；当自适应控制模块结束工作时，则发出信号重置触发器，当触发器被重置后，计数器清零。
[0024]进一步地，所述自适应控制模块包括电容充放电电路和电流控制电路，当脉冲检测模块中的计数器值为1时，打开电容充放电电路中的1个电容，通过电流控制电路对该电容进行充电，当充电持续T秒时长后，电容充放电电路输出高电平reset给脉冲检测模块中的触发器，同时将脉冲检测模块中的计时器清零；当计数器值为D时，打开电容充放电电路中的D个电容，通过电流控制电路对这D个电容进行充电，当充电持续D*T秒时长时，电容充放电电路输出高电平reset给脉冲检测模块中的触发器，同时将脉冲检测模块中的计时器清零。
[0025]进一步地，所述前置放大器和高速比较器的工作电流以及高速比较器的翻转阈值由自适应控制模块控制；前置放大器和高速比较器都处于低电流工作状态时，信号增益较低，同时匹配高速比较器较低的翻转阈值；当检测到第一个脉冲信号时，前置放大器和高速比较器转换成高电流工作状态，信号增益较高，同时伴随着会将干扰信号放大从而导致误判，故此时匹配高速比较器较高的翻转阈值，避免因高增益前置放大器导致的误判。
[0026]本专利技术基于多脉冲调制的低功耗高可靠性电容式数字隔离器，在保证信号传输的质量和可靠性前提下，极大的降低了数字隔离器的功耗，尤其是静态电流，能满足一些超低功耗产品的应用需求。本专利技术由于采用边沿调制方式，只在信号的边沿产生少数脉冲，脉冲结束后长时间的电平信号范围，信号发射模块进入休本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多脉冲调制的低功耗高可靠性电容式数字隔离器，其特征在于：包括信号发射模块和信号接收模块，两者通过隔离电容连接，信号发射模块将多脉冲信号调制成全差分信号后通过隔离电容输至信号接收模块；所述信号发射模块包括：边沿多脉冲调制模块，用于对输入的数字信号进行边沿采样，得到边沿信号，进而采用delay法将边沿信号调制为多脉冲信号；全差分驱动模块，用于将所述多脉冲信号转换成全差分信号，并将其通过隔离电容传输至信号接收模块；所述信号接收模块包括：前置放大器，用于将经隔离电容传输衰减后的全差分信号进行放大；高速比较器，用于将放大后的全差分信号进行比较后还原输出多脉冲信号；脉冲检测模块，用于检测多脉冲信号的脉冲数量，根据脉冲数量将多脉冲信号解调为边沿信号，同时开启自适应控制模块；自适应控制模块，用于控制前置放大器工作电流的大小，同时控制高速比较器工作电流以及翻转阈值的大小。2.根据权利要求1所述的低功耗高可靠性电容式数字隔离器，其特征在于：所述边沿多脉冲调制模块包含有delay法脉冲生成电路，在无信号输入时，该电路不产生电流损耗；当有信号输入时，该电路将输入信号延时并反相后与原输入信号作与逻辑，从而将边沿信号调制成脉冲信号，重复此操作即可得到多脉冲信号。3.根据权利要求1所述的低功耗高可靠性电容式数字隔离器，其特征在于：所述自适应控制模块的控制策略如下：当信号发射模块无数字信号输入时，前置放大器和高速比较器处于低工作电流状态，同时高速比较器的翻转阈值较低；当高速比较器输出第一个脉冲信号并被脉冲检测模块检测到时，自适应控制模块控制前置放大器和高速比较器的工作电流增大后持续T秒，同时控制高速比较器的翻转阈值增大后持续T秒；在持续时间内脉冲检测模块每检测到一个脉冲信号，自适应控制模块都会将前置放大器和高速比较器的工作电流增大一次并将持续时间延长T秒，同时将高速比较器的翻转阈值增大一次并将持续时间延长T秒，T为设定的时长量；在持续时间内脉冲检测模块未检测到脉冲信号，自适应控制模块则控制前置放大器和高速比较器还原为低工作电流状态，同时将高速比较器的翻转阈值还原至较低水平。4.根据权利要求1所述的低功耗高可靠性电容式数字隔离器，其特征在于：所述脉冲检测模块同时具有信号解调的功能，能够将一定时间段内不同个数的脉冲信号解调成上升沿和下降沿，具体解调策略如下：如边沿多脉冲调制模块将边沿信号的上升沿调制为m个脉冲，下降沿调制为n个脉冲，m和n均为大于0的自然数；则在一定时间段内，若脉冲检测模块检测到的脉冲个...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾京波，杨宇昊，奚剑雄，何乐年，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：