一种具有抗瞬变干扰的隔离电路制造技术

一种具有抗瞬变干扰的隔离电路，包括偏置电路、抗dV/dt电路、信号调制电路、信号解调电路和电容。偏置电路和信号调制电路工作在第一电压域，抗dV/dt电路和信号解调电路工作在第二电压域，信号从第一电压域向第二电压域传输。当第一电压域和第二电压域之间的压差产生瞬变时，抗dV/dt电路能够检测该差压变化率dV/dt，然后将信号解调电路的输入端口的电压稳定在常规电平，常规电平是两电压域压差没有变化时的电平，从而消除dV/dt的影响，避免由dV/dt导致的输出逻辑紊乱问题，即使dV/dt期间信号也能在两个电压域之间进行有效传输。也能在两个电压域之间进行有效传输。也能在两个电压域之间进行有效传输。

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗瞬变干扰的隔离电路


[0001]本专利技术涉及不同电压域之间进行信号传输系统中的隔离电路，尤其涉及一种具有抗瞬变干扰的隔离电路，属于集成电路


技术介绍

[0002]隔离电路是应用在不同电压域之间进行信号传输的系统中，比如信号从低压域向高压域传输，或者信号从高压域向低压域传输。目前主要有光耦隔离、电感隔离、电容隔离等隔离方式，其中电容隔离由于具有传输延迟低、功耗小的优势，被广泛研究和应用。
[0003]一种传统电容隔离电路结构如图1所示，其工作波形如图3所示。信号从第一电压域(VDDA/GNDA)向第二电压域(VDDB/GNDB)传输，输入IN信号被调制为一定频率的方波信号A，经过电容C1后变为脉冲型信号B，B经过信号解调电路后恢复为与IN相同的信号波形，当两电压域之间的压差变化(瞬变干扰)时，B信号的中心值也会产生偏移，当GNDB
‑
GNDA上升时，由于电容上的位移电流是从B流向A，因此B信号中心值向下偏移，当GNDB
‑
GNDA下降时，位移电流从A流向B，B信号中心值向上偏移，且偏移量与GNDB
‑
GNDA电压变化率(dV/dt)成正相关，因此当dV/dt绝对值较大时，B信号波形会接近电源VDDB或地GNDB。B信号中心值产生偏移时，会严重干扰信号解调电路的正常工作，从而导致输出出现逻辑紊乱。
[0004]为了提升电容隔离电路的抗dV/dt能力，信号调制和解调采用双通道传输方式，如图2所示，其工作波形如图4所示。调制信号A1和A2是反相的方波信号，B1和B2也是反相的脉冲信号，信号解调电路采用B1和B2的差值进行处理，这样会大大增强抗dV/dt能力。但是该结构的抗dV/dt能力会有一定的上限，因为随着dV/dt绝对值增大，B1和B2信号的中心会逐渐向电源或地偏移，直至B1和B2脉冲消失，二者差值为0，信号解调电路输出就会出现逻辑紊乱。
[0005]为了抑制两电压域电压差的瞬变干扰，专利CN114696771A所提供的电路结构中，第一级高通滤波电路可以为dV/dt提供电流泄放通道，减小dV/dt的干扰，同时共模检测电路能够检测共模瞬态信号并输出至解调电路，避免共模瞬态期间对输出进行干扰，从而改善抗共模瞬态干扰的能力。这种结构的缺点是抗dV/dt能力受到泄放电流大小的限制，泄放电流越大，抗dV/dt能力越大，但是电容接受端信号幅度就越小，信号传输效率就下降。
[0006]专利CN113271095A采用的电路结构，用过在发生共模瞬变时输出使能信号使解调电路停止工作，避免共模瞬变对输出信号造成影响。该结构的缺点是在共模瞬变期间，无法进行信号的传输。
[0007]专利CN113419595B采用的电路结构，通过电流镜电路来补偿共模电压，增强隔离器电路的抗干扰能力。该结构的缺点是电流镜电路不能够完全补偿共模电压，因此可能会对信号解调电路造成一定的影响。

技术实现思路

[0008]为了弥补现有技术的不足之处，本专利技术提供了一种具有抗瞬变干扰能力的隔离电
路，该电路中的抗dV/dt电路可以检测出dV/dt(瞬变干扰)信号，同时吸收dV/dt信号在信号解调电路输入端口产生的位移电流，防止信号解调电路输入端电压产生偏移，使输入输出信号正常传输，有效抑制dV/dt噪声的影响。
[0009]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种具有抗瞬变干扰的隔离电路，其特征在于：包括单通道信号隔离电路和双通道信号隔离电路两种情况；
[0010]单通道信号隔离电路包括偏置电路002、单输出抗dV/dt电路001、单输出信号调制电路003、单输入信号解调电路004以及电容C1和电容C2，其中，偏置电路002和单输出信号调制电路003工作在第一电压域，电源和地分别为VDDA和GNDA；单输出抗dV/dt电路001和单输入信号解调电路004工作在第二电压域，电源和地分别为VDDB和GNDB；偏置电路002的输出通过电容C1连接单输出抗dV/dt电路001的输入端，单输出信号调制电路003的输入端作为具有抗瞬变干扰的单通道信号隔离电路的输入端IN，单输出信号调制电路003的输出通过电容C2连接单输出抗dV/dt电路001的输出端和单输入信号解调电路004的输入端，单输入信号解调电路004的输出端作为具有抗瞬变干扰的单通道信号隔离电路的输出端OUT；
[0011]双通道信号隔离电路保留单通道信号隔离电路中的偏置电路002和电容C1，去除电容C2,，增设电容C3和C4，用双输出信号调制电路006替换单输出信号调制电路003、用双输出抗dV/dt电路005替换单输出抗dV/dt电路001以及用双输入信号解调电路007替换单输入信号解调电路004；其中，偏置电路002和双输出信号调制电路工作在第一电压域，电源和地分别为VDDA和GNDA，双输出抗dV/dt电路和双输入信号解调电路工作在第二电压域，电源和地分别为VDDB和GNDB；偏置电路002的输出通过电容C1连接双输出抗dV/dt电路005的输入端，双输出信号调制电路006的输入端作为具有抗瞬变干扰的双通道信号隔离电路的输入端IN，双输出信号调制电路006的同相输出端通过电容C3连接双输出抗dV/dt电路005的一个输出端和双输入信号解调电路007的同相输入端，双输出信号调制电路006的反相输出端通过电容C4连接双输出抗dV/dt电路005的另一个输出端和双输入信号解调电路007的反相输入端，双输入信号解调电路007的输出端作为具有抗瞬变干扰的双通道信号隔离电路的输出端OUT。
[0012]进一步地，所述电容C1＝C2＝C3＝C4，所述偏置电路002可以在以下三种结构中任取其中之一：
[0013]1)偏置电路包括电阻R1和R2，电源VDDA连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端并作为偏置电路002ad的输出端，电阻R2的另一端接地GNDA；
[0014]2)偏置电路直接以电源VDDA作为偏置电路002b的输出端；
[0015]3)偏置电路直接以地GNDA作为偏置电路002c的输出端。
[0016]所述单输出抗dV/dt电路001包括基准电路100a和基准电路100b以及差分放大器101a；差分放大器101a的反相输入端连接基准电路100a的输出端和差分放大器101a的闭环输出端并作为单输出抗dV/dt电路001的输入端，差分放大器101a的同相输入端连接基准电路100b的输出端，差分放大器101a的开环输出端作为单输出抗dV/dt电路001的输出端；
[0017]所述双输出抗dV/dt电路005保留单输出抗dV/dt电路001中的基准电路100a、基准电路100b，用差分放大器101b替换差分放大器101a；差分放大器101b的反相输入端连接差分放大器101b的闭环输出端和基准电路100a的输出端并作为双输出dV/dt电路005的输入端，差分放大器101b的同相输入端连接基准电路100b的输出端，差分放大器101b的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有抗瞬变干扰的隔离电路，其特征在于：包括单通道信号隔离电路和双通道信号隔离电路两种情况；单通道信号隔离电路包括偏置电路(002)、单输出抗dV/dt电路(001)、单输出信号调制电路(003)、单输入信号解调电路(004)以及电容C1和电容C2，其中，偏置电路(002)和单输出信号调制电路(003)工作在第一电压域，电源和地分别为VDDA和GNDA；单输出抗dV/dt电路(001)和单输入信号解调电路(004)工作在第二电压域，电源和地分别为VDDB和GNDB；偏置电路(002)的输出通过电容C1连接单输出抗dV/dt电路(001)的输入端，单输出信号调制电路(003)的输入端作为具有单通道信号隔离电路的输入端IN，单输出信号调制电路(003)的输出通过电容C2连接单输出抗dV/dt电路001的输出端和单输入信号解调电路(004)的输入端，单输入信号解调电路(004)的输出端作为单通道信号隔离电路的输出端OUT；双通道信号隔离电路保留单通道信号隔离电路中的偏置电路(002)和电容C1，去除电容C2,，增设电容C3和C4，用双输出信号调制电路(006)替换单输出信号调制电路(003)、用双输出抗dV/dt电路(005)替换单输出抗dV/dt电路(001)以及用双输入信号解调电路(007)替换单输入信号解调电路(004)；其中，偏置电路(002)和双输出信号调制电路工作在第一电压域，电源和地分别为VDDA和GNDA，双输出抗dV/dt电路(005)和双输入信号解调电路(007)工作在第二电压域，电源和地分别为VDDB和GNDB；偏置电路(002)的输出通过电容C1连接双输出抗dV/dt电路(005)的输入端，双输出信号调制电路(006)的输入端作为具有抗瞬变干扰的双通道信号隔离电路的输入端IN，双输出信号调制电路(006)的同相输出端通过电容C3连接双输出抗dV/dt电路(005)的一个输出端和双输入信号解调电路(007)的同相输入端，双输出信号调制电路(006)的反相输出端通过电容C4连接双输出抗dV/dt电路(005)的另一个输出端和双输入信号解调电路(007)的反相输入端，双输入信号解调电路(007)的输出端作为双通道信号隔离电路的输出端OUT。2.根据权利要求1所述的具有抗瞬变干扰的隔离电路，其特征在于：所述电容C1＝C2＝C3＝C4，所述偏置电路(002)包括在以下三种结构中任取其中之一：1)偏置电路包括电阻R1和R2，电源VDDA连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端并作为偏置电路002ad的输出端，电阻R2的另一端接地GNDA；2)偏置电路直接以电源VDDA作为偏置电路002b的输出端；3)偏置电路直接以地GNDA作为偏置电路002c的输出端。3.根据权利要求1或2所述的具有抗瞬变干扰的隔离电路，其特征在于：所述单输出抗dV/dt电路(001)包括结构相同的基准电路(100a)和基准电路(100b)以及差分放大器(101a)；差分放大器(101a)的反相输入端连接基准电路(100a)的输出端和差分放大器(101a)的闭环输出端并作为单输出抗dV/dt电路(001)的输入端，差分放大器(101a)的同相输入端连接基准电路(100b)的输出端，差分放大器(101a)的开环输出端作为单输出抗dV/dt电路(001)的输出端；所述双输出抗dV/dt电路(005)保留单输出抗dV/dt电路(001)中的基准电路(100a)和基准电路(100b)，用差分放大器(101b)替换差分放大器(101a)；差分放大器(101b)的反相输入端连接基准电路(100a)的输出端和差分放大器(101b)的闭环输出端并作为双输出dV/dt电路(005)的输入端，差分放大器(101b)的同相输入端连接基准电路(100b)的输出端，差分放大器(101b)的一个开环输出端作为用双输出抗dV/dt电路(005)的一个输出端，差分放
大器(101b)的另一个开环输出端作为用双输出抗dV/dt电路(005)的另一个输出端。4.根据权利要求3所述的具有抗瞬变干扰的隔离电路，其特征在于：所述差分放大器(101a)包括前级放大器(200)以及后续电路上调整管T0、上调整管T2、下调整管T2和下调整管T3；前级放大器(200)的同相输入端作为差分放大器(101a)的反相输入端，前级放大器(200)的反相输入端作为差分放大器(101a)的同相输入端，前级放大器(200)的高电平输出端连接上调整管T0的控制端和上调整管T2的控制端，前级放大器(200)的低电平输出端连接下调整管T1的控制端和下调整管T3的控制端；上调整管T0的电源端和上调整管T2的电源端均连接第二电压域的电源VDDB，下调整管T1的电源端和下调整管T3的电源端均连接第二电压域的地端GNDB；上调整管T0的输出端与下调整管T1的输出端互连并作为差分放大器(101a)的闭环输出端；上调整管T2的输出端与下调整管T3的输出端互连并作为差分放大器(101a)的开环输出端；所述差分放大器(101b)保留差分放大器(101a)中的前级放大器(200)以及后续电路中的上调整管T0、上调整管T2、下调整管T1和下调整管T3，增设上调整管T4和下调整管T5；前级放大器(200)的同相输入端作为差分放大器(101b)的反相输入端，前级放大器(200)的反相输入端作为差分放大器(101b)的同相输入端，前级放大器(200)的高电平输出端连接上调整管T0的控制端、上调整管T2的控制端和上调整管T4的控制端，前级放大器(200))的低电平输出端连接下调整管T1的控制端、下调整管T3的控制端和下调整管T5的控制端；上调整管T0的电源端、上调整管T2的电压端和上调整管T4的电源端均连接第二电压域的电源端VDDB，下调整管T1的电源端、下调整管T3的电源端和下调整管T5的电源端均连接第二电压域的接地端GNDB；上调整管T0的输出端与下调整管T1的输出端互连并作为差分放大器(101b)的闭环输出端；上调整管T2的输出端与下调整管T3的输出端互连并作为差分放大器(101b)的一个开环输出端；上调整管T4的输出端与下调整管T5的输出端互连并作为差分放大器(101b)的另一个开环输出端；所述上调整管T0、上调整管T2和上调整管T4采用PMOS管或PNP管，其中，PMOS管的栅极和PNP管的基极分别为控制端；PMOS管的源极和PNP管的发射极分别为电源端，连接第二电压域VDDB；PMOS管的漏极和PNP管的集电极分别为输出端；下调整管T1、下调整管T3和下调整管T5采用NMOS管或NPN管，其中，NMOS管的栅极和NPN管的基极分别为控制端；NMOS管的源极和NPN管的发射极分别为电源端，连接第二电压域GNDB；NMOS管的漏极和NPN管的集电极分别为输出端。5.根据权利要求4所述的具有抗瞬变干扰的隔离电路，其特征在于：所述差分放大器(101a)中的前级放大器(200)包括PMOS管P0、PMOS管P1、NMOS管N0、NMOS管N1、NMOS管N01以及电流源I0和I1；前级放大器(200)后续电路中的上调整管T0和上调整管T2为PMOS管，下调整管T1和下调整管T3为NMOS管；PMOS管P0的源极、PMOS管P1的源极、NMOS管N01的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张允武，禹阔，陆扬扬，鲍文笑，
申请(专利权)人：国硅集成电路技术无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：