CN105429625B - 产生用于信号隔离器的通/断键控载波信号的方法和结构 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及产生用于信号隔离器的通/断键控载波信号的方法和结构。用于信号隔离器系统的振荡器包括并联连接的电容器和电感器，两对交又耦合的开关和一个控制开关。电容器，电感器和交又耦合开关形成一个振荡器。响应于一个被传递穿过隔离阻挡的数据信号，控制开关在导通状态和OFF状态之间控制振荡器的操作。电感器由隔离变压器的绕组形成，与提供独立的电感器的系统相比减少了组件数量。其它实施例包括电流一提供启动电路和可以加速在通和断状态之间转换的短路晶体管。

Description

产生用于信号隔离器的通/断键控载波信号的方法和结构
技术领域
本发明涉及信号隔离器，具体地，涉及根据开关键控信号协议操作的信号隔离器。
背景技术
隔离器是在两个电气隔离的电路系统之间交换数据信号的器件。所述电路系统各自在不同的电压域中操作，所述不同的电压域包括不同的电源电位和不同的地.隔离器件可以提供穿过隔离阻挡的数据交换，所述隔离阻挡保持了所述的电气隔离。典型的隔离器件包括微变压器，电容器，磁阻/巨磁阻和光电器件。
开关健控(“OOK”)是基于被传输通过所述隔离阻挡的信号的类型确定数字状态的信令协议。第一数字数据状态(即，数字“1”)可以通过传输穿过所述隔离阻档的周期性信号来表示。第二数字数据状态(数字“0”)可以通过不传输信号穿过所述隔离阻挡来表示.接收器电路将检测所述周期性信号的存在或者不存在，并且从其中解码数字输出。
基于开关健控的信号隔离器通常具有低效的设计。例如，隔离器发送器包括与所述隔离器装置分离的高频振荡器以产生载波，该载波变为所述周期性信号。此外，发送器通常是功耗大的器件.相应地，发明人认识到在本领域中存在用于基于开关键控信号隔离器的改进的发送器体系结构的需求。
附图说明
图1说明了根据本发明实施例的隔离器系统。
图2说明了根据本发明实施例的发送器和用于此的示例性信号。
图3说明了根据本发明另一个实施例的发送器和用于此的示例性信号。
图4说明了根据本发明的进一步实施例的发送器和用于此的示例性信号。
图5说明了根据本发明又一个实施例的发送器和用于此的示例性信号。
图6说明了根据本发明另一个实施例的发送器。
图7说明了根据本发明又一个实施例的发送器。
图8示出根据本发明的另一个实施例的隔离器系统的示意图。
图9示出根据本发明的实施例的隔离器系统。
图10示出根据本发明的实施例的电压管理器的电路图。
具体实施方式
本发明的实施例提供用于信号隔离器系统的振荡器，其包括并联连接的电容器和电感器，两对交又耦合的开关和控制开关。所述电容器，电感器和交又耦合开关形成振荡器。响应于传递穿过隔离阻挡的数据信号，所述控制开关在导通ON状态和短接，OFF状态之间控制所述振荡器的操作。所述电感器由隔离变压器的绕组形成，与提供独立的电感器的系统相比减少了组件数量。其它实施例可以包括电流-提供启动电路和可以加速在通和断状态之间转换的短路晶体管。
图1说明了根据本发明实施例的隔离器系统100。系统100包括发送器110隔离器120，接收器130和输出驱动1400隔离器120跨越隔离边界150隔离边界150将两个电压域彼此电气隔离。发送器110可以属于第一电压域，其具有它自己的电压和地电源(显示为VDD1,GND1)，接收器130和输出驱动140可以属于第二电压域，其具有独立于第一电压域的电源的电压和地电源(VDD2,GND2)。隔离边界150能阻止从一个域到另一个域的电压连通。
系统100可以通过开关键控(简称“OOK”)提供从第一电压域到第二电压域的数字数据的通信.在这样的实施例中，发送器110可以接收占用两个二进制电压电平中的一个的输入信号。发送器110可以产生输出信号，其状态由输入信号的状态确定。例如，如果输入信号对应于二进制值“1"，则发送器110可以产生周期性信号作为它的输出，但是，如果输入信号对应于二进制值“0”；则发送器110可以输出无效的信号(没有活动)。这种基于输入信号的状态在有效状态和无效状态之间切换的动作代表了开关健控输出的一个示例。
隔离器120可以被提供作为微变压器(图1中示出)，电容性的隔离器和/或磁阻的隔离器。隔离器120可以在第一电压域中从发送器110接收输出，在第二电压域中将所接收的信号传输到接收器130。虽然所接收的信号被说明作为隔离器120接收来自发送器110的开关键控输出的一个副本，然而所接收的信号可以包括由隔离器120引入到信号中的干扰(未示出)，例如电压平移，由隔离器的瞬态响应和噪声影响引入的失真。所接收的信号可以被作为电压提供到接收器130。
接收器130可以由隔离器120供应到它的信号产生开关健控电流信号。输出驱动140可以由接收器I30供应到它的电流信号产生二进制电压信号。在一个实施例中，响应于由隔离器I20提供的开关健控信号，接收器130和输出驱动140可以交换电流域信号以提供低延迟输出。
图2(a)说明了根据本发明实施例的发送器200.发送器200包括第一对交又耦合的晶体管210，215，第二对交又耦合的晶体管220,225，电感器230和电容器235。电感器230可以被提供作为变压器240的第一绕组230，变压器形成系统的隔离器120(图1)。发送器200也可以包括用于输入信号INPUT的第五晶体管245。
两个晶体管210和220可以在第一节点N1连接在一起。其它两个晶体管215,225可以在第二节点N2处连接一起。晶体管210,220的栅极可以与第二节点N2连接，晶体管215.225的栅极与第一节点N1连接。晶体管210.215可以具有与晶体管220.225相反的掺杂类型；因此在图2的示例中，晶体管210,215显示为PMOS晶体管，晶体管220,225显示为NMOS晶体管.晶体管的交叉连接的输入可以使得晶体管210-225以交替的组呈现导通和非导通。具体地，当节点N1处的电压使得晶体管215导通时，该电压将使得晶体管225不导通，同时，节点N2处的电压将使得晶体管220导通，以及使得晶体管210不导通。同样地，当节点N2处的电压使得晶体管210导通时，该电压将使得晶体管224不导通，同时，节点N1处的电压将使得晶体管215不导通，以及使得晶体管225导通。
电感器230和电容器235在节点N1和N2之间并联连接。因此，当晶体管210和225导通，从晶体管210到节点N1可以建立有源路径，进一步通过电感器230和电容器235连接到节点N2，并连接到晶体管225(在图2中显示为路径1)。或者，当215和220导通，可以从晶体管215到节点N1建立另一条有源路径，进一步通过电感器230和电容器235到节点N2，并连接到晶体管220(图2中未显示出路径)。因此，电容器235，电感器230和晶体管210-225形成振荡器。
在一个实施例中，电容器235不必被提供为发送器220的分立部件。相反，发送器220可以依靠通过交又耦合的晶体管210、215、220和225形成节点N1和N2之间的寄生电容。在上述实施例中，与由变压器绕组230提供的电感耦合的这些节点之间的寄生电容可以限定发送器220的振荡速率。
选择性地，发送器200可以包括连接在电源电压VDD和两个晶体管310,315之间的限流晶体管255.限流晶体管255可以与预先确定的偏置电压连接，显示为图2的示例中的地.如它的名字蕴涵的意思一样，当限流晶体管255有效时，其能限制提供到振荡器的电流量。通过限制提供到振荡器的电流，限流晶体管能改善隔离器系统的共模瞬时杭扰性。
图2(b)说明了响应于二进制输入信号INPUT在发送器200的操作期间产生的示例性的信号.在一个状态中，显示为“OFF”的状态，INPUT信号可以使它的关联晶体管245不导通，在理想的情况下这可以防止电流流过晶体管210-225中的任意一个。在该第一状态中，发送器200不会驱动信号到隔离器240。
在另一个显示为“ON”，的状态中，INPUT信号可以使得晶体管245导通，这允许晶体管210-225，电感器230和电容器235振荡。具体来说，电流可以在第一对晶体管之间流通(即，晶体管210和225)。电流可以流过电感器230，并且可以对电容器235充电.最终，可以在节点N1、N2处建立电压，使得晶体管210,225不导通，并且开始使得晶体管215、220导通。晶体管210-225的这种状态改变可以使电感器230和电容器235中建立的电压逆转方向。只要INPUT信号保持在导通状态，发送器200就可以在操作期间振荡，伴随着晶体管对210、225和215、220以交替方式变为导通和不导通。发送器电路200可以将振荡信号驱动到电感器230上，这可以驱动信号到隔离器240的第二绕组250。只要INPUT信号保持在导通状态，这种操作就可以持续。
图2的电路设计有利地利用隔离器装置的感应特性产生能传输穿过开关键控系统中的隔离阻挡的振荡信号。与可能提供和隔离器分离的电感器一电容器(LC)振荡器的其它设计相比，图2的发送器200实现的开关键控系统具有更少的器件数量和减小的面积。当LC电路作为集成电路制造时，电感器和变压器线圈时常是最占用面积的电路。因此，图2的实施例可以在这种器件中实现大的面积节约。
响应于INPUT信号的转换，图2中说明的振荡电感器利用振荡信号的瞬时产生和瞬时终止代表发送器200的理想化响应。然而，实际上，这种电路需要时间将电感器信号建立到全摆幅信号.此外，这些电路也需要时间从全摆幅振荡向无效状态转换。因此，当发送器200在集成电路中制造时，电感器信号很可能将偏离图2中所显示的仿真。
图3(a)显示了根据本发明实施例的发送器300。发送器300包括第一对交又耦合的晶体管310,315，第二对交又耦合的晶体管320,325，电感器330和电容器335。电感器330被提供作为变压器340的第一绕组330，变压器形成系统的隔离器120(图1)。发送器300也包括用于输入信号INPUT的第五晶体管345和“启动”电路350。
两个晶体管310和320在第一节点N1处连接在一起.其它两个晶体管315,325在第二节点N2处连接一起。晶体管310、320的栅极与第二节点连接，晶体管315,325的栅极与第一节点连接.晶体管310、315可以具有与晶体管320,325相反的掺杂类型；因此在图3的示例中，晶体管310、315显示为PMOS晶体管，晶体管320,325显示为NMOS晶体管。晶体管的交叉连接的输入使得晶体管310-325以交替的组呈现导通和非导通。具体地，当节点N1处的电压使得晶体管315导通时，该电压将使得晶体管325不导通，同时，节点N2处的电压将使得晶体管320导通，以及使得晶体管310不导通。同样地，当节点N2处的电压使得晶体管310导通，该电压将使得晶体管320不导通，同时，节点N1处的电压将使得晶体管315不导通，以及使得晶体管325导通。电容器335，电感器330和晶体管310-325形成振荡器。
在一个实施例中，电容器335不必被提供为发送器300的分立部件。相反，发送器300可以依靠通过交又耦合的晶体管310、315、320和325形成节点N1和N2之间的寄生电容。在上述实施例中，与由变压器绕组330提供的电感耦合的这些节点之间的寄生电容可以限定发送器220的振荡速率。
选择性地，发送器300包括连接在电源电压VDD和两个晶体管310,315之间的限流晶体管360。限流晶体管360与预先确定的偏置电压连接，显示为图3的示例中的地。如它的名字蕴涵的意思一样，当限流晶体管360有效时，其能限制提供到振荡器的电流量。通过限制提供振荡器的电流，限流晶体管能改善隔离器系统的共模瞬时抗扰性。
启动电路350包括由一对晶体管351,352构成的电流镜，一对控制晶体管353、354和电流源355。控制晶体管中的一个353耦接到发送器300的第一节点N1，第二控制晶体管354耦接到发送器300的另一节点N2。电流源355耦接到电流镜中的第一晶体管351，电流镜中的第二晶体管352耦接到控制晶体管中的一个353。
控制晶体管353,354由“kick"拉制信号控制，由图3(b)中的kick和kick bar表示。图解显示晶体管353为PMOS晶体管，当在启动信号为低时晶体管353变为导通。图解显示晶体管354为NMOS晶体管，当kick bar信号为高时晶体管354变为导通。INPUT信号从OFF状态到导通状态转换期间，kicklkick bar控制信号可以变为有效。因此在从OFF状态到导通状态的转换期间，启动电路350可以给振荡器供应电流。
考虑操作期间的发送器300，相对于振荡器的LC时间常数，当振荡器已经处于OFF状态一段延长的时间。在这期间，电容器335和电感器330很可能没有存储能量。在没有启动电路的贡献的情况下，当INPUT信号从OFF状态到导通状态转换时，电容器335和电感器330都将被通过晶体管或者3I5提供的电压电源VDD充电。充电电容器335和/或电感器330花费时间将增大信号传输穿过隔离器边界的延迟，降低系统的处理能力。
然而，在图3的实施例中，在INPUT信号转换时启动电路350可以变成有效的。因此，启动电路350可以通过“启动路径”给振荡器供应电流，“启动路径”从控制晶体管353延伸，穿过电感器330和电容器335到第二控制晶体管354.如它的名字隐含的意思一样，由启动电路提供的电流可以启动振荡器的操作。其可以给振荡器提供电流脉冲加速振荡器启动时的充电速率.以这样的方式，振荡器可以比其它发送器系统更快速地建立到全摆幅操作，其总体上减少了发送器的延迟并加速了系统的操作。
在一个实施例中，电流镜晶体管351.352可以是失配的晶体管。也就是说，第二电流镜晶体管352的尺寸，给发送器300的其它组件馈送电流的那一个，可以大于第一晶体管351(显示为N倍于晶体管351)。因此，由电流源355驱动的电流量和晶体管351和352的尺寸比例可以确定启动电路350供给发送器300的其它部件的电流量。电路设计者可以通过调节电流源355，调节晶体管351和352的比例，调节启动信号到各自的应用需要持续期间，来调节启动时递送给振荡器的电流量。
图4(a)说明了根据本发明实施例的发送器400。发送器400包括第一对交又耦合的晶体管410、415，第二对交又耦合的晶体管420、425，电感器430和电容器435。电感器430被提供作为变压器440的第一绕组，变压器440形成系统的隔离器120(图1)。发送器400也包括用于输入信号INPUT的第五晶体管445和第六晶体管450，称为“短接(quenching)”晶体管。
两个晶体管410和420在第一节点N1处连接在一起。其它两个晶体管415,425在第二节点N2处连接一起.晶体管410.420的栅极与第二节点连接，晶体管415,425的栅极与第一节点连接。晶体管410,415具有与晶体管420,425相反的掺杂类型；因此在图4中的示例中晶体管410,415显示为PMOS晶体管，晶体管420,425显示为NMOS晶体管.晶体管的交又连接的输入使得晶体管410-425以交替的组呈现导通和非导通。具体地，当节点N1处的电压使得晶体管415导通，该电压将使得晶体管425不导通，同时，节点N2处的电压将使得晶体管420导通，以及使得晶体管410不导通。同样地，当节点N2处的电压使得晶体管410导通，该电压将使得晶体管420不导通，同时，节点N1处的电压将使得晶体管415不导通，以及使得晶体管425导通。电容器435、电感器430和晶体管410-425形成振荡器。
电感器430，电容器435和短接晶体管450在节点N1和N2之间并联连接。当短接晶体管450是导通的，其使节点N1和N2短接在一起。当短接晶体管450是非导通的，其允许晶体管410-425，电容器435，电感器430如上述实施例中所讨论地振荡。具体来说，晶体管410和425可以是导通的，形成从晶体管410到节点N1的有源路径，进一步通过电感器430和电容器435到节点N2以及到晶体管425。并且，在振荡的另一个部分，晶体管415和420形成从晶体管4I5到节点N1的另一有源路径，进一步通过电感器430和电容器435到节点Nz以及到晶体管420。
如指出的一样，当短接晶体管变得导通时，可以使节点N1和N2短接在一起。因此，通过提供消耗可以存储在电感器430和/或电容器435中能量的低阻抗通路，短接晶体管450可以促进从导通状态到OFF状态转换.增大从导通状态到OFF状态的转换速度可以减少它们传递穿过隔离阻挡的转换延迟，因此，可以从总体上改善处理能力。
在一个实施例中，电容器435不必被提供为发送器400的分立部件。相反，发送器400可以依靠通过交叉耦合的晶体管410,415,420和425形成节点N1和N2之间的寄生电容。在上述实施例中，与由变压器绕组430提供的电感耦合的这些节点之间的寄生电容可以限定发送器400的振荡速率。
选择性地，发送器400可以包括连接在电源电压VDD和两个晶体管410.415之间的限流晶体管455.限流晶体管455与预先确定的偏置电压连接，显示为图4的示例中的地.如它的名字蕴涵的意思一样，当限流晶体管455有效时其能限制流过振荡器的电流量。通过限制流到振荡器的电流，限流晶体管能改善隔离器系统的共模瞬时抗扰性。
图4(b)说明了可以应用在图4(a)的发送器400的示例性的信号.在所示出的实施例中，短接晶体管450显示为NMOS晶体管，响应于处在高电压电平的控制信号(称为"QUENCHING")，晶体管450呈现导通状态.其它实施例可以使用不同类型的晶体管(如，PMOS晶体管)，其响应于低电平控制信号呈现导通状态。
QUENCHING信号被说明为在振荡器从导通状态到OFF状态转换期间转换为高电平。当这发生时，短接晶体管450呈现导通状态，使节点N1和N2短接在一起.这使电容器435的极板和电感器430的端子短接在一起，引起上面描述的能量消耗。以这样的方式，振荡输出OUTPUT信号快速衰减。
在图4(b)所示的实施例中，QUENCHING信号被说明在INPUT信号的整个持续时间有效。在这样的实施例中，QUENCHING信号可以被提供为INPUT信号的反转(基本上，input-bar)。在其它实施例中，QUENCHING信号的有效时段可以在需要时被设置为比INPUT信号的整个持续时间短，只要有效时段具有足够的持续时间以消耗发送器内的感性和容性元件的能量即可。
图3和4的原理可以统一到共同的发送器中，如图5所示的实施例。在图5中，发送器500包括第一对交叉耦合的晶体管510、515，第二对交叉耦合的晶体管520、525，电感器530和电容器535。电感器530被提供作为变压器540的第一绕组，变压器540形成系统的隔离器120(图1)。发送器500也包括用于共模控制信号(表示为“SWITCH")的第五晶体管545，启动电路550、短接晶体管560和控制器570。
两个晶体管510和520在第一节点N1处连接在一起。其它两个晶体管515、525在第二节点N2处连接一起。晶体管510、520的栅极与第二节点连接，晶体管515,525的栅极与第一节点连接。晶体管510,515具有与晶体管520,525相反的掺杂类型；因此在图5中的示例中晶体管510、515显示为PMOS晶体管，晶体管520,525显示为NMOS晶体管。晶体管的交又连接的输入使得晶体管510-525以交替的组呈现导通和非导通。具体地，当节点N1处的电压使得晶体管515导通，该电压将使得晶体管525不导通，同时，节点N2处的电压将使得晶体管520导通，以及使得晶体管510不导通。同样地，当节点N2处的电压使得晶体管510导通，该电压将使得晶体管520不导通，同时，节点N1处的电压将使得晶体管515不导通，以及使得晶体管525导通.电容器535，电感器530和晶体管510-525形成振荡器。
电感器530，电容器535和短接晶体管560在节点N1和N2之间并联连接。当短接晶体管560是导通的，它使节点N1和N2短接在一起.当短接晶体管560是非导通的，它允许晶体管510-525，电容器535，电感器530如上述实施例中所讨论地振荡。具体来说，晶体管510和525可以是导通的，形成从晶体管510到节点N1的有源路径，进一步通过电感器530和电容器535到节点N2以及到晶体管525.并且，在振荡的另一个部分，晶体管515和520形成从晶体管515到节点N1的另一有源路径，进一步通过电感器530和电容器535到节点N2以及到晶体管520。
启动电路550可以包括由一对晶体管551.552构成的电流镜，一对控制晶体管553,554和电流源5550控制晶体管中的一个553辐接到发送器so0的第一节点N1，第二控制晶体管554辐接到发送器500的另一节点N2.电流源可以耦接到电流镜中的第一晶体管551，电流镜中的第二晶体管552可以耦接到控制晶体管中的一个553。
在一个实施例中，电容器535不必被提供为发送器500的分立部件。相反，发送器400可以依靠通过交叉耦合的晶体管510,515,520和525形成节点N1和N2之间的寄生电容.在上述实施例中，与由变压器绕组530提供的电感祸合的这些节点之间的寄生电容可以限定发送器500的振荡速率。
选择性地，发送器500可以包括连接在电源电压VDD和两个晶体管510,515之间的限流晶体管565.限流晶体管565与预先确定的偏置电压连接，显示为图5的示例中的地。如它的名字蕴涵的意思一样，当限流晶体管565有效时其能限制提供到振荡器的电流量。通过限制提供到振荡器的电流，限流晶体管能改善隔离器系统的共模瞬时抗扰性。
控制晶体管553,554由启动控制信号控制，由图5(b)中的kick和kick bar表示。图解示出晶体管553为PMOS晶体管，当启动信号为低时晶体管553变为导通.图解示出晶体管554为NMOS晶体管，当kick bar信号为高时晶体管554变为导通.在MODE信号从OFF状态到导通状态转换期间，kick和kick_bar控制信号可以有效的。因此在从OFF状态到导通状态转换期间，启动电路550可以给振荡器供应电流。
控制器570可以为启动电路550，短接晶体管560和开关晶体管545产生控制信号。图5(b)说明了一组示例性的这种信号。考虑输入信号从低电压电平到高电压电平转换的情形。在输入信号转换以前，启动信号可以是无效的kick被设定为高电压电平，kick start被设定为低电压电平，quench信号可被设定为有效电平。响应于这些信号，启动控制晶体管553和554可以是非导通，而短接晶体管560可以是导通的。
当输入信号转换从低电压到高电压时，控制器570可以无效quench信号，并且引发Kick和kick_bar信号。无效quench信号可以引起quench转换，以变成非导通，从而在节点N1和N2之间起到低电阻途径的作用。无效Kick和kick_bar信号可以引起Kickstart电路500给电感器530和电容器535供应电流，这可以开始振荡。Kickstart电路500可以持续供应电流一段时间，在该期间kick和kick_bar信号是有效的。
在kickstart脉冲期间，控制器570可以使kick和kick_bar信号无效并且触发转换信号。使kick和kick_bar信号无效可以使得控制晶体管553和554变为非导通，这防止启动电路500进一步给振荡器供应电流。开关信号的有源可以引起开关晶体管545变为导通，这使得振荡器参与正常操作。即，振荡器操作可以由在[48]中所讨论的晶体管510-525的切换操作的管理而操作。振荡操作可以以该方式持续，直到控制器570改变开关信号的状态，这可以在输入信号的下降转换上发生。
当输入信号从低电压到高电压转换，发送器500应该处于OFF状态。响应于INPUT信号的下降转换，控制器570可以使SWITCH信号无效并且激活QUENCH信号。SWITCH信号的无效可以使得晶体管545变为不导通，这可以禁止电流源VDD和地之间的电流流动。QUENCH信号的激活可以使得短接晶体管560变为导通，这可以消耗存储在电容器535和电感器530中的能量。控制器570可以将发送器500保持在OFF状态直到INPUT信号中发生上升转换，因此，正如上面所讨论的，控制器570可以激活kick和kick_bar信号并且使短接信号无效。
本发明的原理也发现在发送器构件中的应用，其在振荡器中仅仅使用两对交叉耦合的晶体管。图中示出该实施例。此处，振荡器可以由一对交叉耦合的晶体管610,615,一对电感器620,625和电容器635形成。再次，在某些实施例中，电容器635可以是晶体管610,615晶提供的寄生电容形成的虚拟器件。晶体管630可以连接在振荡器和电源中的一个(在本例中是VDD)之间。
在该示例中，短接晶体管635可以被设置在一时节点N1,N2之间，交叉辐合的晶体管从节点N1,N2获得它们的输入(电容635两端)。其可以变为有效的以便于从ON状态转换到OFF状态。启动电路650可以连接到其中一个节点(N1)以及可以将电流注入到振荡器中以促进从OFF状态到ON状态的转换。
如所讨论，本发明的原理也发现具有不同类型隔离器装置的应用。图7示出了发送器700，其可以在具有基于电容器的隔离器的实施例中应用。在这些实施例中，发送器700可以包括由两对交又藕合的晶体管710,715,720和725、电感器730和电容器735形成的振荡器。电感器730和电容器735可以藕接在节点N1和N2之间，交又藕接的晶体管710,715,720和725可以从这里获得它们的输入。晶体管740可以藕接在电压电源(VDD，在该示例中)和振荡器之间并且可以从由发送器700发送的输入信号获得它的输入。
在该实施例中，隔离器装置745,750可以是电容器。第一电容器745的第一端子可以耦接到其中一个节点N1，第二电容器750的第一端子可以耦接到第二个节点N2。电容器745,750的第二端子可以从发送器700所位于的一侧被配置到隔离阻档的相对侧。
图7示出了短接晶体管755和启动电路760应用到这些实施例。短接晶体管755可以被设置在节点N1,N2之间，交又藕合的晶体管从这里获得它们的输入(电容735两端)。其可以变为有效的以便于从ON状态转换到OFF状态。启动电路760可以连接到其中一个节点(N1)以及可以将电流注入到振荡器中以促进从OFF状态到ON状态的转换。
图8是示出根据本发明的实施例的信号隔离器系统800的电路布置的示意图。此处，隔离器系统800可以包括一对半导体管芯810,820，每一个都与另一个彼此电气隔离。如所讨论的，管芯可以各自具有它们自己的电源电压和地参考。在图8的示例中，第一管芯810可以包括发送器830，第二管芯820可以包括接收器840和输出驱动850。发送器830和接收器840可以被隔离器件860分离，隔离器件860由被电介质层866分离的第一绕组862和第二绕组864形成。第二绕组864可以形成接收器840的一部分，并且可以与接收器840一起被设置在第二管芯820中。第一绕组862可以形成为发送器830的一部分，并且被设置在第二管芯820之上接近于第二绕组864.电介质层866可以限定第一和第二管芯之间的隔离阻挡；电介质层866的击穿电压可以确定由信号隔离器系统800给予了多少隔离保护。
如图9所示，信号隔离器系统可被复制，以提供管芯之间的通信的附加的信道CH1-CHN。首先，从个人信道CH1，CH2，...，CHN的发送器-接收器可以在第一取向为在第一方向数据传输的复制(示为从左到右传输在图9)在一个隔离层950。复制的频道CH1-CH 2可提供单向通信的多个信道从第一管芯810的第二管芯820(图8)。另外，这样的信道可以被复制和在方向(从右到左的信号传输)反转以提供一个或多个信道单向通信从第二管芯820的第一管芯810(未示出的通道)。这样的实现也在本发明的精神和范围内。
在这种实施例中，每个信道CH1，CH2，...，CHN可包括各自的发送器910.1-910.N，隔离920.1-920.N，接收器930.1-930.N和输出驱动940.1-940.N。隔离器920.1-920.N可能跨越隔离边界950，该电隔离两个彼此电压域。所述发送器小号910.1-910.N可产生从输入信号VIN1-VINN OOK输出信号，并提供给它们各自的隔离器920.1-920.N。所述接收器小号930.1-930.N可产生从由它们各自的隔离器920.1-920.N供给给它们的信号的OOK电流信号。该输出驱动940.1-940.N可以生成从由它们各自的接收器小号930.1-930.N提供给它的电流信号的二进制电压信号。因此，多个信号信道CH1，CH2，...，CHN可以从一个隔离屏障950的第一侧进行数据通信的第二侧。信道结构可被复制和逆转方向从隔离层950的第二侧传送信号到第一侧。
在一个实施例中，信道CH1-CHN可以包括电压管理器小号设置在通道的发送器侧，对信道或两者的接收器侧960.1-960.N和970.1-970.N。这些稳压器可降低电源电压(VDD1，VDD2)，以各自的发送器，接收器组件以节省电能，并最大限度地降低电源范围振荡器的振幅变化。在一些应用中，振荡器操作会产生在发送器小号910.1-910.N和/或接收器小号930.1-930.N内电源电压“涟漪”；电压管理器小号960.1-960.N和970.1-970.N的存在可以减轻在电压电源VDD1和VDD2可降低信道之间可能发生的串扰效应这样的效果。
图10示出的一个电压管理器千根据本发明的实施例的电路图。的电压管理器1000可以包括一个运算放大器(也称为“运放”)1010，晶体管1020的供给，分压器1030和负载电容器CL。的电压管理器1000可以具有一个输出端1040可连接到其它电路元件，例如，一个发送器或接收器与前述实施例。
运算放大器1010可具有的输入，针对基准电压Vref和反馈电压Vfb的由该分压器1030运算放大器1010的输出可以耦合到电源的栅极晶体管1020，运算放大器1010产生可以包括电容器C1和C2被内，其中，运算放大器1010被制造的集成电路集成。调节器1000的输出节点1060可以耦合到一个中间节点中的电流通路，以该电容器C1和C2耦合。
电压管理器1000可以操作以保持一个电压VDD_REG在输出节点1040在预定水平。晶体管1020的电源和负载电容器CL可以一个电源电压VDD和输出节点之间耦合1040分频器1030可以第二电源电压(地)和所述输出节点之间耦合的电压1040。分压器1030可以是设置成一对的具有阻抗R1和R2串联连接的元件。阻抗元件可提供为电阻器，偏置晶体管或具有预定阻抗的其他设备。
在稳定状态操作条件，op amp 1010可以操作以在分压器1030内保持电压在中间节点，其水平匹配Vref(e.g.,Vfb＝Vref)。输出节点处的电压可以保持电压为
Figure BDA0000801578090000141
负载电容器CL可以被充电至该水平VDD_REG。供应晶体管1020可以被控制以通过输出节点1040源操作电流至负载装置(未示出)。
当瞬态发生时，一个负载装置(未示出)或者可拉或可能推电流与输出节点1040时瞬态引起的电流的拉从输出节点，这种电流可通过负载电容器CL和电容器C1来源和C2，这将有助于迫使晶体管小号1404是更有利于提供该电流。以这种方式，这样的瞬变不太可能被传递回电压电源电路(未示出)，源VDD。当瞬态引起的电流一推到输出节点，这样的电流可能引起电压推回，通过电容器C1和C2向晶体管1020的供给的栅极晶体管1020的供应可能变得比在稳定状态操作较少导电的，这可能绝缘电压电源电路(未示出)，从当前推的瞬态效应源VDD。相应地，电压管理器1000可以免疫(在一定程度上)电压电源从瞬态效应，否则可能通过改变一个发送器的操作条件或一个接收器被施加的电路。
如图1所示，上述实施例的发送器可以和接收器130协同使用，其在单独电压域中操作，其由隔离边界150隔离发送器110的电压域。示例性接收器示于共同申请，题目为“产生用于信号隔离器的通/断键控载波信号的方法和结构,”s.n.14/486,951(代理人案卷号13641/518201)，在同日提交，其公开通过引用并入。
前述描述给出了用于开关键控信号隔离器的发送器电路，发送器电路节约了组件数量并且提供了ON和OFF状态之间的快速转换。虽然前述实施例中以示例性的操作和信号协议为背景说明了发送器，本发明的原理不限于实施例的描述。例如，当INPUT信号具有低电压电平而不是如在上文的高电压电平时，允许发送器进入ON振荡状态，和当INPUT信号具有高电压电平时，允许发送器进入OFF振荡状态。此外，系统可以被配置为使用单个启动信号而不是像说明的一样使用互补的kick和kick bar信号操作。进一步地，系统可以使用低电平有效的QUENCHING信号操作，而不是像说明的一样使用高电平有效信号。这种变化在本发明的操作原理范围之内。虽然在本文中以MOS晶体管说明，本发明的原理在其它工艺中得到了应用，例如，双极结型晶体管和结型场效应晶体管。
本发明的若干实施例在本申请中被具体地说明和/或描述。然而，在不背离本发明的精神和计划范围的情况下，本发明的修改和变化能被上述讲授和所附如权利要求的权限覆盖将是。与上面描述的原理一致的进一步变化是可容许的。

Claims (29)

1.一种用于信号隔离器系统的发送器系统，包括：
振荡器电路，耦合到隔离器装置，
控制开关，耦合在所述振荡器电路和电压电源之间，具有用于由所述系统传送的输入信号的输入端；以及
加速部件，用于加速振荡器电路在如所述输入信号所确定的ON状态和OFF状态之间的转换期间的转换。
2.权利要求1所述的系统，其中所述加速部件是短接开关，耦合在所述振荡器的两个部件之间，所述短接开关在如所述输入信号所确定的从所述振荡器的ON状态转换到所述振荡器的OFF状态期间变为导通。
3.权利要求1所述的系统，其中所述加速部件是电流注射电路，耦合到所述振荡器，所述电流注射电路在如所述输入信号所确定的从所述振荡器的OFF状态转换到所述振荡器的ON状态期间变为有源。
4.一种用于信号隔离器系统的发送器系统，包括：
振荡器电路，耦合到隔离器装置，
控制开关，耦合在所述振荡器电路和电压电源之间，具有用于由所述系统传送的输入信号的输入端；以及
短接开关，耦合在所述振荡器的两个部件之间，所述短接开关在如所述输入信号所确定的从所述振荡器的ON状态转换到所述振荡器的OFF状态期间变为导通。
5.权利要求4所述的发送器系统，其中所述隔离器装置包括变压器，所述变压器的第一绕组是所述振荡器电路的电感器。
6.权利要求4所述的发送器系统，其中所述隔离器装置包括电容器。
7.权利要求4所述的发送器系统，其中所述振荡器电路包括：
连接在一对节点之间的电感器；
第一对交又耦合的晶体管，第一晶体管耦合在所述节点中的第一节点和第一电压电源之间，具有耦合到第二节点的控制输入，第二晶体管耦合在第二节点和第一电压电源之间，具有耦合到第一节点的控制输入，以及
第二对交又耦合的晶体管，一个晶体管耦合在第一节点和第三节点之间，具有耦合到第二节点的控制输入，另一晶体管耦合在第二节点和第三节点之间，具有耦合到第一节点的控制输入。
8.权利要求4所述的发送器系统，其中所述振荡器电路包括：
连接在一对节点之间的电容器；
一对交又耦合的晶体管，第一晶体管耦合在第一节点和第一电压电源之间，具有耦合到第二节点的控制输入，第二晶体管耦合在第二节点和第一电压电源之间，具有耦合到第一节点的控制输入，以及
一对电感器，第一电感器耦合第一节点和第二电压电源之间，以及第二电感器耦合在第二节点和第二电压电源之间。
9.权利要求4所述的发送器系统，还包括电流注射电路，耦合到所述振荡器，所述电流注射电路在所述输入信号所确定的从所述振荡器的OFF状态转换到所述振荡器的ON状态期间变为有源。
10.权利要求4所述的发送器系统，还包括耦合在电压电源和所述振荡器电路之间的电压管理器。
11.一种用于信号隔离器系统的发送器系统，包括：
振荡器电路，耦合到隔离器装置，
控制开关，耦合在振荡器电路和电压电源之间，具有用于将由所述系统传送的输入信号的输入端；和
电流注射电路，耦合到所述振荡器，所述电流注射电路在如所述输入信号所确定的从所述振荡器的OFF状态转换到所述振荡器的ON状态期间变为有源。
12.权利要求11所述的发送器系统，其中所述隔离器装置包括变压器，所述变压器的第一绕组是所述振荡器电路的电感器。
13.权利要求11所述的发送器系统，其中所述隔离器装置包括电容器。
14.权利要求11所述的发送器系统，还包括短接开关，耦合在两个节点之间，所述短接开关在如所述输入信号确定的从所述振荡器的ON状态到所述振荡器的OFF状态的转换期间变为导通。
15.权利要求11所述的发送器系统，其中所述振荡器电路包括：
连接在一对节点之间的电感器；
第一对交又耦合的晶体管，第一晶体管耦合在所述节点中的第一节点和第一电压电源之间，具有耦合到第二节点的控制输入，第二晶体管耦合在第二节点和第一电压电源之间，具有耦合到第一节点的控制输入，以及
第二对交又耦合的晶体管，一个晶体管耦合在第一节点和第三节点之间，具有耦合到第二节点的控制输入，另一晶体管耦合在第二节点和第三节点之间，具有耦合到第一节点的控制输入。
16.权利要求11所述的发送器系统，其中所述振荡器电路包括：
连接在一对节点之间的电容器；
一对交又耦合的晶体管，第一晶体管耦合在第一节点和第一电压电源之间，具有耦合到第二节点的控制输入，第二晶体管耦合在第二节点和第一电压电源之间，具有耦合到第一节点的控制输入，以及
一对电感器，第一电感器耦合第一节点和第二电压电源之间，以及第二电感器耦合在第二节点和第二电压电源之间。
17.权利要求11所述的发送器系统，还包括耦合在电压电源和所述振荡器电路之间的电压管理器。
18.一种管理ON-OFF信号隔离系统中的转换的方法，包括：
响应于将被传送穿过隔离阻挡的输入信号选择性地从第一电源路径驱动振荡器，其中所述振荡器对于所述输入信号的一个状态被驱动到ON状态以及对于所述输入信号的另一状态被驱动到OFF状态；
当所述输入信号在ON状态与OFF状态之间转换时，接合作为第一电路路径的辅助的第二电路路径，以改变通过所述振荡器的电流的量。
19.权利要求18所述的方法，其中，当输入信号改变状态以使所述振荡器从OFF状态转换到ON状态时，从第二电路路径注射电流到所述振荡器中。
20.权利要求18所述的方法，其中，当输入信号改变状态以使所述振荡器从ON状态转换到OFF状态时，所述第二电路路径在所述振荡器内是短路电流路径。
21.权利要求20所述的方法，其中所述短路电流路径在整个OFF状态期间保持有源。
22.权利要求20所述的方法，其中所述短路电流路径仅对于OFF状态的引发部分保持有源。
23.权利要求18所述的方法，还包括在ON状态的预定期间已经消逝后停止电流注射。
24.权利要求18所述的方法，还包括对于多个转换通道的每个都重复该方法。
25.一种用于信号隔离器系统的多通道发送器系统，包括：
多个通道，用于发送各信号穿过隔离屏障，各通道包括发送器和隔离器装置，
各发送器均包括：
振荡器电路，耦合到隔离器装置，
控制开关，耦合在振荡器电路和电压电源之间，具有用于将由所述系统传送的输入信号的输入端；和
加速部件，用于加速振荡器电路在如所述输入信号确定的ON状态和OFF状态之间的转换期间的转换。
26.权利要求25所述的系统，其中所述加速部件是电流注射电路，耦合到所述振荡器，所述电流注射电路在如所述输入信号所确定的从所述振荡器的OFF状态转换到所述振荡器的ON状态期间变为有源。
27.权利要求25所述的系统，其中所述加速部件是短接开关，耦合在所述振荡器的两个部件之间，所述短接开关在如所述输入信号所确定的从所述振荡器的ON状态转换到所述振荡器的OFF状态期间变为导通。
28.权利要求25所述的系统，其中所述发送器分别发送它们各自的信号沿着公共方向穿过隔离屏障。
29.权利要求25所述的系统，其中：
至少一个发送器发送其各自的信号沿着第一方向穿过隔离屏障，和
至少一个其他发送器发送其各自的信号沿着和所述第一方向相反的第二方向穿过隔离屏障。
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