CN108599810A - 一种用于跨地传输信号的系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于信号传输技术领域，公开了一种用于跨地传输信号的系统，包括一组电路系统，相邻电路系统通过片上变压器组分离；片上变压器组包括1个以上的片上变压器；相邻电路系统通过片上变压器通信连接；一组电路系统包括1对以上配合使用的信号发送电路及信号接收短路；信号发送电路包括脉冲产生电路、调制器及振荡器；电平信号通过片上变压器组传送到信号接收电路中。本发明采用多电平对原多路数据信号进行处理并通过片上变压器传输，使得数据传输的速率在匹配片上变压器的同时，成指数级提升，其提升倍数与电平位数有关。同时，片上变压器的抗电磁干扰性能较传统的差分走线强。且片上变压器利用率较传统的未经调制的数字隔离器强。

Description

一种用于跨地传输信号的系统

技术领域

本发明属于信号传输技术领域，具体涉及一种用于跨地传输信号的系统。

背景技术

数字隔离系统是当代电路体系中极为重要的一类，被广泛应用于矿山、电信等需要远距离通信的场合，为信号的收发端提供相对干净的参考地电平。在远距离信号传输中，由于导线的电阻值和寄生电感与导线长度成正比，其地电平非常容易受到空间电磁信号和电流-电阻压降(IR Drop)影响，当电路在该环境下工作时，即相当于在传输信号上添加了一个参考地上的电压抖动，使得电路无法正常工作。随着物联网的迅速发展，低功耗、低电压、高速、小体积的数字隔离系统成为当今的研究热点。

传统的数字隔离系统方案，一般分别是基于光电耦合、差分电学耦合、变压器耦合和电容耦合四种方式进行传输。光电耦合存在着随着使用时间变长性能大幅度下降、机构复杂从而容易产生可靠性的问题；差分电学耦合通过差分线传输信号，信号导线的利用效率低、功耗大，这对于长距离信号传输系统来说是致命的；变压器耦合采用变压器作为电流耦合器件，体积大、功率高、传输频率低，与电压、小体积、高速度的目标不一致；电容耦合采用高压电容器作为耦合器件，存在抗电磁干扰能力弱、耐压难以做高的问题。

此外，现有技术中还有一种基于片上变压器的数字隔离系统方案，其基于SiP封装内的单独的集成在集成电路上的耦合线圈实现的变压器，传递原始信号调制后的沿信号，然后在次级对沿信号进行恢复；但上述数字隔离系统方案由于其系统简单，无法做到较好的信号复用，从而无法突破100Mbps的带宽限制。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种用于跨地传输信号的系统。

本发明所采用的技术方案为：

一种用于跨地传输信号的系统，包括一组电路系统，相邻电路系统通过片上变压器组分离；所述的片上变压器组包括1个以上的片上变压器；相邻电路系统通过片上变压器通信连接。

所述的一组电路系统包括1对以上配合使用的信号发送电路及信号接收短路；所述的信号发送电路包括脉冲产生电路、调制器及振荡器；所述的振荡器用于产生时钟信号；所述的时钟信号与多路数据信号通过脉冲产生电路产生电脉冲；所述的电脉冲通过调制器调制成不同的电平信号；所述的电平信号通过片上变压器组传送到信号接收电路中。

作为优选，所述的片上变压器为用于片上电流隔离的绕组线圈。

作为优选，不同的电平信号构成符合特定编码顺序且与绕组线圈的工作电流匹配的电脉冲。

作为优选，所述的信号接收电路在接收由绕组线圈传递的电脉冲后，将特定的电脉冲经过滤波处理后提取出时钟信号，并根据提取的时钟信号将载有不同的电平信号的电脉冲恢复得到多路数据信号。

作为优选，所述的滤波处理采用钳位电路，其将高于特定电压的电脉冲提取出来，并通过比较器将电脉冲恢复成多路数据信号。

作为优选，所述的电脉冲通过滤波处理后恢复为具有特定电平的方波时钟信号，并将得到的方波时钟信号进行恢复得到多路数据信号。

本发明的有益效果为：

由于采用多电平对原多路数据信号进行处理并通过片上变压器传输，使得数据传输的速率在匹配片上变压器的同时，成指数级提升，其提升倍数与电平位数有关。同时，片上变压器的抗电磁干扰性能较传统的差分走线强。且片上变压器利用率较传统的未经调制的数字隔离器强。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图。

图2是信号发送电路的结构框图。

图3是信号接收电路的结构框图。

图4是信号发送电路的信号时序图。

图5是信号接收电路的信号时序图

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

实施例：

本实施例提供一种用于跨地传输信号的系统，包括一组电路系统，相邻电路系统通过片上变压器组分离；所述的片上变压器组包括1个以上的片上变压器；相邻电路系统通过片上变压器通信连接；通信可以包括控制信号、时序信号和/或数据的交换。

所述的一组电路系统包括1对以上配合使用的信号发送电路及信号接收短路；由此可以大幅度减少数字隔离系统中的片上变压器数量，提高传输速率，并减小功耗。

所述的信号发送电路包括脉冲产生电路、调制器及振荡器；所述的振荡器用于产生时钟信号；所述的时钟信号与多路数据信号通过脉冲产生电路产生电脉冲；所述的电脉冲通过调制器调制成不同的电平信号；所述的电平信号通过片上变压器组传送到信号接收电路中；信号发送电路用于将信号输入进行缓冲输入所述信号发射系统；振荡器模块，经过模块内的锁相环与外部时钟保持同步，倍频后用于与生成整个电路的时钟信号供后续模块和系统同步使用；求和逻辑模块，用于将所述多路信号依照片内时钟信号合并成一组按照所述时钟信号规整的并行数据；控制逻辑模块，用于提供一种算法，所述算法应该是能够将所述的并行数据中各组按照适合片上变压器进行信号传输的方式提供调制逻辑，以控制信号的方式提供给数模转换器；数模转换器模块，用于将所述串行数据按照控制逻辑模块提供的控制信号实现的某种适合片上变压器进行信号传输的方式的算法处理成不同电平信号；脉冲生成电路，用于将所述的不同电平信号通过采样相与后生成用于传输的多电平脉冲信号。

作为优选，所述的片上变压器为用于片上电流隔离的绕组线圈；片上变压器是一种集成在集成电路内部的、基于SiP封装的、由聚酰亚胺或二氧化硅隔开的，尺寸在10微米至1毫米不等的一种集成电路器件，其用于将所述的第一电路系统信号发送系统和所述的第二电路系统信号接收电路隔开，以实现较强的抗电磁干扰和地电平不同的问题。

作为优选，不同的电平信号构成符合特定编码顺序且与绕组线圈的工作电流匹配的电脉冲。

作为优选，所述的信号接收电路在接收由绕组线圈传递的电脉冲后，将特定的电脉冲经过滤波处理后提取出时钟信号，并根据提取的时钟信号将载有不同的电平信号的电脉冲恢复得到多路数据信号；包括：控制逻辑模块，用于按照由所述的信号发射系统中的所述的控制逻辑生成的所述适合片上变压器进行信号传输的调制算法提供逆向恢复算法，所述逆向恢复算法应能实现从如所述的信号发射系统中的不同信号电平恢复成如所述的信号发射系统中的并行数据，生成控制信号；数模转换器模块，用于按照所述的控制信号提供用于解调电平的恢复参考电平；电平恢复电路模块，其用于将所述的多电平脉冲按照恢复参考电平恢复成恢复电平和时钟信号，所述恢复电平是与所述的信号发送系统中的不同电平信号具有相同时序特征的信号，所述时钟信号时域所述的信号发送系统中的时钟信号具有相同时序特征的时钟信号；模数转换器模块，用于将所述的恢复电平恢复成一组对其时钟的一组信号值信号，所述的信号值信号可以是基于二进制、八进制、十六进制或任何某种进制数的组合；串并转换电路模块，用于将所述的信号值信号按照所述的时钟信号恢复成与所述的信号发送系统中的多路输入信号具有相同时序特征的信号，并缓冲输出。

作为优选，所述的滤波处理采用钳位电路，其将高于特定电压的电脉冲提取出来，并通过比较器将电脉冲恢复成多路数据信号。

作为优选，所述的电脉冲通过滤波处理后恢复为具有特定电平的方波时钟信号，并将得到的方波时钟信号进行恢复得到多路数据信号。

如图4所示，信号发送电路的信号时序图，其中，信号1、信号2和信号3分别是待传输的多路输入信号，时钟信号是与外部信号时钟锁相的、经过所述振荡器模块生成的时钟信号。不同电平信号是信号发送系统中由数模转换器模块生成的、有待脉冲生成电路模块处理的信号。用于传输的多电平脉冲信号是由脉冲生成电路模块基于所述的不同电平信号生成的、有待片上变压器传输的信号。

其中，信号1、信号2、信号3和时钟信号上的标识表示其在所述适合片上变压器进行信号传输的方式的算法中代表的权重值，所述算法的逻辑是，对信号1、信号2、信号3和时钟信号分别按照1、2、4、8的二进制加权码进行加权。可以看到，信号1、信号2、信号3和时钟信号经过加权后，在求和逻辑模块的作用下对4组数据进行求和处理成能够为数模转换器处理的并行数据后，由数模转换器模块生成了不同电平信号。该不同电平信号为信号1、信号2、信号3和时钟信号的简单累和。随后，由脉冲生成模块将所述的不同电平信号处理成一组组电平相同、时钟相同、但脉宽大幅减少的用于传输的多电平脉冲信号。由于片上变压器适合传输高频脉冲信号且具有典型的带通特性，该多电平脉冲信号的频率与片上变压器的带通特性一致。

如图5所示，信号接收电路的信号时序图，其中，接收到的多电平脉冲信号是指，经过片上变压器耦合传输到信号接收电路的、由信号发送系统产生的用于传输的多电平脉冲信号；恢复电平信号是指，由多电平脉冲信号经过电平恢复模块恢复的，有待模数转换器处理的信号。时钟信号是指，由电平恢复信号经过时钟恢复电路生成的，用于电路接收系统作为同步时钟的、具有与所述信号发送系统时钟信号相同的时序特征的时钟信号。信号值信号是指，由模数转换器模块提取的，有待串并转换电路模块采用的、具有与所述时钟信号相同时钟频率的一组信号值时序信号。对应的二进制是指，在某特定时刻，信号值信号的具体十进制数值转换为二进制的码值。信号1、信号2、信号3是指，由串并转换电路在时钟信号的处理下，恢复出来的、经过缓冲的多路输出信号。

其中，多电平脉冲信号上的数字代表信号接收电路接收到的信号电平的相对信号电压。经过片上变压器耦合后，信号接收电路接收到了来自信号发送系统的多电平脉冲，经过能够实现电流增益和积分功能的恢复电平模块后，接收到的多电平脉冲信号恢复成了图5所示的恢复电平信号，其与所述信号发送系统中的不同电平信号具有相同的时序特征。由控制逻辑模块提供的、与所述信号发送系统中的调制算法相反的逆算法，由数模转换器提供如图5中恢复电平中虚线所代表的恢复参考电平组。在该实施例中，由于其是简单相加，且时钟信号的权重值是8，所以时钟信号的恢复参考电平就是8。经过可以实现箝位、放大和比较功能的时钟恢复电路恢复后，可以从恢复电平中提取出与所述的信号发送系统中具有相同时序特征的时钟信号。其中，时钟信号上的数字表示经过加权后，时钟信号的码值。

在时钟信号的同步下，经过模数转换器进行处理后，恢复电平上的电压信号被提取成如图5所示的信号值信号的信号值，将这些信号值进行十进制到二进制转换后，可以看到，其二进制的低位至高位分别代表权重为1、权重为2、权重为4和权重为8的信号。这些信号与所述的信号发送系统中的带传输的多路输入信号具有相同的时序特征，可以直接由串并转换电路采样处理成多路输出信号。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (6)

1.一种用于跨地传输信号的系统，其特征在于：包括一组电路系统，相邻电路系统通过片上变压器组分离；所述的片上变压器组包括1个以上的片上变压器；相邻电路系统通过片上变压器通信连接；

所述的一组电路系统包括1对以上配合使用的信号发送电路及信号接收短路；所述的信号发送电路包括脉冲产生电路、调制器及振荡器；所述的振荡器用于产生时钟信号；所述的时钟信号与多路数据信号通过脉冲产生电路产生电脉冲；所述的电脉冲通过调制器调制成不同的电平信号；所述的电平信号通过片上变压器组传送到信号接收电路中。

2.根据权利要求1所述的用于跨地传输信号的系统，其特征在于：所述的片上变压器为用于片上电流隔离的绕组线圈。

3.根据权利要求2所述的用于跨地传输信号的系统，其特征在于：不同的电平信号构成符合特定编码顺序且与绕组线圈的工作电流匹配的电脉冲。

4.根据权利要求3所述的用于跨地传输信号的系统，其特征在于：所述的信号接收电路在接收由绕组线圈传递的电脉冲后，将特定的电脉冲经过滤波处理后提取出时钟信号，并根据提取的时钟信号将载有不同的电平信号的电脉冲恢复得到多路数据信号。

5.根据权利要求4所述的用于跨地传输信号的系统，其特征在于：所述的滤波处理采用钳位电路，其将高于特定电压的电脉冲提取出来，并通过比较器将电脉冲恢复成多路数据信号。

6.根据权利要求1所述的用于跨地传输信号的系统，其特征在于：所述的电脉冲通过滤波处理后恢复为具有特定电平的方波时钟信号，并将得到的方波时钟信号进行恢复得到多路数据信号。