CN110098831A - 一种隔离电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隔离电路，该隔离电路包括隔离电容模块、第一采样电阻、第一放大器、锁存器，所述第一采样电阻、第一放大器、锁存器位于第二管芯，所述隔离电容模块一端接收输入信号，所述隔离电容模块的另一端与第一采样电阻的一端、第一放大器的输入端连接，所述第一放大器的输出端与锁存器的输入端连接，所述第一采样电阻的另一端接地，所述隔离电容模块包括一个或多个隔离电容，所述隔离电容模块位于第一管芯和/或第二管芯，所述第一管芯的接地端与第二管芯的接地端不共地。通过本发明的隔离电路可以实现高隔离电压，整个技术方案采用CMOS工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔离电路。
背景技术
在恶劣的应用环境中，应用要求能够抵御高压瞬变，防止数据受扰，并且消除高压电压力对隔离器隔离寿命的影响。此类应用的典型隔离解决方案是光耦合器，其内部绝缘层很厚，可以承受高压，但缺点是要使用发光二极管(LED)，其光强度会随着时间推移和温度变化而降低，这就会带来设计和可靠性问题。电容隔离因为质量稳定，寿命长，应用越来越广泛，有替代光隔离的趋势，目前，采用载波技术的隔离方案需要发射和接收高频载波，因此功耗高，电路复杂，成本相比光耦隔离没有竞争优势。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供了一种隔离电路，所述隔离电路包括隔离电容模块、第一采样电阻、第一放大器、锁存器，所述第一采样电阻、第一放大器、锁存器位于第二管芯，所述隔离电容模块一端接收输入信号，所述隔离电容模块的另一端与第一采样电阻的一端、第一放大器的输入端连接，所述第一放大器的输出端与锁存器的输入端连接，所述第一采样电阻的另一端接地，所述隔离电容模块包括一个或多个隔离电容，所述隔离电容模块位于第一管芯和/或第二管芯，所述第一管芯的接地端与第二管芯的接地端不共地。
所述隔离电容一端位于第一管芯，另一端位于第二管芯。
所述隔离电路还包括第二采样电阻，所述第二采样电阻位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容均位于第一管芯或第二管芯，所述第一采样电阻一端与第一隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第二隔离电容、第一放大器的另一个输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地。
所述隔离电路还包括第二采样电阻，所述第二采样电阻位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容一端位于第一管芯，所述第一隔离电容、第二隔离电容另一端位于第二管芯，所述第一采样电阻一端与第一隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第二隔离电容、第一放大器的另一个输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地。
所述隔离电路还包括第二采样电阻，所述第二采样电阻位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容、第三隔离电容、第四隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容位于第一管芯，所述第三隔离电容、第四隔离电容位于第二管芯，所述第一隔离电容与第三隔离电容串联连接，所述第二隔离电容与第四隔离电容串联连接，所述第一采样电阻一端与第三隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第四隔离电容、第一放大器的另一个输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地。
所述隔离电路还包括第二采样电阻、第二放大器，所述第二采样电阻、第二放大器位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容均位于第一管芯或第二管芯，所述第一采样电阻一端与第一隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第二隔离电容、第二放大器的输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地，所述第二放大器的输出端与锁存器的另一个输入端连接。
所述隔离电路还包括第二采样电阻、第二放大器，所述第二采样电阻、第二放大器位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容一端位于第一管芯，所述第一隔离电容、第二隔离电容另一端位于第二管芯，所述第一采样电阻一端与第一隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第二隔离电容、第二放大器的输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地，所述第二放大器的输出端与锁存器的另一个输入端连接。
所述隔离电路还包括第二采样电阻、第二放大器，所述第二采样电阻、第二放大器位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容、第三隔离电容、第四隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容位于第一管芯，所述第三隔离电容、第四隔离电容位于第二管芯，所述第一隔离电容与第三隔离电容串联连接，所述第二隔离电容与第四隔离电容串联连接，所述第一采样电阻一端与第三隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第四隔离电容、第二放大器的输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地，所述第二放大器的输出端与锁存器的另一个输入端连接。
所述隔离电路还包括第一缓冲器、第二缓冲器，所述第一缓冲器一端接受输入信号，另一端与隔离电容模块的一端连接，所述第二缓冲器一端与锁存器的输出端连接。
所述隔离电路还包括第一缓冲器、第三缓冲器，所述第一缓冲器、第三缓冲器一端接收输入信号，所述第一缓冲器另一端与第一隔离电容连接，所述第三缓冲器另一端与第二隔离电容连接，所述第一缓冲器、第三缓冲器输出的信号互为反相。
通过本发明的隔离电路可以实现高隔离电压，整个技术方案采用CMOS工艺,隔离介质可以是二氧化硅，塑封材料，绝缘塑料，玻璃等。采样本发明的隔离电路的数字隔离器可以应用于工业控制，消费电子，汽车电子，电机控制，通讯系统，医疗电子等领域。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为隔离电路的一种电路图。
图2为隔离电路的另一种电路图。
图3为隔离电路的另一种电路图。
图4为隔离电路的另一种电路图。
图5为隔离电路的另一种电路图。
图6为隔离电路的另一种电路图。
图7为隔离电路的另一种电路图。
图8为隔离电路的另一种电路图。
图9为隔离电路的另一种电路图。
图10为隔离电路的另一种电路图。
图11为隔离电路的另一种电路图。
图12为隔离电路的另一种电路图。
图13为图5各个节点的波形示意图。
具体附图标记如下：
11为第一缓冲器、22为第二缓冲器、12为第三缓冲器。die1为第一管芯、die2为第二管芯。R1为第一采样电阻、R2为第二采样电阻。C1为第一隔离电容、C2为第二隔离电容、C3为第三隔离电容、C4为第四隔离电容。LATCH为锁存器。AMP1为第一放大器、AMP2为第二放大器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
本发明提供一种隔离电路，包括：隔离电容，采样电阻，放大器，锁存器。通过本发明的一个或多个实施方式，可以实现高隔离电压，整个技术方案采用CMOS工艺,隔离介质可以是sio2，塑封材料，绝缘塑料，玻璃等。本发明的附图中，图1-4为单端输入方式，图5-12为差分输入方式。
一种实施方式如图1所示，隔离电路包括隔离电容模块、第一采样电阻、第一放大器、锁存器，所述第一采样电阻、第一放大器、锁存器位于第二管芯，所述隔离电容模块一端接收输入信号，所述隔离电容模块的另一端与第一采样电阻的一端、第一放大器的输入端连接，所述第一放大器的输出端与锁存器的输入端连接，所述第一采样电阻的另一端接地，所述隔离电容模块包括一个或多个隔离电容，所述隔离电容模块位于第一管芯和/或第二管芯，所述第一管芯的接地端与第二管芯的接地端不共地。具体地，图中11和22为缓冲器，电容器C1和C2为隔离电容，C1和C2电容值相等。C1和C2分别位于第一管芯(die1)和第二管芯(die2).第一管芯接地端为VSS1，第二管芯接地为VSS2。两个地不共地。采样电阻R1位于第二管芯，放大器(AMP)放大采样电阻上的电压信号，经过放大的信号送入锁存器锁存，最终恢复输入信号。采样电阻也可以是工作在线性区的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
需要额外说明的是，11和22缓冲器主要起到信号整形，去噪声的作用，并不是必须的。
一种实施方式如图2所示，工作原理同图1，区别在于隔离电容器C1的一端位于第一管芯，另一端位于第二管芯。
一种实施方式如图3所示，工作原理同图1，区别在于隔离电容器C1位于第一管芯。
一种实施方式如图4所示，工作原理同图1，区别在于隔离电容器C1位于第二管芯。
一种实施方式如图5所示，所述隔离电路还包括第二采样电阻、第二放大器，所述第二采样电阻、第二放大器位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容、第三隔离电容、第四隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容位于第一管芯，所述第三隔离电容、第四隔离电容位于第二管芯，所述第一隔离电容与第三隔离电容串联连接，所述第二隔离电容与第四隔离电容串联连接，所述第一采样电阻一端与第三隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第四隔离电容、第二放大器的输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地，所述第二放大器的输出端与锁存器的另一个输入端连接。具体地，11和12为缓冲器，11输出的信号与12输出的信号互为反相，11和12可以位置可以互换，只是示意信号为互为反相关系，C1/C2，C3/C4为隔离电容器。C1/C2隔离电容器位于第一管芯，C3/C4隔离电容器位于第二管芯，R1和R2采样电阻，放大器AMP1和AMP2将信号放大后送入锁存器(latch)，再经过缓冲器22输出。
一种实施方式如图6所示,原理同图5，C1、C2为隔离电容器。
一种实施方式如图7所示,原理同图5，C1、C2为隔离电容器，位于第一管芯。
一种实施方式如图8所示,原理同图5，C1、C2为隔离电容器，位于第二管芯。
一种实施方式如图9所示,11和12为缓冲器，11输出的信号与12输出的信号互为反相，11和12可以位置可以互换，只是示意信号为互为反相关系，C1/C2，C3/C4为隔离电容器。R1和R2为采样电阻，放大器AMP将信号放大后送入锁存器(latch)，再经过缓冲器22输出。
一种实施方式如图10所示,原理同图9，C1、C2为隔离电容器。
一种实施方式如图11所示，原理同图9，C1、C2为隔离电容器。
一种实施方式如图12所示，原理同图9，C1、C2为隔离电容器。
图13为图5各个节点的波形示意图。a，b点的方波经过隔离电容之后，在采样电阻上的电压波形如c d，电压幅度为R*C*(Vh-Vl)/t，Vh为a，b点的高电平，Vl为a，b点的低电平，t为a，b点高低电平转换的时间。经过放大器AMP1和AMP2的放大后，波形如e f。可以不做限制，本发明的采样电阻阻值可以选择在100-100000欧之间。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这中叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路包括隔离电容模块、第一采样电阻、第一放大器、锁存器，所述第一采样电阻、第一放大器、锁存器位于第二管芯，所述隔离电容模块一端接收输入信号，所述隔离电容模块的另一端与第一采样电阻的一端、第一放大器的输入端连接，所述第一放大器的输出端与锁存器的输入端连接，所述第一采样电阻的另一端接地，所述隔离电容模块包括一个或多个隔离电容，所述隔离电容模块位于第一管芯和/或第二管芯，所述第一管芯的接地端与第二管芯的接地端不共地。
2.根据权利要求1所述的一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电容一端位于第一管芯，另一端位于第二管芯。
3.根据权利要求1所述的一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括第二采样电阻，所述第二采样电阻位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容均位于第一管芯或第二管芯，所述第一采样电阻一端与第一隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第二隔离电容、第一放大器的另一个输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括第二采样电阻，所述第二采样电阻位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容一端位于第一管芯，所述第一隔离电容、第二隔离电容另一端位于第二管芯，所述第一采样电阻一端与第一隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第二隔离电容、第一放大器的另一个输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括第二采样电阻，所述第二采样电阻位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容、第三隔离电容、第四隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容位于第一管芯，所述第三隔离电容、第四隔离电容位于第二管芯，所述第一隔离电容与第三隔离电容串联连接，所述第二隔离电容与第四隔离电容串联连接，所述第一采样电阻一端与第三隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第四隔离电容、第一放大器的另一个输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括第二采样电阻、第二放大器，所述第二采样电阻、第二放大器位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容均位于第一管芯或第二管芯，所述第一采样电阻一端与第一隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第二隔离电容、第二放大器的输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地，所述第二放大器的输出端与锁存器的另一个输入端连接。
7.根据权利要求1所述的一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括第二采样电阻、第二放大器，所述第二采样电阻、第二放大器位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容一端位于第一管芯，所述第一隔离电容、第二隔离电容另一端位于第二管芯，所述第一采样电阻一端与第一隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第二隔离电容、第二放大器的输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地，所述第二放大器的输出端与锁存器的另一个输入端连接。
8.根据权利要求1所述的一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括第二采样电阻、第二放大器，所述第二采样电阻、第二放大器位于第二管芯，所述隔离电容模块由第一隔离电容、第二隔离电容、第三隔离电容、第四隔离电容组成，所述第一隔离电容、第二隔离电容位于第一管芯，所述第三隔离电容、第四隔离电容位于第二管芯，所述第一隔离电容与第三隔离电容串联连接，所述第二隔离电容与第四隔离电容串联连接，所述第一采样电阻一端与第三隔离电容、第一放大器的输入端连接，所述第二采样电阻一端与第四隔离电容、第二放大器的输入端连接，所述第二采样电阻的另一端接地，所述第二放大器的输出端与锁存器的另一个输入端连接。
9.根据权利要求1所述的一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括第一缓冲器、第二缓冲器，所述第一缓冲器一端接受输入信号，另一端与隔离电容模块的一端连接，所述第二缓冲器一端与锁存器的输出端连接。
10.根据权利要求3-8中任意一项权利要求所述的一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括第一缓冲器、第三缓冲器，所述第一缓冲器、第三缓冲器一端接收输入信号，所述第一缓冲器另一端与第一隔离电容连接，所述第三缓冲器另一端与第二隔离电容连接，所述第一缓冲器、第三缓冲器输出的信号互为反相。
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