CN113541659A - 用于信号换向的浮动开关 - Google Patents
用于信号换向的浮动开关 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113541659A CN113541659A CN202110405511.1A CN202110405511A CN113541659A CN 113541659 A CN113541659 A CN 113541659A CN 202110405511 A CN202110405511 A CN 202110405511A CN 113541659 A CN113541659 A CN 113541659A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- differential
- driver
- floating
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000007667 floating Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 34
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 31
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 31
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 31
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 11
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- KJBWWVTTZNVMKW-LPYMAVHISA-N 1-(dipyridin-2-ylmethylideneamino)-3-[(E)-(2-hydroxyphenyl)methylideneamino]thiourea Chemical compound Oc1ccccc1\C=N\N\C([S-])=[NH+]/N=C(c1ccccn1)c1ccccn1 KJBWWVTTZNVMKW-LPYMAVHISA-N 0.000 description 1
- ZCJJIQHVZCFSGZ-UHFFFAOYSA-N 2,8-bis(diphenylphosphoryl)dibenzothiophene Chemical compound C=1C=CC=CC=1P(C=1C=C2C3=CC(=CC=C3SC2=CC=1)P(=O)(C=1C=CC=CC=1)C=1C=CC=CC=1)(=O)C1=CC=CC=C1 ZCJJIQHVZCFSGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100113692 Caenorhabditis elegans clk-2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000010023 transfer printing Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
- H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
- H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
- H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
- H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
- H03K17/6871—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
- H03K17/6874—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor in a symmetrical configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/0054—Gating switches, e.g. pass gates
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/0081—Power supply means, e.g. to the switch driver
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本发明涉及用于信号换向的浮动开关。一种固态电路(10)，包括主电路(100)和浮动电路(200)，主电路(100)包括：第一驱动器(110)，用于生成从驱动器信号导出的差分驱动器信号；调制器(130)，被配置成用于利用另一信号对调制器信号进行调制以获得差分控制信号；浮动电路(200)包括：浮动电源，该浮动电源包括被配置成用于从差分驱动器信号生成浮动电源电压(VDDF)和浮动接地电压(VSSF)的至少一个整流器(210)；解调器(240)，被配置成用于解调差分控制信号，并用于将经解调的信号传递到输出开关(250)；输出开关(250)，包括第一输出节点(251)和第二输出节点(252)以及被配置为在经解调的信号的控制下打开或闭合电路径的至少一个晶体管。
Description
技术领域
本发明涉及信号换向领域。更具体地，本发明涉及一种固态电路，该固态电路提供与主电源电气隔离的输出。
背景技术
电致动和磁致动电开关在许多应用中使用。在一些应用中，开关输出需要与系统的其余部分电气隔离。这适用于当要被切换或被控制的电气系统在不同的电压域中(例如，在较高的电压下)工作时的实例。
解决这个问题的常见方法是使用簧片开关或簧片继电器。簧片开关提供电气隔离。在此类继电器中，铁磁柔性金属接触件由磁体(或电磁体)致动。通常，簧片开关是常开的(没有施加磁场时不导通)。当施加磁场时，接触件闭合，并且开关导通。簧片开关的主要缺点是它们包含移动部件，这影响了此类开关随寿命推移的可靠性。簧片开关的另一个主要缺点是接触件的老化(氧化)。此类开关可以在真空或惰性气体中保存。通常簧片开关的尺寸是相对较大的。另一个缺点是簧片开关是相对较慢的。
霍尔开关和电子开关提供了一种对于机械地致动开关的稳健的固态替代方案，并且不需要移动部件。然而，包括感测元件、处理电子器件和输出控制的传统的霍尔开关不提供电气隔离的输出。
因此，需要一种具有良好可靠性和具有输出的电气隔离的设备。
发明内容
本发明的实施例的目的在于提供一种固态电路，该固态电路能够实现信号换向，并提供与主电源电气隔离的输出。
以上目的由根据本发明的方法和设备来实现。
本发明的实施例涉及固态电路，该固态电路包括主电路和浮动电路。
主电路包括：
-第一驱动器，该第一驱动器被配置成用于在驱动器输入端上接收驱动器信号，并用于在差分驱动器输出端上生成从该驱动器信号导出的差分驱动器信号，
-调制器，该调制器被配置成用于利用来自控制器输入的信号调制来自调制器输入端的调制器信号，以在差分调制器输出端上获得差分控制信号。
该浮动电路包括以下构建件：
-浮动电源，该浮动电源包括至少一个整流器，该至少一个整流器被配置成用于根据差分驱动器信号生成浮动电源电压(VDDF)和浮动接地电压(VSSF)，
-解调器，该解调器包括用于接收差分控制信号的差分控制输入端，并且该解调器被配置成用于解调该差分控制信号，并且该解调器包括用于将经解调的信号传递到输出开关的控制输出端，
-输出开关，包括第一输出节点和第二输出节点以及至少一个晶体管，该至少一个晶体管被配置成用于在经解调的信号的控制下打开或闭合电路径。
因此，可以获得与控制输入端电流隔离的输出开关。这是通过不仅提供浮动域，而且还通过提供控制电路来实现的，该控制电路允许将用于输出开关的控制信号转移到浮动域。该控制电路包括调制器和解调器。
在所附独立和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及与其他从属权利要求的特征适当地结合，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的那样。
根据此后所描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的，并且参考这些实施例阐明了本发明的这些方面和其他方面。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的固态电路的示意图。
图2示出根据本发明的实施例的固态电路的示意图，该固态电路附加地包括用于生成解调器的参考信号的驱动器。
图3示出根据本发明的实施例的固态电路的第一驱动器、整流器和输出开关的实现方式细节。
图4示出根据本发明的实施例的固态电路的第二驱动器、调制器、和解调器的实现方式细节。
图5示出根据本发明的实施例的图4的电路中的不同信号的绘图。
图6示出根据本发明的实施例的包括由经解调的信号控制的放大器的输出驱动器的示意图。
图7示出互补推挽输出驱动器的示意图。
图8示出根据本发明的实施例的漏极开路MOSFET的输出驱动器的示意图。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的要素。
具体实施方式
将就具体实施例并且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性的且是非限制性的。在附图中，出于说明性目的，要素中的一些要素的尺寸可被放大且未按比例绘制。尺度和相对尺度不对应于对本发明的实施的实际减少。
说明书中和权利要求书中的术语第一、第二等用于在类似的要素之间进行区分，而不一定用于描述时间上、空间上、等级上或以任何其他方式的顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或解说的不同的顺序来进行操作。
要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述“包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由组件A和B构成的设备。它意味着对于本发明，该设备的仅有的相关组件是A和B。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部指代同一实施例，而是可以指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如通过本公开将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合。
类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一个或多个的理解的目的，本发明的各个特征有时一起被编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，该公开方法不应被解释为反映要求保护的发明要求比每一项权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征中。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入本具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。
此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是如本领域技术人员将理解的那样，不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均能以任何组合来使用。
在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。
本发明的实施例涉及固态电路10，该固态电路10包括主电路100和浮动电路200。此类电路的示例性实施例的示意图在图1中示出。
主电路包括第一驱动器110，该第一驱动器110被配置成用于在驱动器输入端111上接收驱动器信号，并用于在差分驱动器输出端上生成从驱动器信号导出的差分驱动器信号。驱动器信号例如可以是振荡信号。驱动器信号例如可以从片上振荡器(例如，RC振荡器)、从分立晶体谐振器或从外部时钟信号获得。驱动信号可以具有不同的形状。例如，它可以是正弦波，或者它可以是方波。驱动信号可以具有固定的频率。第一驱动器可以是差分时钟驱动器，该差分时钟驱动器具有连接到第一时钟信号的输入端并具有两个互补输出端。
此外，主电路包括调制器130，该调制器130被配置成用于利用来自控制输入端132的信号来调制来自调制器输入端131的调制器信号，以在差分调制器输出端上获得差分控制信号。用于调制器输入端的输入信号例如可以是时钟信号。可以应用调制的不同变体，诸如二进制相移键控(BPSK)、幅度调制、频率调制、相位调制、混合调制等。
固态电路10还包括浮动电路200。该浮动电路200包括浮动电源，该浮动电源包括至少一个整流器210，该至少一个整流器210被配置成用于根据差分驱动器信号生成浮动电源电压(VDDF)和浮动接地电压(VSSF)。
此外，固态电路10包括解调器240。该解调器包括用于接收差分控制信号的差分控制输入端，并且该解调器被配置成用于解调信号，并且该解调器包括用于将经解调的信号传递到输出开关250的控制输出端。
输出开关250包括第一输出节点251和第二输出节点252以及至少一个晶体管，该至少一个晶体管被配置成用于在经解调的信号的控制下打开或闭合电路径。在本发明的实施例中，输出开关150被配置成用于使两个输出节点换向。
本发明的实施例的优点在于，输出开关与控制输入端电流隔离。这是通过以下方式来实现的：在浮动域(整流器)中构建与主电路电流隔离的电源，并通过调制控制信号以获得差分信号，并且在其中调制器和解调器是电流隔离的浮动域中解调差分信号。
因此，在本发明的实施例中，可以获得表现为机电继电器的电子开关。第一输出节点和第二输出节点可以是可互换的。有利的是，这些输出节点上的开关电位不与主电源电压电连接。在本发明的实施例中，输出节点可以被连接到任何正电位或负电位。限制是用于输出开关的(多个)晶体管的击穿电压和IC的ESD保护。
用于第一驱动器的驱动器信号可以是频率范围在0.01MHz与100MHz之间(诸如，例如在1MHz与10MHz之间)的时钟信号或振荡信号。用于调制器输入端的输入信号例如可以是频率范围在0.01MHz与100MHz之间(诸如，例如在1MHz和10MHz之间)的时钟信号或振荡信号。控制信号例如可以具有高达1MHz或甚至高达10MHz的最大频率。
在本发明的实施例中，主电路包括用于使用主电源(VDDA、VSSA)给主电路供电的电力连接。
在本发明的实施例中，浮动电路200的构建块可以由浮动电源供电。
在本发明的实施例中，第一耦合元件对11、12可以将第一驱动器110的差分驱动器输出端与整流器210的一对输入端连接。该耦合元件对被配置成用于将差分驱动器信号传递到整流器，并用于在整流器210与第一驱动器110之间提供电流隔离。
类似地，在本发明的实施例中，第二耦合元件对31、32可以将差分调制器输出端与解调器差分控制输入端连接。该耦合元件对被配置成用于将差分控制信号传递到解调器，并用于在调制器130与解调器240之间提供电流隔离。
如更早所讨论的，输出开关250包括第一输出节点251和第二输出节点252以及至少一个晶体管，该至少一个晶体管被配置成用于在经解调的信号的控制下打开或闭合电路径。
在一些实施例中，该电路径可以在第一输出节点251与第二输出节点252之间。在图2和图3中图示出了其示例。
然而，被切换的电路径不一定需要处于第一输出节点251与第二输出节点252之间。其示例在图6至图8中图示出。
输出开关250例如可以是推挽驱动器、缓冲器、或放大器。在图6所图示的示例中，输出开关250是由经解调的信号CMP_OUT控制的放大器。主电路(该图中未示出)例如可以由电源VSSA、VDDA供电。浮动电路由电源VDDF、VSSF供电，电源VDDF、VSSF与主电路的电源电流隔离。在该示例中，使用第一输出节点251与第二输出节点252之间的信号切换第二负载或电子系统。该负载或电子系统可以使用电源VDD2、VSS2供电。第一输出节点251例如可以与负载或电子系统的输入端(例如Input_2(输入_2))连接，并且第二输出节点可以与接地VSS2连接。本发明的实施例的优点在于，具有其自身的电源VDD2和接地VSS2的负载或电子系统与主电路的电源(VSSA、VDDA)电流隔离。图7示出互补推挽输出驱动器的示意图。
在本发明的实施例中，输出开关250可以是单个晶体管。在图8所图示出的本发明的示例性实施例中，输出开关250是漏极开路MOSFET(图8中所示的NMOS)。在其他实施例中，可以使用PMOS。在图8的示例中，栅极由经解调的信号CMP_OUT控制，并且源极和漏极是第一输出节点251和第二输出节点252。
在本发明的实施例中，输出开关250可以包括一个或多个MOSFET、JFET、BJT、IGBT或任何其他类型的晶体管。
在本发明的实施例中，所使用的制造工艺可以是CMOS、BiCMOS、SOI、BCD、SiC、GaN或任何其他合适的工艺。
在本发明的实施例中，可以使用转移印刷工艺来实现一个或多个固态电路元件。因此，本发明的一个或多个固态电路可以被转移并连接到另一个衬底/电路。
浮动电路200可以包括第一共模电压调节器230，该第一共模电压调节器230被配置成用于将差分控制信号的共模电压设置为预定义值，以获得经调节的差分控制信号。其示例在图1、图2、和图4的示意图中示出。共模电压调节器与解调器240的第一输入端238并与第二输入端239电连接(参见例如图1中与共模电压调节器连接的虚线)。在本发明的实施例中，第二耦合元件对31、32将差分调制器输出端与第一共模电压调节器230连接。该耦合元件对被配置成用于将差分控制信号传递到第一共模电压调节器230，并用于在共模电压调节器230与调制器130之间提供电流隔离。
此外，主电路100可以包括用于生成用于解调器的参考信号的第二驱动器120。其示例在图2和图4中被示出。第二驱动器120包括驱动器输入端121，该驱动器输入端121被配置成用于接收调制器信号(调制器信号可以是时钟信号)或从其导出的信号。第二驱动器被配置成用于在其差分参考输出端上根据驱动器输入端121处的信号生成差分参考信号。差分参考时钟是基于传入信号而生成的，传入信号可以是调制器信号或从其导出的信号。在此类实施例中，解调器240包括差分参考输入端241，该差分参考输入端241用于接收差分参考信号，并用于将其用作用于解调差分控制信号的参考信号。
替代地，在本发明的实施例中，来自第一驱动器的差分驱动器信号可以被用作用于解调差分控制信号的参考信号。在该情况下，解调器的差分参考输入端241可以与第一耦合元件对11、12连接。
第二驱动器120的输出端可以通过第三耦合元件对21、22与解调器240连接。第三耦合元件对被配置成用于将差分参考信号从第二驱动器120传递到解调器240，并用于在解调器与第二驱动器120之间提供电流隔离。第二驱动器可以是差分时钟驱动器，该差分时钟驱动器具有连接到第二时钟信号的输入端并具有两个互补输出端。该第二时钟信号可以与调制器的驱动器输入端连接。
在本发明的实施例中，第一对、和/或第二对和/或第三对的耦合元件可以是电容耦合对。在本发明的实施例中，也可以使用其他耦合元件，诸如例如电感耦合元件。
此外，浮动电路100可以包括共模电压调节器220，该共模电压调节器220被配置成用于将差分参考信号的共模电压设置为预定义值，以获得经调节的差分参考信号。
在本发明的实施例中，用于来自第二时钟驱动器的差分时钟信号的共模电压调节器可以与第一共模电压调节器是同一个，或者它可以是附加的共模电压调节器。在使用一个共模电压调节器的情况下，该共模电压调节器可以具有四个输出端。
在本发明的实施例中，浮动电路200可以包括第一电容器233和第二电容器234，第一电容器233连接在解调器240的第一输入端238与浮动接地电压(VSSF)之间，第二电容器234连接在解调器240的第二输入端239与浮动接地电压(VSSF)之间。图2中图示出了其示例。该第一和第二电容器用作衰减对。
在本发明的实施例中，浮动电路200还可以包括第三电容器223和第四电容器224，第三电容器223连接在共模电压调节器220的第一输入端228与浮动接地电压(VSSF)之间，第四电容器224连接在共模电压调节器220的第二输入端229与浮动接地电压(VSSF)之间。图2中图示了其示例。该第三和第四电容器用作衰减对。
在本发明的实施例中，输出开关250可包括按背靠背配置的两个晶体管253、254。在本发明的实施例中，按背靠背配置的两个晶体管是对称的。按背靠背配置的此类晶体管的示例在图2和图3中被示出。
图2中的固态电路的不同组件已经讨论过，并且为了完整起见，在此进行概述。图2中的示意图示出：第一驱动器110，其差分输出端被电容耦合到整流器210；第二驱动器120，其输出端被电容耦合到解调器240以用于传递参考信号；调制器，其差分输出端被电容耦合到解调器240。共模电压调节器220与第二驱动器120的差分输出端电容耦合，并且另一共模电压调节器230与调制器130的差分输出端电容耦合。解调器的输出端与输出开关250连接，以用于控制输出开关250。纵向的电容器223、224、233、234用作衰减对。
在本发明的实施例中，输出开关250附加地可以包括输出晶体管驱动器。
根据本发明的实施例的固态电路10另外附加地可以包括第二整流器，该第二整流器被配置成用于根据差分驱动器信号生成与浮动接地电压(VSSF)相关的浮动电源电压(VDDF2)，以便为输出开关250供电。由此，优点在于，可以增加输出开关的栅极驱动电压，并且可以降低输出开关的导通电阻Rdson。第二浮动电源电压可专门用于为输出开关供电。
第四耦合元件对可以将第一驱动器110的差分驱动器输出端与第二整流器的一对输入端连接。第四对被配置成用于将差分驱动器信号传递至第二整流器，并用于在第二整流器与第一驱动器之间提供电流隔离。
在本发明的实施例中，整流器可以由第二时钟驱动器120通过第三耦合元件对21、22(其随后用作第一耦合元件对)或甚至由调制器130本身通过第二耦合元件对31和32(其随后用作第一耦合元件见)提供。在这种情况下，第二驱动器120或调制器130用作第一驱动器。
在本发明的实施例中，解调器240可以包括用于对经解调的信号进行滤波的低通滤波器242。图4中给出了其示例。
在本发明的实施例中，解调器240可以包括检测器243。该检测器例如可以是比较器。图4中给出了此类检测器的示例。该检测器的功能是用于生成干净的控制信号，该干净的信号具有尖锐的过渡，并且被缩放为VDDF(参见例如图5中LP_OUT信号相对于CMP_OUT信号)。
在本发明的实施例中，固态电路可以包括与调制器的控制输入端132连接的磁传感器。磁传感器可以例如是霍尔传感器或磁阻传感器(xMR)。磁传感器可以检测磁场的存在，并且因此控制输入端的信号可以通过静态或交变磁场(例如，通过移动磁体或通过借助于线圈来施加电流)被改变。
图3示出根据本发明的实施例的示例性固态电路的结构图。模拟域和浮动域两者都被示出。在该示例中，输出开关250的输出晶体管按背靠背配置的方式来配置，并且差分电荷泵被用作整流器210。第一驱动器110具有驱动器输入端111和两个分支。第一分支包括第一反转器112，并且第二分支包括两个反转器123、124的串联。时钟CLK可以连接到驱动器输入端111。差分驱动器输出端以电容方式11、12耦合至整流器210。控制电路由将调制器输入端131(CLK_C)和控制输入端132(DIN)作为输入端的方块来表示。控制电路的输出端与输出开关连接。控制信号被连续地传输。控制电路将在讨论图4时更详细地讨论。
在本发明的实施例中，整流器可以包括二极管和/或以适当方式受控制的晶体管。在该示例中，整流器是差分电荷泵。它包括第一二极管211、第二二极管212、第三二极管213、第四二极管214和电容器215。第一二极管211的阳极、第二二极管212的阳极和电容器215的第一端子连接在一起。第一二极管211的阴极与第一耦合元件11并且与第三二极管213的阳极连接。第二二极管212的阴极与第二耦合元件12并且与第四二极管214的阳极连接。第三二极管的阴极，以及第四二极管的阴极和电容器215的第二端子连接在一起。在此类实施例中，在操作期间，在第三二极管的阴极和第四二极管的阴极处将存在浮动电源电压(VDDF)，并且在第一二极管的阴极和第二二极管的阴极上将存在浮动接地电压(VSSF)。
差分电荷泵被使用以便避免电荷泵电流流过输出端。例如，电流可以沿着第一电容器11、第三二极管213、电容器215、第二二极管212、和第二电容器12的路径流动。基本上，当一个电容器正在推送电荷时，另一个电容器正在拉取电荷。存储电容器215可以比耦合电容器11和耦合电容器12大。这样可以减少浮动电源电压(VDDF)的波动。存储电容器215可以集成在电路中或者可以是外部组件。
图4示出根据本发明的实施例的包括调制器130和解调器140的控制电路的可能的实现方式。在模拟域中，控制电路包括第二驱动器120和调制器130。
第二驱动器120具有驱动器输入端121和两个分支。第一分支包括第一反转器122，并且第二分支包括两个反转器123、124的串联。时钟CLK_C可以连接到驱动器输入端121。差分驱动器输出端在浮动域中电容性地(第一电容21、第二电容22)耦合到共模电压调节器220并且电容性地耦合到解调器240。
在该示例中，共模电压调节器220、230包括电压源237，该电压源237结合电阻器225、226、236和235一起用于设置差分路径的共模。电压源提供电压VDDF/2，以将共模电压设置在浮动电压的中点。电压源的一个端子与VSSF连接，并且另一个端子与电阻器225、电阻器226、电阻器236和电阻器235连接。电阻器225、电阻器226与比较器244的差分输入端连接。电阻器235、电阻器236与解调器240的差分输入端连接。
在该示例中，调制器130包括具有两个输入端(第一输入端是调制器输入端131(CLK_C)，并且第二输入端是控制输入端132(DIN))的XOR门。在该示例中，为驱动器输入端121使用与为调制器输入端131使用的相同的时钟CLK_C。在本发明的实施例中，控制输入端上的信号是数字信号DIN。控制输入端DIN上的信号改变XOR门的输出端处的时钟信号CLK_C的相位。XOR门的输出端与两个分支连接。第一分支包括第一反转器134，并且第二分支包括两个反转器135、136的串联。因此，在两个分支的输出端处可以获得差分信号。调制器130在浮动域中电容性地(第一电容31、第二电容32)耦合到第一共模调节器230并且电容性地耦合到解调器240。解调器240包括用于对来自经解调的信号的纹波进行滤波的低通滤波器242以及用于生成干净的控制信号的比较器243。因此，解调器查看上支路的差分信号相对于下支路是同相(DIN＝0)还是180°反相(DIN＝1)，并且比较器243输出被称为VSSF的信号。低通滤波器之后的比较器是过零的，并检测其差分输入信号是否大于或小于0。
因此，在本发明的实施例中，不仅浮动域被创建，而且用于输出开关的控制信号也转移到浮动域。
图4的电路中的不同信号的绘图在图5中示出。从上到下示出了以下信号：
CONTROL(控制)：这是调制器的控制输入端132的数字输入信号；
CLK2：这是驱动器输入端121处和调制器输入端131处的时钟信号；
XOR_OUT：这是XOR门133的输出；
CMP_OUT：这是比较器243的输出端处的信号。
注意，经解调的控制信号(CMP_OUT)是指浮动域(VSSF和VDDF)，而控制信号(CONTROL)是指VSSA。CONTROL和CMP_OUT之间的切换延迟是由于解调器级的滤波所引起的。
根据本发明的实施例的固态电路可以包括ESD保护装置。ESD保护装置可以例如包括全桥整流器和连接到整流器的箝位结构。
控制信号可能被直接功率注入(DPI)破坏。这可以通过提供如图2所图示出的控制电路来减少。通过提供纵向的电容器223、224、233、234，干扰以差分方式被耦合到信号。通过这样做，信号的共模随着VSSF的增加而增加，这防止二极管导通。纵向的电容器223、224、233和234可以具有相同的电容C1。该电容C1比耦合电容器21、22、31和32的电容C大若干倍。
在本发明的实施例中，多于一个的浮动开关250可以由固态电路控制。例如，这可用于获得单极双掷(SPDT)开关配置。也可以通过增加多于一个的输出开关来获得其他可能的配置。
在本发明的实施例中，可以多个浮动电路200可以与共同的主电路100一起存在。在本发明的实施例中，可以生成一个或多个经解调的信号，并且本发明的实施例可以包括一个或多个浮动电源。
在本发明的实施例中，多于一个浮动开关250可以在一个或多个浮动电路200中实现，多于一个浮动开关250可以由一个或多个浮动电源在一个且同一固态电路中提供。例如，这可用于获得SPDT、DPST、DPDT或任何其他合适的开关配置。
根据本发明的实施例的固态电路通过使用单独的差分耦合对将数据和功率传输到浮动域中，使用调制而允许将控制信号(其例如可以是数据信号)传输到浮动开关(其例如可以是输出驱动器)。可以使用电容衰减已获得改善的EMC抗扰性。根据本发明的实施例的固态电路支持可靠地将控制信号传送到浮动域，同时生成浮动电源，它们不受浮动开关输出电压改变且不受EMC干扰的干扰。
本发明的实施例的优点在于可以在标准的CMOS技术中实现，而不需要光电耦合器，或变压器等。
在本发明的实施例中，主电路和浮动电路可以使用SOI衬底和/或深沟槽隔离而被电流隔离。
Claims (15)
1.一种包括主电路(100)和浮动电路(200)的固态电路(10)，所述主电路(100)包括：
第一驱动器(110)，所述第一驱动器(110)被配置成用于在驱动器输入端(111)上接收驱动器信号，并用于在差分驱动器输出端上生成从所述驱动器信号导出的差分驱动器信号，
调制器(130)，所述调制器(130)被配置成用于利用来自控制输入端(132)的信号调制来自调制器输入端(131)的调制器信号，以在差分调制器输出端上获得差分控制信号，
所述浮动电路(200)与所述主电路(100)电流隔离，并且所述浮动电路(200)包括以下构建块：
浮动电源，所述浮动电源包括至少一个整流器(210)，所述至少一个整流器(210)被配置成用于根据所述差分驱动器信号生成浮动电源电压(VDDF)和浮动接地电压(VSSF)，
解调器(240)，所述解调器(240)包括用于接收所述差分控制信号的差分控制输入端，并且所述解调器(240)被配置成用于解调所述信号，并且所述解调器(240)包括用于将经解调的信号传递到输出开关(250)的控制输出端，
所述输出开关(250)，所述输出开关(250)包括第一输出节点(251)和第二输出节点(252)以及至少一个晶体管，所述至少一个晶体管被配置成用于在所述经解调的信号的控制下打开或闭合电路径。
2.根据权利要求1所述的固态电路(10)，所述主电路(100)还包括第二驱动器(120)，所述第二驱动器(120)被配置成用于在驱动器输入端(121)上接收所述调制器信号或从所述调制器信号导出的信号，并且用于在差分参考输出端上根据所述驱动器输入端(121)处的信号来生成差分参考信号，其中所述解调器(240)包括差分参考输入端(241)，所述差分参考输入端(241)用于接收所述差分参考信号并用于将所述差分参考信号用作用于解调所述差分控制信号的参考信号。
3.根据权利要求1所述的固态电路(10)，其特征在于，所述解调器(240)包括差分参考输入端(241)，所述差分参考输入端(241)用于接收来自所述第一驱动器(110)的差分驱动信号，并用于将所述差分驱动信号用作用于解调所述差分控制信号的参考信号。
4.根据权利要求1所述的固态电路(10)，所述固态电路包括：第一耦合元件对(11、12)，所述第一耦合元件对(11，12)将所述第一驱动器(110)的所述差分驱动输出端与所述整流器(210)的一对输入端相连接，所述耦合元件对被配置成用于将所述差分驱动器信号传递到所述整流器，并用于在所述整流器(210)与所述第一驱动器(110)之间提供电流隔离；以及第二耦合元件对(31、32)，所述第二耦合元件对(31、32)将所述差分调制器输出端与所述解调器差分控制输入端相连接，并且被配置成用于将所述差分控制信号传递到所述解调器，并用于在所述调制器(130)与所述解调器(240)之间提供电流隔离。
5.根据权利要求2所述的固态电路(10)，所述固态电路包括第三耦合元件对(21、22)，所述第三耦合元件对(21、22)将所述第二驱动器(120)的输出端与所述解调器(240)相连接，并且所述第三耦合元件对(21、22)被配置成用于将所述差分参考信号从所述第二驱动器(120)传递到所述解调器(240)，并用于在所述解调器与所述第二驱动器(120)之间提供电流隔离。
6.根据权利要求1所述的固态电路(10)，其特征在于，所述浮动电路(200)还包括第一电容器(233)和第二电容器(234)，所述第一电容器(233)连接在所述解调器(240)的第一输入端(238)与所述浮动接地电压(VSSF)之间，所述第二电容器(234)连接在所述解调器(240)的第二输入端(239)与所述浮动接地电压(VSSF)之间。
7.根据权利要求1所述的固态电路(10)，其特征在于，所述浮动电路包括共模电压调节器(220，230)，所述共模电压调节器(220，230)被配置成用于设置所述差分控制信号和/或所述差分参考信号的共模电压。
8.根据权利要求2所述的固态电路(10)，其特征在于，所述浮动电路(200)还包括第三电容器(223)和第四电容器(224)，所述第三电容器(233)连接在所述差分参考输入端(241)的第一节点(241)与所述浮动接地电压(VSSF)之间，所述第四电容器(224)连接在所述差分参考输入端(241)的第二节点(241)与所述浮动接地电压(VSSF)之间。
9.根据权利要求1所述的固态电路(10)，其特征在于，所述输出开关(250)包括按背靠背配置的两个晶体管(253、254)。
10.根据权利要求1所述的固态电路(10)，其特征在于，所述输出开关(250)附加地包括输出晶体管驱动器。
11.根据权利要求1所述的固态电路(10)，其特征在于，所述浮动电源附加地包括第二整流器，所述第二整流器被配置成用于根据第三差分驱动器信号生成与所述浮动接地电压(VSSF)相关的第二浮动电源电压(VDDF2)，以用于为所述输出开关(250)供电。
12.根据权利要求1所述的固态电路(10)，其特征在于，所述解调器(240)包括用于对所述经解调的信号进行滤波的低通滤波器(242)。
13.根据权利要求2所述的固态电路(10)，其特征在于，所述解调器的所述差分参考输入端(241)附加地包括时钟信号再生电路。
14.根据权利要求1所述的固态电路(10)，所述固态电路包括与所述调制器的所述控制输入端(132)连接的磁传感器。
15.根据权利要求1所述的固态电路(10)，所述固态电路包括多个输出开关(250)，所述多个输出开关(250)被配置成用于在至少一个经解调的信号的控制下打开或闭合电路径，并且所述多个输出开关由至少一个浮动电源提供。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20472004.9 | 2020-04-15 | ||
| EP20472004.9A EP3896855B1 (en) | 2020-04-15 | 2020-04-15 | Floating switch for signal commutation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113541659A true CN113541659A (zh) | 2021-10-22 |
| CN113541659B CN113541659B (zh) | 2023-06-13 |
Family
ID=70847309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110405511.1A Active CN113541659B (zh) | 2020-04-15 | 2021-04-15 | 用于信号换向的浮动开关 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11206018B2 (zh) |
| EP (1) | EP3896855B1 (zh) |
| CN (1) | CN113541659B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4151958A1 (en) | 2021-09-17 | 2023-03-22 | Melexis Bulgaria EOOD | Sensing system comprising a chain of sensors |
| US20240030911A1 (en) * | 2022-07-19 | 2024-01-25 | Solaredge Technologies Ltd. | Isolated Gate Driver |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4170740A (en) * | 1978-02-24 | 1979-10-09 | International Telephone And Telegraph Corporation | High voltage switch and capacitive drive |
| US20100052641A1 (en) * | 2008-08-27 | 2010-03-04 | Dell Products, Lp | System and Method for Improving Efficiency of a Power Factor Correction Boost Pre-Regulator |
| US20140049297A1 (en) * | 2011-11-01 | 2014-02-20 | Panasonic Corporation | Gate drive circuit |
| US20140169038A1 (en) * | 2012-12-13 | 2014-06-19 | Texas Instruments Incorporated | Digital isolator |
| CN105094197A (zh) * | 2014-05-06 | 2015-11-25 | 意法半导体股份有限公司 | 电流调制电路 |
| CN109756212A (zh) * | 2017-11-08 | 2019-05-14 | 英飞凌科技奥地利有限公司 | 驱动控制电路和具有驱动控制电路和晶体管器件的电路 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU556843B2 (en) * | 1982-04-07 | 1986-11-20 | Alcatel N.V. | Solid state relay |
| JPH04229715A (ja) * | 1990-11-15 | 1992-08-19 | Toshiba Corp | 双方向スイッチ回路 |
| US9337253B2 (en) * | 2013-03-09 | 2016-05-10 | Microchip Technology Incorporated | Method and apparatus for constructing an isolation capacitor in an integrated circuit |
| US9634655B2 (en) * | 2015-02-24 | 2017-04-25 | Panasonic Corporation | Drive device having first and second switching devices with different gate widths |
| US9866126B2 (en) * | 2015-10-26 | 2018-01-09 | Renesas Electronics America Inc. | Galvanic isolator and circuit using galvanic isolation |
| US10306057B1 (en) * | 2016-01-07 | 2019-05-28 | William Sasso | Automatic call blocking and routing system and method |
| JP2019054349A (ja) | 2017-09-13 | 2019-04-04 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ゲート駆動回路、および、パワースイッチングシステム |
-
2020
- 2020-04-15 EP EP20472004.9A patent/EP3896855B1/en active Active
-
2021
- 2021-04-14 US US17/230,420 patent/US11206018B2/en active Active
- 2021-04-15 CN CN202110405511.1A patent/CN113541659B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4170740A (en) * | 1978-02-24 | 1979-10-09 | International Telephone And Telegraph Corporation | High voltage switch and capacitive drive |
| US20100052641A1 (en) * | 2008-08-27 | 2010-03-04 | Dell Products, Lp | System and Method for Improving Efficiency of a Power Factor Correction Boost Pre-Regulator |
| US20140049297A1 (en) * | 2011-11-01 | 2014-02-20 | Panasonic Corporation | Gate drive circuit |
| US20140169038A1 (en) * | 2012-12-13 | 2014-06-19 | Texas Instruments Incorporated | Digital isolator |
| CN105094197A (zh) * | 2014-05-06 | 2015-11-25 | 意法半导体股份有限公司 | 电流调制电路 |
| CN109756212A (zh) * | 2017-11-08 | 2019-05-14 | 英飞凌科技奥地利有限公司 | 驱动控制电路和具有驱动控制电路和晶体管器件的电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3896855A1 (en) | 2021-10-20 |
| CN113541659B (zh) | 2023-06-13 |
| US20210328586A1 (en) | 2021-10-21 |
| EP3896855B1 (en) | 2024-03-20 |
| US11206018B2 (en) | 2021-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107408941B (zh) | 电平移位器 | |
| CN109314457B (zh) | 具有集成的栅极驱动器的功率器件 | |
| US9912327B2 (en) | Dead time control circuit for a level shifter | |
| US9041435B2 (en) | Method of forming electronic components with reactive filters | |
| CN113541659B (zh) | 用于信号换向的浮动开关 | |
| US9467060B2 (en) | Capacitive level shifter devices, methods and systems | |
| US20180262192A1 (en) | Driver Interface Methods and Apparatus for Switch-Mode Power Converters, Switch-Mode Power Amplifiers, and Other Switch-Based Circuits | |
| US9780838B2 (en) | Receiver circuit | |
| CN104038084B (zh) | 整流电路 | |
| US20070121355A1 (en) | CMOS full wave rectifier | |
| JP5861054B2 (ja) | 高周波受信回路及び絶縁型信号伝送装置 | |
| WO2015015708A1 (ja) | 高周波受信回路及び絶縁型信号伝送装置 | |
| WO2017123269A1 (en) | Dead time control | |
| CN109672327B (zh) | 晶闸管或双向可控硅控制电路 | |
| WO2007055265A1 (ja) | 電源装置 | |
| CN117203884A (zh) | 半导体开关元件的驱动装置及其驱动方法、功率转换装置 | |
| JP2011061553A (ja) | トランス通信回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |