CN114785338A - 数字隔离器及其发送电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种数字隔离器及其发送电路，其中，发送电路包括数字发送器、高边选择电路和低边选择电路；高边选择电路选择并输出数字信号至数字发送器的供电端，低边选择电路选择并输出公共地信号至数字发送器的接地端；高边选择电路包括高边控制电路，以及分别用于接收数字信号和公共地信号的第一高边支路和第二高边支路；高边控制电路的输出端连接供电端、控制端分别连接第一高边支路和第二高边支路，且配置为根据数字信号和公共地信号，控制第一高边支路或第二高边支路的导通程度恒定。本发明提供的发送电路，能够适应双向高压信号输入的工作环境，能够保持电路工作和发热功率稳定，统一多通道地电平并减少电路成本。

Description

数字隔离器及其发送电路

技术领域

本发明涉及隔离技术领域，尤其涉及一种数字隔离器及其发送电路。

背景技术

数字隔离器，或称数字隔离单元或数字隔离芯片，在工业工厂环境中，通常用于保证两个系统间信号传输的正常进行。在一种具体的工况下，可以是用于接收来自开关和传感器的数字输入，并经过处理和隔离后对后端进行输出。在此过程中，上述数字输入的情况，特别是输入的方向和电压大小，是数字隔离器一侧难于把握和控制的，由此会导致反向数字输入信号丢失，封装成本增加，难以适应较高的电压输入要求，以及系统功率积累、发热功率大的问题。

现有技术中通过限制外部采样电阻两端电压的方式，使得数字隔离器能够适应高压的输入环境，但是此种技术方案受到电路元器件的限制，只能在内部回路中形成1.2V的带隙基准电压，适用范围和有益效果有限，且不能兼顾双向高压输入。如若在该现有技术中的数字隔离器外部增加整流器等器件，提升其对双向高压输入的适应性，一方面，增加了内部元器件配置的成本，另一方面，多通道的浮地端难以共用，需要在芯片上设置更多的引脚，从而增加了芯片封装的成本。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种数字隔离器的发送电路，以解决现有技术中数字隔离电路难以适应双向高压的输入环境、工作和发热功率大，以及电路整体成本高的技术问题。

本发明的目的之一在于提供一种数字隔离器。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种数字隔离器的发送电路，所述发送电路包括数字发送器、高边选择电路和低边选择电路；所述高边选择电路选择并输出数字信号至所述数字发送器的供电端，所述低边选择电路选择并输出公共地信号至所述数字发送器的接地端；所述高边选择电路包括高边控制电路，以及分别用于接收所述数字信号和所述公共地信号的第一高边支路和第二高边支路；所述高边控制电路的输出端连接所述供电端，所述高边控制电路的控制端分别连接所述第一高边支路和所述第二高边支路，且配置为根据所述数字信号和所述公共地信号，控制所述第一高边支路或所述第二高边支路的导通程度恒定。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述低边选择电路包括低边控制电路，以及分别用于接收所述数字信号和所述公共地信号的第一低边支路和第二低边支路；所述低边控制电路的输出端连接所述接地端，所述低边控制电路的控制端分别连接第一低边支路和所述第二低边支路，且配置为根据所述数字信号和所述公共地信号，控制所述第一低边支路或所述第二低边支路的导通程度恒定。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一高边支路包括第一高边开关管，所述第一高边开关管的输入端连接所述供电端、输出端连接第一输入端，且控制端分别连接至所述高边控制电路和第二输入端；所述第一输入端用于接收所述数字信号和所述公共地信号其中之一，所述第二输入端用于接收所述数字信号和所述公共地信号其中另一。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高边控制电路包括第一高边稳压管，所述第一高边稳压管的输入端连接至所述第一高边开关管的控制端，且输出端分别连接至所述供电端和所述第一输入端。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高边控制电路还包括第一高边驱动管，所述第一高边开关管通过所述第一高边驱动管连接至所述高边控制电路的第一高边稳压管；所述第一高边驱动管的输入端分别连接所述第一高边开关管的控制端和所述供电端、控制端连接所述第一高边稳压管的输入端，且输出端连接所述第二输入端。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一高边支路还包括寄生于所述第一高边开关管的第一高边二极管，所述第一高边二极管的输入端连接所述第一输入端，且输出端连接所述供电端。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第二高边支路包括第二高边开关管，所述第二高边开关管的输入端连接所述供电端、输出端连接所述第二输入端，且控制端分别连接至所述高边控制电路和所述第一输入端；所述第二高边支路还包括寄生于所述第二高边开关管的第二高边二极管，所述第二高边二极管的输入端连接所述第二输入端，且输出端连接所述供电端。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高边控制电路包括第二高边稳压管，所述第二高边稳压管的输入端连接至所述第二高边开关管的控制端，且输出端分别连接至所述供电端和所述第二输入端。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高边控制电路还包括第二高边驱动管，所述第二高边开关管通过所述第二高边驱动管连接至所述高边控制电路的第二高边稳压管；所述第二高边驱动管的输入端分别连接所述第一高边开关管的控制端和所述供电端、控制端连接所述第二高边稳压管的输入端，且输出端连接所述第一输入端。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一高边开关管为P沟道场效应管，所述第一高边开关管的输入端为所述P沟道场效应管的源极、输出端为所述P沟道场效应管的漏极，且控制端为所述P沟道场效应管的栅极。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一低边支路包括第一低边开关管，所述第一低边开关管的输出端连接所述接地端、输入端连接第一输入端，且控制端分别连接至所述低边控制电路和第二输入端；所述第一输入端用于接收所述数字信号和所述公共地信号其中之一，所述第二输入端用于接收所述数字信号和所述公共地信号其中另一。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一低边开关管为N沟道场效应管，所述第一低边开关管的输入端为所述N沟道场效应管的漏极、输出端为所述N沟道场效应管的源极，且控制端为所述N沟道场效应管的栅极。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述数字发送器包括电流环路，所述电流环路包括参考支路和感测支路；所述感测支路设置于所述供电端和所述数字发送器的输出侧之间，配置为根据所述供电端的输入产生原始发送信号；所述参考支路连接所述供电端，配置为根据所述数字发送器中的参考信号，控制所述感测支路上的工作电流恒定。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电流环路包括第一运算放大器、感测电阻和参考电阻；所述第一运算放大器的反相输入端和输出端连接后，与所述感测电阻连接并形成所述感测支路；所述第一运算放大器的正相输入端与所述参考电阻连接并形成所述参考支路。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述数字发送器包括带隙基准源，用于生成并输出所述参考信号；所述带隙基准源的第一基准输入端连接至所述感测支路和所述数字发送器的输出侧之间的第一节点、第二基准输入端连接所述接地端，且第一基准输出端连接所述参考支路。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述带隙基准源包括相互连接的带隙电压源和信号转换电路，所述带隙电压源配置为生成带隙基准电压，所述信号转换电路，配置为将所述带隙基准电压转换为所述参考信号；所述参考信号为与所述带隙基准电压对应的基准电流信号。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述信号转换电路包括第二运算放大器、转换晶体管和调节电阻；所述转换晶体管的漏极连接所述参考支路、栅极连接所述第二运算放大器的输出端，且源极连接所述第二运算放大器的反相输入端；所述调节电阻的两端分别连接所述第二运算放大器的反相输入端和所述接地端；所述第二运算放大器的正相输入端连接所述带隙电压源并形成第二节点。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述数字发送器还包括隔离比较电路和发送驱动电路；所述隔离比较电路的第一比较输入端分别连接所述第一节点和所述接地端、第二比较输入端连接所述第二节点，且比较输出端连接发送驱动电路的驱动使能端；所述发送驱动电路的驱动输入端连接至所述第一节点，用于接收根据所述第一节点的电压生成的第一振荡信号。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述驱动输入端和所述第一节点之间还包括振荡发生电路，配置为输出所述第一振荡信号；所述发送驱动电路配置为根据所述第一振荡信号生成第一时钟信号。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述隔离比较电路包括迟滞比较器；所述发送驱动电路包括与门、反相器和缓冲器；所述反相器的输入端和所述缓冲器的输入端连接所述与门的输出端。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种数字隔离器，包括接收电路、隔离电容，以及上述任一种技术方案所述的数字隔离器的发送电路。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述数字隔离器包括设置于第一传输通道的第一发送电路，以及设置于第二传输通道的第二发送电路；所述第一发送电路连接第一输入端以接收第一数字信号，且连接第二输入端以接收所述公共地信号；所述第二发送电路连接第三输入端以接收第二数字信号，且连接所述第二输入端以接收所述公共地信号。

与现有技术相比，本发明提供的数字隔离器的发送电路，通过在数字发送器的供电端和接地端分别设置高边选择电路和低边选择电路，对接收到的数字信号和公共地信号进行选择后，始终保持将数字信号和公共地信号对应输入供电端和接地端，能够适应双向信号输入的工作环境；通过在高边选择电路中设置高边控制电路，用以限制高边选择电路中两条支路的导通程度，能够适应高压信号输入的工作环境，使其上工作的元器件不至于被损坏或过载，且由于对导通程度形成了限制，还能够保证电路的工作和发热功率稳定；由于并未对双向信号进行整流或其他变换，因此电路能够适应多通道地电平统一的要求，能够减少电路整体的成本。

附图说明

图1是本发明一实施方式中数字隔离器的结构示意图。

图2是本发明一实施方式中发送电路的高边选择电路的电路结构图。

图3是本发明一实施方式中发送电路的低边选择电路的电路结构图。

图4是本发明一实施方式中发送电路的数字发送器的电路结构图。

图5是本发明另一实施方式中发送电路的高边选择电路的电路结构图。

图6是本发明另一实施方式中发送电路的低边选择电路的电路结构图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明一实施方式提供一种如图1所示的数字隔离器100，用于实现两种系统之间的隔离和信号传输，上述两种系统具体可以是例如检测现场的机电系统，以及例如工业控制器的控制系统，从而能够保护具有不同工作环境要求的两侧，保证信号传输和控制的正常进行。本发明提供的数字隔离器100包括接收电路12、隔离电容11，以及一种数字隔离器的发送电路13。其中，发送电路13用于接收来自机电系统一侧的输入信号，隔离电容11用于防止机电系统直接耦合到控制系统所引发的故障，接收电路12用于接收来自发送电路13和隔离电容11的信号，实现通信并将信号传输至控制系统一侧。

其中，数字隔离器100中设置有数据传输通道的实施方式中，数字隔离器100中可以至少包括第一传输通道和第二传输通道，并进一步至少包括设置于所述第一传输通道的第一发送电路，以及设置于所述第二传输通道的第二发送电路。在所述第一发送电路和所述第二发送电路配置为本发明提供的数字隔离器的发送电路的电路结构时，两者可以被具体配置为：所述第一发送电路连接第一输入端131以接收第一数字信号Input，且连接第二输入端132以接收公共地信号COM；所述第二发送电路连接第三输入端以接收第二数字信号，且连接所述第二输入端132以接收所述公共地信号COM。如此，可以实现多通道接收多种数字信号输入但复用同一个公共地信号端（第二输入端132）的效果，能够大幅改善多数据传输通道工况下的成本问题。可以理解地，上述“本发明提供的数字隔离器的发送电路的电路结构”将在下文具体展开描述，并且相关技术效果也能够形成于本发明提供的数字隔离器100的技术方案中，此处不再赘述。

此外，在包含多条数据传输通道的实施方式中，隔离电容11中可以对应设置有多条隔离支路，每条隔离支路至少串接有一个隔离器，所述隔离器可以是电容、电感、变压器或其他足以形成隔离通道的电磁元器件。

继续如图1所示，本发明一实施方式提供一种数字隔离器的发送电路13，可以搭载于上述数字隔离器100中，也可以搭载于其他工业控制器，或任何设置于两系统之间用于实现隔离和数字信号传输的元器件中。发送电路13具体可以包括高边选择电路200、数字发送器300和低边选择电路400。其中，高边选择电路200用于选择并输出数字信号Input至数字发送器300的供电端301，低边选择电路400用于选择并输出公共地信号COM至数字发送器300的接地端302。从而数字发送器300能够根据数字信号Input和公共地信号COM产生合适的信号输出给后侧元器件，从而实现数字信号的隔离传输。

高边选择电路200和低边选择电路400可以根据需要进行电路配置，例如设置多条选择支路配合单个或多个对应的开关器件，两者可以采用相对应的电路结构配置，也可以采用相互区别的配置方案。在一种实施方式中，优选地，高边选择电路200和低边选择电路400具有相对应的电路结构，且除对输入信号进行选择外，还具有调整输入信号，使其适应数字隔离器100和/或后侧电路结构（例如，隔离电容11、接收电路12和/或与接收电路12相连的所述控制系统或机电系统）工作环境要求的功能配置。

进一步地，高边选择电路200包括分别用于接收数字信号Input和公共地信号COM的第一高边支路21和第二高边支路22，以及高边控制电路23。其中，第一高边支路21和第二高边支路22用于实现对数字信号Input的选择，并将数字信号Input输出至供电端301；高边控制电路23的输出端连接供电端301，高边控制电路23的控制端分别连接第一高边支路21和第二高边支路22，且高边控制电路23配置为根据数字信号Input和公共地信号COM，控制第一高边支路21或第二高边支路22的导通程度恒定。

如此，可以实现数字信号Input和公共地信号COM适应性选择，保证数字发送器300接收信号的方向正确，实现对双向信号输入的适配，并且在数字发送器300接收信号一侧设置高边控制电路23，通过对导通程度的限制，适应高压信号输入的工作环境，两种有益效果相复合，使发送电路13以及搭载有该发送电路13的数字隔离器100等器件，能够适应高压双向信号输入的工况，避免添加整流电路或单纯对电压进行钳位所导致的封装成本增加、发热功率不可控等问题。

其中，所述导通程度可以进一步解释为，第一高边支路21或第二高边支路22上开关器件的开度，从而改善高边支路上开关器件的开度随输入信号（数字信号Input）的增大而增大，导致自身损坏、过载或电路工作在异常状态的情况。

一方面，在低边选择电路400与高边选择电路200配置为具有相同或相对应的电路结构的实施方式中，低边选择电路400还可以进一步包括低边控制电路43，以及分别用于接收数字信号Input和公共地信号COM的第一低边支路41和第二低边支路42。其中，第一低边支路41和第二低边支路42用于实现对公共地信号COM的选择，并将公共地信号COM输出至接地端302；低边控制电路43的输出端连接接地端302，低边控制电路43的控制端分别连接第一低边支路41和第二低边支路42，且低边控制电路43配置为根据数字信号Input和公共地信号COM，控制第一低边支路41或第二低边支路42的导通程度恒定。从而，在数字发送器300的供电端301以及接地端302两侧均形成对导通程度的限制，在支持双向信号输入的基础上，保证发送电路13整体工作状态的稳定，适应性调整电路自身信号参数，使其能够适应更为复杂恶劣的工况。

当然，在其他实施方式中，低边选择电路400由于选择得到的电平为低电平，因此，也可以将低边选择电路400单纯配置为开关选择电路，取消或保留部分对低边控制电路43的设置。本发明并不限制本领域技术人员对上述技术方案的其他替换性配置，任何不脱离上述范围的替换性配置都属于本发明的保护范围内。

此外，可以理解地，数字信号Input和公共地信号COM的输入，在高边选择电路200和低边选择电路400两侧应当对应相同，在一种实施方式中，高边选择电路200和低边选择电路400用于接收数字信号Input的一端可以相互连接，统一接入发送电路13之前的一个端子，高边选择电路200和低边选择电路400用于接收公共地信号COM的一端可以相互连接，统一接入发送电路13之前的另一个端子。

同时，本发明中任何“连接”、“连接至”等相对关系的限定，并不必然指代直接的电性连接，还可以是间接连接，并具体可以是通过其他电路元器件连接或通过电路其他部分连接；对于涉及信号传输的部分，还可以是通信连接等连接方式。本发明中涉及“设置于”等相对关系的限定，其所暗含的连接关系，同样可以沿用上述的解释。上述内容，在下文中不再赘述。

另一方面，高边选择电路200内部元器件的配置，以及高边控制电路23对第一高边支路21或第二高边支路22导通程度的控制，可以采用在高边支路上设置可调限流器件，高边控制电路23连接所述可调限流器件的限流调整端，输出不同大小的电平信号来动态调整所述可调限流器件的开通程度、开通频率等参数。在一种优选的实施方式中，如图1和图2所示，本发明中的第一高边支路21可以包括第一高边开关管211，第一高边开关管的输入端2111连接供电端301，第一高边开关管的输出端2112连接第一输入端131，且第一高边开关管的控制端2113分别连接至高边控制电路23和第二输入端132。其中，第一输入端131用于接收数字信号Input和公共地信号COM其中之一，第二输入端132用于接收数字信号Input和公共地信号COM其中另一。

如此，可以利用高边控制电路23通过对第一高边开关管的控制端2113的控制，影响第一高边开关管211的导通程度，进而影响其输入端2111和输出端2112之间的导通程度高低，实现控制其导通程度恒定的技术效果。此外，虽然在图2所示的情况下，第一输入端131被配置为用于接收数字信号Input，第二输入端132被配置为用于接收公共地信号COM，但在具有相反方向的信号输入时，图2中信号输入的示意可以做对应调整，此点应当为本领域技术人员所理解。

在一种优选的实施方式中，为了进一步简化电路结构，高边控制电路23并未采用集成控制芯片等增加封装难度和成本的器件，而采用稳压管（或称齐纳二极管）进行对应技术效果的实现，当然本发明并不排斥使用前一种实施方式。基于此，高边控制电路23包括第一高边稳压管231，该第一高边稳压管231的输入端，作为所述高边控制电路23的控制端至少其中之一，连接至第一高边开关管的控制端2113，从而连接至第二输入端132；第一高边稳压管231的输出端分别连接至供电端301和第一输入端131。

如此，可以通过第一高边稳压管231适应性导通或屏蔽第一高边支路21，并且能够形成对第一高边开关管211导通程度的限制。具体地，在第一输入端131接收数字信号Input，且第二输入端132接收公共地信号COM时，若数字信号Input电压较高而使第一高边稳压管231被反向击穿，则第一高边稳压管231通过对第一高边开关管的控制端2113的电压限制，形成对第一高边开关管211导通程度的限制，稳定其导通程度的高低；在第一输入端131接收公共地信号COM，且第二输入端132接收数字信号Input时，第一高边稳压管231正向导通，屏蔽第一高边支路21。

在一种优选地实施方式中，为了进一步简化电路接线，第一高边支路21包括寄生于第一高边开关管211的第一高边二极管212，或称第一高边开关管211配置为内部寄生有第一高边二极管212。其中，第一高边二极管212的输入端连接第一输入端131，且第一高边二极管212的输出端连接供电端301。如此，第一高边二极管212与第一高边开关管211的导通方向相反，第一高边稳压管231的输出端通过第一高边开关管的输入端2111连接至第一输入端131。在第一输入端131输入数字信号Input，且第二输入端132输入公共地信号COM时，第一高边开关管211导通，同时高电平的数字信号Input通过第一高边二极管212加在第一高边稳压管231的输出端，在数字信号Input电压较高时使第一高边稳压管231反向击穿；在第一输入端131输入公共地信号COM，且第二输入端132输入数字信号Input时，第一高边开关管211关断，第一高边稳压管231正向导通。优选地，为了限流和分压，在第一高边稳压管231和第二输入端132之间，还可以包括一保护电阻。

与此相对应地，为了在数字信号Input和公共地信号COM反向接入时同样实现支路导通程度恒定，第二高边支路22可以具有与上述第一高边支路21任一结构配置相同的配置，当然，也可以采用其他现有的、控制导通程度或频率的方案。对于前者，在图2提供的实施方式中，第二高边支路22具体包括第二高边开关管221，该第二高边开关管的输入端2211连接供电端301，第二高边开关管的输出端2212连接第二输入端132，且第二高边开关管的控制端2213分别连接至高边控制电路23和第一输入端131。如此，在第二输入端132输入有高电平的数字信号Input时，第一高边支路21断开，第二高边支路22导通，并通过高边控制电路23对第二高边开关管的控制端2213的控制，形成对第二高边支路22导通程度高低的控制。

第二高边支路22还包括寄生于第二高边开关管221的第二高边二极管222，或称第二高边开关管221配置为内部寄生有第二高边二极管222。与第一高边支路21相类似地，上述两种可以解释为指代相同的方案，也可以解释为两者分别指代分体设置和一体设置两种不同的方案。第二高边二极管222的输入端连接第二输入端132，且第二高边二极管222的输出端连接供电端301，从而形成与第二高边开关管221相反的电流导通方向。如此，高边控制电路23通过接入供电端301一侧的端子，接入第二高边二极管222的输出端和第二高边开关管的输入端2211，从而可以根据第二高边开关管的控制端2213和第二高边开关管的输入端2211电平情况，控制第二高边支路22导通程度的高低。

优选地，高边控制电路23具体包括第二高边稳压管232，利用反向击穿的性质稳定第二高边开关管的控制端2213及其输入端2211之间的电压，从而形成对其导通程度的限制。第二高边稳压管232的输入端，作为所述高边控制电路23的控制端至少其中另一，连接至第二高边开关管的控制端2213，从而连接至第一输入端131；第二高边稳压管232的输出端连接供电端301，并通过第二高边二极管222的输出端连接至第二输入端132。如此，可以限制第二高边开关管221的导通程度，保证第二高边开关管221的导通程度不随数字信号Input电压的增大而提高。

对于上述第一高边开关管211的具体元器件选型，可以优选将其配置为P沟道场效应管，从而适应高边驱动的需求，避免驱动力不足添加电荷泵所导致的成本上升。当然，本发明也不排斥采用N沟道场效应管与驱动元件组合的技术方案。基于此，上述第一高边开关管的输入端2111即为所述P沟道场效应管的源极，上述第一高边开关管的输出端2112即为所述P沟道场效应管的漏极，且上述第一高边开关管的控制端2113即为所述P沟道场效应管的栅极。与此相对应地，第二高边开关管221也可以配置为P沟道场效应管，从而其输入端2211、其输出端2212以及其控制端2213，可以对应为所述P沟道场效应管的源极、漏极和栅极。如此，利用稳压管控制其始终工作在恒流区，防止导通程度随输入电压的升高而大幅提高。

对于低边选择电路400内部元器件的配置，在低边选择电路400被配置为包括第一低边支路41、第二低边支路42以及低边控制电路43的实施方式中，同样可以采用在低边支路上设置可调限流器件，通过调整可调限流器件的开通程度、开通频率等参数实现。优选地，低边选择电路400可以具有如图1和图3所示的结构配置。其中，第一低边支路41包括第一低边开关管411，该第一低边开关管的输出端4111连接接地端302，第一低边开关管的输入端4112连接第一输入端131，且第一低边开关管的控制端4113分别连接至低边控制电路43和第二输入端132。相对应地，第一输入端131用于接收数字信号Input和公共地信号COM其中之一，第二输入端132用于接收数字信号Input和公共地信号COM其中另一。

如此，在高电平的数字信号Input通入第一输入端131，且公共地信号COM通入第二输入端132时，第一低边开关管411关断；在高电平的数字信号Input通入第二输入端132，且公共地信号COM通入第一输入端131时，第一低边开关管411导通，将公共地信号COM接入接地端302，并通过低边控制电路43控制第一低边开关管411的导通程度恒定。

优选地，低边控制电路43包括第一低边稳压管431，该第一低边稳压管431的输出端，作为所述低边控制电路43的控制端至少其中之一，连接至第一低边开关管的控制端4113，从而连接至第二输入端132；第一低边稳压管431的输入端分别连接至接地端302和第一输入端131。

优选地，第一低边支路41包括寄生于第一低边开关管411的第一低边二极管412，或称第一低边开关管411配置为内部寄生有第一低边二极管412。其中，第一低边二极管412的输出端连接第一输入端131，且第一低边二极管412的输入端连接接地端302。

与此相对应地，第二低边支路42可以包括第二低边开关管421，该第二低边开关管的输出端4211连接接地端302，第二低边开关管的输入端4212连接第二输入端132，且第二低边开关管的控制端4213分别连接至低边控制电路43和第一输入端131。

优选地，第二低边支路42还包括寄生于第二低边开关管421的第二低边二极管422，或称第二低边开关管421配置为内部寄生有第二低边二极管422。其中，第二低边二极管422的输出端连接第二输入端132，且第二低边二极管422的输入端连接接地端302。

进一步地，低边控制电路43具体包括第二低边稳压管432。其中，第二低边稳压管432的输出端，作为所述低边控制电路43的控制端至少其中另一，连接至第二低边开关管的控制端4213，从而连接至第一输入端131；第二低边稳压管432的输入端连接接地端302，并通过第二低边二极管422的输入端连接第二输入端132。

如此，能够利用对称设置且双向导通的两条低边支路，配合两个低边稳压管对栅极和源极之间电压的控制，至少在高压输入时维持支路导通程度恒定。

优选地，第一低边开关管411可以配置为N沟道场效应管，从而适应低边驱动的需求，避免驱动力不足添加电荷泵所导致的成本上升。当然，本发明也不排斥采用P沟道场效应管与驱动元件组合的技术方案。基于此，上述第一低边开关管的输出端4111即为所述N沟道场效应管的源极，上述第一低边开关管的输入端4112即为所述N沟道场效应管的漏极，且上述第一低边开关管的控制端4113即为所述N沟道场效应管的栅极。与此相对应地，第二低边开关管421也可以配置为N沟道场效应管，从而其输出端4211、其输入端4212以及其控制端4213，可以对应为所述N沟道场效应管的源极、漏极和栅极。如此，利用稳压管控制其始终工作在恒流区，防止支路导通程度随输入电压的升高而大幅提高。

如图1和图4所示，本发明一实施方式进一步提供一种数字发送器300，可以独立搭载于任何一种数字隔离器的发送电路中，也可以与上述高边选择电路200和低边选择电路400至少其中之一连接，从而实现对应的功能配置。可以理解地，对于后者，数字发送器300可以通过供电端301与高边选择电路200建立连接关系，和/或通过接地端302与低边选择电路400建立连接关系。

本实施方式中的数字发送器300包括一种电流环路31，该电流环路31具体可以包括参考支路311和感测支路312。其中，感测支路312设置于供电端301和数字发送器的输出侧303之间，且感测支路312配置为根据供电端301的输入产生原始发送信号；参考支路311连接供电端301，且参考支路311配置为根据数字发送器300中的参考信号，控制感测支路312上的工作电流恒定。如此，能够从数字发送器300一侧形成对供电端301上工作电流的限制，并能够通过调节数字发送器300中的参考信号，调节该工作电流以适应多种工况。再结合高边选择电路200的配置，能够从工作电流和支路导通程度两个层面，形成对感测支路312和供电端301的限制，能够更好地维持电路工作的稳定性。同时，相比于限定感测支路312上工作电压恒定的技术方案而言，无需频繁调整感测支路312的电路结构，即可适应更大范围的电压输入。

进一步地，电流环路31优选包括第一运算放大器313、感测电阻3120，以及参考电阻3110。具体地，第一运算放大器313的反相输入端和第一运算放大器313的输出端连接后，与感测电阻3120连接并形成上述感测支路312；第一运算放大器313的正相输入端与参考电阻3110连接并形成上述参考支路311。如此，通过将第一运算放大器313配置为跟随器接法，使得参考支路311和感测支路312上电流相等，从而可以通过控制输入参考支路311的所述参考信号，形成对感测支路312上工作电流的控制。

优选地，数字发送器300还包括用于生成并输出所述参考信号的带隙基准源32。带隙基准源32的第一基准输入端321连接至感测支路312和数字发送器的输出侧303之间的第一节点N1，带隙基准源32的第二基准输入端322连接接地端302，且带隙基准源32的第一基准输出端323连接参考支路311。如此，可以利用带隙基准源32生成与温度无关的所述参考信号，再结合电流环路31的配置，能够消除电路信号传输过程中的温漂。进一步地，在电流环路31配置有跟随器接法的第一运算放大器313时，能够从电流层面解决温漂问题，相比电压或电流镜配置，能够达到参考支路311和感测支路312上均无温漂的效果，使得对参考支路311的调整以及感测支路312的响应两个层面的准确性同步提高。

具体地，带隙基准源32可以包括相互连接的带隙电压源5和信号转换电路6。其中，带隙电压源5配置为生成带隙基准电压Vref，信号转换电路6配置为将带隙基准电压Vref转换为所述参考信号。并优选地，所述参考信号为与带隙基准电压Vref对应的基准电流信号Iref。如此，将带隙基准电压Vref转换为与温度无关的基准电流信号Iref，以基准电流信号Iref作为所述参考信号来调整感测支路312上电信号，即使在不更换感测电阻3120或其他感测支路312中结构的情况下，也能够实现对原始发送信号的零温漂、大范围调节，并能够应对高电压的信号输入。

优选地，信号转换电路6包括第二运算放大器61、转换晶体管62和调节电阻63。其中，转换晶体管62的漏极连接参考支路311，转换晶体管62的栅极连接第二运算放大器61的输出端，且转换晶体管62的源极连接第二运算放大器的反相输入端。优选地，转换晶体管62为N型晶体管。调节电阻63的两端分别连接第二运算放大器61的反向输入端和接地端302。第二运算放大器61的正相输入端连接带隙电压源5并形成第二节点N2。如此，不仅能够利用第二运算放大器61与转换晶体管62的配合，在带隙基准电压Vref的值合适时，将带隙基准电压Vref加在调节电阻63的两端，从而通过配置调节电阻63的阻值，根据欧姆定律形成合适的基准电流信号Iref输入给参考支路311，以使感测支路312上也产生合适、可调、零温漂、足以适应大范围调节且足以应对高电压输入的电信号。

作为一种优选地，带隙电压源5可以具体由相互串联的第一低压差线性稳压器（LDO，Low Dropout Regulator）52与带隙基准电压源51组成。

继续地，数字发送器300还可以包括隔离比较电路33和发送驱动电路34。其中，隔离比较电路33的第一比较输入端331连接第一节点N1和接地端302，隔离比较电路33的第二比较输入端332连接第二节点N2，且隔离比较电路33的比较输出端333连接发送驱动电路34的驱动使能端341。从而，可以根据第一节点N1的电位与接地端302的电位的差值，与第二节点N2的电位（带隙基准电压Vref）的比较结果，选择性使能发送驱动电路34输出对应于所述原始发送信号的输出发送信号。

相对应地，发送驱动电路34的驱动输入端342连接至第一节点N1，且用于接收根据第一节点N1的电压（或称所述原始发送信号）生成的第一振荡信号。从而，根据该第一振荡信号与隔离比较电路33的输出，按照预设的运算逻辑，产生输出发送信号并从数字发送器的输出侧303发送至后端元器件。

所述第一振荡信号可以是通过振荡发生电路7产生的，振荡发生电路7设置于驱动输入端342和第一节点N1之间，且振荡发生电路7配置为根据第一节点N1的电压生成所述第一振荡信号。相对应地，发送驱动电路34配置为根据所述第一振荡信号生成第一时钟信号，以作为所述输出发送信号。具体地，第一时钟信号可以是差分高频时钟，振荡发生电路7可以配置为包括第二低压差线性稳压器72和振荡器（OSC，Oscillator）71。

对于元器件的具体配置，一方面，隔离比较电路33可以包括迟滞比较器330，基于此，第一比较输入端331可以是迟滞比较器330的正相输入端，第二比较输入端332可以是迟滞比较器330的反相输入端，比较输出端333可以是迟滞比较器330的输出端。从而，隔离比较电路33可以通过其前端电路结构共同设定一个阈值，在数字信号Input满足该阈值要求时，输出使能信号使发送驱动电路34动作。另一方面，发送驱动电路34可以包括与门343、缓冲器344和反相器345，其中，缓冲器344和反相器345的输入端连接与门343的输出端，与门343的两个输入端分别作为上述驱动使能端341和驱动输入端342。从而，最终形成通过第一节点N1的原始发送信号（或振荡发生电路7输出的第一振荡信号），调整反相器345的输出，并通过接地端302的电平调整缓冲器344的输出的技术方案。

上述技术方案分别提供了数字隔离器的发送电路13中的部分，上述技术方案相组合能够构成一种较优的发送电路13。而本发明为了进一步提高驱动速度和驱动能力，使得发送电路13能够应用于输入电压要求更高的工作环境，还进一步提供了如图5和图6所示的另一种实施方式。

进一步结合图1所示，在该另一实施方式中，高边选择电路200’还包括第一高边驱动管24，第一高边支路21上的第一高边开关管211，通过第一高边驱动管24连接至所述高边控制电路的第一高边稳压管231。第一高边驱动管的输入端241分别连接第一高边开关管的控制端2113和供电端301，第一高边驱动管的控制端243连接第一高边稳压管231的输入端，且第一高边驱动管的输出端242连接第二输入端132。如此，能够通过第一高边稳压管231首先形成对第一高边驱动管24导通程度的控制，从而使得第一高边开关管211能够被稳定驱动。优选地，第一高边驱动管24为P沟道场效应管，对应其输入端241、输出端242和控制端243可以是所述P沟道场效应管的源极、漏极和栅极。优选地，第一高边驱动管的输入端241和供电端301之间，也可以包括有保护电阻。

以将数字信号Input加在第一输入端131上，且将公共地信号COM加在第二输入端132上为例，高电平的数字信号Input通过第一高边开关管211内部寄生的第一高边二极管212加在第一高边驱动管的输入端241和第一高边稳压管231的输出端，使第一高边驱动管24导通，并使第一高边稳压管231反向击穿以控制第一高边驱动管24上电流恒定，第一高边驱动管24导通后将第一高边开关管的控制端2113接入第二输入端132，使其得到公共地信号COM后导通，将第一输入端131的数字信号Input接入供电端301。同时，在第一高边稳压管231的限制和第一高边驱动管24的驱动的共同作用下，使得第一高边开关管211具有合适且稳定的导通程度。

与此相对称地，高边选择电路200’还包括第二高边驱动管25，第二高边支路22上的第二高边开关管221，通过第二高边驱动管25连接至所述高边控制电路的第二高边稳压管232。第二高边驱动管的输入端251分别连接第二高边开关管的控制端2213和供电端301，第二高边驱动管的控制端253连接第二高边稳压管232的输入端，且第二高边驱动管的输出端252连接第一输入端131。优选地，第二高边驱动管25为P沟道场效应管，对应其输入端251、输出端252和控制端253可以是所述P沟道场效应管的源极、漏极和栅极。优选地，第二高边开关管221内部寄生有第二高边二极管222，第二高边驱动管的输入端251和供电端301之间，也可以有保护电阻。

针对接地端302一侧，在该另一实施方式中，低边选择电路400’还包括第一低边驱动管44，第一低边支路41上的第一低边开关管411，通过第一低边驱动管44连接至所述低边控制电路的第一低边稳压管431。第一低边驱动管的输出端441分别连接第一低边开关管的控制端4113和接地端302，第一低边驱动管的控制端443连接第一低边稳压管的431的输出端，且第一低边驱动管的输入端442连接第二输入端132。如此，能够通过第一低边稳压管431首先形成对第一低边驱动管44导通程度的控制，从而使得第一低边开关管411能够被稳定驱动。优选地，第一低边驱动管44为N沟道场效应管，对应其输出端441、输入端442和控制端443可以是所述N沟道场效应管的源极、漏极和栅极。优选地，第一低边驱动管的输出端441和接地端302之间，也可以包括有保护电阻。

以将公共地信号COM加在第一输入端131上，且将数字信号Input加在第二输入端132上为例，低电平的公共地信号COM通过第一低边开关管411内部寄生的第一低边二极管412加在第一低边驱动管的输出端441和第一低边稳压管431的输入端，使第一低边驱动管44导通，并使第一低边稳压管431反向击穿以控制第一低边驱动管44上电流恒定，第一低边驱动管44导通后将第一低边开关管的控制端4113接入第二输入端132，使其得到数字信号Input后导通，将第一输入端131的公共地信号COM接入接地端302。同时，在第一低边稳压管431的限制和第一低边驱动管44的驱动的共同作用下，使得第一低边开关管411具有合适且稳定的导通程度。

与此相对称地，低边选择电路400’还包括第二低边驱动管45，第二低边支路42上的第二低边开关管421，通过第二低边驱动管45连接至所述低边控制电路的第二低边稳压管432。第二低边驱动管的输出端451分别连接第二低边开关管的控制端4213和接地端302，第二低边驱动管的控制端453连接第二低边稳压管432的输出端，且第二低边驱动管的输入端452连接第一输入端131。优选地，第二低边驱动管45为N沟道场效应管，对应其输出端451、输入端452和控制端453可以是所述N沟道场效应管的源极、漏极和栅极。优选地，第二低边开关管421内部寄生有第二低边二极管422，第二低边驱动管的输出端421和接地端302之间，也可以有保护电阻。

值得强调地，由于低边选择电路400（或低边选择电路400’）的存在，使得接地端302始终接入公共地信号COM，在数字隔离器100设置有更多发送电路13和/或构成更多数据传输通道的实施方式中，能够使每个电路和/或通道的接地端302足以统一地接入一个公共地信号COM，从而节省了芯片的引脚配置。诸如此类地，重复设置本发明上述电路配置以形成更多衍生的技术方案，以及基于本发明的电路配置所能想到的任何技术效果，均包含于本发明的保护范围内。

综上，本发明提供的数字隔离器的发送电路，通过在数字发送器的供电端和接地端分别设置高边选择电路和低边选择电路，对接收到的数字信号和公共地信号进行选择后，始终保持将数字信号和公共地信号对应输入供电端和接地端，能够适应双向信号输入的工作环境；通过在高边选择电路中设置高边控制电路，用以限制高边选择电路中两条支路的导通程度，能够适应高压信号输入的工作环境，且由于对支路导通程度形成限制，还能够保证电路的工作和发热功率稳定；由于并未对双向信号进行整流或其他变换，因此电路能够适应多通道地电平统一的要求，能够减少电路整体的成本。

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，说明书的这种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，各实施方式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。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述发送电路包括数字发送器、高边选择电路和低边选择电路；

所述高边选择电路选择并输出数字信号至所述数字发送器的供电端，所述低边选择电路选择并输出公共地信号至所述数字发送器的接地端；

所述高边选择电路包括高边控制电路，以及分别用于接收所述数字信号和所述公共地信号的第一高边支路和第二高边支路；

所述高边控制电路的输出端连接所述供电端，所述高边控制电路的控制端分别连接所述第一高边支路和所述第二高边支路，且配置为根据所述数字信号和所述公共地信号，控制所述第一高边支路或所述第二高边支路的导通程度恒定。

2.根据权利要求1所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述低边选择电路包括低边控制电路，以及分别用于接收所述数字信号和所述公共地信号的第一低边支路和第二低边支路；

所述低边控制电路的输出端连接所述接地端，所述低边控制电路的控制端分别连接第一低边支路和所述第二低边支路，且配置为根据所述数字信号和所述公共地信号，控制所述第一低边支路或所述第二低边支路的导通程度恒定。

3.根据权利要求1所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述第一高边支路包括第一高边开关管，所述第一高边开关管的输入端连接所述供电端、输出端连接第一输入端，且控制端分别连接至所述高边控制电路和第二输入端；所述第一输入端用于接收所述数字信号和所述公共地信号其中之一，所述第二输入端用于接收所述数字信号和所述公共地信号其中另一。

4.根据权利要求3所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述高边控制电路包括第一高边稳压管，所述第一高边稳压管的输入端连接至所述第一高边开关管的控制端，且输出端分别连接至所述供电端和所述第一输入端。

5.根据权利要求4所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述高边控制电路还包括第一高边驱动管，所述第一高边开关管通过所述第一高边驱动管连接至所述高边控制电路的第一高边稳压管；

所述第一高边驱动管的输入端分别连接所述第一高边开关管的控制端和所述供电端、控制端连接所述第一高边稳压管的输入端，且输出端连接所述第二输入端。

6.根据权利要求3所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述第一高边支路还包括寄生于所述第一高边开关管的第一高边二极管，所述第一高边二极管的输入端连接所述第一输入端，且输出端连接所述供电端。

7.根据权利要求6所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述第二高边支路包括第二高边开关管，所述第二高边开关管的输入端连接所述供电端、输出端连接所述第二输入端，且控制端分别连接至所述高边控制电路和所述第一输入端；

所述第二高边支路还包括寄生于所述第二高边开关管的第二高边二极管，所述第二高边二极管的输入端连接所述第二输入端，且输出端连接所述供电端。

8.根据权利要求7所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述高边控制电路包括第二高边稳压管，所述第二高边稳压管的输入端连接至所述第二高边开关管的控制端，且输出端分别连接至所述供电端和所述第二输入端。

9.根据权利要求8所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述高边控制电路还包括第二高边驱动管，所述第二高边开关管通过所述第二高边驱动管连接至所述高边控制电路的第二高边稳压管；

所述第二高边驱动管的输入端分别连接所述第一高边开关管的控制端和所述供电端、控制端连接所述第二高边稳压管的输入端，且输出端连接所述第一输入端。

10.根据权利要求3所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述第一高边开关管为P沟道场效应管，所述第一高边开关管的输入端为所述P沟道场效应管的源极、输出端为所述P沟道场效应管的漏极，且控制端为所述P沟道场效应管的栅极。

11.根据权利要求2所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述第一低边支路包括第一低边开关管，所述第一低边开关管的输出端连接所述接地端、输入端连接第一输入端，且控制端分别连接至所述低边控制电路和第二输入端；所述第一输入端用于接收所述数字信号和所述公共地信号其中之一，所述第二输入端用于接收所述数字信号和所述公共地信号其中另一。

12.根据权利要求11所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述第一低边开关管为N沟道场效应管，所述第一低边开关管的输入端为所述N沟道场效应管的漏极、输出端为所述N沟道场效应管的源极，且控制端为所述N沟道场效应管的栅极。

13.根据权利要求1所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述数字发送器包括电流环路，所述电流环路包括参考支路和感测支路；

所述感测支路设置于所述供电端和所述数字发送器的输出侧之间，配置为根据所述供电端的输入产生原始发送信号；

所述参考支路连接所述供电端，配置为根据所述数字发送器中的参考信号，控制所述感测支路上的工作电流恒定。

14.根据权利要求13所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述电流环路包括第一运算放大器、感测电阻和参考电阻；

所述第一运算放大器的反相输入端和输出端连接后，与所述感测电阻连接并形成所述感测支路；

所述第一运算放大器的正相输入端与所述参考电阻连接并形成所述参考支路。

15.根据权利要求13所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述数字发送器包括带隙基准源，用于生成并输出所述参考信号；

所述带隙基准源的第一基准输入端连接至所述感测支路和所述数字发送器的输出侧之间的第一节点、第二基准输入端连接所述接地端，且第一基准输出端连接所述参考支路。

16.根据权利要求15所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述带隙基准源包括相互连接的带隙电压源和信号转换电路，所述带隙电压源配置为生成带隙基准电压，所述信号转换电路，配置为将所述带隙基准电压转换为所述参考信号；所述参考信号为与所述带隙基准电压对应的基准电流信号。

17.根据权利要求16所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述信号转换电路包括第二运算放大器、转换晶体管和调节电阻；

所述转换晶体管的漏极连接所述参考支路、栅极连接所述第二运算放大器的输出端，且源极连接所述第二运算放大器的反相输入端；所述调节电阻的两端分别连接所述第二运算放大器的反相输入端和所述接地端；所述第二运算放大器的正相输入端连接所述带隙电压源并形成第二节点。

18.根据权利要求17所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述数字发送器还包括隔离比较电路和发送驱动电路；所述隔离比较电路的第一比较输入端分别连接所述第一节点和所述接地端、第二比较输入端连接所述第二节点，且比较输出端连接发送驱动电路的驱动使能端；所述发送驱动电路的驱动输入端连接至所述第一节点，用于接收根据所述第一节点的电压生成的第一振荡信号。

19.根据权利要求18所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述驱动输入端和所述第一节点之间还包括振荡发生电路，配置为输出所述第一振荡信号；所述发送驱动电路配置为根据所述第一振荡信号生成第一时钟信号。

20.根据权利要求18所述的数字隔离器的发送电路，其特征在于，所述隔离比较电路包括迟滞比较器；所述发送驱动电路包括与门、反相器和缓冲器；所述反相器的输入端和所述缓冲器的输入端连接所述与门的输出端。

21.一种数字隔离器，其特征在于，包括接收电路、隔离电容，以及权利要求1-20任一项所述的数字隔离器的发送电路。

22.根据权利要求21所述的数字隔离器，其特征在于，所述数字隔离器包括设置于第一传输通道的第一发送电路，以及设置于第二传输通道的第二发送电路；所述第一发送电路连接第一输入端以接收第一数字信号，且连接第二输入端以接收所述公共地信号；所述第二发送电路连接第三输入端以接收第二数字信号，且连接所述第二输入端以接收所述公共地信号。

Images