CN114866388A - 数字隔离电路以及数字隔离传输方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种数字隔离电路以及数字隔离传输方法，其中，数字隔离电路包括信号调制电路，用于接收输入信号，将所述输入信号调制为可以通过隔离介质的第一调制信号，其中，所述第一调制信号为频率在第一区间内变化的高频载波；隔离介质，用于接收所述第一调制信号，以获得同频率的第二调制信号；信号解调电路，用于接收所述第二调制信号并进行解调，以获得输出信号输出，本申请提供的数字隔离电路，通过将固定频率的调制信号进行抖频处理产生频率变化的高频调制信号，以使EMI能量在频段内分散，从而降低EMI干扰，保证信号传输的稳定性以及满足低污染的要求。

Description

数字隔离电路以及数字隔离传输方法

技术领域

本发明涉及一种数字隔离器技术领域，更具体地，涉及一种数字隔离电路以及数字隔离传输方法。

背景技术

现有技术中，应用较广泛的数字隔离电路主要是基于普通OOK调制解调技术和基于边沿pulse调制解调技术两种。基于边沿pulse调制解调技术的数字隔离电路其信号传输可靠性差，抗扰动能力差，实际应用中，恶劣条件下会产生丢码的后果，而OOK调制解调技术是目前在数字隔离器电路中应用最广的一种调制解调技术，相比其他架构，具有较高的可靠性和稳定性，抗扰动能力强等优点。

如图1所示，数字隔离电路一般将发射端的数字信号调制成高频载波，然后通过隔离介质传输到接收端，接收端再将高频载波解调成低频数字信号，从而实现数字信号在相互隔离的两端进行传输。一般地，信号调制电路采用固定频率的高速时钟，电路工作时会发射电磁干扰(Electromagnetic interference，EMI)，并且该EMI能量主要集中在时钟频率上，不利于电磁兼容的设计，对外界电路会产生干扰。

因此，期望提供一种改进的数字隔离电路，以满足降低EMI干扰，保证信号传输的稳定性以及满足低污染的要求。

发明内容

提供本申请内容是为了以简化的形式介绍将在下面的详细描述中进一步描述的一些概念。本申请内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在限制所要求保护的主题的范围。

本申请的目的是提供一种改进的数字隔离电路以降低EMI干扰，保证信号传输的稳定性和低污染的要求。前述和其他目的通过独立权利要求的特征来实现。进一步的实现形式从从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

根据本申请的第一方面，提供了一种数字隔离电路，包括：信号调制电路，用于接收输入信号，将所述输入信号调制为可以通过隔离介质的第一调制信号，其中，所述第一调制信号为频率在第一区间内变化的高频载波；隔离介质，用于接收所述第一调制信号，以获得同频率的第二调制信号；信号解调电路，用于接收所述第二调制信号并进行解调，以获得输出信号输出。

可选的，所述信号调制电路包括：边沿检测电路，被配置为接收所述输入信号，用于检测所述输入信号的上升沿和下降沿；调制器电路，被配置为连接到所述边沿检测电路，用于生成高频载波，并根据所述边沿检测电路的检测的上升沿与下降沿使能所述高频载波作为所述第一调制信号输出；抖频控制电路，被配置为连接到所述调制器电路，用于输出抖频信号以使所述高频载波的频率范围在所述第一区间内变化。

可选的，所述信号解调电路包括：同步控制电路，被配置为接收所述第二调制信号，检测所述第二调制信号的第一个脉冲的上升沿；第一信号产生电路，被配置为产生与所述高频载波频率变化一致的第一信号，并根据同步控制电路的检测结果使能所述第一信号输出；解调器电路，被配置为接收所述第二调制信号以及所述第一信号，将所述第二调制信号解调，以获得所述输出信号输出。

可选的，所述数字隔离电路还包括：输入信号整形电路，被配置为连接在所述边沿检测电路与信号输入端之间，用于对输入信号进行噪声整形。

可选的，所述数字隔离电路还包括：前置放大整形电路，被配置为与所述解调器电路的输入端连接，用于对经过所述隔离介质的所述第二调制信号进行放大整形处理，并输送放大整形后的信号至所述解调器电路。

可选的，所述数字隔离电路还包括：后置放大电路，被配置为与所述解调器电路的输出端连接，用于对所述输出信号进行放大处理。

可选的，当所述边沿检测电路检测到所述输入信号的上升沿和下降沿之间，所述调制器电路将所述高频载波作为所述第一调制信号输出。

可选的，所述调制器电路包括：可变电流源，用于接收所述抖频信号产生一个可变的充电电流；计时电容，用于接收所述充电电流产生电容电压；第一开关管，用于复位所述计时电容的电压；以及第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述计时电容第一端连接，第二输入端接入参考电压，输出端与所述第一开关管的控制端相连，所述第一比较器比较所述电容电压与所述参考电压大小，产生所述高频载波。

可选的，所述隔离介质为磁性隔离介质或容性隔离介质。

根据本申请的第二方面，提供了一种数字隔离传输方法，其特征在于，包括：接收输入信号，将所述输入信号调制为频率在第一区间内变化的高频载波作为第一调制信号；所述第一调制信号通过隔离介质传输获得第二调制信号；接收所述第二调制信号，将所述第二调制信号解调，以获得输出信号输出。

本申请提供的数字隔离电路以及数字隔离传输方法，通过将固定频率的调制信号进行抖频处理产生频率变化的高频调制信号，以使EMI能量在频段内分散，从而降低EMI干扰，保证信号传输的稳定性以及满足低污染的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请数字隔离电路一实施例的结构示意图；

图2示出了本申请数字隔离电路一实施例的结构示意图；

图3示出了本申请数字隔离电路工作的电压波形图；

图4示出了本申请调频器电路一实施例的电路结构图；

图5示出了根据图4实施例在不同充电电流下输出的频率变化的波形图；

图6示出了本申请数字隔离电路另一实施例的结构示意图；

图7示出了本申请数字隔离传输方法实施例的方法流程图，

在下文中，相同的附图标记表示相同或至少功能相同的特征。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

例如，应当理解，结合所描述的方法的公开内容对于用于执行该方法的相应设备或系统也适用，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则相应的设备可以包括执行所描述的方法步骤的单元，即使这样的单元没有在附图中详细描述或示出。另一方面，例如，如果基于功能单元来描述特定装置，则相应的方法可以包括执行所描述的功能的步骤，即使该步骤没有在附图中明确描述或图示。此外，应当理解，除非另有特别说明，否则本文描述的各种示例方面的特征可以彼此组合。

应理解，本申请实施例中的A与B连接/耦接，表示A与B可以串联连接或并联连接，或者A与B通过其他的器件，本申请实施例对此不作限定。

数字隔离电路一般将发射端的数字信号调制成高频载波，然后通过隔离介质传输到接收端，接收端再将高频载波解调成低频数字信号，从而实现数字信号在相互隔离的两端进行传输，可以理解的是，根据隔离介质的不同，数字隔离方式可分为光耦隔离，磁耦隔离和电容隔离。用SiO2做隔离介质的电容型隔离器，其中利用磁耦隔离与电容隔离的数字隔离，其信号调制电路采用固定频率的高速时钟，电路工作时会发射EMI，并且该EMI能量主要集中在时钟频率上，不利于电磁兼容的设计，对外界电路会产生干扰。

图1示出了本申请数字隔离电路一实施例的结构示意图，如图1所示，数字隔离电路包括了信号调制电路11、信号解调电路12以及隔离介质13，输入信号Vin通过信号调制电路11转换为第一调制信号Vmod，第一调制信号Vmod可以通过隔离介质13传输，成为与第一调制信号Vmod同频率的第二调制信号Vmod’到达信号解调电路12，经过信号解调电路12解调后作为输出信号Vout输出，其中第一调制信号Vmod为一频率在第一区间内变化的高频载波，其中，在第一区间内变化的高频载波，其频率变化趋势可以是先快后慢或者是先慢后快，或者是先慢中间快然后再慢等变化，第一区间可以是根据电路需要选择合适的区间大小，但第一区间的频率都在高频范围之内。

图2示出了本申请数字隔离电路一实施例的结构示意图，如图2所示，数字隔离电路包括了信号调制电路11、信号解调电路12以及隔离介质13，其中信号调制电路11包括边沿检测电路110，调制器电路111以及抖频控制电路112，边沿检测电路110被配置为接收输入信号Vin，用于检测输入信号Vin的上升沿和下降沿，检测到输入信号Vin为高电平时，使能调制器电路111输出高频载波，检测到输入信号Vin为低电平时，调制器电路111不输出信号，调制器电路111被配置为连见到边沿检测电路，调制器电路111可以生成一个高频载波，并根据输入信号Vin的高低电平来决定输出高频载波作为第一调制信号Vmod输出，调制器电路111产生的高频载波可以与边沿检测电路输出的信号进行逻辑与运算来输出作为第一调制信号Vmod，抖频控制电路112被配置为连接到调制器电路111，用于输出抖频信号以使高频载波的频率范围在第一区间内变化。其中信号解调电路12包括同步控制电路120，解调器电路121以及第一信号产生电路122，同步控制电路被配置为接收第二调制信号Vmod’并检测器第一个脉冲的上升沿，其中第二调制信号Vmod’为经过了隔离介质13传播的第一调制信号Vmod，第二调制信号Vmod’的频率变化形式与第一调制信号Vmod相同，第一信号产生电路122被配置为产生与调制器电路111产生的高频载波频率变化一致的第一信号，并根据同步控制电路120的检测结果来使能第一信号输出，解调器电路121接收第一信号以及第二调制信号Vmod’，将第二调制信号Vmod’解调，以获得输出信号Vout输出。这里，同步控制电路120检测到第二调制信号Vmod’的第一个脉冲到来时，则使能第一信号输出，第一信号作为时钟信号，其时钟周期与所述第二调制信号Vmod’的时钟周期一致，因此，可以通过第一信号计数所述第二调制信号Vmod’的脉冲个数情况，从而根据所述第二调制信号Vmod’的脉冲个数获得所述输出信号的上升沿和下降沿，从而获得所述输出信号。

图3示出了本申请数字隔离电路工作的电压波形图，作为一个示例，如图3所示，输出信号Vin为一个数字信号波，可以简单视作脉冲宽度同一或不一的矩形波，通过本申请一实施例的调制器调制之后，产生一个频率在第一区间范围内变化的高频载波作为第一调制信号Vmod输出，经过隔离介质隔离传播后又经过解调器解调输出与所述输入信号对应的输出信号Vout。这里，输入信号可以是为1或0的数字信号或者是具有高低电平的信号。

上文描述了本申请实施例的数字隔离电路的一些示例，然而本申请实施例不限于此，还可能存在其他方式的扩展和变形。

例如，应当理解，前述实施例中的参考地电位可以在替代实施例中替换为其他非零的基准电位(具有正电压幅值或负电压幅值)或受控变化的参考信号。

又例如，应当理解，高频载波的频率在第一区间范围内变化并不遵循固定的规律，只需要保证第一信号与高频载波的频率变化模式相同即可。

同时，本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的结构和方法，可以使用不同的配置方法或调节方法对每个结构或该结构的合理变形来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。并且，应理解，本申请实施例中前述的图的放大器各个部件之间的连接关系为示意性举例，并不对本申请实施例造成任何限制。

图4示出了本申请调频器电路一实施例的电路结构图，图5示出了根据图4实施例在不同充电电流下输出的频率变化的波形图，如图4所示，包括可变电流源I0，电压比较器U0，第一开关管Q1以及计时电容C0，计时电容C0接收可变电流源I0的充电电流产生电容电压，第一开关管Q0连接在计时电容C0两端，用于复位计时电容C0的电压，其控制端与电压比较器U0的输出端连接，电压比较器U0第一输入端接收电容电压，第二输入端接收参考电压，电压比较器U0接收计时电容电压与参考电压比较，计时电容C0由充电电流充电一段时间后，达到参考电压，电压比较器U0输出信号打开第一开关管Q0，对计时电容的电容电压进行泄放，同时电压比较器U0输出一个脉冲波形。如图5所示，当充电电流更大时，电容电压上升更快，调制器输出的高频载波频率更大，而当充电电流更小时，电容电压上升更慢，调制器输出的高频载波频率更小。

可以理解的是，上文描述了本申请实施例的数字隔离电路的一些示例，然而本申请实施例不限于此，还可能存在其他方式的扩展和变形，作为一个示例，如图6所示，图6示出了本申请数字隔离电路另一实施例的结构示意图，数字隔离电路还包括输入信号整形电路14、前置放大整形电路15和后置放大电路16其中至少之一，图6以均包括为例，图6中数字隔离电路还包括信号调制电路11、信号解调电路12以及隔离介质13，其中信号调制电路11，信号解调电路12以及隔离介质13与图2所示的信号调制电路11，信号解调电路12以及隔离介质13分别一一对应且基本功能相同，在此不再赘述其相同之处。

作为一个示例，输入信号整形电路14被配置为连接在边沿检测电路与信号输入端之间，用于对输入信号进行噪声整形，前置放大整形电路15被配置为与解调器电路的输入端连接，用于对经过隔离介质13的第二调制信号Vmod’进行放大整形处理，并输送放大整形后的信号至解调器电路，后置放大电路16被配置为与解调器电路的输出端连接，用于对输出信号Vout进行驱动放大，以驱动负载。

图7示出了本申请数字隔离传输方法实施例的方法流程图，如图7所示，改数字隔离传输方法包括步骤S71-S73，该数字隔离传输方法用于调节调制器产生的高频载波的频率，使其频率在第一区间范围内变化，用于减少EMI干扰，该数字隔离传输方法例如可以应用于图1、图2以及图6所示的任意一种数字隔离电路中。

在步骤S71中，接收输入信号，将所述输入信号调制为频率在第一区间内变化的高频载波作为第一调制信号。

在步骤S72中，第一调制信号通过隔离介质传输获得第二调制信号。

在步骤S73中，接收第二调制信号，将第二调制信号解调，以获得输出信号输出。

可选的，所述接收输入信号，将所述输入信号调制为频率在第一区间内变化的高频载波作为第一调制信号包括：接收所述输入信号，用于检测所述输入信号的上升沿和下降沿；生成高频载波，并根据所述边沿检测电路的检测的上升沿与下降沿使能所述高频载波作为所述第一调制信号输出；输出抖频信号以使所述高频载波的频率范围在所述第一区间内变化。

可选的，所述接收第二调制信号，将第二调制信号解调，以获得输出信号输出包括：接收所述第二调制信号，检测所述第二调制信号的第一个脉冲的上升沿；产生与所述高频载波频率变化一致的第一信号，并根据第一个脉冲的上升沿使能所述第一信号输出；接收所述第二调制信号以及所述第一信号，将所述第二调制信号解调，以获得所述输出信号输出。

可选的，所述方法还包括：对输入信号进行噪声整形。

可选的，所述方法还包括：对所述第二调制信号进行放大整形处理，并输送放大整形后的信号。

可选的，所述方法还包括：对所述输出信号进行放大处理。

可选的，当所述边沿检测电路检测到所述输入信号的上升沿和下降沿之间，所述调制器电路将所述高频载波作为所述第一调制信号输出。

可选的，所述隔离介质为磁性隔离介质或容性隔离介质。

本申请提供的数字隔离电路以及数字隔离传输方法，通过将固定频率的调制信号进行抖频处理产生频率变化的高频调制信号，以使EMI能量在频段内分散，降低了辐射的幅值，从而降低EMI干扰，保证信号传输的稳定性以及满足低污染的要求。

本文给出的任何范围或设备值都可以在不损失所寻求的效果的情况下进行扩展或更改。此外，任何实施例都可以与另一个没有明确禁止的实施例相结合。

术语“包括”、“包含”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，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，以上描述仅作为示例给出，并且本领域技术人员可以进行各种修改。以上说明、示例和数据提供了示例性实施例的结构和使用的完整描述。尽管上面已经描述了具有一定程度特殊性的各种实施例，或者参考一个或多个单独的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本说明书的精神或范围的情况下对所公开的实施例进行多种改变。

Claims (10)

1.一种数字隔离电路，包括：

信号调制电路，用于接收输入信号，将所述输入信号调制为可以通过隔离介质的第一调制信号，其中，所述第一调制信号为频率在第一区间内变化的高频载波；

隔离介质，用于接收所述第一调制信号，以获得同频率的第二调制信号；

信号解调电路，用于接收所述第二调制信号并进行解调，以获得输出信号输出。

2.根据权利要求1所述的数字隔离电路，其特征在于，所述信号调制电路包括：

边沿检测电路，被配置为接收所述输入信号，用于检测所述输入信号的上升沿和下降沿；

调制器电路，被配置为连接到所述边沿检测电路，用于生成高频载波，并根据所述边沿检测电路的检测的上升沿与下降沿使能所述高频载波作为所述第一调制信号输出；

抖频控制电路，被配置为连接到所述调制器电路，用于输出抖频信号以使所述高频载波的频率范围在所述第一区间内变化。

3.根据权利要求1所述的数字隔离电路，其特征在于，所述信号解调电路包括：

同步控制电路，被配置为接收所述第二调制信号，检测所述第二调制信号的第一个脉冲的上升沿；

第一信号产生电路，被配置为产生与所述高频载波频率变化一致的第一信号，并根据同步控制电路的检测结果使能所述第一信号输出；

解调器电路，被配置为接收所述第二调制信号以及所述第一信号，将所述第二调制信号解调，以获得所述输出信号输出。

4.根据权利要求2所述的数字隔离电路，其特征在于，还包括：

输入信号整形电路，被配置为连接在所述边沿检测电路与信号输入端之间，用于对输入信号进行噪声整形。

5.根据权利要求3所述的数字隔离电路，其特征在于，还包括：

前置放大整形电路，被配置为与所述解调器电路的输入端连接，用于对经过所述隔离介质的所述第二调制信号进行放大整形处理，并输送放大整形后的信号至所述解调器电路。

6.根据权利要求3所述的数字隔离电路，其特征在于，还包括：

后置放大电路，被配置为与所述解调器电路的输出端连接，用于对所述输出信号进行放大处理。

7.根据权利要求2所述的数字隔离电路，其特征在于，当所述边沿检测电路检测到所述输入信号的上升沿和下降沿之间，所述调制器电路将所述高频载波作为所述第一调制信号输出。

8.根据权利要求2所述的数字隔离电路，其特征在于，所述调制器电路包括：

可变电流源，用于接收所述抖频信号产生一个可变的充电电流；

计时电容，用于接收所述充电电流产生电容电压；

第一开关管，用于复位所述计时电容的电压；以及

第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述计时电容第一端连接，第二输入端接入参考电压，输出端与所述第一开关管的控制端相连，所述第一比较器比较所述电容电压与所述参考电压大小，产生所述高频载波。

9.根据权利要求1所述的数字隔离电路，其特征在于，所述隔离介质为磁性隔离介质或容性隔离介质。

10.一种数字隔离传输方法，其特征在于，包括：

接收输入信号，将所述输入信号调制为频率在第一区间内变化的高频载波作为第一调制信号；

所述第一调制信号通过隔离介质传输获得第二调制信号；

接收所述第二调制信号，将所述第二调制信号解调，以获得输出信号输出。

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