CN117118792A - 用于隔离设备的扩频调制技术 - Google Patents

Abstract

一种设备(100)包括：变压器(105)，所述变压器具有初级绕组和次级绕组；以及发射电路(102)，所述发射电路与所述初级绕组耦合。所述发射电路被配置为接收输入信号(INPUT)并响应于所述输入信号而向所述初级绕组提供载波信号。所述设备还包括接收电路(104)，所述接收电路与所述次级绕组耦合。所述接收电路被配置为从所述次级绕组接收所述载波信号并响应于所述载波信号而提供输出信号(OUTPUT)。所述接收电路包括：可变电容器(108)，所述可变电容器与所述次级绕组并联耦合；以及扩频调制电路(110、112)，所述扩频调制电路被配置为对所述可变电容器的电容进行调制。

Description

用于隔离设备的扩频调制技术

技术领域

背景技术

隔离电路(或“隔离器”)是在两个通信设备或电路之间提供电流隔离的接口电路。隔离器可用于消除接地环路，也可用于保护电路免受高电压(例如，大于电路所能承受值的电压)的影响。隔离器在通信设备之间提供电绝缘和信号隔离，并且理想情况下不允许电子从一个通信设备流向另一个通信设备。隔离器还有助于在两个通信设备之间进行数据传输，并将通信信号与共模噪声和快速瞬变隔离开。隔离器有助于提高可能存在共模噪声且不可避免人机交互的应用(例如，心电图仪)中和/或可能易受电涌、快速瞬变和高本底噪声影响的应用(例如，工业应用)中的安全性和可靠性。

发明内容

根据本说明书的一个示例，一种设备包括：变压器，所述变压器具有初级绕组和次级绕组；以及发射电路，所述发射电路与所述初级绕组耦合。所述发射电路被配置为接收输入信号并响应于所述输入信号而向所述初级绕组提供载波信号(例如，包括通过载波信号调制的数据和/或指令的信号)。所述设备还包括接收电路，所述接收电路与所述次级绕组耦合。所述接收电路被配置为从所述次级绕组接收所述载波信号并响应于所述载波信号而提供输出信号。所述接收电路包括：可变电容器，所述可变电容器与所述次级绕组并联耦合；以及扩频调制电路，所述扩频调制电路被配置为对所述可变电容器的电容进行调制。

根据本说明书的另一个示例，一种隔离设备包括：发射电路；隔离屏障，所述隔离屏障与所述发射电路耦合；以及接收电路，所述接收电路与所述隔离屏障耦合。所述发射电路被配置为向所述接收电路提供载波信号，并且所述接收电路被配置为对所述载波信号的频率进行调制。

根据本说明书的又一个示例，一种接收电路能够操作以与隔离变压器的次级绕组耦合。所述隔离变压器包括与发射电路系统耦合的初级绕组。所述接收电路包括：接收机，所述接收机与所述次级绕组耦合；第一电容器和第一晶体管的第一串联组合；以及第二电容器和第二晶体管的第二串联组合。所述第一串联组合、所述第二串联组合、所述接收机以及所述次级绕组并联耦合。所述接收电路还包括扩频调制电路，所述扩频调制电路具有与所述第一晶体管的控制端子耦合的第一输出端，并且具有与所述第二晶体管的控制端子耦合的第二输出端。

附图说明

图1是根据各种示例的隔离器的示意图。

图2是根据各种示例的通断键控(OOK)调制方案的示例。

图3A是根据各种示例的图1的隔离器的更详细示意图。

图3B是根据各种示例的图1的隔离器的替代性更详细示意图。

图4A是根据各种示例的示例载波信号频率随时间变化的图。

图4B是根据各种示例的在使用图1和3的隔离器的情况下的降低的辐射发射信号强度的图。

图5是根据各种示例的用于降低隔离器中的辐射发射的方法的流程图。

在附图中使用相同的附图标号或其他附图标记来表示(功能上和/或结构上)相同或相似的特征。

具体实施方式

可以使用不同类型的隔离屏障来作为隔离器的核心。根据用作隔离屏障的介质和用于跨越屏障传送数据的物理装置，隔离器可以分类为光隔离器(或光耦合器)、电容隔离器和电感隔离器。

传统地，光隔离器利用发光二极管(LED)进行隔离，并且由于成本低、易于制造、没有辐射发射且不易受辐射发射影响而被使用至今。然而，光隔离器可能具有局限性，比如数据传输速度相对较低、温度不稳定、LED性能随时间下降、以及由于串扰问题导致制造多通道设备相对困难。

互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的发展已经使得CMOS数字隔离器在速度和可靠性方面与光隔离器不相上下，并且还避免了光隔离器的一些缺点。然而，许多系统(例如，传统系统)目前使用光隔离器，因此也使用与此类光隔离器相关联的特定引脚配置和/或其他规格。可以不需要围绕较新的CMOS数字隔离器设计替换系统，而是设计仿真现有光隔离器的数字隔离器，所述数字隔离器在本文中被称为光仿真隔离器。光仿真隔离器可以用于各种应用，比如工业电机控制驱动器、工业电源(包括不间断电源、开关模式电源等)、太阳能逆变器、感应加热系统。

比如光仿真隔离器的隔离器中的共模噪声可能会产生辐射发射，因为隔离器相当于板平面天线。例如，隔离器包括发射部分(例如，电路)和接收部分(例如，电路)，这两部分由隔离屏障分隔开。这样，隔离器板包括两个相对于彼此浮动的导体(例如，发射电路和接收电路)，所述导体充当等效偶极板天线。因此，激励等效偶极板天线的共模电流(例如，从隔离器的发射部分到隔离器的接收部分的共模电流)产生辐射发射。降低或以其他方式限制来自光仿真隔离器的辐射发射可能是有益的。

为了解决上述问题，本说明书的示例包括比如光仿真隔离器的隔离器，所述隔离器包括发射电路，所述发射电路被配置为使用通断键控(OOK)来跨越隔离屏障传输数据，这可以改善隔离器的瞬态性能。此外，还使用扩频调制来对用于使用OOK传输数据的载波信号的频率进行调制，相对于使用单一频率的载波信号实施OOK而言，这降低了给定频率下的有效发射。例如，隔离器的隔离屏障可以是变压器(例如，电感隔离屏障)，并且具体地，可以是变压器绕组之间的空间。这样，磁场的变化被用来跨越屏障传送数据。因此，发射电路被配置为向变压器的初级绕组提供载波信号(例如，包括通过载波信号调制的数据和/或指令的信号)，而接收电路被配置为从变压器的次级绕组接收载波信号。

如上所述，传统系统可以被配置为使用光隔离器，并且因此也使用与此类光隔离器相关联的特定引脚配置和/或其他规格。因此，可以将光仿真隔离器设计为使用与所仿真的光隔离器相关联的特定引脚配置和/或其他规格，从而避免围绕不同的隔离器配置重新设计替换系统。例如，光隔离器的发射电路从输入数据信号得到其电力(例如，到光隔离器的电流基于输入数据信号而被接通和切断)。因此，与其他数字隔离器不同，光隔离器的发射电路不需要外部电源。

本文描述的光仿真隔离器被设计成替代基于LED的隔离器，并且因此所述光仿真隔离器的发射电路已经被设计成不利用外部电源。此外，光仿真隔离器不包括为其发射电路供电的电源引脚。因为光仿真隔离器的发射电路不包括电源引脚并且因此不能与电源耦合，所以用于实施载波信号的扩频调制的振荡器和相关联的控制电路系统不能在发射电路中实施。然而，本文描述的隔离器(包括光仿真隔离器)包括被适配为与电源耦合的接收电路(例如，用于响应于从发射电路接收的载波信号而提供输出信号)。

在示例中，接收电路还包括扩频调制(SSM)电路，SSM电路被配置为使发射电路对用于使用OOK向接收电路传输数据的载波信号的频率进行调制。SSM电路被配置为由与接收电路耦合的电源供电。在示例中，SSM电路包括可变电容器、振荡器和被配置为控制可变电容器的值(例如，电容)的数字逻辑。可变电容器与上述变压器的次级绕组并联耦合。因此，可变电容器和次级绕组形成谐振LC电路，并且改变可变电容器的电容会改变发射电路所见的LC电路的等效阻抗，进而改变载波信号的发射频率。SSM电路因此被配置为(例如，以时间相关的方式)对可变电容器的值进行调制，这进而调制由发射电路提供的载波信号的频率并降低隔离器的辐射发射。下面参考附图进一步描述了这些和其他示例。

图1是根据各种示例的隔离器100的示意图。在图1的示例中，隔离器100是光仿真隔离器100，其包括发射机102(或发射电路102)和接收电路104。光仿真隔离器100包括隔离屏障，所述隔离屏障是变压器105，其初级绕组与发射机102耦合，次级绕组与接收电路104耦合。因此，隔离屏障是变压器105的绕组之间的空间，并且因此磁场的变化被用于跨越隔离屏障传送数据(例如，将数据从发射机102传送到接收电路104)。

发射机102被配置为接收输入信号(INPUT)并向变压器105的初级绕组提供载波信号。发射机102可以被配置为使用OOK传输数据，这可以改善光仿真隔离器100的瞬态性能。因此，发射机102可以包括响应于输入信号而生成载波信号的LC振荡器。例如，尽管为简单起见未示出，但是发射机102可以包括交叉耦合的LC振荡器，所述振荡器使用一个或多个有源晶体管的负电阻以基于输入信号(INPUT)向变压器105的初级绕组提供信号。提供给变压器105的初级绕组的(例如，使用OOK生成的)通断信号的载波频率可以基于交叉耦合的LC振荡器的等效LC谐振。

如上所述，因为光隔离器发射机不需要外部电源，所以光仿真隔离器100的发射机102不包括电源引脚，并且被配置为不与电源耦合，这允许光仿真隔离器100用在被设计为使用光隔离器的系统中。例如，光仿真隔离器100可以与标准光隔离器引脚兼容。

接收电路104包括接收机106，所述接收机被配置为从变压器105的次级绕组接收载波信号并响应于所接收的载波信号提供输出信号(OUTPUT)。如此，发射机102的输入与接收机106的输出被隔离屏障105电流隔离(尽管图1中示出了变压器，但是可以使用任何类型的电流隔离)。尽管为了简单起见未示出，但是接收机106可以包括前置放大器、峰值检测器和比较器，这些部件的作用是对从变压器105的次级绕组接收的通断载波信号进行解码。前置放大器可以被配置为放大从变压器105的次级绕组接收的通断载波信号，并将经放大的通断载波信号提供给峰值检测器和比较器，这两个部件确定输出信号(例如，对输出信号进行解码)并提供经解码的输出信号作为接收机106的OUTPUT。

接收电路104还包括与变压器105的次级绕组并联耦合的可变电容器108(下面会更详细地说明)。接收电路104的扩频调制(SSM)电路包括振荡器110和数字逻辑电路112。SSM电路被配置为对可变电容器108的电容进行调制。例如，振荡器110被配置为向数字逻辑电路112提供时钟信号。数字逻辑电路112被配置为接收时钟信号，并响应于所述时钟信号而提供电容器控制信号。电容器控制信号被配置为对可变电容器108的电容进行调制。如上所述，接收电路104被适配为与电源耦合，以使得接收电路104能够响应于从发射机102接收的载波信号而提供OUTPUT。因此，振荡器110和数字逻辑电路112可以由与接收电路104耦合的电源供电，而发射机102可能如上所述不能使用电源。为简单起见并且为说明SSM电路的功能，SSM电路被描述为包括数字逻辑电路112。然而，本文归于数字逻辑电路112的一些或所有功能也可以使用各种模拟部件来实施。

使用扩频调制来对用于使用OOK(例如，跨隔离屏障)传输数据的载波信号的频率进行调制，相对于使用单一频率的载波信号实施OOK而言，这降低了给定频率下的有效辐射发射。因为发射机不包括电源引脚，并且因此不能与电源耦合，所以用于实施载波信号的扩频调制的振荡器和相关联的控制电路系统不能在发射机102侧实施。然而，如下面进一步描述的，接收电路104侧的SSM电路能够对发射机102提供的载波信号进行频率调制，以便实施扩频调制。

可变电容器108与变压器105的次级绕组并联耦合。因此，可变电容器108和变压器105的次级绕组形成谐振LC电路，并且改变可变电容器108的电容会改变发射机所见的LC电路的等效阻抗。由发射机102提供的载波信号的频率取决于谐振LC电路(例如，可变电容器108和变压器105的次级绕组)的阻抗。SSM电路因此被配置为(例如，以时间相关的方式，即响应于振荡器110提供的时钟信号而)对可变电容器108的值进行调制，这进而调制由发射机102提供的载波信号的频率并降低光仿真隔离器100的辐射发射。

图2是根据各种示例的OOK调制方案的示例。图2包括随时间变化的波形的图200，在所述图中，INPUT表示作为去往发射机102的输入而被接收的示例信号，载波信号表示发射机102响应于INPUT信号而生成的示例载波信号，OUTPUT表示接收机106响应于所接收的载波信号而提供作为输出的示例信号。在图2的示例中，为了简单起见，载波信号频率并未被示出为经过调制的频率(例如，未展示扩频调制)。然而，如本文所述，在实践中会应用扩频调制。

如上所述，由发射机102提供的载波信号具有OOK调制方案来跨越隔离屏障/变压器105传输数字数据(例如，INPUT)。发射机102被配置为提供跨越隔离屏障/变压器105的高频载波信号以表示一个数字状态(例如，逻辑低)，并且不发送信号以表示另一个数字状态(例如，逻辑高)。接收机106被配置为解调信号并通过缓冲级(为简单起见未示出)产生OUTPUT。

图3A是根据各种示例的图1的隔离器100的一种实施方式的更详细示意图。在图3A中，与图1中的元件标记相同的元件具有与上文关于图1所述的相同的一般功能。下面描述了特定于图3A的附加元件及其特征。

例如，在图3A中，如图所示，发射机谐振电容器302、304与发射机102耦合。电容器302、304的电容与接收机106侧的可变电容器108的电容之比决定了当改变可变电容器108的电容时可实现的频率变化范围。在一些示例中，电容器302、304还可用于减少共模噪声。

在图3A中，变压器105的初级绕组306包括中心抽头，所述中心抽头将初级绕组306分成第一部分(例如，在中心抽头与初级绕组306的第一端之间)和第二部分(例如，在中心抽头与初级绕组306的第二端之间)。电容器302与初级绕组306的第一部分并联耦合，而电容器304与初级绕组306的第二部分并联耦合。发射机102被配置为响应于INPUT信号而向初级绕组306提供载波信号。因为初级绕组306包括中心抽头，所以载波信号这样作为差分载波信号被提供给次级绕组308。变压器105的次级绕组308也包括与接地端子耦合的中心抽头，这使得能够接收差分载波信号并将差分载波信号提供给接收机106。次级绕组308也包括第一部分(例如，在中心抽头与次级绕组308的第一端之间)和第二部分(例如，在中心抽头与次级绕组308的第二端之间)。

在图3A的示例中，可变电容器108被实施为电容器和晶体管的多个串联组合。数字逻辑电路112被配置为提供(多个)电容器控制信号以控制晶体管的操作(例如，控制晶体管是导通还是关断)，从而改变可变电容器108的总电容。

例如，可变电容器108包括第一电容器310和第一晶体管312的第一串联组合。可变电容器108还包括第二电容器314和第二晶体管316的第二串联组合。第一串联组合310、312，第二串联组合314、316，以及次级绕组308的第一部分并联。进一步，可变电容器108包括第三电容器320和第三晶体管322的第三串联组合。可变电容器108还包括第四电容器324和第四晶体管326的第四串联组合。第三串联组合320、322，第四串联组合324、326，以及次级绕组308的第二部分并联。在其他实施方式中，还可能有附加的电容器和晶体管的串联组合，这些组合在图3A中由省略号表示。在图3A的示例中，晶体管312、316、322、326是n型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。然而，在其他示例中，晶体管312、316、322、326可以是不同类型的晶体管。

SSM电路的数字逻辑电路112被配置为控制晶体管312、316、322、326(例如，向晶体管312、316、322、326提供栅极驱动信号以导通或关断所述晶体管)。例如，数字逻辑电路112被配置为向第一晶体管312和第三晶体管322的栅极提供第一栅极驱动信号，使得第一晶体管312和第三晶体管322一起受到控制。此外，数字逻辑电路112被配置为向第二晶体管316和第四晶体管326的栅极提供第二栅极驱动信号，使得第二晶体管316和第四晶体管326一起受到控制。在该示例中，使第一栅极驱动信号有效而使第二栅极驱动信号无效(或反之)会导致可变电容器108具有第一电容值。继续讨论该示例，使第一栅极驱动信号和第二栅极驱动信号均有效会导致可变电容器108具有第二电容值，而使第一栅极驱动信号和第二栅极驱动信号均无效会导致可变电容器108具有第三电容值。

如上文所说明的，通过以时间相关的方式改变可变电容器108的电容，由次级绕组308和可变电容器108形成的谐振LC电路的有效阻抗也随时间而改变，以此调制由发射机102提供的载波信号的频率。相对于使用单一频率的载波信号实施OOK而言，使用扩频调制来对用于使用OOK传输数据的载波信号的频率进行调制降低了给定频率下的有效辐射发射。此外，通过在接收机侧实施扩频调制，可以将隔离器100用作不使用与发射机102耦合的电源引脚的光仿真隔离器100。也就是说，隔离器100可以是在被设计为与标准光隔离器引脚兼容的同时还实施扩频调制以相对于传统光仿真隔离器降低有效辐射发射的光仿真隔离器100。

图3B是根据各种示例的图1的隔离器100的另一种实施方式的更详细示意图。像图3A中一样，与图1中的元件标记相同的元件具有与上文关于图1所述的相同的一般功能。下面描述了特定于图3B的附加元件及其特征。

例如，在图3B中，变压器105的初级绕组356不像图3A中一样包括中心抽头。发射机102被配置为响应于INPUT信号而向初级绕组356提供载波信号，但是载波信号以单端方式而不是作为差分载波信号提供。相应地，载波信号也作为单端载波信号被提供给次级绕组358。在该示例中，变压器105的次级绕组358也不包括中心抽头，因此向接收机106提供单端载波信号。

在图3B的示例中，可变电容器108被实施为电容器和晶体管的多个串联组合。数字逻辑电路112被配置为提供(多个)电容器控制信号以控制晶体管的操作(例如，控制晶体管是导通还是关断)，从而改变可变电容器108的总电容。

例如，可变电容器108包括第一电容器360和第一晶体管362的第一串联组合。可变电容器108还包括第二电容器364和第二晶体管366的第二串联组合。第一串联组合360、362，第二串联组合364、366，以及次级绕组358并联。在其他实施方式中，还可能有电容器和晶体管的附加串联组合，这些组合在图3B中由省略号表示。在图3B的示例中，晶体管362、366是n型MOSFET。然而，在其他示例中，晶体管362、366可以是不同类型的晶体管。

SSM电路的数字逻辑电路112被配置为控制晶体管362、366(例如，向晶体管362、366提供栅极驱动信号以导通或关断所述晶体管)。例如，数字逻辑电路112被配置为向第一晶体管362的栅极提供第一栅极驱动信号。此外，数字逻辑电路112还被配置为向第二晶体管366的栅极提供第二栅极驱动信号。在该示例中，使第一栅极驱动信号有效而使第二栅极驱动信号无效(或反之)会导致可变电容器108具有第一电容值。继续讨论该示例，使第一栅极驱动信号和第二栅极驱动信号均有效会导致可变电容器108具有第二电容值，而使第一栅极驱动信号和第二栅极驱动信号均无效会导致可变电容器108具有第三电容值。

如上文所说明的，通过以时间相关的方式改变可变电容器108的电容，由次级绕组358和可变电容器108形成的谐振LC电路的有效阻抗也随时间而改变，以此调制由发射机102提供的载波信号的频率。相对于使用单一频率的载波信号实施OOK而言，使用扩频调制来对用于使用OOK传输数据的载波信号的频率进行调制降低了给定频率下的有效辐射发射。此外，通过在接收机侧实施扩频调制，可以将隔离器100用作不使用与发射机102耦合的电源引脚的光仿真隔离器100。也就是说，隔离器100可以是在被设计为与标准光隔离器引脚兼容的同时还实施扩频调制以相对于传统光仿真隔离器降低有效辐射发射的光仿真隔离器100。

图4A是根据各种示例的示例载波信号频率随时间变化的图400。图400包括波形402，所述波形展示了响应于比如SSM电路(或其数字逻辑电路112)改变可变电容器108的电容，载波信号频率被调制的方式。在该示例中，可变电容器108的电容(以及因此载波信号频率)随时间以阶梯方式进行调制。但是，也可以以其他方式对可变电容器108的电容(以及因此载波信号频率)进行调制，所述方式包括各种变码波形、三角波形、锯齿波形等。再次参考图400的具体示例，随着时间推移，可变电容器108的电容(以及因此由次级绕组308(或358)和可变电容器108形成的谐振LC电路的阻抗)增大，所产生的载波信号频率随之在大致1.385GHz的频率与大致1.3625GHz的频率之间变化。虽然为了简单起见未示出，但是随后通过减小可变电容器108的电容(以及因此由次级绕组308(或358)和可变电容器108形成的谐振LC电路的阻抗)，载波信号频率可以以阶梯方式提高(例如，回到1.385GHz)。图400还包括波形404，所述波形表示未调制(例如，未使用SSM电路的情况下)的载波信号频率。

图4B是根据各种示例的在使用图1和3的隔离器100的情况下的降低的辐射发射信号强度的图450。第一曲线452对应于未使用扩频调制(例如，未对载波信号频率进行调制)的隔离器的辐射发射。第二曲线454对应于比如通过在隔离器100的接收侧包括SSM电路实施了扩频调制的隔离器(比如上述光仿真隔离器100)的辐射发射。

在第一曲线452中，辐射发射的信号强度在以波形404示出的未调制载波信号频率(例如，1.388GHz)及其谐波处具有峰值。比较而言，在第二曲线454中，辐射发射的信号强度在与第一曲线相似的频率处具有峰值，但是在这些峰值处，辐射发射降低了10至15dB。另外，在第二曲线454中，由于采用了扩频调制，辐射发射在其他频率仓中的信号强度会更强(尽管与峰值相比仍然相对较弱)。

图5是根据各种示例的用于降低隔离器中的辐射发射的方法500的流程图。

方法500开始于框502：接收输入信号并响应于输入信号而向变压器的初级绕组提供载波信号。例如，如上所述，发射机102被配置为接收输入信号(INPUT)并向变压器105的初级绕组提供载波信号。发射机102可以被配置为使用OOK传输数据，这可以改善光仿真隔离器100的瞬态性能。因此，发射机102可以包括响应于输入信号而生成载波信号的LC振荡器。

方法500继续到框504：从变压器的次级绕组接收载波信号并响应于所接收的载波信号而提供输出信号。例如，如上所述，接收电路104包括接收机106，所述接收机被配置为从变压器105的次级绕组接收载波信号并响应于所接收的载波信号提供输出信号(OUTPUT)。这样，发射机102的输入与接收机106的输出被电流隔离。

然后，方法500继续到框506：对与次级绕组并联耦合的可变电容器的电容进行调制。例如，接收电路104还包括与变压器105的次级绕组并联耦合的可变电容器108。接收电路104的扩频调制(SSM)电路包括振荡器110和数字逻辑电路112。SSM电路被配置为对可变电容器108的电容进行调制。例如，振荡器110被配置为向数字逻辑电路112提供时钟信号。数字逻辑电路112被配置为接收时钟信号，并响应于所述时钟信号而提供电容器控制信号。电容器控制信号被配置为对可变电容器108的电容进行调制。如上所述，接收电路104被适配为与电源耦合，以使得接收电路104能够响应于从发射机102接收的载波信号而提供OUTPUT。因此，振荡器110和数字逻辑电路112可以由与接收电路104耦合的电源供电，而发射机102如上所述不能使用电源。

术语“耦合”在整个说明书中被使用。所述术语可以涵盖能够实现与本说明书一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备A生成信号以控制设备B执行动作，则在第一示例中，设备A与设备B耦合；或者在第二示例中，设备A通过中间部件C与设备B耦合，条件是中间部件C没有实质性改变设备A与设备B之间的功能关系，因此设备B由设备A经由设备A生成的控制信号来控制。

“被配置为”执行任务或功能的设备可以在制造时由制造商配置(例如，编程和/或硬连线)以执行该功能，和/或可以在制造之后可由用户配置(或可重新配置)以执行该功能和/或其他附加或替代的功能。所述配置可以通过对设备进行固件和/或软件编程、通过对设备的硬件部件和互连进行构造和/或布局、或其组合来进行。

本文描述为包括某些部件的电路或设备可以替代地被适配成与那些部件耦合以形成所描述的电路系统或设备。例如，被描述为包括一个或多个半导体元件(比如，晶体管)、一个或多个无源元件(比如，电阻器、电容器和/或电感器)、和/或一个或多个电源(比如，电压源和/或电流源)的结构可以替代地仅包括单个物理器件(例如，半导体裸片和/或集成电路(IC)封装)内的半导体元件，并且可以被适配成在制造时或制造后(例如由终端用户和/或第三方)与至少一些无源元件和/或电源耦合以形成所描述的结构。

虽然某些部件在本文中可能被描述为特定工艺技术的部件，但是这些部件可以更换为其他工艺技术的部件。本文描述的电路可重新配置为包括所替换的部件，以提供至少部分地与在进行部件替换之前可用的功能类似的功能。除非另有声明，否则被示出为电阻器的部件一般地表示串联和/或并联耦合以提供由所示出的电阻器表示的阻抗量的任何一个或多个元件。例如，本文示出并描述为单个部件的电阻器或电容器可以替代地分别是在相同节点之间并联耦合的多个电阻器或电容器。例如，本文示出并描述为单个部件的电阻器或电容器可以替代地分别是在相同的两个节点之间串联耦合以作为单个电阻器或电容器的多个电阻器或电容器。

在本说明书中，术语“和/或”(当以比如A、B和/或C的形式使用时)指的是A、B、C的任何组合或子集，比如：(a)单独的A；(b)单独的B；(c)单独的C；(d)A与B；(e)A与C；(f)B与C；以及(g)A与B与C。此外，如本文所使用的，短语“A或B中的至少一个”(或“A和B中的至少一个”)指的是包括以下任一项的实施方式：(a)至少一个A；(b)至少一个B；以及(c)至少一个A和至少一个B。如本文所使用的，术语“端子”、“节点”、“互连”、“引脚”、“焊球”和“引线”可互换使用。除非特别做出相反的声明，这些术语一般地用于指设备元件、电路元件、集成电路、设备或其他电子装置或半导体部件之间的互连或其端点。虽然本文描述了使用特定晶体管，但是也可以替代地使用其他晶体管(或等效器件)，同时对电路系统其余部分的改变很少或没有。例如，可以使用金属氧化物硅FET(“MOSFET”)(比如n沟道MOSFET，即nMOSFET、或p沟道MOSFET，即pMOSFET)、双极结型晶体管(BJT——例如NPN或PNP)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和/或结型场效应晶体管(JFET)来代替本文披露的器件或与所述器件相结合。所述晶体管可以是耗尽型器件、漏极扩展型器件、增强型器件、自然晶体管或其他类型器件结构的晶体管。此外，所述器件可以在硅衬底(Si)、碳化硅衬底(SiC)、氮化镓衬底(GaN)或砷化镓衬底(GaAs)中/上实施。虽然所描述的示例的某些元件被包括在集成电路中，并且其他元件在集成电路外部，但是在其他示例实施例中，可以将附加的或更少的特征并入集成电路。另外，被展示为在集成电路外部的一些或全部特征可以被集成电路包括在内，并且/或者被展示为在集成电路内部的一些特征可以在集成之外被并入。如本文所使用的，术语“集成电路”指符合以下条件的一个或多个电路：(i)被并入半导体衬底中/上方；(ii)被并入单个半导体封装体中；(iii)被并入到同一模块中；和/或(iv)被并入同一印刷电路板中/上。

在上述描述中使用的词语“接地电压电势”包括底盘接地、大地接地、浮动接地、虚拟接地、数字接地、公共接地和/或可适用于或适合于本说明书的教导的任何其他形式的接地连接。除非另有声明，否则值之前的“大约”、“大致”或“基本上”是指所声明值+/-10％，或者如果所述值为零，则指零周围的合理值范围。在权利要求的范围内，对所描述的示例进行修改是可能的，并且其他示例也是可能的。

Claims (20)

1.一种设备，包括：

变压器，所述变压器具有初级绕组和次级绕组；

发射电路，所述发射电路与所述初级绕组耦合并且被配置为：

接收输入信号；以及

响应于所述输入信号而向所述初级绕组提供载波信号；以及

接收电路，所述接收电路与所述次级绕组耦合并且被配置为：

从所述次级绕组接收所述载波信号；以及

响应于所述载波信号而提供输出信号；

其中，所述接收电路包括：

可变电容器，所述可变电容器与所述次级绕组并联耦合；以及

扩频调制电路，所述扩频调制电路被配置为对所述可变电容器的电容进行调制。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述发射电路不包括电源引脚，因而被配置为不与电源耦合，并且其中，所述接收电路被配置为与电源耦合。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，响应于对所述可变电容器的所述电容的调制，所述载波信号的频率也被调制。

4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述发射电路被配置为根据通断键控调制方案响应于所述输入信号而提供所述载波信号。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述扩频调制电路包括：

振荡器，所述振荡器被配置为提供时钟信号；以及

数字逻辑电路，所述数字逻辑电路被配置为：

从所述振荡器接收所述时钟信号；以及

响应于所述时钟信号而提供电容器控制信号，其中，所述电容器控制信号被配置为对所述可变电容器的所述电容进行调制。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述数字逻辑电路被配置为随时间以阶梯方式对所述可变电容器的所述电容进行调制。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述可变电容器包括：

第一电容器和第一晶体管的第一串联组合；以及

第二电容器和第二晶体管的第二串联组合，其中，所述第一串联组合、所述第二串联组合以及所述次级绕组并联；

其中，所述扩频调制电路被配置为控制所述第一晶体管和所述第二晶体管以对所述电容进行调制。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述次级绕组包括将所述次级绕组分成第一部分和第二部分的中心抽头，并且其中，所述可变电容器包括：

第一电容器和第一晶体管的第一串联组合；

第二电容器和第二晶体管的第二串联组合，其中，所述第一串联组合、所述第二串联组合以及所述次级绕组的所述第一部分并联；

第三电容器和第三晶体管的第三串联组合；以及

第四电容器和第四晶体管的第四串联组合，其中，所述第三串联组合、所述第四串联组合以及所述次级绕组的所述第二部分并联；

其中，所述扩频调制电路被配置为一起控制所述第一晶体管和所述第三晶体管并且一起控制所述第二晶体管和所述第四晶体管以对所述电容进行调制。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述初级绕组包括中心抽头，并向所述次级绕组提供作为差分载波信号的所述载波信号。

10.一种隔离设备，包括：

发射电路；

隔离屏障，所述隔离屏障与所述发射电路耦合；以及

接收电路，所述接收电路与所述隔离屏障耦合；

其中，所述发射电路被配置为向所述接收电路提供载波信号；并且

其中，所述接收电路被配置为对所述载波信号的频率进行调制。

11.根据权利要求10所述的隔离设备，其中，所述发射电路被配置为响应于输入信号而跨越所述隔离屏障向所述接收电路提供所述载波信号，并且其中，所述接收电路被配置为响应于跨越所述隔离屏障接收的载波信号而提供输出信号。

12.根据权利要求11所述的隔离设备，其中，所述发射电路被配置为根据通断键控调制方案响应于所述输入信号而提供所述载波信号。

13.根据权利要求10所述的隔离设备，其中，所述发射电路不包括电源引脚，因而被配置为不与电源耦合，并且其中，所述接收电路被配置为与电源耦合。

14.根据权利要求10所述的隔离设备，进一步包括可变电容器，所述可变电容器与所述接收电路耦合，其中，所述接收电路被配置为对所述可变电容器的电容进行调制，以对所述载波信号的所述频率进行调制。

15.根据权利要求14所述的隔离设备，其中，所述接收电路被配置为随时间以阶梯方式、三角方式或锯齿方式对所述可变电容器的所述电容进行调制。

16.根据权利要求14所述的隔离设备，其中，所述可变电容器包括：

第一电容器和第一晶体管的第一串联组合；以及

第二电容器和第二晶体管的第二串联组合，其中，所述第一串联组合、所述第二串联组合以及所述隔离屏障的元件并联；并且

其中，所述接收电路被配置为控制所述第一晶体管和所述第二晶体管以对所述电容进行调制。

17.根据权利要求10所述的隔离设备，其中，所述发射电路被配置为向所述接收电路提供作为差分载波信号的所述载波信号。

18.一种接收电路，所述接收电路能够操作以与隔离变压器的次级绕组耦合，所述隔离变压器包括与发射电路系统耦合的初级绕组，并且所述接收电路包括：

接收机，所述接收机与所述次级绕组耦合；

第一电容器和第一晶体管的第一串联组合；

第二电容器和第二晶体管的第二串联组合，其中，所述第一串联组合、所述第二串联组合、所述接收机以及所述次级绕组并联耦合；以及

扩频调制电路，所述扩频调制电路具有与所述第一晶体管的控制端子耦合的第一输出端，并且具有与所述第二晶体管的控制端子耦合的第二输出端。

19.根据权利要求18所述的接收电路，其中，所述发射电路系统能够操作以发射具有一定载波频率的载波信号，并且所述载波频率响应于所述第一晶体管、所述第二晶体管或者所述第一晶体管和所述第二晶体管两者的导通/关断而被调制。

20.根据权利要求19所述的接收电路，其中，所述接收机被配置为接收作为差分载波信号的所述载波信号。