CN220139525U - 一种基于电流模式的解调电路、隔离芯片及隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电流模式的解调电路、隔离芯片及隔离器，涉及集成电路技术领域，其包括：信号转换模块、第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜和信号恢复模块，信号转换模块的输入端用于接收差分信号和基准信号，并将差分信号转换为第一电流信号以及将基准信号转换为第二电流信号；第一电流镜的输入端连接信号转换模块的第一输出端；第二电流镜的输入端连接信号转换模块的第二输出端；第三电流镜的输入端连接第一电流镜的输出端；第二电流镜与第三电流镜组成比较器结构，用于将第一电流信号和第二电流信号进行比较并根据比较结果输出比较信号；信号恢复模块的输入端连接第二电流镜。本申请具有降低隔离芯片功耗的效果。

Description

一种基于电流模式的解调电路、隔离芯片及隔离器

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，尤其涉及的是一种基于电流模式的解调电路、隔离芯片及隔离器。

背景技术

在信号传输过程中会存在着各种各样的干扰，为保证信号的稳定传输，信号隔离器的使用就显得格外重要。

在数字隔离器中，低频信号输入后，经过发射端高频信号的调制，然后再经过隔离器件将信号传输至接收端，接收端接收到调制后的高频信号后再用解调电路解调出输入的低频信号。

目前在接收端用到的解调电路一般采用的是基于电压模式，参照图1，电压模式解调电路是由比较器组成，图2为图1的输入输出波形图，由于输入解调信号的频率较大，导致比较器需要的带宽也随之变大，从而使比较器的功耗大大增加。

因此，现有技术还有待改进和发展。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于电流模式的解调电路、隔离芯片及隔离器，旨在解决现有技术中解调电路由于输入解调信号的频率较大，导致比较器需要的带宽也随之变大，从而使比较器的功耗大大增加的问题。

第一方面，本申请提供一种基于电流模式的解调电路，采用如下的技术方案：

一种基于电流模式的解调电路，包括：

信号转换模块，所述信号转换模块的输入端用于接收差分信号和基准信号，并将差分信号转换为第一电流信号以及将基准信号转换为第二电流信号；所述信号转换模块的第一输出端用于输出第一电流信号，所述信号转换模块的第二输出端用于输出第二电流信号；

第一电流镜，所述第一电流镜的输入端连接所述信号转换模块的第一输出端，用于接收所述第一电流信号，以及将第一电流信号从第一条电流路径复制到第二条电流路径并输出；

第二电流镜，所述第二电流镜的输入端连接所述信号转换模块的第二输出端，用于接收所述第二电流信号，以及将第二电流信号从第三条电流路径复制到第四条电流路径并输出；

第三电流镜，所述第三电流镜的输入端连接所述第一电流镜的输出端，用于将第一电流信号传输至第五条电流路径并输出；所述第三电流镜与所述第二电流镜组成比较器结构，用于将第一电流信号和第二电流信号进行比较并根据比较结果输出比较信号；

信号恢复模块，所述信号恢复模块的输入端连接所述第二电流镜的输出端和所述第三电流镜的输出端，用于将比较信号转换为调制波形输出。

进一步地，所述信号转换模块包括第一信号转换单元和第二信号转换单元；

所述第一信号转换单元的输入端用于接收差分信号，所述第一信号转换单元的输出端连接所述第一电流镜的输入端；

所述第二信号转换单元的输入端用于接收基准信号，所述第二信号转换单元的输出端连接所述第二电流镜的输入端。

进一步地，所述第一信号转换单元包括第一MOS管和第二MOS管；

所述第一MOS管的栅极用于接收第一差分信号，所述第一MOS管的漏极连接电源，所述第一MOS管的源极连接所述第一电流镜的输入端；

所述第二MOS管的栅极用于接收第二差分信号，所述第二MOS管的漏极连接电源，所述第二MOS管的源极连接所述第一电流镜的输入端。

进一步地，所述第二信号转换单元包括第三MOS管，所述第三MOS管的栅极用于接收基准信号，所述第三MOS管的漏极连接电源，所述第三MOS管的源极连接所述第二电流镜的输入端。

进一步地，所述第一电流镜包括第一电阻器、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管和第七MOS管；

所述第一电阻器的一端连接所述信号转换模块的第一输出端以及所述第四MOS管的栅极和所述第五MOS管的栅极，所述第一电阻器的另一端连接所述第四MOS管的漏极以及所述第六MOS管的栅极和所述第七MOS管的栅极，所述第四MOS管的源极连接所述第六MOS管的漏极，所述第六MOS管的源极接地；

所述第五MOS管的漏极连接所述第三电流镜的输入端，所述第五MOS管的源极连接所述第七MOS管的漏极，所述第七MOS管的源极接地。

进一步地，所述第二电流镜包括第二电阻器、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管和第十一MOS管；

所述第二电阻器的一端连接所述信号转换模块的第二输出端以及所述第八MOS管的栅极和所述第九MOS管的栅极，所述第二电阻器的另一端连接所述第八MOS管的漏极以及所述第十MOS管的栅极和所述第十一MOS管的栅极，所述第八MOS管的源极连接所述第十MOS管的漏极，所述第十MOS管的源极接地；

所述第九MOS管的漏极连接所述第三电流镜的输出端以及所述信号恢复模块的输入端，所述第九MOS管的源极连接所述第十一MOS管的漏极，所述第十一MOS管的源极接地。

进一步地，所述第三电流镜包括第三电阻器、第十二MOS管和第十三MOS管；

所述第十二MOS管的漏极连接所述第一电流镜的输出端，所述第十二MOS管的源极连接电源，所述第十二MOS管的栅极连接所述第三电阻器的一端，所述第三电阻器的另一端连接所述第十二MOS管的漏极以及所述第十三MOS管的栅极，所述第十三MOS管的源极连接电源，所述第十三MOS管的漏极连接所述第二电流镜的输出端以及所述信号恢复模块的输入端。

进一步地，所述信号恢复模块包括施密特触发器和放大器，所述施密特触发器的输入端连接所述第二电流镜的输出端和所述第三电流镜的输出端，所述施密特触发器的输出端连接所述放大器的输入端，所述放大器的输出端用于输出调制波形。

第二方面，本申请提供一种隔离芯片，采用如下的技术方案：

一种隔离芯片，包括如上所述的基于电流模式的解调电路。

第三方面，本申请提供一种隔离器，采用如下的技术方案：

一种隔离器，包括如上所述的隔离芯片。

本申请具有以下有益效果：通过信号转换模块将输入差分信号转换为第一电流信号以及将基准信号转换为第二电流信号，然后第一电流信号经过第一电流镜和第三电流镜输出为上位信号，第二电流信号经过第二电流镜输出为下位信号，第二电流镜和第三电流镜组成电流比较器结构，该电流比较器对第一电流信号和第二电流信号进行比较并输出电平信号，再经过信号恢复模块输出最终的调制波形，从而实现了基于电流模式的解调方式，代替电压模式以及比较器的使用，极大地降低了整体的功耗以及集成芯片的面积，更利于企业的生产制造和用户的使用。并且，输入差分信号和基准信号的输入位置可以互换，若要得到相同的输出波形，只需将信号恢复模块的输出逻辑反向设置即可。

附图说明

图1是传统的电压模式解调电路图。

图2是图1的输入输出波形图。

图3是本实用新型实施例提供的基于电流模式的解调电路的模块框图。

图4是本实用新型实施例提供的基于电流模式的解调电路的原理图。

图5是本实用新型实施例提供的信号转换模块的电路原理图。

图6是本实用新型实施例提供的第一电流镜的电路原理图。

图7是本实用新型实施例提供的普通的电流镜的原理图。

图8是本实用新型实施例提供的级联电流镜的原理图。

图9是本实用新型实施例提供的第二电流镜的电路原理图。

图10是本实用新型实施例提供的第三电流镜的电路原理图。

图11是本实用新型实施例提供的信号恢复模块的电路原理图。

附图标记：1、信号转换模块；11、第一信号转换单元；12、第二信号转换单元；2、第一电流镜；3、第二电流镜；4、第三电流镜；5、信号恢复模块。

具体实施方式

本申请公开了一种基于电流模式的解调电路、隔离芯片及隔离器，为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

针对现有技术的上述缺陷，本申请实施例公开一种基于电流模式的解调电路，参照图3，包括：信号转换模块1、第一电流镜2、第二电流镜3、第三电流镜4和信号恢复模块5。其中，

信号转换模块1的输入端用于接收差分信号和基准信号，并将差分信号转换为第一电流信号以及将基准信号转换为第二电流信号；信号转换模块1的第一输出端用于输出第一电流信号，信号转换模块的第二输出端用于输出第二电流信号。第一电流镜2的输入端连接信号转换模块1的第一输出端，用于接收第一电流信号，以及将第一电流信号从第一条电流路径复制到第二条电流路径并输出。第二电流镜3的输入端连接信号转换模块1的第二输出端，用于接收第二电流信号，以及将第二电流信号从第三条电流路径复制到第四条电流路径并输出。第三电流镜4的输入端连接第一电流镜2的输出端，用于将第一电流信号传输至第五条电流路径并输出；第三电流镜4与第二电流镜3组成比较器结构，用于将第一电流信号和第二电流信号进行比较并根据比较结果输出比较信号。信号恢复模块5的输入端连接第二电流镜3的输出端和第三电流镜4的输出端，用于将比较信号转换为调制波形输出。

在实际信号传输过程中，两路差分信号和基准信号先输入信号转换模块1，信号转换模块1将输入的差分信号转换为第一电流信号输出，以及将基准信号转换为第二电流信号输出；然后第一电流镜2接收第一电流信号，并将第一电流信号从第一条电流路径复制到第二条电流路径输出，第二电流镜3接收第二电流信号，并将第二电流信号从第三条电流路径复制到第四条电流路径输出。第二电流镜3和第三电流镜4分别对输出的第一电流信号和第二电流信号接收，又第二电流镜3和第三电流镜4组成比较器结构，能够对接收的第一电流信号和第二电流信号进行比较，再根据比较结果将比较后的电平信号输出至信号恢复模块5，信号恢复模块5再输出解调波形。比如，若第一电流信号的幅值大于第二电流信号的幅值，则比较器结构输出高电平信号，若第一电流信号的幅值小于第二电流信号的幅值，则输出为低电平信号，从而得到最终的解调波形。

本申请通过将输入电压信号转换为电流信号进行解调，实现了基于电流模式的解调方式，从而取代了电压模式以及电压比较器的使用，极大地降低了隔离芯片的整体功耗以及隔离芯片的面积，更利于企业的生产制造和用户的使用，具有使用性价值。

在一些实施例中，参照图4和图5，信号转换模块1包括第一信号转换单元11和第二信号转换单元12；其中，第一信号转换单元11的输入端用于接收差分信号，第一信号转换单元11的输出端连接第一电流镜2的输入端；第二信号转换单元12的输入端用于接收基准信号，第二信号转换单元12的输出端连接第二电流镜3的输入端。

具体地，第一信号转换单元11包括第一MOS管NMD1和第二MOS管NMD2；第一MOS管NMD1的栅极用于接收第一差分信号，第一MOS管NMD1的漏极连接电源，第一MOS管NMD1的源极连接第一电流镜2的输入端；第二MOS管NMD2的栅极用于接收第二差分信号，第二MOS管NMD2的漏极连接电源，第二MOS管NMD2的源极连接第一电流镜2的输入端。其中，第一MOS管NMD1和第二MOS管NMD2均为NOMS管，也可以采用PMOS管组成的差分对。

第一MOS管NMD1和第二MOS管NMD2是一组差分对管，具有相同的尺寸，第一MOS管NMD1接收正向输入电压信号即第一差分信号并转换为第一差分电流信号输出，第二MOS管NMD2接收负向输入电压信号即第二差分信号并转换为第二差分电流信号输出，第一差分电流信号和第二差分电流信号叠加为第一电流信号输出。从而实现了将输入电压信号转换为电流信号输出，取消了电压比较器的使用。

具体地，第二信号转换单元12包括第三MOS管NMDR，第三MOS管NMDR的栅极用于接收基准信号，第三MOS管NMDR的漏极连接电源，第三MOS管NMDR的源极连接第二电流镜3的输入端。

第三MOS管NMDR接收的是基准信号，其尺寸是第一MOS管NMD1和第二MOS管NMD2的两倍，基准信号经过第三MOS管NMDR转换为第二电流信号输出。第三MOS管NMDR为NMOS管。

在一些实施例中，参照图4和图6，第一电流镜2包括第一电阻器R1、第四MOS管NMC1、第五MOS管NMC2、第六MOS管NMC3和第七MOS管NMC4。第一电阻器R1的一端连接第一MOS管NMD1的源极、第二MOS管NMD2的源极以及第四MOS管NMC1的栅极和第五MOS管NMC2的栅极，第一电阻器R1的另一端连接第四MOS管NMC1的漏极以及第六MOS管NMC3的栅极和第七MOS管NMC4的栅极，第四MOS管NMC1的源极连接第六MOS管NMC3的漏极，第六MOS管NMC3的源极接地。第五MOS管NMC2的漏极连接第三电流镜4的输入端，第五MOS管NMC2的源极连接第七MOS管NMC4的漏极，第七MOS管NMC4的源极接地。I代表第一条电流路径，II代表第二条电流路径。

本申请实施例第一电流镜2使用的为自偏置型电流镜，参照图7和图8，也可以使用普通的电流镜(采用两个MOS管)或者级联电流镜(采用四个MOS管)来代替。

叠加后的第一电流信号输入至第一电流镜2，第一电阻器R1、第四MOS管NMC1、第五MOS管NMC2、第六MOS管NMC3和第七MOS管NMC4组成共源共栅电流镜结构，第一电流信号经过第四MOS管NMC1的栅极和第五MOS管NMC2的栅极组成的第一条电流路径输出，经过第一电阻器R1后并将第一电流信号复制到第六MOS管NMC3的栅极和第七MOS管NMC4的栅极组成的第二条电流路径输出。其中，第四MOS管NMC1、第五MOS管NMC2、第六MOS管NMC3和第七MOS管NMC4均为NMOS管。

在一些实施例中，参照图4和图9，第二电流镜3包括第二电阻器R2、第八MOS管NMC5、第九MOS管NMC6、第十MOS管NMC7和第十一MOS管NMC8。第二电阻器R2的一端连接第三MOS管NMDR的源极以及第八MOS管NMC5的栅极和第九MOS管NMC6的栅极，第二电阻器R2的另一端连接第八MOS管NMC5的漏极以及第十MOS管NMC7的栅极和第十一MOS管NMC8的栅极，第八MOS管NMC5的源极连接第十MOS管NMC7的漏极，第十MOS管NMC7的源极接地。第九MOS管NMC6的漏极连接第三电流镜4的输出端以及信号恢复模块5的输入端，第九MOS管NMC6的源极连接第十一MOS管NMC8的漏极，第十一MOS管NMC8的源极接地。其中，III代表第三条电流路径，IV代表第四条电流路径。

本申请实施例第二电流镜3使用的为自偏置型电流镜，参照图7和图8，也可以使用普通的电流镜(采用两个MOS管)或者级联电流镜(采用四个MOS管)来代替。

第二电流信号输入第二电流镜3，第二电阻器R2、第八MOS管NMC5、第九MOS管NMC6、第十MOS管NMC7和第十一MOS管NMC8组成共源共栅电流镜结构，第二电流信号经过第八MOS管NMC5的栅极和第九MOS管NMC6的栅极组成的第三条电流路径输出，经过第二电阻器R2后并复制到第十MOS管NMC7的栅极和第十一MOS管NMC8的栅极组成的第四条电流路径输出。其中，第八MOS管NMC5、第九MOS管NMC6、第十MOS管NMC7和第十一MOS管NMC8均为NMOS管。

在一些实施例中，参照图4和图10，第三电流镜4包括第三电阻器R14、第十二MOS管PCM1和第十三MOS管PCM2。第十二MOS管PCM1的漏极连接第五MOS管NCM2的漏极，第十二MOS管PCM1的源极连接电源，第十二MOS管PCM1的栅极连接第三电阻器R14的一端，第三电阻器R14的另一端连接第十二MOS管PCM1的漏极以及第十三MOS管PCM2的栅极，第十三MOS管PCM2的源极连接电源，第十三MOS管PCM2的漏极连接第九MOS管NCM6的漏极以及信号恢复模块5的输入端。其中，V代表第五条电流路径。

第一电流信号经过第十二MOS管PCM1的栅极和第十三MOS管PCM2的栅极组成的第五电流路径输出为上位信号，第二电流信号经过第二电流镜3输出为下位信号，第二电流镜3与第三电流镜4组成电流比较器结构，用来对第一电流信号和第二电流信号做比较，并输出比较电平信号。例如，若第一电流信号的幅值大于第二电流信号的幅值，则比较器输出高电平信号，若第一电流信号的幅值小于第二电流信号的幅值，则输出为低电平信号。

在一些实施例中，参照图4和图11，信号恢复模块5包括施密特触发器I4和放大器IO，施密特触发器I4的输入端连接第九MOS管的漏极和第十三MOS管的漏极，施密特触发器I4的输出端连接放大器IO的输入端，放大器IO的输出端用于输出调制波形。

施密特触发器I4用来提高电路的抗干扰能力以及起到缓冲电路的作用。放大器IO能够对输出的比较电平信号进行放大，以便于观察调制波形。

在一实施例中，还公开一种隔离芯片，包括如上所述的基于电流模式的解调电路。实现了隔离芯片功耗的降低，使用效果更好。

在一实施例中，还提供一种隔离器，包括如上所述的隔离芯片。降低了信号隔离器的干扰，保证了信号的稳定传输。

本申请与现有技术相比，具有以下优点：

1、本申请通过信号转换模块将输入差分信号转换为第一电流信号以及将基准信号转换为第二电流信号，然后第一电流信号经过第一电流镜和第三电流镜输出为上位信号，第二电流信号经过第二电流镜输出为下位信号，第二电流镜和第三电流镜组成电流比较器结构，该电流比较器对第一电流信号和第二电流信号进行比较并输出电平信号，再经过信号恢复模块输出最终的调制波形。从而实现了基于电流模式的解调方式，由于取代了电压比较器的使用，因此降低了集成芯片的整体功耗，具有实用性价值。此外，在本申请中，输入差分信号和基准信号的输入位置可以互换，若要得到相同的输出波形，只需将信号恢复模块的输出逻辑反向设置即可。

2、通过使用多个电流镜代替电压比较器的使用，隔离芯片的制造面积也大大减小，更便于企业的生产制造和使用。

3、此外，基于电流模式进行解调，还缩短了输入输出的延时时间，提升了解调效率。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于电流模式的解调电路，其特征在于，包括：

信号转换模块，所述信号转换模块的输入端用于接收差分信号和基准信号，并将差分信号转换为第一电流信号以及将基准信号转换为第二电流信号；所述信号转换模块的第一输出端用于输出第一电流信号，所述信号转换模块的第二输出端用于输出第二电流信号；

第一电流镜，所述第一电流镜的输入端连接所述信号转换模块的第一输出端，用于接收所述第一电流信号，以及将第一电流信号从第一条电流路径复制到第二条电流路径并输出；

第二电流镜，所述第二电流镜的输入端连接所述信号转换模块的第二输出端，用于接收所述第二电流信号，以及将第二电流信号从第三条电流路径复制到第四条电流路径并输出；

第三电流镜，所述第三电流镜的输入端连接所述第一电流镜的输出端，用于将第一电流信号传输至第五条电流路径并输出；所述第三电流镜与所述第二电流镜组成比较器结构，用于将第一电流信号和第二电流信号进行比较并根据比较结果输出比较信号；

信号恢复模块，所述信号恢复模块的输入端连接所述第二电流镜的输出端和第三电流镜的输出端，用于将比较信号转换为调制波形输出。

2.根据权利要求1所述的基于电流模式的解调电路，其特征在于，所述信号转换模块包括第一信号转换单元和第二信号转换单元；

所述第一信号转换单元的输入端用于接收差分信号，所述第一信号转换单元的输出端连接所述第一电流镜的输入端；

所述第二信号转换单元的输入端用于接收基准信号，所述第二信号转换单元的输出端连接所述第二电流镜的输入端。

3.根据权利要求2所述的基于电流模式的解调电路，其特征在于，所述第一信号转换单元包括第一MOS管和第二MOS管；

所述第一MOS管的栅极用于接收第一差分信号，所述第一MOS管的漏极连接电源，所述第一MOS管的源极连接所述第一电流镜的输入端；

所述第二MOS管的栅极用于接收第二差分信号，所述第二MOS管的漏极连接电源，所述第二MOS管的源极连接所述第一电流镜的输入端。

4.根据权利要求2所述的基于电流模式的解调电路，其特征在于，所述第二信号转换单元包括第三MOS管，所述第三MOS管的栅极用于接收基准信号，所述第三MOS管的漏极连接电源，所述第三MOS管的源极连接所述第二电流镜的输入端。

5.根据权利要求1所述的基于电流模式的解调电路，其特征在于，所述第一电流镜包括第一电阻器、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管和第七MOS管；

所述第一电阻器的一端连接所述信号转换模块的第一输出端以及所述第四MOS管的栅极和所述第五MOS管的栅极，所述第一电阻器的另一端连接所述第四MOS管的漏极以及所述第六MOS管的栅极和所述第七MOS管的栅极，所述第四MOS管的源极连接所述第六MOS管的漏极，所述第六MOS管的源极接地；

所述第五MOS管的漏极连接所述第三电流镜的输入端，所述第五MOS管的源极连接所述第七MOS管的漏极，所述第七MOS管的源极接地。

6.根据权利要求1所述的基于电流模式的解调电路，其特征在于，所述第二电流镜包括第二电阻器、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管和第十一MOS管；

所述第二电阻器的一端连接所述信号转换模块的第二输出端以及所述第八MOS管的栅极和所述第九MOS管的栅极，所述第二电阻器的另一端连接所述第八MOS管的漏极以及所述第十MOS管的栅极和所述第十一MOS管的栅极，所述第八MOS管的源极连接所述第十MOS管的漏极，所述第十MOS管的源极接地；

所述第九MOS管的漏极连接所述第三电流镜的输出端以及所述信号恢复模块的输入端，所述第九MOS管的源极连接所述第十一MOS管的漏极，所述第十一MOS管的源极接地。

7.根据权利要求1所述的基于电流模式的解调电路，其特征在于，所述第三电流镜包括第三电阻器、第十二MOS管和第十三MOS管；

所述第十二MOS管的漏极连接所述第一电流镜的输出端，所述第十二MOS管的源极连接电源，所述第十二MOS管的栅极连接所述第三电阻器的一端，所述第三电阻器的另一端连接所述第十二MOS管的漏极以及所述第十三MOS管的栅极，所述第十三MOS管的源极连接电源，所述第十三MOS管的漏极连接所述第二电流镜的输出端以及所述信号恢复模块的输入端。

8.根据权利要求1所述的基于电流模式的解调电路，其特征在于，所述信号恢复模块包括施密特触发器和放大器，所述施密特触发器的输入端连接所述第二电流镜的输出端和所述第三电流镜的输出端，所述施密特触发器的输出端连接所述放大器的输入端，所述放大器的输出端用于输出调制波形。

9.一种隔离芯片，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的基于电流模式的解调电路。

10.一种隔离器，其特征在于，包括如权利要求9所述的隔离芯片。