CN220210410U - 一种动态频率调节振荡器电路、数字隔离器及隔离芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动态频率调节振荡器电路、数字隔离器及隔离芯片，包括：边沿检测模块、脉冲产生模块以及振荡模块；所述边沿检测模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于捕获所述输入信号的边沿信号，并将所述边沿信号输出至所述脉冲产生模块；所述脉冲产生模块与所述振荡模块连接，用于根据所述边沿信号产生脉冲信号；所述振荡模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于在所述输入信号到来时，根据所述脉冲信号提高振荡频率。本实用新型通过在输入信号的边沿信号产生脉冲信号，以使在脉冲信号的脉宽期间提高振荡模块的输出频率，在脉冲信号消失后，振荡模块则继续保持原有低频的振荡频率，从而降低芯片功耗。

Description

一种动态频率调节振荡器电路、数字隔离器及隔离芯片

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，尤其涉及的是一种动态频率调节振荡器电路、数字隔离器及隔离芯片。

背景技术

目前在很多应用场合，考虑到隔离噪声和人身、电气安全的问题，需要用到隔离芯片，近年基于金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺的数字隔离技术得到了迅速的发展。

在隔离器使用的环境中，低频输入信号进入发送端时，需要经过一个高频信号调制，驱动之后再通过隔离器件传输到接收端。而数字隔离器的输入信号最高可到150-200Mbps，这将导致发射端的高频调制信号越来越高，现有技术在发送端电路通常使用一个固定频率的高频振荡电路来进行调制，但是过高的高频调制信号会造成芯片的功耗增加。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种动态频率调节振荡器电路、数字隔离器及隔离芯片，以解决现有技术中隔离器中采用固定频率的高频振荡电路功耗大的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种动态频率调节振荡器电路，包括：边沿检测模块、脉冲产生模块以及振荡模块；

所述边沿检测模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于捕获所述输入信号的边沿信号，并将所述边沿信号输出至所述脉冲产生模块；

所述脉冲产生模块与所述振荡模块连接，用于根据所述边沿信号产生脉冲信号；

所述振荡模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于在所述输入信号到来时，根据所述脉冲信号提高振荡频率。

本实用新型的进一步设置，所述脉冲产生模块以及所述边沿检测模块包括第一反相器链以及与门；

所述第一反相器链的输入端接入输入信号；

所述与门的一个输入端与所述第一反相器链的输出端连接，所述与门的另一个输入端接入所述输入信号，所述与门的输出端与所述振荡模块连接。

本实用新型的进一步设置，所述第一反相器链包括第一反相器、第二反相器以及第三反相器；

所述第一反相器的输入端接入输入信号；

所述第二反相器的输入端与所述第一反相器的输出端连接；

所述第三反相器的输入端与所述第二反相器的输出端连接，所述第三反相器的输出端与所述与门的一个输入端连接。

本实用新型的进一步设置，所述振荡模块包括电流源，第二反相器链以及第一与非门；

所述电流源的一端接入电源电压，所述电流源的另一端与所述第二反相器的电源端连接；

所述第二反相器链的输入端与所述第一与非门的输出端连接；

所述第一与非门的一个输入端与所述第二反相器链的输出端连接，所述第一与非门的另一个输入端接入所述输入信号。

本实用新型的进一步设置，所述振荡模块还包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第一电阻以及比较器；

所述比较器的一个输入端接入所述脉冲信号，所述比较器的另一个输入端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地；

所述第一场效应管的栅极与所述比较器的输出端连接，所述第一场效应管的漏极与所述第一电阻的一端连接；

所述第二场效应管的源极接入电源电压，所述第二场效应管的栅极与所述第三场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的漏极分别与所述第二场效应管的栅极以及所述第一场效应管的源极连接；

所述第三场效应管的源极接入电源电压，所述第三场效应管的漏极与所述第二反相器链的电源端连接。

本实用新型的进一步设置，所述第二反相器链由奇数个反相器组成。

本实用新型的进一步设置，所述振荡模块包括：基准调节单元以及振荡输出单元；

所述基准调节单元接入所述脉冲信号，并与所述振荡输出单元连接，用于根据所述脉冲信号增大所述振荡输出单元的电流；

所述振荡输出单元接入电源电压，用于将直流电转换成交流信号。

本实用新型的进一步设置，所述振荡模块还包括：第二与非门；

所述第二与非门的一个输入端与所述振荡输出单元的使能端连接，所述第二与非门的另一个输入端接入输入信号，所述第二与非门的输出端与所述振荡输出单元的反馈端连接。

本实用新型还提供一种数字隔离器，包括如上所述的动态频率调节振荡器电路，还包括驱动模块、隔离器件以及接收负载；

所述驱动模块分别与所述动态频率调节振荡器电路以及所述隔离器件连接，用于根据所述动态频率调节振荡器电路的输出信号进行调制，并输出调制信号至所述隔离器件；

所述隔离器件与所述接收负载连接，用于将所述调制信号传输至所述接收负载。

本实用新型还提供一种隔离芯片，包括如上所述的数字隔离器。

本实用新型所提供的一种动态频率调节振荡器电路、数字隔离器及隔离芯片，包括：振荡模块、边沿检测模块以及脉冲产生模块；所述边沿检测模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于捕获所述输入信号的边沿信号，并将所述边沿信号输出至所述脉冲产生模块；所述脉冲产生模块与所述振荡模块连接，用于根据所述边沿信号产生脉冲信号；所述振荡模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于在所述输入信号到来时，根据所述脉冲信号提高振荡频率。本实用新型通过在所述输入信号的边沿信号时产生脉冲信号，以使在所述脉冲信号的脉宽期间提高所述振荡模块的输出频率，在所述脉冲信号消失后，所述振荡模块则继续保持原有低频的振荡频率，从而降低芯片功耗。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型中动态频率调节振荡器电路的结构图。

图2是本实用新型中脉冲产生模块以及边沿检测模块的电路图。

图3是本实用新型中脉冲产生模块以及边沿检测模块的时序图。

图4是本实用新型中实施例一中振荡模块的电路图。

图5是本实用新型中实施例二中振荡模块的电路图。

图6是本实用新型中数字隔离器的结构图。

图7是本实用新型中动态频率调节振荡器电路的仿真图。

具体实施方式

本实用新型提供一种动态频率调节振荡器电路、数字隔离器及隔离芯片，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请同时参阅图1至图6，本实用新型提供了一种动态频率调节振荡器电路的较佳实施例。

如图1所示，本实用新型提供的一种动态频率调节振荡器电路，包括：边沿检测模块100、脉冲产生模块200以及振荡模块300；所述边沿检测模块100接入输入信号A，并与所述脉冲产生模块200连接，用于捕获所述输入信号A的边沿信号，并将所述边沿信号输出至所述脉冲产生模块；所述脉冲产生模块200与所述振荡模块300连接，用于根据所述边沿信号产生脉冲信号B；所述振荡模块300接入输入信号A，并与所述脉冲产生模块200连接，用于在所述输入信号到来时，根据所述脉冲信号B提高振荡频率。其中，所述振荡模块300可以是常用的RC振荡器，LC振荡器以及环形振荡器，具体不做限定。

具体地，所述振荡模块300由所述输入信号A提供使能，即在所述输入信号A输入至所述振荡模块300时，所述振荡模块300输出指定频率的振荡信号C。通过所述边沿检测模块100与所述脉冲产生模块200连接，以在检测到所述输入信号A的边沿信号到来时，产生所述脉冲信号B，并且通过所述脉冲产生模块200与所述振荡模块300连接，使在所述振荡模块300接收到所述脉冲信号B时，提高所述振荡模块300的振荡频率，而在所述脉冲信号B结束后，所述振荡模块300则继续保持原有相对低频的振荡频率。从而实现使所述振荡模块300只在一段时间内进行高频输出，无需保持固定的高频输出，进而降低功耗。需要说明的是，所述边沿信号可以为上升沿信号，也可以为下降沿信号，具体不做限制。所述振荡模块300可以根据所述脉冲信号B加大所述振荡模块300的偏置电流，或者调节所述振荡模块300的偏置电压任意一种方式提高所述振荡模块300的频率，具体不做限定。

在一种实施例中，如图2所示，所述脉冲产生模块以及所述边沿检测模块100包括第一反相器链10以及与门20；所述第一反相器链10的输入端接入输入信号A；所述与门20的一个输入端与所述第一反相器链10的输出端连接，所述与门20的另一个输入端接入所述输入信号A，所述与门20的输出端与所述振荡模块300连接。

具体地，如图2以及图3所示，所述第一反相器链10用于对所述输入信号A进行延迟，下面为便于理解，将所述输入信号A进行延迟后的信号定义为延迟信号D，即所述第一反相器链10输出的信号为延迟信号D。通过将所述与门20的一个输入端与所述第一反相器链10的输出端连接，所述与门20的另一个输入端接入输入信号A，以捕获在所述输入信号A出现上升沿时，所述输入信号A与所述延迟信号D都为高电平的时间段，可以理解的是，所述与门20的输出端输出的所述脉冲信号B的脉宽为所述输入信号A与所述延迟信号D都为高电平的时间段。从而仅需通过所述第一反相器链10以及与门20即可实现所述边沿检测模块100以及所述脉冲产生模块的功能，即捕获所述输入信号A的边沿信号，并根据所述边沿信号产生脉冲信号B，进而简化电路结构，减少芯片面积。

需要说明的是，在本实施例中，也可将所述与门20替换为或门，以捕获在所述输入信号A出现下升沿时，所述输入信号A与所述延迟信号D都为低电平的时间段，此时，所述脉冲信号B的脉宽则为所述输入信号A与所述延迟信号D都为低电平的时间段。

在一种实施例中，如图2所示，所述第一反相器链10包括第一反相器11、第二反相器12以及第三反相器13；所述第一反相器11的输入端接入输入信号A；所述第二反相器12的输入端与所述第一反相器11的输出端连接；所述第三反相器13的输入端与所述第二反相器12的输出端连接，所述第三反相器13的输出端与所述与门20的一个输入端连接。

具体地，通过所述第一反相器11、所述第二反相器12以及所述第三反相器13对所述输入信号A进行一次又一次的反相，以对所述输入信号A进行时间延迟。需要说明的是，在所述第一反相器链10中，反相器的个数决定所述脉冲信号B的脉宽。其中，所述第一反相器链中反相器的个数不仅限于三个，可以是N个反相器，其中N为奇数，具体不做限定。

在一种实施例中，如图4所示，图4为实施例一中所述振荡模块300的电路图，所述振荡模块300包括电流源S，第二反相器链30以及第一与非门Y1；所述电流源S的一端接入电源电压VCC，所述电流源S的另一端与所述第二反相器的电源端连接；所述第二反相器链30的输入端与所述第一与非门Y1的输出端连接；所述第一与非门Y1的一个输入端与所述第二反相器链30的输出端连接，所述第一与非门Y1的另一个输入端接入所述输入信号A。

具体地，所述反相器链由奇数个反相器(例如：反相器T1)组成，通过所述第二反相器链30的电源端与所述电流源S连接，以构成环形振荡器，其中，所述第二反相器链30的电源端输入的电流控制环形振荡器的振荡频率。通过所述第一与非门Y1的一个输入端与所述第二反相器链30的输出端连接，所述第一与非门Y1的另一个输入端接入所述输入信号A，从而实现通过所述输入信号A为环形振荡器提供使能，即实现通过所述输入信号A控制环形振荡器进行起振。

在一种实施例中，如图4所示，所述振荡模块300还包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第一电阻R1以及比较器F1；所述比较器F1的一个输入端接入所述脉冲信号B，所述比较器F1的另一个输入端与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端接地；所述第一场效应管Q1的栅极与所述比较器F1的输出端连接，所述第一场效应管Q1的漏极与所述第一电阻R1的一端连接；所述第二场效应管Q2的源极接入电源电压VCC，所述第二场效应管Q2的栅极与所述第三场效应管Q3的栅极连接，所述第二场效应管Q2的漏极分别与所述第二场效应管Q2的栅极以及所述第一场效应管Q1的源极连接；所述第三场效应管Q3的源极接入电源电压VCC，所述第三场效应管Q3的漏极与所述第二反相器链的电源端连接。

具体地，当所述比较器F1的一个输入端为高电平时，可以理解为当所述脉冲信号B输入至所述比较器F1时，所述第一场效应管Q1导通，所述第三场效应管Q3导通，以使所述第二反相器链30的电源端输入的电流增加，进而使所述第二反相器链30构成的环形振荡器的振荡频率增加。可以理解为，在没有所述脉冲信号B输入时，所述振荡模块300的偏置电流仅有所述电流源S所在支路电流，所述振荡模块300的振荡频率保持相对低频的状态。在有所述脉冲信号B输入时，所述振荡模块300的偏置电流除了所述电流源S的支路电流，还有所述第三场效应管Q3所在的支路电流，此时，所述振荡模块300的频率提高。从而实现使所述振荡模块300只在一段时间内进行高频输出，无需保持固定的高频输出，进而降低功耗。

在一种实施例中，如图5所示，图5为实施例二中所述振荡模块300的电路图。所述振荡模块300包括：基准调节单元40以及振荡输出单元50；所述基准调节单元40接入所述脉冲信号B，并与所述振荡输出单元50连接，用于根据所述脉冲信号B增大所述振荡输出单元50的电流；所述振荡输出单元50接入电源电压VCC，用于将直流电转换成交流信号。所述振荡模块300还包括：第二与非门Y2；所述第二与非门Y2的一个输入端与所述振荡输出单元50的使能端M连接，所述第二与非门Y2的另一个输入端接入输入信号A，所述第二与非门Y2的输出端与所述振荡输出单元50的反馈端N连接。

具体地，通过所述振荡输出单元50接入电源电压VCC，由所述电源电压VCC为所述振荡输出单元50提供能量，使所述振荡输出单元50维持振荡。即将所述电源电压VCC提供的直流电转换为交流电。通过所述第二与非门Y2的一个输入端与所述振荡输出单元50的使能端连接，所述第二与门20的另一个输入端接入输入信号A，以通过所述输入信号A为所述振荡输出单元50提供激励，使所述振荡输出单元50起振。所述基准调节单元40的输入端接入所述脉冲信号B，所述基准调节单元40的电源端接入电源电压VCC，所述基准调节单元40的输出端与所述振荡输出单元50连接，以通过所述脉冲信号B控制所述振荡输出单元50的偏置电流，进而控制所述振荡输出单元50的振荡频率。即当所述脉冲信号B输入至所述基准调节单元40时，所述振荡输出单元50的偏置电流增加，进而使所述振荡输出单元50的振荡频率增加。而当所述脉冲信号B没有输入至所述基准调节单元40时，所述振荡输出单元50的偏置电流不变化，所述振荡输出单元50的频率不变化，从而实现使所述振荡模块300只在一段时间内进行高频输出，无需保持固定的高频输出，进而降低功耗。

为验证本实施例动态频率调节振荡器电路的优越性，本实施进行了仿真实验与测试实验，仿真结果如图7所示，具体来说：

如图7所示，所述动态频率调节振荡器电路在一段时间内保持高频输出，经过延时后，所述动态频率调节振荡器电路的振荡频率回复慢速。即实现了所述动态频率调节振荡器电路只在一段时间内进行高频输出，提高了传输速度，降低了功耗。

本实用新型还提供一种数字隔离器，如图6所示，包括所述动态频率调节振荡器电路400，驱动模块500、隔离器件600以及接收负载700；所述驱动模块500分别与所述动态频率调节振荡器电路400以及所述隔离器件600连接，用于根据所述动态频率调节振荡器电路400的输出信号进行调制，并输出调制信号至所述隔离器件600；所述隔离器件600与所述接收负载700连接，用于将所述调制信号传输至所述接收负载700。其中，所述隔离器件600为隔离电容。

本实用新型还提供一种隔离芯片，包括如上所述的数字隔离器。具体如一种动态频率调节振荡器电路的实施例所述，在此不再赘述。

综上所述，本实用新型所提供的一种动态频率调节振荡器电路、数字隔离器及隔离芯片，包括：振荡模块、边沿检测模块以及脉冲产生模块；所述边沿检测模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于捕获所述输入信号的边沿信号，并将所述边沿信号输出至所述脉冲产生模块；所述脉冲产生模块与所述振荡模块连接，用于根据所述边沿信号产生脉冲信号；所述振荡模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于在所述输入信号到来时，根据所述脉冲信号提高振荡频率。本实用新型通过在所述输入信号的边沿信号时产生脉冲信号，以使在所述脉冲信号的脉宽期间提高所述振荡模块的输出频率，在所述脉冲信号消失后，所述振荡模块则继续保持原有低频的振荡频率，从而降低芯片功耗。

应当理解的是，本实用新型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实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种动态频率调节振荡器电路，其特征在于，包括：边沿检测模块、脉冲产生模块以及振荡模块；

所述边沿检测模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于捕获所述输入信号的边沿信号，并将所述边沿信号输出至所述脉冲产生模块；

所述脉冲产生模块与所述振荡模块连接，用于根据所述边沿信号产生脉冲信号；

所述振荡模块接入输入信号，并与所述脉冲产生模块连接，用于在所述输入信号到来时，根据所述脉冲信号提高振荡频率。

2.根据权利要求1所述的动态频率调节振荡器电路，其特征在于，所述脉冲产生模块以及所述边沿检测模块包括第一反相器链以及与门；

所述第一反相器链的输入端接入输入信号；

所述与门的一个输入端与所述第一反相器链的输出端连接，所述与门的另一个输入端接入所述输入信号，所述与门的输出端与所述振荡模块连接。

3.根据权利要求2所述的动态频率调节振荡器电路，其特征在于，所述第一反相器链包括第一反相器、第二反相器以及第三反相器；

所述第一反相器的输入端接入输入信号；

所述第二反相器的输入端与所述第一反相器的输出端连接；

所述第三反相器的输入端与所述第二反相器的输出端连接，所述第三反相器的输出端与所述与门的一个输入端连接。

4.根据权利要求1所述的动态频率调节振荡器电路，其特征在于，所述振荡模块包括电流源，第二反相器链以及第一与非门；

所述电流源的一端接入电源电压，所述电流源的另一端与所述第二反相器的电源端连接；

所述第二反相器链的输入端与所述第一与非门的输出端连接；

所述第一与非门的一个输入端与所述第二反相器链的输出端连接，所述第一与非门的另一个输入端接入所述输入信号。

5.根据权利要求4所述的动态频率调节振荡器电路，其特征在于，所述振荡模块还包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第一电阻以及比较器；

所述比较器的一个输入端接入所述脉冲信号，所述比较器的另一个输入端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地；

所述第一场效应管的栅极与所述比较器的输出端连接，所述第一场效应管的漏极与所述第一电阻的一端连接；

所述第二场效应管的源极接入电源电压，所述第二场效应管的栅极与所述第三场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的漏极分别与所述第二场效应管的栅极以及所述第一场效应管的源极连接；

所述第三场效应管的源极接入电源电压，所述第三场效应管的漏极与所述第二反相器链的电源端连接。

6.根据权利要求4所述的动态频率调节振荡器电路，其特征在于，所述第二反相器链由奇数个反相器组成。

7.根据权利要求1所述的动态频率调节振荡器电路，其特征在于，所述振荡模块包括：基准调节单元以及振荡输出单元；

所述基准调节单元接入所述脉冲信号，并与所述振荡输出单元连接，用于根据所述脉冲信号增大所述振荡输出单元的电流；

所述振荡输出单元接入电源电压，用于将直流电转换成交流信号。

8.根据权利要求7所述的动态频率调节振荡器电路，其特征在于，所述振荡模块还包括：第二与非门；

所述第二与非门的一个输入端与所述振荡输出单元的使能端连接，所述第二与非门的另一个输入端接入输入信号，所述第二与非门的输出端与所述振荡输出单元的反馈端连接。

9.一种数字隔离器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的动态频率调节振荡器电路，还包括驱动模块、隔离器件以及接收负载；

所述驱动模块分别与所述动态频率调节振荡器电路以及所述隔离器件连接，用于根据所述动态频率调节振荡器电路的输出信号进行调制，并输出调制信号至所述隔离器件；

所述隔离器件与所述接收负载连接，用于将所述调制信号传输至所述接收负载。

10.一种隔离芯片，其特征在于，包括权利要求9所述的数字隔离器。