CN220964874U - 一种集成隔离电源的SiP通信模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种集成隔离电源的SiP通信模块，包括：隔离电源模块；隔离电源模块包括DC‑DC开关电源单元和LDO电路单元，且DC‑DC开关电源单元包括功率与控制电路、变压器、滤波电路，所述功率与控制电路连接外部的电源和变压器，将外部的电源斩波成方波并输入变压器原边绕组，同时，变压器副边绕组连接至滤波电路，将经过隔离的方波电压整流为直流电压；LDO电路单元连接至滤波电容两端，以获得稳定的隔离电源电压；隔离通信模块；隔离通信模块包括信号隔离单元、信号发送单元和信号接收单元，信号隔离单元和信号发送单元构成信号发送通道，将模块单端信号侧输入的单端信号进行隔离，并转换成差分信号输出至模块差分信号侧。
Description
技术领域
本实用新型涉及串行通信设备技术领域，尤其是指一种集成隔离电源的SiP通信模块。
背景技术
串行通信是一种常见的数据传输方式，具有线路简单、传输速率快、抗干扰能力强的特点，因此广泛的应用于各种电子设备和通信系统中。当通信接口两侧的设备位于不同的系统时，其电位基准、电应力、工作环境等条件存在明显的差异，因此，必须采取隔离措施，以保证通信设备的安全性与可靠性。
现行的做法是在数据传输通路中增加隔离器件，如光耦、数字隔离器等，以进行数据隔离，同时电源端也进行隔离，即采用隔离电源为隔离器件两侧设备分别供电。当采用分立器件搭建电路时，所需的器件数量较多，占板面积大、系统复杂；采用专用的隔离通信芯片可以减少器件数量、简化电路布线，但只适用特定的通信协议，且仍需增加隔离电源；此外，目前也有单片集成式的隔离通信芯片，将电源和通信电路集成在同一芯片，但受限于片上变压器的功率，电源部分的传输功率较小、效率较低；而且受限于芯片面积，单片集成芯片的信道容量较低，即通信部分所能传输的信号数量较少，因此应用范围有限。
由此可见，现有的隔离通信设备在体积、性能、效率和信道容量等方面存在问题，需要改进方案以进一步优化提高，以满足不同的应用需求。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的一种集成隔离电源的SiP通信模块，包括：
隔离电源模块；所述隔离电源模块包括DC-DC开关电源单元和LDO电路单元，且DC-DC开关电源单元包括功率与控制电路、变压器、滤波电路，所述功率与控制电路连接外部的电源和变压器，将外部的电源斩波成方波并输入变压器原边绕组，同时，变压器副边绕组连接至滤波电路，将经过隔离的方波电压整流为直流电压；LDO电路单元连接至滤波电容两端，以获得稳定的隔离电源电压；
隔离通信模块；所述隔离通信模块包括信号隔离单元、信号发送单元和信号接收单元，信号隔离单元和信号发送单元构成信号发送通道，将模块单端信号侧输入的单端信号进行隔离，并转换成差分信号输出至模块差分信号侧；同时，信号隔离单元和信号接收单元构成信号接收通道，将模块差分信号侧输入的差分信号转换成单端信号，并进行隔离输出至模块单端信号侧。
在本实用新型的一个实施例中，所述的隔离电源模块和隔离通信模块采用系统级封装技术，并集成封装为同一模块。
在本实用新型的一个实施例中，DC-DC开关电源单元工作在直流变压器(DCX)状态，进行电气隔离。
在本实用新型的一个实施例中，所述信号发送通道和所述信号接收通道相互独立。
其中所述隔离电源模块和所述隔离通信模块集成在同一基板上，各电路单元中的有源器件均采用裸芯，通过键合丝连接至基板，最终与无源器件集成到同一封装体中，实现系统级封装集成。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本实用新型所述的SiP通信模块，实现信号的转换和隔离传输，且集成隔离电源，无需外加元件即可实现电源和数据的全隔离；同时，该模块采用SiP技术，对原有隔离电源和通信电路进行集成封装，可以在保证模块的效率和信道容量的同时；进一步减小体积，降低设计复杂度。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型集成隔离电源的SiP通信模块的示意图；
图2为本实用新型所述隔离电源模块的电路原理示意图；
图3为本实用新型所述隔离通信模块的数据传输电平示意图；
图4为本实用新型集成封装后的模块外形示意图；
如图所示，100-隔离电源模块、110-DC-DC开关电源单元、111-功率与控制电路、112-变压器、113-滤波电路、120-LDO电路单元、200-隔离通信模块、210-信号隔离单元、220-信号发送单元、230信号接收单元。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型提供一种集成隔离电源的SiP通信模块，包括隔离电源模块100和隔离通信模块200，其中，隔离电源模块100产生隔离的电源电压，在内部直接为隔离通信模块200供电，隔离通信模块200可以实现单端信号和差分信号之间的转换与隔离传输；
所述隔离电源模块100和隔离通信模块200在功能上相互独立，分别实现电源和通信的隔离，可根据需求进行模块数量扩展；并且，基于系统级封装(SiP)技术，将所述隔离电源模块100和隔离通信模块200集成封装为同一模块，在模块内部实现集成互联，可以进一步提高集成度，在保留模块的性能优势的同时，实现模块体积、性能、效率和信道容量等方面的综合优化。
所述SiP通信模块内部连接如图1所示，所述隔离电源模块100的输入端与外部电源Vin、隔离通信模块200单端信号侧的电源接口相连接，所述隔离电源模块100的输出端与隔离通信模块200差分信号侧的电源接口相连接，从而在内部直接为隔离通信模块200供电。外部电源Vin为隔离通信模块200单端信号侧提供电压参考，隔离电压Vout为差分信号侧提供电压参考。
进一步的，所述隔离电源模块100包括DC-DC开关电源单元110和LDO电路单元120，其中，DC-DC开关电源单元110工作在直流变压器(DCX)状态，进行电气隔离，LDO电路单元120用于稳定输出电压。
两级式的电路结构将隔离和稳压的功能分离，从而可以对电路单元分别进行设计。DC-DC开关电压单元110只需实现隔离功能，因此工作在开环状态，无需额外的反馈元件，进而可以简化电路参数设计、优化效率、降低控制复杂度；LDO电路单元120可以降低电压的噪声和纹波，从而获得精度更高的稳定电压。
本实施例中的隔离电源模块具体电路示意图如图2所示，所述DC-DC开关电源单元110进一步包括功率与控制电路111、变压器112、滤波电路113；所述功率与控制电路111连接外部电源Vin和变压器112，将外部电源Vin斩波成方波并输入变压器原边绕组，同时，变压器副边绕组连接至滤波电路113，将经过隔离的方波电压整流为直流电压Vreg；LDO电路单元120连接至滤波电路，以获得稳定的隔离电源电压Vout。
所述隔离通信模块200包括信号隔离单元210、信号发送单元220和信号接收单元230；
进一步的，信号隔离单元200和信号发送单元210构成信号发送通道，将模块单端信号侧输入的单端信号进行隔离，并转换成差分信号输出至模块差分信号侧；同时，信号隔离单元200和信号接收单元230构成信号接收通道，将模块差分信号侧输入的差分信号转换成单端信号，并进行隔离输出至模块单端信号侧；
以单端信号发送为例进行具体分析，首先输入模块所要发送的单端信号Tin，该信号为TTL电平，地电位代表逻辑低电平，电压Vin代表逻辑高电平。单端信号Tin输入信号隔离单元210，信号隔离单元210用于对数字信号的隔离传输，可采用光隔离、磁隔离或电容隔离等方式实现。隔离后的单端信号被输入信号发送单元220，其电压参考变为隔离电压Vout。信号发送单元220接收到信号后进行解码，并输出相应的差分信号Tout+和Tout-，当接收到的信号为逻辑低电平时，则差分信号Tout+为逻辑低电平，即地电位，差分信号Tout-为逻辑高电平，即隔离电压Vout，差分信号的电压差Tout+-Tout-为-Vout，即负压输出；当接收到的信号为逻辑高电平时，则差分信号Tout+为逻辑高电平，即隔离电压Vout，差分信号Tout-为逻辑低电平，即地电位，差分信号的电压差Tout+-Tout-为Vout，即正压输出，图3为发送单端信号时各端口信号的电压波形。如此，所述信号发送通道实现了单端信号到差分信号的隔离发送，信号接收通道的工作过程与信号发送通道相反，可实现差分信号到单端信号的隔离接收。
所述信号发送通道和所述信号接收通道相互独立，可单独或同时使用，即所述隔离通信模块可实现全双工通信。
所述隔离电源模块100和所述隔离通信模块200集成在同一基板上，各电路单元中的有源器件均采用裸芯，通过键合丝连接至基板，最终与无源器件集成到同一封装体中，实现系统级封装集成，图4为集成封装后的模块外形。
本实施例所述的一种集成隔离电源的SiP通信模块，具有以下优点：基于SiP技术，通过封装的形式，将隔离电源模块和隔离通信模块集成在同一封装体中，在保留原电路效率和信道容量优势的同时，实现模块电源和数据的全隔离，并减小模块的体积，降低设计复杂度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种集成隔离电源的SiP通信模块，其特征在于，包括：
隔离电源模块；所述隔离电源模块包括DC-DC开关电源单元和LDO电路单元，且DC-DC开关电源单元包括功率与控制电路、变压器、滤波电路，所述功率与控制电路连接外部的电源和变压器，将外部的电源斩波成方波并输入变压器原边绕组，同时，变压器副边绕组连接至滤波电路，将经过隔离的方波电压整流为直流电压；LDO电路单元连接至滤波电容两端，以获得稳定的隔离电源电压；
隔离通信模块；所述隔离通信模块包括信号隔离单元、信号发送单元和信号接收单元，信号隔离单元和信号发送单元构成信号发送通道，将模块单端信号侧输入的单端信号进行隔离，并转换成差分信号输出至模块差分信号侧；同时，信号隔离单元和信号接收单元构成信号接收通道，将模块差分信号侧输入的差分信号转换成单端信号，并进行隔离输出至模块单端信号侧。
2.根据权利要求1所述的SiP通信模块，其特征在于：所述的隔离电源模块和隔离通信模块采用系统级封装技术，并集成封装为同一模块。
3.根据权利要求1所述的SiP通信模块，其特征在于：DC-DC开关电源单元工作在直流变压器状态，进行电气隔离。
4.根据权利要求1所述的SiP通信模块，其特征在于：所述信号发送通道和所述信号接收通道相互独立。
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