DE102015118514B4 - Signalisolatorsystem mit Schutz für Gleichtakttransienten - Google Patents

Abstract

Isolatorsystem, umfassend:
einen Isolator (120), welcher differentielle Isolatorsignale erzeugt;
einen Empfänger (140) zum Erzeugen digitaler Daten, welche repräsentativ für Signale sind, die über den Isolator empfangen werden; und
einen RC-Filter (130), welcher mit dem Isolator und dem Empfänger gekoppelt ist, wobei der Filter (130) umfasst:
einen ersten Eingangsknoten (N1.1);
einen zweiten Eingangsknoten (N1.2);
einen ersten Ausgangsknoten (N2.1);
einen zweiten Ausgangsknoten (N2.2);
einen ersten Referenzknoten (GND);
einen zweiten Referenzknoten (N_M);
einen ersten Widerstand (R1.1) der zwischen dem ersten Eingangsknoten (N1.1) und dem ersten Referenzknoten (GND) verbunden ist;
einen zweiten Widerstand (R1.2) der zwischen dem zweiten Eingangsknoten (N1.2) und dem ersten Referenzknoten (GND) verbunden ist;
einen ersten Kondensator der zwischen dem ersten Eingangsknoten (N1.1) und dem ersten Ausgangsknoten (N2.1) verbunden ist;
einen zweiten Kondensator der zwischen dem zweiten Eingangsknoten (N1.2) und dem zweiten Ausgangsknoten (N2.2) verbunden ist;
einen dritten Widerstand (R2.1) der zwischen dem erstens Ausgangsknoten (N2.1) und dem zweiten Referenzknoten (N_M) verbunden ist;
einen vierten Widerstand (R2.2) der zwischen dem zweiten Ausgangsknoten (N2.2) und dem zweiten Referenzknoten (N_M) verbunden ist;
einen dritten Kondensator (C2) der zwischen dem zweiten Referenzknoten (N_M) und einer Versorgungsleitung oder Masse verbunden ist.

Description

• HINTERGRUND
• Die vorliegende Erfindung betrifft Isolatoren und insbesondere Schutzschaltungen für Isolatoren, welche gegen Gleichtakttransienten schützen.
• Isolatoren sind Vorrichtungen, welche Datensignale zwischen zwei galvanisch isolierten Schaltungssystemen austauschen. Die Schaltungssysteme arbeiten jeweils in verschiedenen Spannungsdomänen, welche unterschiedliche Quellenpotentiale und unterschiedliche Massen umfassen können. Isolierungsvorrichtungen können einen Datenaustausch über eine Isolationsbarriere bereitstellen, welche die galvanische Isolierung aufrechterhält. Typische Isolierungsvorrichtungen umfassen Mikrotransformatoren, Kondensatoren und Magnetowiderstände.
• Viele Isolatorvorrichtungen sind differentiell angesteuert. Das heißt, der Signalinhalt („V_SIG“) ist in einem Paar von Signalen repräsentiert, welche differentiell von einer Gleichtaktspannung („V_CM“) abweichen. Ein erstes Signal kann von der Gleichtaktspannung V_CM um einen Betrag V_SIG abweichen (z. B. V1=V_CM+V_SIG), und ein zweites Signal kann von der Gleichtaktspannung V_CM um den gleichen Betrag ΔV abweichen, jedoch in komplementärer Weise (z. B. V2=V_CM-V_SIG). In diesem Beispiel repräsentiert der V_SIG-Wert den Signalinhalt. Isolatorschaltungen werden oft unter Verwendung der Gleichtaktspannung V_CM als Designfaktor entworfen, um diese differentiell angesteuerten Signale, welche Signalinhalt repräsentieren, zu übertragen und/oder zu empfangen.
• Isolatorvorrichtungen werden oft in Störumgebungen verwendet. Sie können elektromagnetischen Transienten unterliegen, welche eine Signalverfälschung in den Signalen bewirken, die durch solche Systeme übertragen und empfangen werden. Einige Transienten bewirken eine Abweichung im Gleichtakt der Signale, welche vom System übertragen werden. Wenn folglich ein Differenzsignalpaar im Idealfall vom Gleichtakt in differentieller Weise abweichen würde, kann eine Gleichtakttransiente bewirken, dass die Differenzsignale zusammen in einer Weise variieren, welche den Betrieb des Isolators stört (z. B. V1=V_CM+V_EMI+V_SIG, V2=V_CM+V_EMI-V_SIG). Einige Transienten können bewirken, dass diese Signale die Versorgungsspannungen (V_DD oder Masse) der Schaltungen überschreiten, welche die Signale empfangen und decodieren, was dazu führen kann, dass die Signale falsch decodiert werden.
• Die US 8,502,584 B1 offenbart einen Isolatorsystem bei dem, zur Verstärkung eines Differentialsignals vor der Anwendung des Signals an einem Schmitt Trigger, ein rauscharmer Verstärker benutzt wird.
• Die Erfinder sehen eine Notwendigkeit in der Technik für ein Isolatorsystem, welches gegen Gleichtakttransienten im Betrieb schützt.
• Figurenliste
• 1 veranschaulicht ein Isolatorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 veranschaulicht einen Filter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 3 veranschaulicht beispielhafte Wellenformen, welche eine Reaktion des Filters aus 2 auf eine Gleichtakttransiente repräsentieren, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 4 veranschaulicht einen alternativen Filter.
• 5 veranschaulicht beispielhafte Wellenformen, welche eine Reaktion des Filters aus 4 auf eine Gleichtakttransiente repräsentieren.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Isolatorsystem mit einem Isolator, welcher differentielle Isolatorsignale erzeugt, und einem Empfänger, welcher digitale Daten erzeugt, die repräsentativ für vom Isolator empfangene Signale sind, bereit. Das System kann auch einen RC-Filter umfassen, welcher zwischen dem Isolator und dem Empfänger gekoppelt ist. Während des Betriebs kann der Filter Transientensignale über verschiedene Schaltungspfade im Isolator verteilen, von denen nur einige mit den Empfängereingängen gekoppelt sind. Im Laufe der Zeit kann der Filter Transientenbeiträge an den Empfängereingängen dämpfen. Auf diese Weise kann der Filter Effekte dieser Gleichtakttransienten begrenzen.
• 1 veranschaulicht ein Isolatorsystem 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 100 kann einen Sender 110, einen Isolator 120, einen Filter 130 und einen Empfänger 140 umfassen. Der Isolator 120 kann eine Isolationsbarriere 150 spannen, welche zwei Spannungsdomänen voneinander galvanisch isoliert. Der Sender 110 kann zu einer ersten Spannungsdomäne gehören, welche über ihre eigenen Spannungs- und Masseversorgungen (als V_DD1, GND₁ gezeigt) verfügt, und der Filter 130 und der Empfänger 140 können zu einer zweiten Spannungsdomäne gehören, welche über Spannungs- und Masseversorgungen (V_DD2, GND₂) verfügt, die von den Versorgungen der ersten Spannungsdomäne getrennt sind. Die Isolationsbarriere 150 kann eine Kommunikation von Spannungen von einer Domäne zur anderen verhindern.
• Das System 100 kann zur Kommunikation von digitalen Daten von der ersten Spannungsdomäne zur zweiten Spannungsdomäne bereitgestellt sein. In einer solchen Ausführungsform kann der Sender 110 ein Eingangssignal empfangen, welches einen von zwei binären Spannungspegeln annimmt. Der Sender 110 kann ein Ausgangssignal mit einem Zustand erzeugen, welcher vom Zustand des Eingangssignals bestimmt wird. Das Ausgangssignal kann vom Isolator 120 über die Isolationsbarriere 150 von der ersten Spannungsdomäne zur zweiten Spannungsdomäne getragen werden. Der Empfänger 140 kann Signale vom Isolator 120 empfangen (die gefiltert werden können, wie hierin erläutert) und daraus ein digitales Ausgangssignal erzeugen.
• Daten können über den Isolator 120 durch irgendeine einer Vielzahl von Techniken übertragen werden, einschließlich beispielsweise On-Off-Keying, Pulszahlmodulation, Pulspolaritätsmodulation und dergleichen. Im On-Off-Keying, falls das Eingangssignal einem Binärwert von „1“ entspricht, kann der Sender 110 ein periodisches Signal an seinem Ausgang erzeugen; falls das Eingangssignal jedoch einem Binärwert von „0“ entspricht, kann der Sender 110 ein inertes Signal (keine Aktivität) ausgeben. Die Pulszahlmodulation kann die Übertragung von einem einzelnen Pulssignal, um einen ersten Binärwert zu repräsentieren (z. B. eine digitale „0“), und einem Multipulssignal, um einen zweiten Binärwert zu repräsentieren (eine digitale „1“), beinhalten. Die Pulspolaritätsmodulation kann die Übertragung von einem Puls mit einer ersten Polarität, um einen ersten Binärwert zu repräsentieren (z. B. ein positiver Puls, um eine digitale „1“ zu repräsentieren), und einem Puls mit einer zweiten Polarität, um einen zweiten Binärwert zu repräsentieren (z. B. ein negativer Puls, um eine digitale „0“ zu repräsentieren), beinhalten. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung finden Anwendung bei einer beliebigen differentiell angesteuerten Isolatorstruktur.
• Eine Vielzahl von Isolatorvorrichtungen können als Isolator 120 verwendet werden, einschließlich mikrotransformatorbasierter Isolatoren, kapazitiver Isolatoren und/oder magnetoresistiver Isolatoren.
• 2 veranschaulicht einen Filter 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Netz 200 kann Anwendung als Filter 130 von 1 finden. Das Netz kann ein Paar von Widerständen der ersten Stufe R1.1, R1.2, Eingangskondensatoren C1.1, C1.2, ein Paar von Widerständen der zweiten Stufe R2.1, R2.2, ein Paar von Widerständen der dritten Stufe R3.1, R3.2 und einen weiteren Kondensator C2 umfassen.
• Erste Anschlüsse der Widerstände der ersten Stufe R1.1, R1.2 können mit jeweiligen Anschlüssen des Isolators gekoppelt sein, als Knoten N1.1 und N1.2 gezeigt. Zweite Anschlüsse der Widerstände der ersten Stufe R1.1, R2.1 können mit Masse verbunden sein.
• Erste Anschlüsse der Eingangskondensatoren C1.1, C1.2 können auch mit jeweiligen Anschlüssen des Isolators an Knoten N1.1 und N1.2 gekoppelt sein. Zweite Anschlüsse der Eingangskondensatoren C1.1, C1.2 können an ersten Anschlüssen von jeweiligen Widerständen der zweiten Stufe R2.1, R2.2 an Knoten N2.1 und N2.2 verbunden sein. Zweite Anschlüsse der Widerstände der zweiten Stufe können miteinander und mit dem Kondensator C2 und den Widerständen der dritten Stufe R3.1, R3.2 verbunden sein.
• Die Widerstände der dritten Stufe R3.1, R3.2 können in Reihe zwischen Versorgungsspannungen V_DD und Masse GND verbunden sein. Ein erster Anschluss des Kondensators C2 kann mit einem Zwischenknoten N_M zwischen den Widerständen der dritten Stufe R3.1 und R3.2 verbunden sein, und ein zweiter Anschluss des Kondensators C2 kann mit Masse GND verbunden sein. Die Widerstände R3.1 und R3.2 können gleiche Widerstandswerte aufweisen, welche eine Spannung über den Kondensator C2 mit einem Gleichtaktpegel von ½V_DD halten können, bei Abwesenheit von Transienten.
• Im Beispiel von 2 sind zweite Anschlüsse von jedem der Widerstände der ersten Stufe R1.1, R1.2 gezeigt, welche mit Masse verbunden sind. Diese Verbindung definiert Masse als Gleichtaktspannung für die Widerstände der ersten Stufe R1.1, R1.2. Die zweiten Anschlüsse der Widerstände der zweiten Stufe R2.1, R2.2 sind jedoch mit dem Knoten N_M verbunden, welcher mit einem Zwischenknoten zwischen den Widerständen R3.1 und R3.2 verbunden ist. Diese Verbindung kann ½V_DD als Gleichtaktspannung für die Widerstände der zweiten und dritten Stufe R2.1, R2.2, R3.1 und R3.2 definieren. Diese beiden Gleichtaktdomänen können durch die Zwischenschaltung der Kondensatoren C1.1 und C1.2 zwischen den Knoten N1.1, N1.2 auf einer Seite und den Knoten N2.1, N2.2 auf der anderen Seite diskret voneinander gehalten werden. In anderen Schaltungsanwendungen kann es zweckmäßig sein, Gleichtaktspannungen zu definieren, welche sich von der in 2 gezeigten Masse und ½V_DD-Spannungen unterscheiden.
• Die Kapazität des Kondensators C2 kann größer als die Kapazität der Kondensatoren C1.1 und C1.2 sein. Beispielsweise kann die Kapazität von C2 6- bis 10-mal größer als diejenige der Kondensatoren C1.1 und C1.2 sein.
• Während des Betriebs kann der Isolator eine Differenzeingangsspannung am Filter an den Knoten N1.1, N1.2 vorlegen. Das heißt, unter idealen Betriebsbedingungen würde die Spannung, welche am Knoten N1.1 vorgelegt wird, um eine Gleichtaktspannung zentriert sein und würde invers zur Spannung variieren, welche bei N1.2 vorgelegt wird, die auch um die Gleichtaktspannung zentriert ist. Die Gleichtaktspannung würde unter idealen Betriebsbedingungen nicht variieren.
• Betriebsbedingungen können jedoch Transienten am Isolator induzieren, welche bewirken, dass die Gleichtaktspannung von ihrem Idealwert abweicht. Solche Transienten können bewirken, dass die Gleichtaktspannung die hohe Versorgungsspannung V_DD überschreitet oder niedriger als Masse wird. Transienten über V_DD oder niedriger als Masse können unsachgemäßen Betrieb am Empfänger 140 bewirken, falls sie am Empfänger 140 (1) eingegeben werden.
• Die Ausführungsform von 2 kann die Effekte solcher Transienten in einem Isolatorsystem reduzieren. Transienten sind oft kurzfristige Hochfrequenzereignisse, bei denen die Kondensatoren C1.1 und C1.2 als Kurzschlüsse erscheinen können. Wenn folglich eine Transiente an den Knoten N1.1 und N1.2 vorgelegt wird, können die Widerstände der ersten und zweiten Stufe R1.1, R1.2, R2.1 und R2.2 als einfaches Parallelwiderstandsnetz erscheinen, was hilft, die Größe der Transienten zu dämpfen, welche am Empfänger 140 (1) vorgelegt werden.
• 3 veranschaulicht eine Reihe von beispielhaften Wellenformen, welche die Ausbreitung einer Transienten in der Schaltung von 2 repräsentieren. Die graphische Darstellung (a) veranschaulicht eine Gleichtaktkomponente einer Transienten, welche von einem Isolator vorgelegt werden kann. Sie wird nicht-differentiell an beiden Knoten N1.2 und N1.2 vorgelegt. In diesem Beispiel wird die Transiente als Strompuls I_CM veranschaulicht, welcher beim Zeitpunkt t0 beginnt und bis zum Zeitpunkt t1 fortgesetzt wird. In der Praxis können Transienten auch Differenzkomponenten aufweisen, diese sind jedoch nicht im Beispiel von 3 veranschaulicht.
• Beim Einsetzen des Transientenstrompulses kann der Strom I_CM zwischen den Widerständen der ersten Stufe R1.1, R1.2 und den Widerständen der zweiten Stufe R2.1, R2.2 aufgeteilt sein. Mathematisch können diese Ströme repräsentiert werden als: $${\text{I}}_{\text{R1}\text{.1}}={\text{I}}_{\text{R1}\text{.2}}=\frac{{\text{I}}_{\text{CM}}\text{R2}\text{.2}}{\text{R1}\text{.1}+\text{R2}\text{.1}},$$

  

  und $${\text{I}}_{\text{R2}\text{.1}}={\text{I}}_{\text{R2}\text{.2}}=\frac{{\text{I}}_{\text{CM}}\text{R1}\text{.1}}{\text{R1}\text{.1}+\text{R2}\text{.1}},$$

  

  wobei I_R1.1 und I_R1.2 jeweils Ströme durch die Widerstände R1.1 und R1.2 repräsentieren und I_R2.1 und I_R2.2 jeweils Ströme durch die Widerstände R2.1 und R2.2 repräsentieren.
• In der Spannungsdomäne können die Spannungen V1.1, V1.2 an den Knoten N1.1 und N1.2 von ihrer Gleichtaktspannung (Masse) verschoben werden zu: $$\text{V1}\text{.1}=\text{V1}\text{.2}={\text{I}}_{\text{CM}}\left(\text{R1}\text{.1}||\text{R2}\text{.1}\right),$$

  

  wobei R1.1||R2.1 eine effektive Impedanz repräsentiert, welche durch eine parallele Verbindung der Widerstände R1.1 und R2.1 vorgelegt wird. Folglich werden in der graphischen Darstellung 3(b) die Spannungen V1.1 und V1.2 als übergehend zu diesem Pegel zum Zeitpunkt t₀ veranschaulicht.
• Auf ähnliche Weise können die Spannungen V2.1, V2.2 an den Knoten N2.1 und N2.2 von ihrer Gleichtaktspannung ½V_DD) verschoben werden zu: $$\text{V2}\text{.1}=\text{V2}\text{.2}=\frac{1}{2}{\text{V}}_{\text{DD}}{\text{+I}}_{{}_{\text{CM}}}\left(\text{R1}\text{.1}||\text{R2}\text{.1}\right).$$

  
• Folglich werden in der graphischen Darstellung 3(c) die Spannungen V2.1 und V2.2 als übergehend zu diesem Pegel zum Zeitpunkt t₀ veranschaulicht.
• Falls die Stromtransiente eine ausreichend lange Dauer aufweist, dann können die Kondensatoren C1.1, C1.2 Impedanz am Transientenstrompuls I_CM vorlegen. Gekoppelt mit den Widerständen der ersten und zweiten Stufe R1.1, R1.2, R2.1 und R2.2 bilden die Kondensatoren C1.1, C1.2 ein RC-Netz mit einer Zeitkonstante aus. $$\mathrm{\tau }=\text{C1}\text{.1}\cdot \left(\text{R1}\text{.1}+\text{R2}\text{.1}\right).$$

  
• Folglich veranschaulicht die graphische Darstellung 3(b) die Spannungen V1.1 und V1.2 übergehend zu einer Spannung V=I_CM·R1.1 mit einer Rate, welche durch die Zeitkonstante τ bestimmt wird.
• Auf ähnliche Weise können sich, falls die Stromtransiente eine ausreichend lange Dauer aufweist, die Kondensatoren C1.1, C1.2 und C2 dann wie ein RC-Netz mit den Widerständen der zweiten und dritten Stufe R2.1, R2.2, R3.1 und R3.2 verhalten. Die Spannungen V2.1 und V2.2 an den Knoten N2.1 und N2.1 können von ihrem verschobenen Wert auf einen Zwischenwert abfallen, gegeben durch: $$\text{V2}\text{.1}=\text{V2}\text{.2}=\frac{1}{2}{\text{V}}_{\text{DD}}{\text{+I}}_{\text{CM}}\text{R2}\text{.2}\frac{\text{C1}\text{.1}}{\text{C2}}.$$

  

  Folglich veranschaulicht die graphische Darstellung 3(c) die Spannungen V2.1 und V2.2 abfallend auf diesen Pegel nach der anfänglichen Verschiebung zum Zeitpunkt t₀. Wie in der obigen Gleichung gezeigt, wenn C2 6- bis 10-mal größer als C1.1 und C1.2 ist, kann dies die Spannungsvariationen reduzieren, welche vom Gleichtaktstrom I_CM bewirkt werden.
• Am Knoten N_M, kann der Kondensator C2 modelliert werden, dass er einen Strompuls durch beide Widerstände der zweiten Stufe R2.1 und R2.2 empfängt. Er kann einen Strompuls empfangen, welcher diese Form aufweist: $${\text{I}}_{\text{C2}}=2{\text{I}}_{\text{CM}}\frac{\text{R2}\text{.2}}{\text{R2}\text{.1+R2}\text{.2}}.$$

  

  Die Spannung am Knoten N_M kann daher eine Spitze aufweisen von: $${\text{V}}_{\text{M}}=\frac{1}{2}{\text{V}}_{\text{DD}}+2{\text{I}}_{\text{CM}}\text{R2}\text{.2}\frac{\text{C1}\text{.1}}{\text{C2}}.$$

  

  3(d) veranschaulicht diese Effekte.
• Der Transientenstrom I_CM wird als sofort zum Zeitpunkt t₁ beendet veranschaulicht. Der Filter 200 kann in einer komplementären Weise auf den Übergang reagieren, welcher zum Zeitpunkt t₀ veranschaulicht ist. Das heißt, die Spannungen, V1.1, V1.2 können von ihrer Spannung V1.1=V1.2=I_CM*R1.1 um einen Betrag verschoben werden, welcher durch ΔV1.1=ΔV1.2=-I_CM(R2.1||R2.2) repräsentiert ist, und können dann gemäß der Zeitkonstante τ in Richtung Null übergehen. Auf ähnliche Weise können die Spannungen V2.1, V2.2 von den Spannungen $\text{V2}\text{.1}=\text{V2}\text{.2}=\frac{1}{2}{\text{V}}_{\text{DD}}{\text{+I}}_{\text{CM}}\text{R2}\text{.2}\frac{\text{C1}\text{.1}}{\text{C2}}$

  

  um einen Betrag ΔV2.1=ΔV2.2=-I_CM(R2.1||R2.2) verschoben werden.
• Nach diesen anfänglichen Übergängen können die Spannungen V1.1, V1.2, V2.1 und V2.2 in stationäre Spannungen übergehen, welche jeweils durch ihre gewöhnlichen Gleichtaktwerte von Masse und V_DD repräsentiert sind.
• Wie angegeben, repräsentieren die graphischen Darstellungen von 3 Simulationen von Spannungen innerhalb des Filters 200, wenn durch einen Transientenstrompuls vorgelegt, welcher eine Sprungfunktion repräsentiert. Diese Sprungfunktion (graphische Darstellung 3(a)) repräsentiert einen Strom, welcher sofort zum Zeitpunkt t0 von der Größe Null zu einer Größe I_CM übergeht und sofort zum Zeitpunkt t1 von der Größe I_CM zurück zur Größe Null übergeht. In der Praxis weisen solche Stromübergänge wahrscheinlich endliche Anstiegszeiten und Abfallzeiten auf, was bewirken kann, dass Spitzen der Spannungen V1.1, V1.2, V2.1 und V2.2 niedriger sind als diejenigen, welche in dieser Simulation repräsentiert sind.
• Zurückkehrend zu 2 stellt der Filter 200 Schaltungsentwicklern Möglichkeiten bereit, um Effekte von Transienten beim Schaltungsdesign abzuschwächen. Wie bereits erwähnt, kann abnormales Empfängerverhalten auftreten, falls Eingangsspannungen (solche wie Knoten N2.1 und N2.2) V_DD überschreiten oder niedriger als Masse werden. Schaltungsentwickler können die Widerstandswerte für die Widerstände R2.1, R1.2, R2.1 und R2.2 jedoch auswählen, um die Effekte solcher Transienten abzuschwächen.
• Während des Schaltungsdesigns können Schaltungsentwickler Eigenschaften von Spannungstransienten schätzen, welche voraussichtlich vom Filter 200 (2) angetroffen werden, und sie als $\frac{dV}{dt}$

  

  repräsentieren. Ausgehend von dieser Schätzung können die Schaltungsentwickler einen maximalen I_CM schätzen, welcher von solchen Transienten induziert werden kann. Schaltungsentwickler können dann Widerstandswerte gemäß einer Designregel auswählen: $$\text{R}\le \frac{1}{2}\frac{{\text{V}}_{\text{DD}}}{{\text{I}}_{\text{CM}}},\text{ wobei R}=\left(\text{R1}\text{.1}||\text{R2}\text{.1}\right).$$

  
• In der Praxis können eine Vielzahl von Widerstandswerten diese Designregel erfüllen. Dementsprechend haben Schaltungsentwickler Möglichkeiten, um Widerstandswerte auszuwählen, welche andere Designziele erfüllen, wie beispielsweise Stromverbrauch und Kopplungsverhalten des Isolators.
• 4 und 5 veranschaulichen den Betrieb eines alternativen Designs für einen Filter in einem Isolatorsystem. In dieser Ausführungsform ist eine Isolatorvorrichtung direkt mit Eingängen einer Empfängervorrichtung an den Knoten NRX1, NRX2 gekoppelt. Ein Paar von Widerständen RX1.1, RX1.2 kann über die Empfängereingänge gekoppelt sein, wobei ein Zwischenknoten N_M mit einem Kondensator CX1 und einem Spannungsteiler gekoppelt ist, welcher durch die Widerstände RX2.1, RX2.2 ausgebildet ist.
• 5 veranschaulicht den Betrieb des in 4 gezeigten Filters unter ähnlichen Umständen wie in 3 veranschaulicht. In diesem Fall kann ein Pulsstrom I_CM, welcher eine Gleichtakttransiente repräsentiert, eine eskalierende Spannung VRX1, VRX2 an den Eingangsknoten NRX1, NRX2 des Empfängers bewirken. Die Spannung kann sofort auf eine Spannung von $\frac{1}{2}{\text{V}}_{\text{DD}}+{\text{I}}_{\text{CM}}\text{RX1}\text{.1}$

  

  springen und mit einer einer Anstiegsgeschwindigkeit ansteigen, welche durch $2\frac{{\text{I}}_{\text{CM}}}{\text{CX1}}$

  

  repräsentiert ist. Wie in 5 veranschaulicht, kann die Spannung an den Knoten NRX1, NRX2 einen Maximalwert von $\frac{1}{2}{\text{V}}_{\text{DD}}+{\text{I}}_{\text{CM}}\text{RX1}\text{.1}+2\frac{{\text{I}}_{\text{CM}}}{\text{CX1}}\text{dt}$

  

  erreichen, wobei dt die Dauer der Gleichtakttransienten repräsentiert. Daher kann die Länge der Gleichtakttransienten unter bestimmten Umständen ausreichen, um zu bewirken, dass die Spannung an den Knoten NRX1, NRX2 die Versorgungsspannungen des Empfängers überschreitet.
• 5 veranschaulicht auch Effekte an einem Zwischenknoten N_M, welcher die Gleichtaktreferenzspannung an das Widerstandsnetz RX1.1, RX1.2 liefert. Bei diesem Design kann eine Gleichtakttransiente auch die Spannung bei N_M beeinflussen, wobei bewirkt wird, dass sie mit einer Anstiegsgeschwindigkeit von $2\frac{{\text{I}}_{\text{CM}}}{\text{CX1}}$

  

  ansteigt.
• Somit stellt die Ausführungsform von 2, wie oben gezeigt, einen erhöhten Schutz für ein Isolationssystem bei Vorhandensein von Gleichtakttransienten bereit.
• Mehrere Ausführungsformen der Erfindung sind hierin speziell veranschaulicht und/oder beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass Modifikationen und Variationen der Erfindung durch die obigen Lehren und innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche abgedeckt sind, ohne vom Wesen und beabsichtigten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Weitere Variationen sind zulässig, welche mit den oben beschriebenen Prinzipien übereinstimmen.

Claims (14)

1. Isolatorsystem, umfassend: einen Isolator (120), welcher differentielle Isolatorsignale erzeugt; einen Empfänger (140) zum Erzeugen digitaler Daten, welche repräsentativ für Signale sind, die über den Isolator empfangen werden; und einen RC-Filter (130), welcher mit dem Isolator und dem Empfänger gekoppelt ist, wobei der Filter (130) umfasst: einen ersten Eingangsknoten (N1.1); einen zweiten Eingangsknoten (N1.2); einen ersten Ausgangsknoten (N2.1); einen zweiten Ausgangsknoten (N2.2); einen ersten Referenzknoten (GND); einen zweiten Referenzknoten (N_M); einen ersten Widerstand (R1.1) der zwischen dem ersten Eingangsknoten (N1.1) und dem ersten Referenzknoten (GND) verbunden ist; einen zweiten Widerstand (R1.2) der zwischen dem zweiten Eingangsknoten (N1.2) und dem ersten Referenzknoten (GND) verbunden ist; einen ersten Kondensator der zwischen dem ersten Eingangsknoten (N1.1) und dem ersten Ausgangsknoten (N2.1) verbunden ist; einen zweiten Kondensator der zwischen dem zweiten Eingangsknoten (N1.2) und dem zweiten Ausgangsknoten (N2.2) verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2.1) der zwischen dem erstens Ausgangsknoten (N2.1) und dem zweiten Referenzknoten (N_M) verbunden ist; einen vierten Widerstand (R2.2) der zwischen dem zweiten Ausgangsknoten (N2.2) und dem zweiten Referenzknoten (N_M) verbunden ist; einen dritten Kondensator (C2) der zwischen dem zweiten Referenzknoten (N_M) und einer Versorgungsleitung oder Masse verbunden ist.
2. System nach Anspruch 1, wobei der Filter ferner umfasst: einen Spannungsteiler, welcher sich zwischen einem Paar von Versorgungsspannungen erstreckt, und der mit dem zweiten Referenzknoten verbunden ist.
3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Isolator (120) einen Transformator umfasst.
4. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Isolator (120) ein Paar von Kondensatoren umfasst.
5. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Isolator (120) einen Magnetowiderstand umfasst.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Isolatorsystem weiterhin einen Sender (110) umfasst, und der Sender (110) ein On-Off-Key-Modulator ist.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Isolatorsystem weiterhin einen Sender (110) umfasst, und der Sender (110) ein Pulszahlmodulator ist.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Isolatorsystem weiterhin einen Sender (110) umfasst, und der Sender (110) ein Pulspolaritätsmodulator ist.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolator, der Filter und der Empfänger auf einem gemeinsamen Substrat bereitgestellt sind.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Isolator auf einem ersten Substrat und der Filter und der Empfänger auf einem zweiten Substrat bereitgestellt sind.
11. Filter für ein Isolatorsystem, umfassend: einen ersten Eingangsknoten (N1.1); einen zweiten Eingangsknoten (N1.2); einen ersten Ausgangsknoten (N2.1); einen zweiten Ausgangsknoten (N2.2); einen ersten Referenzknoten (GND); einen zweiten Referenzknoten (N_M); einen ersten Widerstand (R1.1) der zwischen dem ersten Eingangsknoten (N1.1) und dem ersten Referenzknoten (GND) verbunden ist; einen zweiten Widerstand (R1.2) der zwischen dem zweiten Eingangsknoten (N1.2) und dem ersten Referenzknoten (GND) verbunden ist; einen ersten Kondensator der zwischen dem ersten Eingangsknoten (N1.1) und dem ersten Ausgangsknoten (N2.1) verbunden ist; einen zweiten Kondensator der zwischen dem zweiten Eingangsknoten (N1.2) und dem zweiten Ausgangsknoten (N2.2) verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2.1) der zwischen dem erstens Ausgangsknoten (N2.1) und dem zweiten Referenzknoten (N_M) verbunden ist; einen vierten Widerstand (R2.2) der zwischen dem zweiten Ausgangsknoten (N2.2) und dem zweiten Referenzknoten (N_M) verbunden ist; und einen dritten Kondensator (C2) der zwischen dem zweiten Referenzknoten (N_M) und einer Versorgungsleitung oder Masse verbunden ist.
12. Filter nach Anspruch 11, ferner umfassend: einen Spannungsteiler, welcher sich zwischen einem Paar von Versorgungsspannungen erstreckt, und mit dem zweiten Referenzknoten (N_M) verbunden ist.
13. Filter nach Anspruch 12, wobei eine Kapazität des dritten Kondensators (C2) wenigstens zweimal die Kapazität von jedem des ersten und zweiten Kondensators (C1.1, C1.2) ist.
14. Filter nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Spannungsteiler ein Paar von in Reihe verbundenen Widerständen umfasst.

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