IT201600088207A1 - Circuito di isolamento galvanico, sistema e procedimento corrispondenti - Google Patents
Circuito di isolamento galvanico, sistema e procedimento corrispondentiInfo
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Description
“Circuito di isolamento galvanico, sistema e procedimento corrispondenti”
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo tecnico
La descrizione è relativa ai circuiti di isolamento galvanico.
Una o più forme di attuazione possono essere applicate ai circuiti di reiezione dei transitori di modo comune (CMT, “Common-Mode Transient”) in sistemi di trasferimento di alimentazione/dati con isolamento galvanico (ossia, convertitori continua-continua con canali dati isolati).
Sfondo tecnologico
Varie applicazioni possono comportare di trasferire alimentazione e dati attraverso una barriera di isolamento galvanico per es. di vari kilovolt. Esempi di tali applicazioni possono essere sistemi usati nel campo industriale (per es., dispositivi di pilotaggio (“driver”) di gate high-side), nel campo medicale (per es., dispositivi impiantabili), in interfacce di sensori isolate e nell’illuminazione.
Questi sistemi isolati possono essere progettati per fornire un isolamento galvanico nel campo da 2 a 10 kV.
Anche un isolamento dinamico nell’ordine di alcune decine di kV/µs può essere una caratteristica auspicata, per es. al fine di trattare rapidi fluttuazioni (shift) nei riferimenti di massa. Gli accoppiamenti capacitivi parassiti tra unità, per es. interfacce, isolate possono fare sì che queste fluttuazioni della massa abbiano come risultato l’iniezione di una corrente di modo comune, ICM. La corrente iniettata può produrre a sua volta pericolose sovratensioni e/o errori nella trasmissione di dati, da cui può conseguire una indesiderata degradazione del tasso di errore di bit o BER (“Bit Error Rate”).
Una tale corrente ICMpuò comprendere una componente in continua proporzionale sia alla capacità parassita della barriera di isolamento, CP, sia allo slew rate (massimo) di tensione, dVCM/dt, tra due unità isolate, cioè, ICM= CPdVCM/dt. La corrente ICMpuò anche convogliare armoniche ad alta frequenza.
L’immunità ai transitori di modo comune (CMTI, “Common-Mode Transient Immunity”) definisce il massimo slew rate in tensione (dV/dt) tra due interfacce isolate che un sistema isolato è atto a sopportare.
Scopo e sintesi
Uno scopo di una o più forme di attuazione è affrontare gli inconvenienti delineati in precedenza, facilitando l’ottenimento di prestazioni costanti di immunità ai transitori di modo comune (CMTI), per es. con data rate crescenti.
Secondo una o più forme di attuazione, tale scopo può essere raggiunto per mezzo di un circuito avente le caratteristiche richiamate nelle rivendicazioni che seguono.
Una o più forme di attuazione possono essere relative a un corrispondente sistema e/o a un corrispondente procedimento.
In una o più forme di attuazione, l’isolamento galvanico può essere facilitato da un ossido spesso tra gli avvolgimenti di un trasformatore integrato differenziale con prese (“tap”) centrali primaria e secondaria.
In una o più forme di attuazione, le prese centrali del trasformatore possono essere usate come percorsi a bassa impedenza per le correnti parassite (componente in continua e componenti a bassa frequenza).
In una o più forme di attuazione, può essere incluso uno stadio amplificatore passa-banda integrato al fine di reiettare il rumore di modo comune ad alta frequenza, migliorando nel contempo la reiezione del rumore a bassa frequenza.
In confronto a certi dispositivi noti, una o più forme di attuazione possono facilitare l’ottenimento di prestazioni costanti di immunità ai transitori di modo comune (CMTI) con data rate crescenti, implementando (soltanto) un filtraggio di modo comune.
Una o più forme di attuazione, possono offrire uno o più dei seguenti vantaggi:
- un consumo di corrente controllato può facilitare l’ottenimento di un’alta efficienza di potenza; questo può essere vantaggioso nei dispositivi convertitori continua-continua isolati in cui avviene una comunicazione dati;
- una compatibilità con gli approcci (completamente) integrati;
- si evita una limitazione intrinseca della reiezione ai CMT (per es., attraverso stadi di amplificatore passa banda in cascata);
- non intervengono compromessi tra la reiezione ai CMT e il livello della corrente iniettata;
- le prestazioni di reiezione ai CMT possono essere indipendenti dal data rate;
- si può usare uno stadio di filtraggio attivo al fine di incrementare il guadagno complessivo del ricevitore.
Breve descrizione delle figure
Una o più forme di attuazione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, nelle quali:
- la Figura 1 è una rappresentazione esemplificativa di un possibile contesto di uso di forme di attuazione;
- la Figura 2 è uno schema a blocchi di forme di attuazione;
- la Figura 3 è un ulteriore schema a blocchi di forme di attuazione; e
- la Figura 4 è un esempio di possibili applicazioni di forme di attuazione.
Descrizione dettagliata
Nella descrizione che segue, sono illustrati uno o più dettagli specifici, allo scopo di fornire una comprensione approfondita degli esempi delle forme di attuazione della descrizione che segue. Le forme di attuazione possono essere ottenute con uno o più dei dettagli specifici o con altri procedimenti, componenti, materiali, e così via. In altri casi, operazioni, materiali o strutture note non sono illustrate o descritte in dettaglio in modo tale che certi aspetti delle forme di attuazione non saranno resi poco chiari.
Un riferimento a “una forma di attuazione” nel quadro della presente descrizione intende indicare che una particolare configurazione, struttura, caratteristica descritta con riferimento alla forma di attuazione è conforme ad almeno una forma di attuazione. Per cui, le frasi come “in una forma di attuazione” o “in una (o più) forme di attuazione” che possono essere presenti in uno o più punti nella presente descrizione non fanno necessariamente riferimento proprio alla stessa forma di attuazione. Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche come esemplificato con riferimento ad una qualsiasi delle figure possono essere combinate in un altro modo qualsiasi del tutto adeguato in una o più forme di attuazione, come eventualmente esemplificato in altre figure.
I riferimenti usati qui sono forniti semplicemente per convenienza e quindi non definiscono l’ambito di protezione o l’ambito delle forme di attuazione.
Nel corso di questa descrizione si farà riferimento a vari documenti. I riferimenti a questi documenti includeranno un numero tra parentesi quadre (per es., [X]), dove il numero tra parentesi è il numero che identifica il documento cui si fa riferimento nell’ELENCO DEI RIFERIMENTI CITATI NELLA DESCRIZIONE riportato alla fine di questa descrizione.
Una o più forme di attuazione possono fornire una barriera di isolamento (galvanico) GI in un sistema con il layout generale esemplificato nella Figura 1, vale a dire un sistema comprendente una prima unità 10 e una seconda unità 12 che hanno rispettive linee di alimentazione VDD1, VDD2e masse GND1e GND2. Un segnale di modo comune VCMpuò stabilirsi tra le due masse GND1e GND2che possono essere esposte a fluttuazioni della massa e così a transitori o CMT (per es., dVCM/dt).
Una o più forme di attuazione si possono applicare a sistemi nei quali si ha un trasferimento di potenza PT dall’unità 10 all’unità 12 mentre tra l’unità 10 e l’unità 12 può avvenire un trasferimento di dati DT (opzionalmente bidirezionale, per es. half-duplex).
Le interfacce uomo/dati, i controllori di rete/bus, comprese per es. le unità a microcontrollore (μCU, “microcontroller unit”), possono essere esempi di unità 10.
Interfacce di sensori, dispositivi di pilotaggio di gate, apparecchiature medicali, dispositivi di rete di comunicazioni possono essere esempi di unità 12.
Una o più forme di attuazione possono fornire un circuito di isolamento (galvanico) adatto per l’uso per es. in implementazioni completamente integrate, come descritto per es. in [1].
Una o più forme di attuazione possono fornire un circuito di reiezione dei transitori di modo comune (CMT) comprendente un percorso a bassa impedenza per le componenti in continua e a bassa frequenza delle correnti di modo comune, implementando nel contempo un filtraggio attivo per le componenti ad alta frequenza.
Norme come per es. la VDE 0884-10 sono state sviluppate al fine di tenere espressamente in conto la disponibilità di isolatori a semiconduttore altamente integrati con barriere di isolamento a micro-scala, utilizzanti tecniche di trasferimento magnetico o capacitivo.
Nel fornire una comunicazione dati con isolamento galvanico si possono usare condensatori di isolamento postprocessati o integrati [2]. Gli isolatori capacitivi possono usare una soluzione con due chip (cioè, RX e TX), sfruttando la trasmissione a impulsi o la modulazione di ampiezza a RF. Tuttavia, le tecniche con isolatore capacitivo possono non essere atte a fornire un trasferimento di potenza a causa della partizione di tensione dannosa all’ingresso del raddrizzatore di alimentazione.
Anche gli isolatori basati su trasformatore possono essere usati per la trasmissione di dati. I trasformatori di isolamento possono essere implementati per mezzo di fasi di post-processamento [3].
I trasformatori di isolamento post-processati possono anche essere sfruttati per un trasferimento di potenza ad alta efficienza [4]-[6] utilizzando un collegamento dedicato costituito da un oscillatore di potenza (cioè, il convertitore continua-alternata) e un raddrizzatore (cioè, il convertitore alternata-continua).
Sono anche stati sviluppati taluni trasformatori integrati in grado di sostenere vari kilovolt [7]. In base a questa tecnologia, sono stati resi disponibili sistemi di trasferimento dati con isolamento galvanico [9], mentre recentemente è stato dimostrato un trasferimento di potenza con alta efficienza [9]-[12].
I vantaggi e gli inconvenienti principali di vari diversi approcci di isolamento in termini delle prestazioni di immunità ai transitori di modo comune (CMTI) sono riassunti nella tabella qui di seguito.
Approcci di
Caratteristiche principali Prestazioni di CMTI isolamento
Isolamento galvanico on-chip Una CMTI elevata può Condensatori
Prodotti per trasferimento di comportare una integrati
dati già disponibili circuiteria aggiuntiva Compromesso costo/area e complessa per superare isolamento le correnti iniettate a causa dei condensatori di isolamento (cioè percorsi differenziali) Prodotti per trasferimento di
potenza e di dati disponibili Le basse capacità Trasformatore Ottenibili dati di targa di alto parassite consentono di post- isolamento galvanico ottenere una CMTI processato Basso livello di integrazione elevata quando si usa Efficienza degradata a dati di un canale dati dedicato targa di isolamento elevati
Isolamento galvanico on-chip
Prodotti per trasferimento di Si può ottenere una dati CMTI elevata per il Trasformatori
Trasferimento di potenza trasferimento di dati integrati
dimostrato nonostante le capacità Isolamento limitato a causa parassite più elevate dello spessore dell’ossido
Gli isolatori basati su capacità sono intrinsecamente affetti da transitori di modo comune che possono richiedere una circuiteria aggiuntiva per la reiezione ai CMT.
Gli approcci di isolamento basati su trasformatore possono beneficiare di una migliore CMTI grazie alle inferiori capacità (parassite) tra gli avvolgimenti del trasformatore. Tuttavia, i trasformatori di isolamento onchip [7] possono presentare capacità parassite apprezzabili a causa di uno spessore ridotto dello strato di isolamento rispetto ai dispositivi post-processati, richiedendo così circuiti appropriati di reiezione ai CMT.
In breve, gli approcci correnti per la reiezione ai CMT nei sistemi isolati galvanicamente possono comprendere:
- uno stadio di ingresso a bassa impedenza nel blocco RX (ricevitore), cioè l’unità 12;
- una circuiteria di retroazione di modo comune;
- una rete di isolamento con filtraggio multirisonante.
Il primo approccio può sfruttare un tipo di stadio di ingresso a base comune/gate comune per prelevare alte correnti di modo comune grazie a un percorso a bassa impedenza. Al fine di preservare la comunicazione di dati può essere necessaria una corrente di polarizzazione più elevata della corrente iniettata di modo comune. Inoltre, nonostante la sua semplicità, questa soluzione può avere una scarsa efficienza di potenza e non essere così adatta per dispositivi che comportano un trasferimento di potenza (per es. come raffigurato nella Figura 1).
Come indicato, certe soluzioni possono adottare una circuiteria di retroazione di modo comune [13], [14] per prelevare la corrente di modo comune iniettata. Si può così ottenere un basso consumo di potenza statico per conservare l’efficienza complessiva del sistema, con le prestazioni di CMTI influenzate eventualmente in modo avverso da una larghezza di banda limitata. Questo approccio è adatto quando si generanobasse capacità parassite, e perciò basse correnti di modo comune, o se la specifica di CMTI non è molto stringente.
L’ultimo approccio menzionato in precedenza può comportare una rete di filtraggio passiva multi-risonante con dispositivi di isolamento on-board [15]. Come dimostrato in [16], con questo approccio si può ottenere una CMTI di fino a 150 kV/µs. Tuttavia, un tale approccio può non essere adatto per l’uso in una architettura di convertitore continua-continua (completamente) integrato. Inoltre, le prestazioni di CMTI possono dipendere dal data rate a causa in quanto il filtro non è in grado di distinguere i segnali differenziali e di modo comune.
Una o più forme di attuazione sono esemplificate nelle Figure 2 e 3, dove le parti o gli elementi corrispondenti a parti o elementi già discussi in relazione alla Figura 1 sono indicati con riferimenti analoghi, senza ripetere senza necessità una corrispondente descrizione.
Come nel caso della Figura 1, la Figura 2 rappresenta un sistema che comprende una prima unità 10 e una seconda unità 12 (per es., due chip a semiconduttori distinti) che hanno rispettive linee di alimentazione VDD1, VDD2e di massa GND1e GND2.
Le masse GND1e GND2possono essere esposte a fluttuazioni della massa e così a transitori o CMT (per es. dVCM/dt).
In una o più forme di attuazione, la prima unità 10 e la seconda unità 12 possono comprendere un trasmettitore 100 e un ricevitore 120.
In una o più forme di attuazione, come esemplificato nelle Figure 2 e 3, una barriera di isolamento galvanico GI può comprendere un trasformatore differenziale (per es., integrato) 20 con, rispettivamente, un avvolgimento primario e un secondario 21 e 22.
In una o più forme di attuazione, l’avvolgimento primario e quello secondario 21 e 22 del trasformatore 20 possono comprendere prese (tap) centrali 21a, 22a.
In una o più forme di attuazione, l’avvolgimento secondario 22 del trasformatore 20 può pilotare uno stadio passa-banda 24 (per es., integrato), come per es. uno stadio amplificatore passa-banda 24.
In una o più forme di attuazione, il trasformatore 20 può fornire un isolamento galvanico per mezzo di uno strato di ossido spesso 23 tra i suoi avvolgimenti 21 e 22.
In una o più forme di attuazione, le prese centrali 21a, 22a dell’avvolgimento primario e di quello secondario 21 e 22 del trasformatore 20 possono fornire percorsi a bassa impedenza per le componenti a bassa frequenza ed in continua della corrente di modo comune.
In una o più forme di attuazione, lo stadio amplificatore passa-banda 24 può svolgere un’azione di reiezione del rumore di modo comune ad alta frequenza, migliorando nel contempo la reiezione del rumore a bassa frequenza.
La Figura 3 (nella quale parti o elementi simili alle parti o agli elementi già discussi in relazione alle Figure 1 e 2 sono indicati con riferimenti analoghi, senza ripetere senza necessità una descrizione corrispondente) rappresenta uno schema a livello di transistor di una o più forme di attuazione utilizzabili per una trasmissione DT con modulazione di ampiezza a RF tra le unità 10 e 12.
In una o più forme di attuazione, come esemplificato nella Figura 3, un filtraggio di CMT può essere implementato per mezzo di uno stadio amplificatore passabanda 24 comprendente uno stadio amplificatore differenziale - per es. dei transistor 24a, 24b quali dei FET - con un carico risonante LC 26a, 26b (opzionalmente simmetrico).
In una o più forme di attuazione, il filtro LC nel carico risonante 26a, 26b può essere accordato a una frequenza portante dati come usata per la trasmissione DT (per es., modulazione di ampiezza RF -ASK), svolgendo così un’azione di reiezione del rumore di modo comune e consentendo nel contempo una trasmissione di dati.
In una o più forme di attuazione, il filtro LC nello stadio 24 può fornire un fattore Q elevato per i segnali di modo comune, così da avere una migliore reiezione del rumore di modo comune, mentre si possono provvedere dei resistori 28a, 28b al fine di ridurre il fattore Q per i segnali differenziali in conformità con il bit rate dei dati.
Si è notato che il rapporto di reiezione di modo comune (CMRR, “Common-Mode Rejection Ratio”) di una semplice coppia differenziale (per es. 24a, 24b) può essere ridotto alle alte frequenze grazie alla capacità parassita CPAR(per es. ai source dei FET).
Diversamente da certe soluzioni tradizionali, in una o più forme di attuazione come qui esemplificate, la CMTI può essere indipendente dal data rate. Inoltre, il consumo di corrente può essere controllato, il che può essere vantaggioso per aumentare l’efficienza di potenza.
La robustezza della circuiteria di reiezione di una o più forme di attuazione è stata dimostrata con riferimento a un collegamento dati a 50 Mbit/s in presenza di un CMT con una pendenza di 25 kV/µs. Si è trovato che un segnale modulato ASK ricevuto all’avvolgimento secondario 22 del trasformatore 20 era affetto da un disturbo di modo comune che ostacola una demodulazione accurata. Dopo la circuiteria di reiezione ai CMT (per es., 24), si è verificato che questo disturbo era stato rimosso, facilitando così una demodulazione corretta dello stream di dati trasmesso.
Per semplicità e facilità di comprensione, la descrizione che precede è stata fornita con riferimento a forme di attuazione nelle quali la prima unità 10 e la seconda unità 12 comprendono un trasmettitore 100 e un ricevitore 120, con l’ipotesi che abbia luogo una trasmissione di dati DT dal trasmettitore 100 al ricevitore 120(in modo monodirezionale).
Una o più forme di attuazione possono essere facilmente incluse in sistemi nei quali un collegamento isolato a RF è usato per un trasferimento di dati bidirezionale (per es. half-duplex), per es. per mezzo di una modulazione ASK.
Un convertitore continua-continua con isolamento galvanico con trasmissione di dati bidirezionale come descritto in [1] è un esempio di un tale sistema.
La Figura 4 è qui uno schema a blocchi, basato per es. sulle Figure 5 e 6 di [1], che rappresenta un’implementazione generale di un convertitore continuacontinua con isolamento galvanico con una trasmissione di dati bidirezionale utilizzante un collegamento isolato per trasferire potenza con efficienza elevata e un collegamento di retroazione per controllare la tensione in continua in uscita e supportare inoltre una comunicazione half-duplex bidirezionale.
Un primo chip a circuito integrato (Chip A; indicato anche come circuito o interfaccia) comprende un oscillatore 102 alimentato da una prima tensione di alimentazione VDD riferita a una prima tensione di massa GND1. I terminali di uscita dell’oscillatore 102 sono accoppiati ai terminali di un avvolgimento primario 104 di un primo trasformatore 106. Un oscillatore di potenza a frequenza molto alta (VHF, “Very High Frequency”) è formato dall’oscillatore 102 e dal primo trasformatore 106. Il primo trasformatore 106 comprende inoltre un avvolgimento secondario 108 i cui terminali sono accoppiati a dei pad di collegamento (“bonding pad”) del primo chip. La gamma di frequenze VHF del segnale dell’oscillatore fornito in uscita dall’oscillatore può essere, per esempio, da 100 MHz a 500 MHz secondo la sintesi progettuale di efficienza degli elementi basilari o “building block” (cioè, l’oscillatore, il trasformatore, il raddrizzatore).
Il primo chip A comprende inoltre un secondo trasformatore 116 che ha un avvolgimento secondario 114 a presa centrale (“center-tapped”) formato dagli avvolgimenti 114a e 114b accoppiati in serie a un nodo connesso alla prima tensione di massa o VDD. Il secondo trasformatore 116 comprende inoltre un avvolgimento primario 118 a presa centrale formato dagli avvolgimenti 118a e 118b accoppiati in serie a un nodo con i terminali dell’avvolgimento 118 e il nodo di presa centrale accoppiato ai bonding pad del primo chip.
I trasformatori 106 e 116 formano la barriera galvanica e supportano rispettivamente un primo e un secondo collegamento con isolamento galvanico tra il primo e il secondo chip.
Un circuito rilevatore di picco PD è accoppiato ai terminali del secondo avvolgimento 114. Il circuito PD funziona in modo da rilevare la tensione di picco di un segnale oscillante presente nell’avvolgimento secondario 114. Un segnale di uscita 122 dal circuito PD, indicativo della tensione di picco rilevata, è accoppiato a un ingresso di un circuito di controllo (CTRL) 128 con modulazione a larghezza di impulso (PWM, “Pulse Width Modulation”). Il circuito di controllo PWM 128 comprende un ulteriore ingresso 132 configurato in modo da ricevere un segnale di riferimento PWM sotto forma di un segnale a onda quadra oscillante con una frequenza da alcune decine di kilohertz ad alcune centinaia di kilohertz. Il circuito di controllo PWM 128 risponde alla differenza tra il segnale di uscita 122 e la tensione di riferimento PWM per generare un segnale di controllo PWM 134 che è applicato a un’attuazione di controllo (on/off) dell’oscillatore 102.
Il primo chip A comprende inoltre un circuito modulatore a bassa velocità (LS, “Low Speed”) 140 configurato in modo da ricevere un segnale dati (DataI,LS) e un segnale di clock (CKI,LS). Le uscite del circuito modulatore LS 140 sono accoppiate ai terminali dell’avvolgimento secondario 114 (cioè, accoppiate al lato del chip A della barriera galvanica del secondo collegamento isolato galvanicamente). Un circuito demodulatore ad alta velocità (HS, “High Speed”) 142 comprende ingressi accoppiati anche ai terminali dell’avvolgimento secondario 114. Il demodulatore HS fornisce in uscita un segnale dati (DataO,HS) e un segnale di clock (CKO,HS).
Un secondo chip a circuito integrato (Chip B; anche indicato come circuito o interfaccia) comprende un circuito raddrizzatore 150 che ha ingressi accoppiati a dei bonding pad del secondo chip. Questi bonding pad sono accoppiati da fili di bonding (“bonding wire”) 148 ai bonding pad sul primo chip associati ai terminali dell’avvolgimento secondario 108 del primo trasformatore 106. Una tensione di uscita VDCviene generata dal circuito raddrizzatore 150. La tensione di uscita è immagazzinata/filtrata da un condensatore di uscita 152 accoppiato a una seconda tensione di massa (GND2).
Un circuito amplificatore differenziale 154 comprende un primo ingresso accoppiato per ricevere la tensione di uscita VDCe un secondo ingresso accoppiato per ricevere una tensione di riferimento VREF. Il circuito 154 funziona in modo da determinare una differenza tra la tensione di uscita VDCe una tensione di riferimento VREF, e da generare un segnale di controllo (IBIAS) in un percorso di retroazione. Il segnale di controllo (IBIAS) è un segnale di errore indicativo dell’errore tra la tensione di uscita VDCe la tensione di riferimento VREF. Questo errore è fornito in retroazione al primo chip A per un uso nel controllare l’attuazione PWM dell’oscillatore 102 in modo da ottenere una regolazione della tensione di uscita VDCrispetto alla tensione di riferimento VREFcontrollando un trasferimento di potenza dal chip A al chip B.
Il secondo chip B comprende inoltre un oscillatore 160 che comprende un primo, un secondo e un terzo terminale di uscita accoppiati ai bonding pad del secondo chip. Questi bonding pad sono accoppiati da dei bonding wire 164 ai bonding pad sul primo chip associati ai terminali e al nodo di presa centrale dell’avvolgimento primario 118 del secondo trasformatore 116.
Un oscillatore a RF 162 di dati di controllo è formato di conseguenza dall’oscillatore 160 e dal secondo trasformatore 116. Questo oscillatore a radiofrequenza (RF) 162 di dati di controllo è usato per trasmettere l’errore di retroazione attraverso l’isolamento galvanico al primo chip A con un segnale di controllo (IBIAS) che causa una variazione dell’ampiezza di picco del segnale di oscillazione generato dall’oscillatore 160. La gamma di frequenze RF del segnale dell’oscillatore fornito in uscita dall’oscillatore 162 può essere, per esempio, dell’ordine di alcuni gigahertz.
Il secondo chip B comprende inoltre un circuito modulatore ad alta velocità (HS) 170 configurato in modo da ricevere un segnale di dati (DataI,HS) e un segnale di clock (CKI,HS). Le uscite del circuito modulatore HS 170 sono accoppiate al primo e al terzo terminale dell’oscillatore 160 e a corrispondenti terminali dell’avvolgimento primario 118 (cioè, accoppiate al lato del chip B della barriera galvanica per il secondo collegamento isolato galvanicamente). Un circuito demodulatore a bassa velocità (LS) 172 comprende ingressi anche accoppiati ai terminali dell’avvolgimento primario 118. Il demodulatore LS fornisce in uscita un segnale di dati (DataO,LS) e un segnale di clock (CKO,LS).
La Figura 4 esemplifica anche una possibile implementazione dei modulatori e dei demodulatori per un’implementazione di una trasmissione di dati half-duplex usando tecniche di modulazione numerica di ampiezza (ASK, “Amplitude Shift Keying”) in un convertitore continuacontinua con isolamento galvanico con una trasmissione di dati bidirezionale.
Il circuito modulatore a bassa velocità (LS) 140 comprende un circuito codificatore (ENC) configurato in modo da ricevere il segnale di dati (DataI,LS) e il segnale di clock (CKI,LS). Il circuito codificatore genera segnali di controllo per controllare l’attuazione dei circuiti di commutazione 144 (quali, per esempio, gli switch a transistor) che sono accoppiati tra i terminali dell’avvolgimento secondario 114 e la prima tensione di massa. Condensatori 146 sono accoppiati tra i terminali dell’avvolgimento secondario 114 e i circuiti di commutazione 144. Il circuito modulatore LS 140 è accoppiato di conseguenza al lato del chip A della barriera galvanica per il secondo collegamento isolato galvanicamente.
Il circuito demodulatore ad alta velocità (HS) 142 comprende un circuito rilevatore (DET) della demodulazione accoppiato ai terminali dell’avvolgimento secondario 114. L’uscita del circuito DET è elaborata da un circuito di recupero del clock e dei dati (CDR, “Clock and Data Recovery”) che fornisce in uscita un segnale di dati (DataO,HS) e un segnale di clock (CKO,HS). Il circuito demodulatore HS 142 è accoppiato di conseguenza al lato del chip A della barriera galvanica per il secondo collegamento isolato galvanicamente.
Il circuito modulatore ad alta velocità (HS) 170 comprende un circuito codificatore (ENC) configurato in modo da ricevere il segnale di dati (DataI,HS) e il segnale di clock (CKI,HS). Il circuito codificatore genera segnali di controllo per controllare l’attuazione dei circuiti di commutazione 174 (quali, per esempio, degli switch a transistor) che sono accoppiati tra il primo e il terzo terminale dell’oscillatore 160 (i terminali dell’avvolgimento primario 114) e la seconda tensione di massa. Condensatori 176 sono accoppiati tra il primo e il terzo terminale dell’oscillatore 160 (i terminali dell’avvolgimento primario 114) e i circuiti di commutazione 174. Il circuito modulatore HS 170 è accoppiato di conseguenza al lato del chip B della barriera galvanica per il secondo collegamento isolato galvanicamente.
Il circuito demodulatore a bassa velocità (LS) 172 comprende un circuito rilevatore (DET) della demodulazione accoppiato al primo e al terzo terminale dell’oscillatore 160 (i terminali dell’avvolgimento primario 114). L’uscita del circuito DET è elaborata dal circuito di recupero del clock e dei dati (CDR) che fornisce in uscita un segnale di dati (DataO,LS) e un segnale di clock (CKO,LS). Il circuito demodulatore LS 172 è accoppiato di conseguenza al lato del chip B della barriera galvanica per il secondo collegamento isolato galvanicamente.
Il convertitore continua-continua ad isolamento galvanico con trasmissione di dati bidirezionale come rappresentato nella Figura 4 funziona come segue. La tensione di uscita VDCè fornita dal primo chip A a un secondo chip B mediante un trasferimento di potenza attraverso la barriera galvanica usando un collegamento di potenza (cioè il primo collegamento isolato galvanicamente) formato dall’oscillatore di potenza VHF che usa il primo trasformatore (di isolamento) 106 come un carico risonante e dal circuito raddrizzatore 150. La tensione di uscita VDCè controllata in regolazione da un segnale di retroazione fornito dal secondo chip B al primo chip A attraverso la barriera galvanica usando un collegamento di retroazione isolato (cioè, il secondo collegamento isolato galvanicamente) formato dall’oscillatore di CTRL RF 160 che usa il secondo trasformatore (di isolamento) 116 come un carico risonante e dal circuito rilevatore di picco PD. Le informazioni di controllo del segnale di retroazione sono generate dall’amplificatore differenziale 154 e sono contenute nell’ampiezza modulata del segnale di controllo a RF generato dall’oscillatore 160. Quest’ampiezza è rilevata facilmente dal circuito rilevatore di picco per generare il segnale di uscita 122 che pilota il circuito di CTRL PWM 128. Il segnale di controllo PWM 134 accende e spegne l’oscillatore di potenza 102 con una frequenza di alcune centinaia di kilohertz, implementando così una tipica modulazione PWM per variare il livello della potenza trasferita attraverso la barriera galvanica per il primo collegamento isolato galvanicamente a una massima efficienza.
Il collegamento di retroazione isolato è ulteriormente sfruttato per supportare una comunicazione di dati halfduplex tra i chip A e B. Con l’uso di una modulazione desiderata (per esempio, ASK come rappresentato nella Figura 4) del segnale di controllo in ciascun avvolgimento del trasformatore di isolamento 116, una comunicazione di dati a bassa velocità (LS) dal chip A al chip B e una comunicazione di dati ad alta velocità (HS) dal chip B al chip A possono essere realizzate per mezzo di un disadattamento di impedenza negli avvolgimenti del trasformatore sull’uno o sull’altro lato della barriera galvanica attraverso condensatori (riferimenti 146 e 176) e resistenze di switch (riferimenti 144 e 174). È importante che la modulazione adottata (per esempio, modulazione numerica di ampiezza ASK) conservi il picco del segnale a RF che contiene le informazioni di controllo. Tipicamente, il data rate massimo dal chip A al chip B è inferiore al data rate massimo dal chip B al chip A, da cui le notazioni di bassa velocità (LS) e alta velocità (HS). Ciascun canale di dati comprende un blocco di codifica (il codificatore ENC) che codifica il segnale di dati, un rilevatore (DET) che demodula il segnale di dati e un circuito di recupero del clock/dati (CDR). Si noterà che possono essere usati schemi di codifica tradizionali, quali PWM o Manchester.
In una forma di attuazione, entrambi i trasformatori di isolamento 106 e 116, rispettivamente per il collegamento di potenza e il collegamento di CTR/DATA, sono realizzati all’interno del primo chip A. Questo può essere implementato con l’uso di un modulo in tecnologia a ossido spesso come insegnato in US 2015/0364249 A. Questo significa che il secondo chip B può essere fabbricato in un processo standard (cioè, senza alcun modulo in ossido spesso).
Per quanto concerne l’immunità ai transitori di modo comune (CMT), il trasformatore di isolamento di CTRL/DATA 116 differenziale con presa centrale fornisce percorsi a bassa impedenza per le correnti di modo comune per entrambi gli avvolgimenti del trasformatore.
Nei circuiti demodulatori (DET) possono anche essere comprese ulteriori circuiti di soppressione di CMT come esemplificato in 24 nelle Figure 2 e 3.
In una o più forme di attuazione, può essere fornito un blocco aggiuntivo di equalizzazione di inviluppo (EV EQ) 30 per implementare un controllo del guadagno automatico (AGC, “Automatic Gain Control”) dell’amplificatore differenziale 24 accordato LC, fornendo così al rilevatore ASK lo stesso livello di inviluppo, indipendentemente dal livello del segnale di controllo RF.
Nel sistema descritto in [1] un oscillatore di potenza VHF può usare un trasformatore di isolamento per incrementare l’efficienza del trasferimento di potenza, mentre un collegamento isolato RF può essere usato per l’anello di retroazione di controllo e il trasferimento bidirezionale (half-duplex) dei dati per mezzo di una modulazione ASK, che è effettuata per mezzo di un disadattamento di impedenza negli avvolgimenti a RF.
In un tale dispositivo, un blocco di reiezione ai CMT come qui descritto può migliorare la robustezza ai CMT della comunicazione dati HS.
Si apprezzerà che, sebbene le Figure 2 e 3 si riferiscano agli avvolgimenti 21 - lato sinistro - e all’avvolgimento 22 – lato destro – come l’avvolgimento primario e quello secondario con presa centrale del trasformatore 20 (con l’avvolgimento 22 accoppiato al circuito differenziale accordato LC, per es. l’amplificatore 24), nella rappresentazione della Figura 4 si fa riferimento all’avvolgimento primario 118 e all’avvolgimento secondario 114 come disposti rispettivamente sul lato destro e sul lato sinistro del trasformatore 116.
A tale riguardo, si apprezzerà che il fatto di “ospitare” il circuito di isolamento galvanico (per es., il trasformatore 20) su una delle unità (per es., 12 come rappresentato nelle Figure 2 e 3) è puramente esemplificativo, in quanto in una o più forme di attuazione tale circuito può essere ospitato almeno parzialmente nell’altra unità (per es., 10 come rappresentato nelle Figure 2 e 3).
Una o più forme di attuazione possono così fornire un circuito (per es., GI), comprendente:
- un trasformatore differenziale (per es. 20, o 116 nella Figura 4) avente un avvolgimento primario (per es. 21 o 118 nella Figura 4) e uno secondario (per es. 22 o 114 nella Figura 4) per la trasmissione di segnali (per es., di dati) (per es. ASK) su una portante (per es., a RF) tra l’avvolgimento primario e quello secondario del trasformatore, l’avvolgimento primario e secondario avendo tra loro uno strato di ossido di isolamento galvanico (per es., 23), e comprendendo prese centrali (si veda per es.
21a, 22a o 118a, 118b e 114a, 114b nella Figura 4) che forniscono percorsi a bassa impedenza per le componenti in continua e a bassa frequenza delle correnti di modo comune attraverso il trasformatore differenziale, e
- uno stadio passa-banda (per es., 24) accoppiato all’avvolgimento secondario del trasformatore, lo stadio passa-banda configurato (per es., accordato alla frequenza della portante usata per la trasmissione di segnale – DT) per permettere una propagazione dei segnali sopra detta portante attraverso lo stadio passa-banda, fornendo nel contempo una reiezione del rumore di modo comune.
In una o più forme di attuazione, detto stadio passabanda può comprendere uno stadio amplificatore passa-banda, opzionalmente uno stadio amplificatore differenziale (per es. 24a, 24b).
In una o più forme di attuazione, detto stadio passabanda può comprendere un carico risonante LC (per es. 26a, 26b).
In una o più forme di attuazione, detto carico risonante LC può comprendere almeno un elemento di resistenza di regolazione del fattore Q (per es. 28a, 28b).
In una o più forme di attuazione, detto stadio passabanda può essere accoppiato alle estremità dell’avvolgimento secondario (vale a dire, ai capi dell’avvolgimento secondario) del trasformatore.
Una o più forme di attuazione possono comprendere:
- un trasmettitore (per es. 100) configurato per trasmettere segnali sopra una portante (per es. DT);
- un ricevitore (120) configurato per ricevere detti segnali sopra una portante trasmessi da detto trasmettitore;
- un circuito (per es. GI) secondo una o più forme di attuazione posto tra detto trasmettitore e detto ricevitore, detto circuito fornendo un percorso di trasmissione (monodirezionale e/o bidirezionale, per es. half-duplex) isolato galvanicamente per detti segnali sopra una portante tra detto trasmettitore e detto ricevitore.
Una o più forme di attuazione possono comprendere detto trasmettitore accoppiato con l’avvolgimento primario di detto trasformatore e detto stadio passa-banda accoppiato con detto ricevitore.
In una o più forme di attuazione detto trasmettitore e detto ricevitore comprendono rispettive masse distinte (per es. GND1, GND2), che possono essere esposte a spostamenti della massa e così a transitori (CMT).
Una o più forme di attuazione possono comprendere un blocco di controllo del guadagno automatico (per es. 30) attivo su detto stadio passa-banda (24) per fornire un controllo del guadagno automatico di detti segnali sopra una portante (DT).
In una o più forme di attuazione, un procedimento per trasmettere (in modo monodirezionale o bidirezionale, per es. half-duplex) segnali sopra una portante (DT), può comprendere:
- fornire un circuito secondo una o più forme di attuazione;
- applicare detti segnali sopra una portante (DT) in corrispondenza di uno tra l’avvolgimento primario e l’avvolgimento secondario del trasformatore,
- rilevare detti segnali sopra una portante trasmessi sopra detto circuito in corrispondenza dell’altro tra l’avvolgimento primario e l’avvolgimento secondario del trasformatore.
In una o più forme di attuazione, i segnali possono così essere trasmessi in una direzione, per es. dall’avvolgimento primario del trasformatore allo stadio passa-banda accoppiato all’avvolgimento secondario del trasformatore, mentre una trasmissione (per es., halfduplex) può avvenire eventualmente nella direzione opposta dall’avvolgimento secondario del trasformatore all’avvolgimento primario del trasformatore.
Fermi restando i principi di fondo, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche in modo apprezzabile, rispetto a quanto è stato descritto in precedenza, puramente a titolo di esempio, senza uscire dall’ambito di protezione.
L’ambito di protezione è definito dalle rivendicazioni annesse.
ELENCO DEI RIFERIMENTI CITATI NELLA DESCRIZIONE
[1] E. Ragonese, N. Spina, P. Lombardo, N. Greco, A.
Parisi, G. Palmisano “Galvanically isolated DC-DC converter with bidirectional data transmission”, Domanda di Brevetto Statunitense 15/178822, depositata il 10 giugno 2016.
[2] S. Marwat, “Digital isolators compliance to IEC 61010-1 edition 3.0 safety requirements”, Texas Instruments, White paper, 2014, SLYY055.
[3] B. Chen, “iCoupler® products with isoPower™ technology: signal and power transfer across isolation barrier using microtransformers”, Technical Article, Analog Devices, Stati Uniti d’America, [Online]. Disponibile a: http://www.analog.com/static/imported files/overviews/isoPower.pdf.
[4] B. Chen, “High frequency power converter based on transformers”, US 2010/0052630 A1, marzo 2010.<[5]>B. Chen, “Fully integrated isolated dc-dc converter using micro-transformers”, in Proc. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, (APEC), pagine da 335 a 338, febbraio 2008.
[6] B. Chen, “Isolated half-bridge gate driver with integrated high-side supply”, Proc. IEEE Power Electronics Specialists Conf. (PESC), pagine da 3615 a 3618, giugno 2008.
[7] V. Palumbo, G. Ghidini, E. Carollo, F. Toia, “Integrated transformer”, US 2015/0364249 A1, dicembre 2015.
[8] F. Pulvirenti, G. Cantone, G. Lombardo, M. Minieri, “Dispositivi con isolamento galvanico integrato (in italiano)”, in Convegno Annuale 2014 dalla ricerca all’impresa: necessità di un trasferimento più efficace, Trieste, settembre 2014.
<[9]>N. Spina, V. Fiore, P. Lombardo, E. Ragonese e G.
Palmisano, “Current-reuse transformer coupled oscillators with output power combining for galvanically isolated power transfer systems”, IEEE Transaction on Circuits and Systems I, vol. 62, pagine da 2940 a 2948, dicembre 2015.
[10] P. Lombardo, V. Fiore, E. Ragonese, G. Palmisano, “A fully-integrated half-duplex data/power transfer system with up to 40Mbps data rate, 23mW output power and on-chip 5kV galvanic isolation”, IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), San Francisco, Stati Uniti d’America, febbraio 2016, pagine 300 e 301.
<[11]>N. Greco, N. Spina, V. Fiore, E. Ragonese e G.
Palmisano, “A galvanically isolated dc-dc converter based on current-reuse hybrid-coupled oscillators”, IEEE Trans. Circuits Syst. II, primo accesso a marzo 2016 a http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?ar number=7440835&.
[12] V. Fiore, E. Ragonese e G. Palmisano, “A fullyintegrated watt-level power transfer system with onchip galvanic isolation in silicon technology”, IEEE Trans. on Power Electronics, primo accesso 2016 a http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?ar number=7458879&
<[13]>N. Spina, G. Girlando, S. Smerzi, G. Palmisano, “Integrated galvanic isolator using wireless transmission”, Brevetto Statunitense US 8 364 195 B2, gennaio 2013.
<[14]>G. Lombardo, S. Giombanco, M. Grande, S. Tumminaro, F. Marino, “Receiver for signal communication apparatus and related signal communication apparatus”, US 8 576 930 B2, novembre 2013.
[15] B. Bhamidipati, S. Sankaran, M. W. Morgan, G. E.
Howard, B. A. Kramer, “Galvanic isolator” US 2014/0346887 A1, novembre 2014.
[16] S. Sankaran et al., “An efficient and resilient ultra-high speed galvanic data isolator leveraging broad-band multi resonant tank electro-magnetic coupling”, in Proc. IEEE Symp. on VLSI Circuits, pagine 210 e 211, giugno 2015.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Circuito (GI), comprendente: - un trasformatore differenziale (20) avente un avvolgimento primario (21) e uno secondario (22) per la trasmissione di segnali sopra una portante (DT) tra l’avvolgimento primario (21) e quello secondario (22) del trasformatore (20), l’avvolgimento primario (21) e quello secondario (22) avendo tra loro uno strato di ossido di isolamento galvanico (23), e comprendendo prese centrali (21a, 22a) che forniscono percorsi a bassa impedenza per le componenti in continua e a bassa frequenza delle correnti di modo comune attraverso il trasformatore differenziale (20), e - uno stadio passa-banda (24) accoppiato all’avvolgimento secondario (22) del trasformatore (20), lo stadio passa-banda (24) configurato per permettere una propagazione di segnali sopra detta portante attraverso lo stadio passa-banda (24), fornendo nel contempo una reiezione del rumore di modo comune.
- 2. Circuito (GI) secondo la rivendicazione 1, in cui detto stadio passa-banda comprende uno stadio amplificatore passa-banda (24), preferibilmente uno stadio amplificatore differenziale (24a, 24b).
- 3. Circuito (GI) secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detto stadio passa-banda (24) comprende un carico risonante LC (26a, 26b).
- 4. Circuito (GI) secondo la rivendicazione 3, in cui detto carico risonante LC (26a, 26b) comprende almeno un elemento di resistenza di regolazione del fattore Q (28a, 28b).
- 5. Circuito (GI) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto stadio passa-banda (24) è accoppiato alle estremità dell’avvolgimento secondario (22) del trasformatore (20).
- 6. Sistema comprendente: - un trasmettitore (100) configurato per trasmettere segnali sopra una portante (DT); - un ricevitore (120) configurato per ricevere detti segnali sopra una portante (DT) trasmessi da detto trasmettitore (100); - un circuito (GI) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 posto tra detto trasmettitore (100) e detto ricevitore (120), detto circuito (GI) fornendo un percorso di trasmissione con isolamento galvanico per detti segnali sopra una portante (DT) tra detto trasmettitore (100) e detto ricevitore (120).
- 7. Sistema secondo la rivendicazione 6, comprendente detto trasmettitore (100) accoppiato con l’avvolgimento primario (21) di detto trasformatore (20) e detto stadio passa-banda (24) accoppiato con detto ricevitore (120).
- 8. Sistema secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7, in cui detto trasmettitore (100) e detto ricevitore (120) comprendono rispettive masse distinte (GND1, GND2).
- 9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 6 a 8, comprendente un blocco di controllo automatico del guadagno (30) attivo su detto stadio passa-banda (24) per fornire un controllo del guadagno automatico di detti segnali sopra una portante (DT).
- 10. Procedimento per trasmettere segnali sopra una portante (DT), il procedimento comprendendo: - fornire un circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5; - applicare detti segnali sopra una portante (DT) in corrispondenza di uno (21) tra l’avvolgimento primario (21) e l’avvolgimento secondario (22) di detto trasformatore (20), - rilevare (120) detti segnali sopra una portante (DT) trasmessi sopra detto circuito (GI) in corrispondenza dell’altro (24) tra l’avvolgimento primario (21) e l’avvolgimento secondario (22) di detto trasformatore (20).
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10726990B2 (en) * | 2017-09-28 | 2020-07-28 | Karl Storz Imaging, Inc. | High speed data transformer for patient isolation barrier |
| EP3512087B1 (en) | 2018-01-12 | 2023-01-25 | STMicroelectronics S.r.l. | A galvanically isolated dc-dc converter circuit with data communication, corresponding system and corresponding method |
| US11094688B2 (en) * | 2018-08-23 | 2021-08-17 | Analog Devices International Unlimited Company | Isolation architecture |
| US10601614B1 (en) * | 2018-09-24 | 2020-03-24 | Texas Instruments Incorporated | Methods, apparatus, and systems to increase common-mode transient immunity in isolation devices |
| CN111277228B (zh) * | 2018-12-04 | 2023-04-07 | 炬芯科技股份有限公司 | 射频收发器、存储介质及功率放大器的偶谐波抑制方法 |
| TWI702780B (zh) | 2019-12-03 | 2020-08-21 | 財團法人工業技術研究院 | 提升共模瞬變抗擾度的隔離器及訊號產生方法 |
| DE102020104869B3 (de) * | 2020-02-25 | 2021-05-27 | Infineon Technologies Ag | Schaltungsanordnung mit galvanischer trennung |
| US11519754B2 (en) | 2020-05-29 | 2022-12-06 | Analog Devices International Unlimited Company | Isolation amplifier with reference signal transfer |
| US11539559B2 (en) | 2020-10-08 | 2022-12-27 | Skyworks Solutions, Inc. | Demodulator for an isolation communication channel for dual communication |
| US11888658B2 (en) | 2020-10-08 | 2024-01-30 | Skyworks Solutions, Inc. | Transmitter for dual communication over an isolation channel |
| US11575305B2 (en) * | 2020-10-08 | 2023-02-07 | Skyworks Solutions, Inc. | Interface for passing control information over an isolation channel |
| DE102021128140A1 (de) | 2021-10-28 | 2023-05-04 | Audi Aktiengesellschaft | Energiesystem für ein Elektrofahrzeug |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3924068A (en) * | 1973-12-27 | 1975-12-02 | Nasa | Low distortion receiver for bi-level baseband PCM waveforms |
| US6366166B1 (en) * | 1999-08-31 | 2002-04-02 | Stmicroelectronics S.A. | Double pass band amplifier circuit and a radio frequency reception head |
| US20030042571A1 (en) * | 1997-10-23 | 2003-03-06 | Baoxing Chen | Chip-scale coils and isolators based thereon |
| US20090207538A1 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-20 | Akros Silicon Inc. | Electrostatic discharge protection circuit |
| US20130277797A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | Infineon Technologies Ag | Coil and Method of Manufacturing a Coil |
Family Cites Families (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR950004749B1 (ko) | 1991-10-25 | 1995-05-06 | 삼성전자주식회사 | 무선 전화기의 무접점 디지탈 파워 송수신 시스템 |
| US6466126B2 (en) | 2001-01-19 | 2002-10-15 | Motorola, Inc. | Portable data device efficiently utilizing its available power and method thereof |
| FR2830386B1 (fr) | 2001-10-02 | 2003-12-05 | Schneider Electric Ind Sa | Dispositif de couplage pour un systeme de transmission a courant porteur a bas debit |
| SE0201432D0 (sv) | 2002-04-29 | 2002-05-13 | Emerson Energy Systems Ab | A Power supply system and apparatus |
| JP4082672B2 (ja) | 2003-03-06 | 2008-04-30 | 株式会社デンソー | 電気絶縁型スイッチング素子駆動回路 |
| US7047110B2 (en) | 2003-04-16 | 2006-05-16 | Intel Corporation | Method and apparatus for controlling a power supply |
| US6850048B2 (en) | 2003-05-02 | 2005-02-01 | Potentia Semiconductor, Inc. | Power supply controller |
| WO2005122423A2 (en) | 2004-06-03 | 2005-12-22 | Silicon Laboratories Inc. | Spread spectrum isolator |
| US7737871B2 (en) | 2004-06-03 | 2010-06-15 | Silicon Laboratories Inc. | MCU with integrated voltage isolator to provide a galvanic isolation between input and output |
| US7489526B2 (en) | 2004-08-20 | 2009-02-10 | Analog Devices, Inc. | Power and information signal transfer using micro-transformers |
| US7761719B2 (en) | 2005-03-28 | 2010-07-20 | Akros Silicon Inc. | Ethernet module |
| EP1870995A1 (en) | 2006-06-23 | 2007-12-26 | ALSTOM Technology Ltd | Power supply for electrostatic precipitator |
| US7864546B2 (en) | 2007-02-13 | 2011-01-04 | Akros Silicon Inc. | DC-DC converter with communication across an isolation pathway |
| US20080181316A1 (en) | 2007-01-25 | 2008-07-31 | Philip John Crawley | Partitioned Signal and Power Transfer Across an Isolation Barrier |
| RU2009138340A (ru) | 2007-03-20 | 2011-04-27 | Эксесс Бизнесс Груп Интернешнл ЛЛС (US) | Источник питания |
| US9185834B2 (en) | 2007-04-24 | 2015-11-10 | Akros Silicon, Inc. | Isolated ethernet physical layer (PHY) |
| ITTO20070325A1 (it) | 2007-05-11 | 2008-11-12 | St Microelectronics Srl | Isolatore galvanico integrato utilizzante trasmissione wireless |
| US8861229B2 (en) | 2007-06-25 | 2014-10-14 | Silicon Laboratories Inc. | Isolator circuit including a voltage regulator |
| WO2009037821A1 (ja) | 2007-09-17 | 2009-03-26 | Hideo Kikuchi | 誘導電力伝送回路 |
| US8004863B2 (en) | 2007-12-26 | 2011-08-23 | Silicon Laboratories Inc. | Circuit device and method of providing feedback across an isolation barrier |
| US8084894B2 (en) | 2008-02-04 | 2011-12-27 | Analog Devices, Inc. | Solid state relay |
| US8051317B2 (en) | 2008-06-26 | 2011-11-01 | Honeywell International, Inc. | Power supply with remotely adjustable output |
| US7983059B2 (en) | 2008-09-02 | 2011-07-19 | Analog Devices, Inc. | High frequency power converter based on transformers |
| US9912375B1 (en) | 2008-09-25 | 2018-03-06 | Aquantia Corp. | Cancellation of alien interference in communication systems |
| WO2010104179A1 (ja) | 2009-03-13 | 2010-09-16 | 株式会社村田製作所 | 信号処理回路及びアンテナ装置 |
| JP5375952B2 (ja) | 2009-03-31 | 2013-12-25 | 日本電気株式会社 | 半導体装置 |
| US8478332B2 (en) | 2009-07-31 | 2013-07-02 | Stmicroelectronics, S.R.L. | Receiver for signal communication system with disturbance rejection circuit |
| US9948175B2 (en) | 2010-10-25 | 2018-04-17 | Analog Devices, Inc. | Soft-start control system and method for an isolated DC-DC converter with secondary controller |
| US9018730B2 (en) | 2011-04-05 | 2015-04-28 | Stmicroelectronics S.R.L. | Microstructure device comprising a face to face electromagnetic near field coupling between stacked device portions and method of forming the device |
| CN103563316B (zh) * | 2011-05-18 | 2016-05-04 | 瑞萨电子株式会社 | 接收电路及信号接收方法 |
| US8674486B2 (en) | 2011-12-14 | 2014-03-18 | Samsung Electro-Mechanics | Isolation barrier device and methods of use |
| CN103219885B (zh) | 2012-01-20 | 2015-08-12 | 百富(澳门离岸商业服务)有限公司 | Dc至dc转换器 |
| US8680690B1 (en) | 2012-12-07 | 2014-03-25 | Nxp B.V. | Bond wire arrangement for efficient signal transmission |
| US8963622B2 (en) | 2013-03-10 | 2015-02-24 | Microchip Technology Incorporated | Method and apparatus for generating regulated isolation supply voltage |
| US9293997B2 (en) | 2013-03-14 | 2016-03-22 | Analog Devices Global | Isolated error amplifier for isolated power supplies |
| US9306614B2 (en) | 2013-03-26 | 2016-04-05 | Stmicroelectronics S.R.L. | Power oscillator apparatus with transformer-based power combining for galvanically-isolated bidirectional data communication and power transfer |
| US9240752B2 (en) | 2013-03-26 | 2016-01-19 | Stmicroelectronics S.R.L. | Power oscillator apparatus with transformer-based power combining |
| US9859803B2 (en) | 2013-04-23 | 2018-01-02 | Analog Devices Global | Transformer-based isolated bi-directional DC-DC power converter, and method and controller for using same |
| US9496926B2 (en) | 2013-05-24 | 2016-11-15 | Texas Instruments Incorporated | Galvanic isolator |
| US9337905B2 (en) * | 2013-07-01 | 2016-05-10 | Texas Instruments Incorporated | Inductive structures with reduced emissions and interference |
| TWI532351B (zh) | 2013-11-07 | 2016-05-01 | 國立交通大學 | 寬頻連接結構及其連接方法、傳輸裝置及傳輸寬頻訊號的方法 |
| US20150326127A1 (en) | 2014-05-09 | 2015-11-12 | Avago Technologies General lP (Singapore) Pte. Ltd. | Isolation Device And System |
| US10236115B2 (en) | 2014-06-16 | 2019-03-19 | Stmicroelectronics S.R.L. | Integrated transformer |
| US9660848B2 (en) | 2014-09-15 | 2017-05-23 | Analog Devices Global | Methods and structures to generate on/off keyed carrier signals for signal isolators |
| US9473091B2 (en) | 2015-02-12 | 2016-10-18 | Qualcomm Incorporated | Amplifier with common-mode filter |
| US9948193B2 (en) | 2016-06-10 | 2018-04-17 | Stmicroelectronics S.R.L. | Galvanically isolated DC-DC converter with bidirectional data transmission |
-
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- 2016-08-30 IT IT102016000088207A patent/IT201600088207A1/it unknown
-
2017
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- 2017-03-24 US US15/468,306 patent/US10193581B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3924068A (en) * | 1973-12-27 | 1975-12-02 | Nasa | Low distortion receiver for bi-level baseband PCM waveforms |
| US20030042571A1 (en) * | 1997-10-23 | 2003-03-06 | Baoxing Chen | Chip-scale coils and isolators based thereon |
| US6366166B1 (en) * | 1999-08-31 | 2002-04-02 | Stmicroelectronics S.A. | Double pass band amplifier circuit and a radio frequency reception head |
| US20090207538A1 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-20 | Akros Silicon Inc. | Electrostatic discharge protection circuit |
| US20130277797A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | Infineon Technologies Ag | Coil and Method of Manufacturing a Coil |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PIERPAOLO LOMBARDO ET AL: "ISSCC 2016 / SESSION 16 / INNOVATIONS IN CIRCUITS AND SYSTEMS ENABLED BY NOVEL TECHNOLOGIES / 16.7 16.7 A Fully-Integrated Half-Duplex Data/Power Transfer System with up to 40Mb/s Data Rate, 23mW Output Power and On-Chip 5kV Galvanic Isolation", 25 February 2016 (2016-02-25), XP055377488, Retrieved from the Internet <URL:http://ieeexplore.ieee.org/ielx7/7405163/7417881/07418026.pdf?tp=&arnumber=7418026&isnumber=7417881> [retrieved on 20170531] * |
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