RU2714224C1 - Data transmission device with galvanic isolation by means of pulse transformer - Google Patents
Data transmission device with galvanic isolation by means of pulse transformer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714224C1 RU2714224C1 RU2019128358A RU2019128358A RU2714224C1 RU 2714224 C1 RU2714224 C1 RU 2714224C1 RU 2019128358 A RU2019128358 A RU 2019128358A RU 2019128358 A RU2019128358 A RU 2019128358A RU 2714224 C1 RU2714224 C1 RU 2714224C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- outputs
- inputs
- trigger
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C15/00—Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C19/00—Electric signal transmission systems
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Dc Digital Transmission (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области электроники и устройствам передачи цифровых данных. Оно предназначено для использования в качестве устройства передачи данных с гальванической развязкой посредством импульсного трансформатора со скоростью передачи данных не менее 20 Мбит/с.The present invention relates to the field of electronics and digital data transmission devices. It is intended for use as a data transmission device with galvanic isolation by means of a pulse transformer with a data transfer rate of at least 20 Mbit / s.
Известно, что для передачи данных с гальванической развязкой можно использовать различные физические принципы передачи сигнала через изолирующую не проводящую среду. К таким принципам относятся:It is known that for the transmission of galvanically isolated data, various physical principles of signal transmission through an insulating non-conductive medium can be used. These principles include:
1. Передача сигналов посредством статического магнитного поля.1. Signal transmission through a static magnetic field.
При этом используется пара: источник магнитного поля - открытая электромагнитная катушка и магниточувствительный элемент, например, магниточувствительный резистор или датчик Холла. Примером таких устройств является серия микросхем IL600 фирмы NVE Corporation, изготовленная по технологии IsoLoop® и защищенная патентами США №US 5,831,426; и №US 6,300,617.In this case, a pair is used: the source of the magnetic field is an open electromagnetic coil and a magnetically sensitive element, for example, a magnetically sensitive resistor or a Hall sensor. An example of such devices is the IL600 series of NVE Corporation chips manufactured with IsoLoop® technology and protected by US Pat. No. 5,831,426; and No. US 6,300,617.
К недостаткам такого принципа передачи сигнала можно отнести следующее:The disadvantages of this principle of signal transmission include the following:
- чувствительность к внешним постоянным магнитным полям,- sensitivity to external permanent magnetic fields,
- технологическая сложность процесса изготовления магниточувствительных элементов в рамках типовых кремниевых КМОП-технологий.- the technological complexity of the manufacturing process of magnetically sensitive elements in the framework of typical silicon CMOS technologies.
2. Передача сигналов посредством электростатического поля.2. Signal transmission through an electrostatic field.
При этом высоковольтный конденсатор используется в качестве элемента высоковольтной развязки. Примером таких устройств является серия микросхем ISO723X фирмы Texas Instruments Incorporated.In this case, a high voltage capacitor is used as an element of high voltage isolation. An example of such devices is the Texas Instruments Incorporated ISO723X series of chips.
К недостаткам такого принципа передачи сигнала можно отнести следующее:The disadvantages of this principle of signal transmission include the following:
- сложность формирования сигнала: используется способ частотного разделения передаваемого сигнала и «сборку» его на вторичной стороне.- the complexity of signal formation: the method of frequency separation of the transmitted signal and its “assembly” on the secondary side are used.
- Необходимая величина пробивного напряжения достигается дополнительной, не типовой, технологической операцией КМОП процесса.- The required breakdown voltage is achieved by an additional, not typical, technological operation of the CMOS process.
3. Передача сигналов через электромагнитное поле (микромощный радиосигнал). При этом также используется разделительный конденсатор. Примером таких устройств является серия микросхем Si84xx фирмы Silicon Laboratories Inc (US №7738568).3. Transmission of signals through an electromagnetic field (micropower radio signal). An isolation capacitor is also used. An example of such devices is the Si84xx series of chips from Silicon Laboratories Inc (US No. 7,738,568).
К недостаткам такого принципа передачи сигнала можно отнести следующее:The disadvantages of this principle of signal transmission include the following:
- те же недостатки, что и в предыдущем варианте плюс повышенная потребляемая мощность.- The same disadvantages as in the previous version, plus increased power consumption.
Наиболее близким к изобретению является устройство передачи данных с гальванической развязкой с помощью импульсного трансформатора, которое основано на изолирующей технологии фирмы Analog Devices, получившей название iCoupler. [US patent №7683654]. Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.Closest to the invention is a data transmission device with galvanic isolation using a pulse transformer, which is based on the isolation technology of Analog Devices, called iCoupler. [US patent No. 7683654]. This device is selected as a prototype of the proposed solution.
В формуле патента приведено 11 пунктов, описывающих различные способы выделения переднего и заднего фронтов входного передаваемого логического сигнала и способы его восстановления на вторичной стороне. Основная идея изобретения заключается в различных способах преобразования фронтов входного сигнала в различные униполярные импульсы, отличающиеся друг от друга или по количеству, или по длительности.In the patent formula, 11 paragraphs are described that describe various methods for distinguishing the leading and trailing edges of an input transmitted logical signal and methods for its restoration on the secondary side. The main idea of the invention lies in various methods of converting the edges of the input signal into various unipolar pulses, which differ from each other either in quantity or in duration.
Более подробно в российской литературе принцип действия системы «iCoupler» описан в статье [1].In more detail in Russian literature, the principle of operation of the iCoupler system is described in the article [1].
К недостаткам данного технического решения можно отнести следующее:The disadvantages of this technical solution include the following:
- необходимость ограничения по минимальной длительности импульсов входного сигнала для однозначной селекции передачи переднего или заднего фронтов;- the need to limit the minimum pulse width of the input signal to uniquely select the transmission of the leading or trailing edges;
- при указанном способе формирования импульсов возникает постоянная составляющая в трансформаторе, которая приводит к возникновению межсимвольной интерференции выходного сигнала.- with the indicated method of generating pulses, a constant component occurs in the transformer, which leads to the occurrence of intersymbol interference of the output signal.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого устройства, заключается в расширении функциональных возможностей устройства:The technical result achieved by using the proposed device is to expand the functionality of the device:
- в повышении помехоустойчивости;- in increasing noise immunity;
- однозначности восстановления формы исходного сигнала;- the unambiguity of the restoration of the shape of the original signal;
- в уменьшении межсимвольной интерференции.- in reducing intersymbol interference.
Это достигается за счет того, что в устройстве передачи данных с гальванической развязкой, с гальванической развязкой посредством импульсного трансформатора, содержащее входной триггер Шмита с парафазным выходом к неинвертирующему выходу которого присоединен первый одновибратор к выходу которого присоединен третий одновибратор, а к инвертирующему выходу входного триггера Шмита присоединен второй одновибратор выходы первого и четвертого одновибраторов присоединены к первому логическому элементу ИЛИ, выходы второго и третьего одновибраторов присоединены ко второму логическому элементу ИЛИ, выходы логических элементов ИЛИ соответственно присоединены ко входам буферных усилителей, выходы которых в свою очередь присоединены ко входам первичной обмотки трансформатора.This is achieved due to the fact that in a data transmission device with galvanic isolation, with galvanic isolation by means of a pulse transformer, containing a Schmitt input trigger with a paraphase output to the non-inverting output of which is connected the first one-shot to the output of which the third one-shot is connected, and to the inverting output of the input trigger the second one-shot is connected; the outputs of the first and fourth one-shots are connected to the first logical element OR, the outputs of the second and third are one ibratorov attached to the second OR gate, the outputs of OR gates are respectively connected to the inputs of buffer amplifiers whose outputs are in turn connected to inputs of the transformer primary winding.
В свою очередь выходы импульсного трансформатора присоединены к дифференциальному корректирующему усилителю, содержащему пропорционально-интегрирующие RC-звенья, дифференциальный выход усилителя присоединен ко входам двух компараторов, первый из которых срабатывает при входном сигнале положительной полярности, а второй срабатывает при сигнале отрицательной полярности, выходы компараторов присоединены к входам RS-триггера, который восстанавливает форму входного сигнала, к выходу RS-триггера присоединен выходной буферный усилитель устройства.In turn, the outputs of the pulse transformer are connected to a differential correction amplifier containing proportionally integrating RC links, the differential output of the amplifier is connected to the inputs of two comparators, the first of which is triggered by an input signal of positive polarity, and the second is triggered by a signal of negative polarity, the outputs of the comparators are connected to the inputs of the RS-trigger, which restores the shape of the input signal, an output buffer amplifier is connected to the output of the RS-trigger troystva.
Существует вариант, в котором к выходу первого компаратора присоединен вход сброса первого мультивибратора, выход которого присоединен ко второму альтернативному входу сброса RS-триггера.There is an option in which the reset input of the first multivibrator is connected to the output of the first comparator, the output of which is connected to the second alternative reset input of the RS flip-flop.
Возможен вариант где к выходам первого и второго одновибраторов присоединен логический элемент «ИЛИ», выход которого присоединен ко входу сброса второго мультивибратора, выход которого присоединен к первым альтернативным входам первого и второго логических элементов «И», ко вторым входам которых соответственно присоединены неинвертирующий и инвертирующий выходы триггера Шмита, при этом выход первого логического элемента «И» присоединен ко второму альтернативному входу первого одновибратора, а выход второго логического элемента И присоединен ко второму альтернативному входу второго одновибратора.A variant is possible where the OR gate is connected to the outputs of the first and second single-vibrators, the output of which is connected to the reset input of the second multivibrator, the output of which is connected to the first alternative inputs of the first and second logical elements “AND”, the non-inverting and inverting are connected to the second inputs respectively the outputs of the Schmit trigger, while the output of the first logic element “AND” is connected to the second alternative input of the first one-shot, and the output of the second logic element And It attaches to the second input of the second monostable alternative.
Возможен также вариант, в котором к выходам планарного трансформатора присоединены резисторы, общая точка которых присоединена к выходу операционного усилителя, к неинвертирующему входу которого присоединен источник питания, с выходным напряжением равным половине напряжения питания дифференциального усилителя, а к инвертирующему входу присоединена общая точка резисторов, вторые концы которых присоединены ко входам дифференциального усилителя.A variant is also possible in which resistors are connected to the outputs of a planar transformer, a common point of which is connected to the output of the operational amplifier, a non-inverting input of which is connected to a power source with an output voltage equal to half the supply voltage of the differential amplifier, and a common point of resistors is connected to the inverting input, the second the ends of which are connected to the inputs of a differential amplifier.
На рис. 1 приведена схема заявляемого устройства передачи данных с гальванической развязкой с помощью планарного трансформатора, где:In fig. 1 is a diagram of the inventive data transmission device with galvanic isolation using a planar transformer, where:
100 - входной триггер Шмита; 101, 102, 103, 104 - одновибраторы; 105, 106 - логические элементы ИЛИ; 107, 108 - буферные усилители; 109 - импульсный трансформатор; 114 - дифференциальный усилитель; 110, 111, 113, 115 - резисторы цепей частотной коррекции; 112, 116 - конденсаторы частотной коррекции; 117, 118 - компараторы с несимметричным порогом; 119, - RS-триггер; 120 - выходной буферный усилитель.100 - Smith input trigger; 101, 102, 103, 104 - single vibrators; 105, 106 - logical elements OR; 107, 108 — buffer amplifiers; 109 - pulse transformer; 114 - differential amplifier; 110, 111, 113, 115 - resistors of the frequency correction circuits; 112, 116 - frequency correction capacitors; 117, 118 - comparators with an asymmetric threshold; 119, - RS-trigger; 120 - output buffer amplifier.
На рис. 2 приведен вариант устройства, отличающийся от варианта по рис 1 тем, что к выходу первого компаратора 117 присоединен вход сброса первого мультивибратора 400, выход которого присоединен ко второму альтернативному входу сброса RS триггера 119.In fig. 2 shows a variant of the device, which differs from the variant in Fig. 1 in that the output of the
На рис. 3 приведена схема устройства, в котором по сравнению с вариантом рис 1, к выходам одновибраторов 101 и 102 присоединен логический элемент ИЛИ 302, выход которого присоединен ко входу сброса второго мультивибратора 303, выход которого присоединен к первым альтернативным входам первого и второго логических элементов «И» 300 и 301, ко вторым входам которых соответственно присоединены неинвертирующий и инвертирующий выходы триггера Шмита 100, при этом выход первого логического элемента И 300 присоединен ко второму альтернативному входу первого одновибратора 101, а выход второго логического элемента И 301 присоединен ко второму альтернативному входу второго одновибратора 102,In fig. 3 is a diagram of a device in which, compared with the variant of Fig. 1, the OR gate 302 is connected to the outputs of the single-
На рис. 4 приведена схема отличающаяся от варианта по рис 1, тем, что к выходам 200 и 201 импульсного трансформатора 109 добавлены резисторы 500 и 501, общая точка которых присоединена к выходу операционного усилителя 502, к неинвертирующему входу которого присоединен источник питания, с выходным напряжением равным половине напряжения питания дифференциального усилителя, а к инвертирующему входу присоединена общая точка резисторов 503 и 504, вторые концы которых присоединены ко входам дифференциального усилителя 114.In fig. Figure 4 shows a circuit that differs from the variant in Fig. 1 in that resistors 500 and 501 are added to the
Устройство передачи данных с гальванической развязкой посредством импульсного трансформатора (рис. 1), содержащее входной триггер Шмита с парафазным выходом к неинвертирующему выходу которого присоединен первый одновибратор к выходу которого присоединен третий одновибратор, а к инвертирующему выходу входного триггера Шмита присоединен второй одновибратор выходы первого и четвертого одновибраторов присоединены к первому логическому элементу «ИЛИ», выходы второго и третьего одновибраторов присоединены ко второму логическому элементу ИЛИ, выходы логических элементов «ИЛИ» соответственно присоединены ко входам буферных усилителей, выходы которых в свою очередь присоединены ко входам первичной обмотки планарного трансформатора,A data transmission device with galvanic isolation by means of a pulse transformer (Fig. 1), containing an Schmitt input trigger with a paraphase output, to the non-inverting output of which a first one-shot is connected, to the output of which a third one-shot is connected, and to the inverting output of a Schmitt input, a second one-shot and second one-shot outputs single vibrators are connected to the first logical element "OR", the outputs of the second and third single vibrators are connected to the second logical element that OR, the outputs of the logical elements "OR" are respectively connected to the inputs of the buffer amplifiers, the outputs of which are in turn connected to the inputs of the primary winding of a planar transformer,
в свою очередь выходы планарного трансформатора присоединены ко входному дифференциальному корректирующему усилителю, содержащему пропорционально-интегрирующие RC звенья, дифференциальный выход усилителя присоединен ко входам двух компараторов, первый из которых срабатывает при входном сигнале положительной полярности, а второй срабатывает при сигнале отрицательной полярности, выходы компараторов присоединены ко входам RS-триггера, который восстанавливает форму входного сигнала, к выходу RS-триггера присоединен выходной буферный усилитель устройства передачи данных с гальванической развязкой с помощью планарного трансформатора.in turn, the outputs of the planar transformer are connected to the input differential correction amplifier containing proportionally integrating RC links, the differential output of the amplifier is connected to the inputs of two comparators, the first of which is triggered by an input signal of positive polarity, and the second is triggered by a signal of negative polarity, the outputs of the comparators are connected to the inputs of the RS-trigger, which restores the shape of the input signal, the output buffer ilitel data transmission device with galvanic isolation via the planar transformer.
Существует вариант (рис. 2), в котором к выходу первого компаратора присоединен вход сброса первого мультивибратора, выход которого присоединен ко второму альтернативному входу сброса RS-триггера.There is an option (Fig. 2) in which the reset input of the first multivibrator is connected to the output of the first comparator, the output of which is connected to the second alternative reset input of the RS-flip-flop.
Существует вариант (рис. 3) в котором к выходам первого и второго одновибраторов присоединен логический элемент «ИЛИ», выход которого присоединен ко входу сброса второго мультивибратора, выход которого присоединен к первым альтернативным входам первого и второго логических элементов «И», ко вторым входам которых соответственно присоединены неинвертирующий и инвертирующий выходы триггера Шмита, при этом выход первого логического элемента «И» присоединен ко второму альтернативному входу первого одновибратора, а выход второго логического элемента «И» присоединен ко второму альтернативному входу второго одновибратора.There is an option (Fig. 3) in which the OR gate is connected to the outputs of the first and second single-vibrators, the output of which is connected to the reset input of the second multivibrator, the output of which is connected to the first alternative inputs of the first and second logical elements “AND”, to the second inputs which respectively connect the non-inverting and inverting outputs of the Schmit trigger, while the output of the first logical element “And” is connected to the second alternative input of the first one-shot, and the output of the second th element "I" is coupled to the second input of the second monostable alternative.
Возможен также вариант (рис. 4), в котором к выходам импульсного трансформатора присоединены резисторы, общая точка которых присоединена к выходу операционного усилителя, к неинвертирующему входу которого присоединен источник питания, с выходным напряжением равным половине напряжения питания дифференциального усилителя, а к инвертирующему входу присоединена общая точка резисторов, вторые концы которых присоединены ко входам дифференциального усилителя.A variant is also possible (Fig. 4), in which resistors are connected to the outputs of the pulse transformer, the common point of which is connected to the output of the operational amplifier, to the non-inverting input of which a power source is connected, with the output voltage equal to half the supply voltage of the differential amplifier, and connected to the inverting input a common point of resistors whose second ends are connected to the inputs of a differential amplifier.
Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:
Входной цифровой сигнал с фронтами произвольной длительности, вплоть до 2-3 мкс, поступает на вход триггера Шмита (100) с парафазным выходом, где преобразуется в парафазный сигнал с крутыми фронтами. Далее этот сигнал поступает на входы одновибраторов 101 и 102, которые соответственно срабатывают по фронту (101) или спаду (102) входного сигнала и вырабатывают одиночные, так называемые «информационные», импульсы длительностью около 2-3 нс, эти импульсы в свою очередь запускают одновибратор 103 или 104 соответственно. Одновибраторы 103 и 104 формируют одиночные, так называемые «размагничивающие» импульсы. «Размагничивающие» импульсы необходимы для возвращения тока трансформатора в исходное, «нулевое», состояние, и тем самым устраняется межсимвольная интерференция. Далее выходные сигналы поступают на логические элементы «ИЛИ» (105, 106) и на буферные усилители 107 и 108. с выходов буферных усилителей сигналы поступают на первичную обмотку планарного трансформатора 109. Далее с выхода трансформатора сигнал поступает на корректирующий усилитель 114, частотная коррекция осуществляется элементами 110, 111, 112, 113, 115 и 116. Частотная коррекция необходима для компенсации искажений, возникающих в импульсном трансформаторе. Восстановленный сигнал поступает на входы компараторов 117 и 118, которые преобразуют, за счет смещенного порога срабатывания, разнополярные сигналы трансформатора в короткие импульсы положительной полярности. Далее с помощью RS-триггера 119 восстанавливается исходный входной сигнал, который поступает на выходной буферный усилитель 120.An input digital signal with edges of arbitrary duration, up to 2-3 μs, is fed to the input of a Schmit trigger (100) with a paraphase output, where it is converted into a paraphase signal with steep edges. Further, this signal is fed to the inputs of
Временные диаграммы, поясняющие работу устройства приведена на рис. 5а и 5б. На рис. 5а верхний график показывает входное напряжение, на следующем графике показаны выходные сигналы одновибраторов, следующие друг за другом первый импульс назовем «информационный», а второй «размагничивающий». На следующем графике показано дифференциальное напряжение на первичной обмотке трансформатора. Из графика видно, что первый импульс по амплитуде меньше чем второй, это обусловлено тем что на первом импульсе ток противоположен напряжению (противоЭДС) а во втором импульсе напряжение и ток совпадают по направлению падение напряжения от протекающего тока складывается с ЭДС обмотки трансформатора. На последнем графике показан ток первичной обмотки трансформатора. Из графика также видно, что ток, обусловленный малым значением индуктивности импульсного трансформатора, сначала нарастает, а при подаче «размагничивающего» импульса спадает со скоростью, обусловленной напряжением питания выходных буферных усилителей.Timing diagrams explaining the operation of the device are shown in Fig. 5a and 5b. In fig. 5a, the upper graph shows the input voltage, the next graph shows the output signals of single vibrators, following each other the first pulse will be called “information”, and the second “demagnetizing”. The following graph shows the differential voltage across the transformer primary. The graph shows that the first pulse in amplitude is less than the second, this is due to the fact that at the first pulse the current is opposite to the voltage (counter-EMF) and in the second pulse the voltage and current coincide in the direction the voltage drop from the flowing current is added to the EMF of the transformer winding. The last graph shows the current of the primary winding of the transformer. It can also be seen from the graph that the current due to the small value of the inductance of the pulse transformer first rises, and when a “demagnetizing” pulse is applied, it decreases at a speed determined by the supply voltage of the output buffer amplifiers.
ЭДС обмотки примерно соответствует:EMF winding approximately corresponds to:
При подаче «информационного» импульса ETV=Vcc-Im*(Rbuf+RTV),When applying the "informational" impulse E TV = V cc -I m * (R buf + R TV ),
При подаче «размагничивающего» импульса ETV=Vcc+Im*(Rbuf+RTV),When applying a "demagnetizing" pulse E TV = V cc + I m * (R buf + R TV ),
Где ETV - ЭДС обмотки, Vcc - напряжение питания буферных усилителей, Im - ток обмотки трансформатора, Rbuf - выходное сопротивление буферных усилителей, RTV - сопротивление обмотки трансформатора, скорость нарастания тока обмотки трансформатора определяется по формуле dIm/dt=ETV/LTV, где LTV - индуктивность обмотки трансформатора.Where E TV is the winding EMF, V cc is the supply voltage of the buffer amplifiers, I m is the transformer winding current, R buf is the output resistance of the buffer amplifiers, R TV is the transformer winding resistance, the slew rate of the transformer winding is determined by the formula dI m / dt = E TV / L TV , where L TV is the transformer winding inductance.
Из приведенных формул видно, что на практике, параметрическим (косвенным) способом, регулируя величину длительности «размагничивающего» в зависимости от сопротивлений, можно достичь малого остаточного значения тока обмотки трансформатора, тем самым обеспечить независимость формы последующих импульсов от предыдущих при высокой частоте следования входных сигналов. Т.е. обеспечить минимальную межсимвольную интерференцию и повысить помехоустойчивость при высокой частоте следования входных импульсов.It can be seen from the above formulas that, in practice, by a parametric (indirect) method, by adjusting the magnitude of the “demagnetizing” depending on the resistances, it is possible to achieve a small residual value of the transformer winding current, thereby ensuring that the shape of subsequent pulses is independent of previous ones at a high repetition rate of input signals . Those. ensure minimal intersymbol interference and increase noise immunity at a high repetition rate of input pulses.
На рис. 5б на верхнем графике показаны входной и выходной сигналы устройства, на следующем графике показано дифференциальное напряжение на выходе планарного трансформатора, далее показано выходное напряжения корректирующего усилителя и на последнем графике показаны выходные напряжения компараторов. Из графиков видно, что при длительности входных импульсов на уровне 12 нс, межсимвольная интерференция полностью отсутствует. Изготовление экспериментальных образцов показало, что при реализации микросхемы по технологии 0,25 мкм предельная частота передачи данных без искажения может достигать 200 Мбит/с.In fig. 5b, the input and output signals of the device are shown in the upper graph, the differential voltage at the output of the planar transformer is shown in the following graph, the output voltage of the correction amplifier is shown, and the output voltage of the comparators is shown in the last graph. The graphs show that when the input pulse duration is 12 ns, intersymbol interference is completely absent. The production of experimental samples showed that when implementing a chip using 0.25 μm technology, the maximum data transfer frequency without distortion can reach 200 Mbit / s.
В случаях, если возникает необходимость снятия неопределенности выходного сигнала при пропадании напряжения питания на входной части устройства (до импульсного трансформатора) или «зависания» источника входного сигнала устройство может быть дополнено, так как это показано на рис. 2. В схему выходной части устройства на выходе компаратора 117 (компаратор приема сигнала логической «1» на входе установлен мультивибратор, сбрасываемый сигналом этого компаратора и выполняющий функцию временной задержки. И, если в течение заданной временной задержки не поступит входной сигнал сброса отсчета времени, то первый же выходной сигнал мультивибратора сбрасывает выходной сигнал устройства в состояние лог «0», снимая тем самым неопределенность во входном сигнале.In cases where there is a need to remove the uncertainty of the output signal in case of power failure at the input part of the device (up to a pulse transformer) or “freezing” of the input signal source, the device can be supplemented, as shown in Fig. 2. In the circuit of the output part of the device at the output of the comparator 117 (a comparator for receiving a logical “1” signal, a multivibrator is installed at the input, which is reset by the signal of this comparator and performs the function of a time delay. And if an input reset signal is not received within a specified time delay, then the first output signal of the multivibrator resets the output signal of the device to the state log "0", thereby removing the uncertainty in the input signal.
В случаях, когда входной сигнал меняет свое состояние достаточно редко, а на выходе устройства желательно иметь сведения о состоянии (активности) входа не реже чем, например, 1 мс, то в схему входной части устройства можно ввести мультивибратор 303, периодически подтверждающий импульсами в трансформаторе, состояние входного сигнала, так как это показано на рис. 3. Для этого на выходе компараторов 101 и 102 устанавливается элемент «ИЛИ» 302, который при наличии активности во входном сигнале постоянно сбрасывает мультивибратор 303. Если состояние входного сигнала не меняется в течении времени, заданном мультивибратором, то выходной сигнал мультивибратора периодически через схемы совпадения «И» 300 или 301 подтверждает текущее состояние входа и в трансформаторе формируются импульсы подтверждения, передаваемые на выход устройства.In cases where the input signal changes its state quite rarely, and at the output of the device it is desirable to have information about the input status (activity) not less than, for example, 1 ms, then a multivibrator 303 can be introduced into the input circuit of the device, periodically confirming with pulses in the transformer , the state of the input signal, as shown in Fig. 3. To do this, the “OR" element 302 is installed at the output of the
В случаях, когда необходимо обеспечить работу устройства при высоких скоростях изменения напряжения изоляции и подавления синфазного тока, протекающего через проходная емкость трансформатора и поступающего на вход дифференциального усилителя с уровнем, угрожающим вызвать насыщение входных каскадов в схемы приема сигнала трансформатора можно ввести компенсирующий операционный усилитель, удерживающий входное синфазное напряжение на заданном уровне. Предельная скорость нарастания напряжения изоляции, при котором может подавляться синфазный паразитный ток определяется по формуле:In cases where it is necessary to ensure the operation of the device at high speeds of changing the isolation voltage and suppressing the common mode current flowing through the transformer through passage and entering the input of a differential amplifier with a level that threatens to saturate the input stages, a compensating operational amplifier can be introduced into the transformer signal receiving circuits, holding input common-mode voltage at a given level. The maximum rate of rise of the insulation voltage at which the common-mode parasitic current can be suppressed is determined by the formula:
dU/dt=±Vamp/(CTV*Rcomp), где dU/dt=- скорость изменения напряжения изоляции, ±Vamp - размах выходного напряжения компенсирующего усилителя, CTV - проходная емкость трансформатора. Rcomp - значение компенсирующих резисторов.dU / dt = ± V amp / (C TV * R comp ), where dU / dt = is the rate of change of the insulation voltage, ± V amp is the amplitude of the output voltage of the compensating amplifier, C TV is the passage capacity of the transformer. R comp is the value of the compensating resistors.
При ±Vamp=1,5 В, CTV=2 пФ, Rcomp=30 Ом dU/dt=25 кВ/мкс,At ± V amp = 1.5 V, C TV = 2 pF, R comp = 30 Ohm dU / dt = 25 kV / μs,
что является хорошим показателем для устройств подобного типа.which is a good indicator for devices of this type.
Применение двух буферных усилителей с парафазным выходом на обмотку трансформатора дало возможность подачи на трансформатор последовательности из двух следующих друг за другом разнополярных импульсов, возникающих в устройстве передачи данных с гальванической развязкой посредством планарного трансформатора, содержащее входной триггер Шмита с парафазным выходом к неинвертирующему выходу которого присоединен первый одновибратор к выходу которого присоединен третий одновибратор, а к инвертирующему выходу входного триггера Шмита присоединен второй одновибратор выходы первого и четвертого одновибраторов присоединены к первому логическому элементу «ИЛИ», выходы второго и третьего одновибраторов присоединены ко второму логическому элементу «ИЛИ», выходы логических элементов «ИЛИ» соответственно присоединены ко входам буферных усилителей, выходы которых в свою очередь присоединены ко входам первичной обмотки планарного трансформатора, что привело подавлению межсимвольной интерференции, повышению скорости передачи сигналов и повышению помехозащищенности устройство в целом.The use of two buffer amplifiers with a paraphase output to the transformer winding made it possible to supply to the transformer a sequence of two consecutive bipolar pulses arising in a data transmission device with galvanic isolation by means of a planar transformer containing Schmitt input trigger with a paraphase output to the non-inverting output of which the first is connected a single-shot to the output of which a third one-shot is connected, and to the inverting output of the input Schmitt trigger, the second one-shot is connected, the outputs of the first and fourth one-shots are connected to the first OR gate, the outputs of the second and third one-shots are connected to the second OR gate, the outputs of the OR gates are respectively connected to the inputs of the buffer amplifiers, the outputs of which are in turn connected to the inputs of the primary winding of a planar transformer, which led to the suppression of intersymbol interference, an increase in the signal transmission rate and an increase in the noise immunity of the device ystvo in general.
Выполнение в выходной части устройства первого мультивибратора, входом сброса присоединенного к выходу первого компаратора присоединен, выходом ко второму альтернативному входу сброса RS триггера, позволило снять неопределенность в выходном сигнале при пропадании питания входной части и в других несанкционированных случаях.The execution of the first multivibrator in the output part of the device, the reset input connected to the output of the first comparator connected, the output to the second alternative RS reset input of the trigger, allowed to remove the uncertainty in the output signal in case of power failure of the input part and in other unauthorized cases.
Присоединение к выходам первого и второго одновибраторов логического элемента «ИЛИ», выход которого присоединен ко входу сброса второго мультивибратора, выход которого присоединен к первым альтернативным входам первого и второго логических элементов «И», ко вторым входам которых соответственно присоединены неинвертирующий и инвертирующий выходы триггера Шмита, при этом выход первого логического элемента «И» присоединен ко второму альтернативному входу первого одновибратора, а выход второго логического элемента «И» присоединен к второму альтернативному входу второго одновибратора, обеспечивает подтверждение логического состояния входного сигнала путем повторной передачи пары биполярных импульсов с периодом работы мультивибратора.Connection to the outputs of the first and second single-vibrators of the OR logic element, the output of which is connected to the reset input of the second multivibrator, the output of which is connected to the first alternative inputs of the first and second logic elements AND, the second inputs of which are respectively connected to the non-inverting and inverting outputs of the Schmit trigger , while the output of the first logic element “And” is connected to the second alternative input of the first one-shot, and the output of the second logic element “And” is connected to the second alternative input of the second one-shot, provides confirmation of the logical state of the input signal by retransmitting a pair of bipolar pulses with a period of operation of the multivibrator.
Присоединение к выходам планарного трансформатора двух резисторов, общая точка которых присоединена к выходу операционного усилителя, к неинвертирующему входу которого присоединен источник питания, с выходным напряжением равным половине напряжения питания дифференциального усилителя, а к инвертирующему входу присоединена общая точка резисторов, вторые концы которых присоединены ко входам дифференциального усилителя, обеспечивает компенсацию паразитных токов, протекающих через проходную емкость трансформатора при резких перепадах напряжения между двумя сторонами гальванической развязки.Connecting to the outputs of a planar transformer two resistors, the common point of which is connected to the output of the operational amplifier, to the non-inverting input of which a power source is connected, with an output voltage equal to half the supply voltage of the differential amplifier, and a common point of resistors is connected to the inverting input, the second ends of which are connected to the inputs differential amplifier, provides compensation for stray currents flowing through the passage capacity of the transformer with sharp drops x tension between the two sides of galvanic isolation.
Источники информацииSources of information
1. Изолирующие микросхемы на основе технологии iCoupler фирмы Analog Devices. Дмитрий Иоффе. Компоненты и технологии №7 2006 г. 1. Isolation ICs based on iCoupler technology from Analog Devices. Dmitry Ioffe. Components and Technologies No. 7 of 2006
2. Цифровые изоляторы Si84XX от компании Silicon Laboratories. Ярослав Комолов. Компоненты и технологии №2 2007 г2. Si84XX Digital Isolators from Silicon Laboratories. Yaroslav Komolov. Components and Technologies №2 2007
3. Преимущества применения сдвоенного емкостного барьера в новых цифровых изоляторах Texas Instruments. Сергей Пичугин. Компоненты и технологии №14 2008 г3. Advantages of using a double capacitive barrier in new Texas Instruments digital isolators. Sergey Pichugin. Components and Technologies №14 2008
4. «Микросхемы встраиваемых проводных модемов ISOmodem производства компании SiLabs» Алексей Курилин. "Электронные компоненты" №5, 2006 г4. “Chips of embedded wired modems ISOmodem manufactured by SiLabs” Alexey Kurilin. "Electronic Components" No. 5, 2006
5. «Цифровые устройства / Генераторы/ одновибраторы» digital.sibsutis.ru/5. “Digital devices / Generators / single vibrators” digital.sibsutis.ru/
6. «Inside Coupler® Technology: ADuM347x PWM Controller and Transformer Driver with Quad-Channel Isolators» Design Summary. By Flow Zhao, Design Engineer. 2010 Analog Devices, Inc.6. “Inside Coupler® Technology: ADuM347x PWM Controller and Transformer Driver with Quad-Channel Isolators” Design Summary. By Flow Zhao, Design Engineer. 2010 Analog Devices, Inc.
7. «HCPL-9000/-0900/-9030/-0930/9021/0931/-900J/-090J/-901J/-091J/-902J/-092J» Data Sheet. Agilent Technologies 2002.7. "HCPL-9000 / -0900 / -9030 / -0930 / 9021/0931 / -900J / -090J / -901J / -091J / -902J / -092J" Data Sheet. Agilent Technologies 2002.
8. «ISOLATED RS-485 PROFIBUS TRANSCEIVER» Data Sheet. 2008, Texas Instruments Incorporated8. “ISOLATED RS-485 PROFIBUS TRANSCEIVER” Data Sheet. 2008, Texas Instruments Incorporated
9. «HIGH SPEED, TRIPLE DIGITAL ISOLATORS)) Data Sheet. 2008, Texas Instruments Incorporated9. “HIGH SPEED, TRIPLE DIGITAL ISOLATORS)) Data Sheet. 2008, Texas Instruments Incorporated
10. «Si8410/20/21» Data Sheet. 2011 Silicon Laboratories10. "Si8410 / 20/21" Data Sheet. 2011 Silicon Laboratories
11. «High-Voltage Lifetime of the ISO72x Family of Digital Isolators)) Application Report 2006, Texas Instruments Incorporated11. “High-Voltage Lifetime of the ISO72x Family of Digital Isolators)) Application Report 2006, Texas Instruments Incorporated
12. US patent 5,952,849. Sep. 1999.12. US patent 5,952,849. Sep. 1999.
13. US patent 6,873,065. Mar. 2005.13. US patent 6,873,065. Mar. 2005.
14. US patent 6,903,578. Jun. 2005.14. US patent 6,903,578. Jun. 2005.
15. US patent 7,683,654. Mar. 2010.15. US patent 7,683,654. Mar. 2010.
16. US patent 7,738,568. Jun. 2010.16. US patent 7,738,568. Jun. 2010.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019128358A RU2714224C1 (en) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | Data transmission device with galvanic isolation by means of pulse transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019128358A RU2714224C1 (en) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | Data transmission device with galvanic isolation by means of pulse transformer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2714224C1 true RU2714224C1 (en) | 2020-02-13 |
Family
ID=69626006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019128358A RU2714224C1 (en) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | Data transmission device with galvanic isolation by means of pulse transformer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2714224C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772740C1 (en) * | 2020-03-05 | 2022-05-25 | Федеральное государственное унитарное предприятие Экспериментальный завод научного приборостроения со Специальным конструкторским бюро Российской академии наук | Multichannel device for picking up and supplying bipolar logic signals |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2381627C1 (en) * | 2006-05-30 | 2010-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр-Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") | System for duplex transmission of information over two-wire communication line |
| US7683654B2 (en) * | 2003-04-30 | 2010-03-23 | Analog Devices, Inc. | Signal isolators using micro-transformers |
| RU2413308C2 (en) * | 2006-02-27 | 2011-02-27 | Финикс Контакт Гмбх Унд Ко. Кг | Bidirectional galvanically isolated channel of transmission |
| RU2474958C1 (en) * | 2011-07-26 | 2013-02-10 | Вячеслав Александрович Гавриков | Method to couple devices of information transceiving along combined double-wire communication line and dc supply and device for its realisation |
-
2019
- 2019-09-10 RU RU2019128358A patent/RU2714224C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7683654B2 (en) * | 2003-04-30 | 2010-03-23 | Analog Devices, Inc. | Signal isolators using micro-transformers |
| RU2413308C2 (en) * | 2006-02-27 | 2011-02-27 | Финикс Контакт Гмбх Унд Ко. Кг | Bidirectional galvanically isolated channel of transmission |
| RU2381627C1 (en) * | 2006-05-30 | 2010-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр-Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") | System for duplex transmission of information over two-wire communication line |
| RU2474958C1 (en) * | 2011-07-26 | 2013-02-10 | Вячеслав Александрович Гавриков | Method to couple devices of information transceiving along combined double-wire communication line and dc supply and device for its realisation |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772740C1 (en) * | 2020-03-05 | 2022-05-25 | Федеральное государственное унитарное предприятие Экспериментальный завод научного приборостроения со Специальным конструкторским бюро Российской академии наук | Multichannel device for picking up and supplying bipolar logic signals |
| RU2811645C1 (en) * | 2023-05-31 | 2024-01-15 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method for transmitting and receiving data through air gap based on inductively coupled circuits excited by short rectangular pulses, and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10397025B2 (en) | Receiver architecture for digital isolators employing notch filters common mode transient immunity | |
| JP6659566B2 (en) | Switch controller with verification circuit to improve noise immunity | |
| JP5504903B2 (en) | Reception circuit, reception method, and signal transmission system | |
| EP2533482B1 (en) | Signal transmission device | |
| TWI506951B (en) | Signal transmitting circuit | |
| JP6272509B2 (en) | Signal transmission device | |
| US20050122754A1 (en) | Half-bridge driver and power conversion system with such driver | |
| US7587193B2 (en) | Signal transmission arrangement having a transformer and a receiver circuit | |
| US10476489B2 (en) | Signal transmission circuit | |
| CN109565480B (en) | Data isolator with improved electrical isolation of common mode transient rejection | |
| RU2714224C1 (en) | Data transmission device with galvanic isolation by means of pulse transformer | |
| EP4383571A1 (en) | Receiver circuit, corresponding isolated driver device, electronic system and method of decoding a differential signal into a digital output signal | |
| CN115102508A (en) | Capacitively coupled chopper instrumentation amplifier and associated methods | |
| CN110601680A (en) | Edge switching circuit and switching method of integrated magnetic isolation chip | |
| JP5604932B2 (en) | Reception circuit, reception method, and communication system including reception circuit | |
| JP6248649B2 (en) | Isolated communication device | |
| CN110572142A (en) | edge conversion method and coding and decoding circuit applied to integrated magnetic isolation chip | |
| US20240205055A1 (en) | Receiver circuit, corresponding isolated driver device, electronic system and method of decoding a differential signal into a digital output signal | |
| US7800434B1 (en) | Edge detect receiver circuit | |
| JP2018011173A (en) | Digital isolator | |
| WO2024057909A1 (en) | Transfer circuit | |
| JP2012205041A (en) | Interface circuit | |
| CN117674772A (en) | Electronic circuit and power converter | |
| JP5387253B2 (en) | Transformer communication circuit |