SI21435A - Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero in postopek prenosa signala s pomočjo takega izolacijskega vmesnika - Google Patents

Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero in postopek prenosa signala s pomočjo takega izolacijskega vmesnika Download PDF

Info

Publication number
SI21435A
SI21435A SI200300001A SI200300001A SI21435A SI 21435 A SI21435 A SI 21435A SI 200300001 A SI200300001 A SI 200300001A SI 200300001 A SI200300001 A SI 200300001A SI 21435 A SI21435 A SI 21435A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
signal
output
input
interface
capacitive barrier
Prior art date
Application number
SI200300001A
Other languages
English (en)
Inventor
Vinko Kunc
Andrej Vodopivec
Original Assignee
Vinko Kunc
Andrej Vodopivec
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vinko Kunc, Andrej Vodopivec filed Critical Vinko Kunc
Priority to SI200300001A priority Critical patent/SI21435A/sl
Priority to CN03825769A priority patent/CN100588189C/zh
Priority to JP2004564610A priority patent/JP4404778B2/ja
Priority to EP03710621A priority patent/EP1582039B1/en
Priority to AU2003214790A priority patent/AU2003214790A1/en
Priority to PCT/SI2003/000007 priority patent/WO2004062221A1/en
Priority to MXPA05007298A priority patent/MXPA05007298A/es
Priority to DE60333593T priority patent/DE60333593D1/de
Priority to KR1020057012635A priority patent/KR100943865B1/ko
Priority to US10/626,862 priority patent/US6819169B1/en
Publication of SI21435A publication Critical patent/SI21435A/sl

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264—Arrangements for coupling to transmission lines
    • H04L25/0266—Arrangements for providing Galvanic isolation, e.g. by means of magnetic or capacitive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/08—Modifications for reducing interference; Modifications for reducing effects due to line faults ; Receiver end arrangements for detecting or overcoming line faults
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/08—Modifications for reducing interference; Modifications for reducing effects due to line faults ; Receiver end arrangements for detecting or overcoming line faults
    • H04L25/085—Arrangements for reducing interference in line transmission systems, e.g. by differential transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/38—Synchronous or start-stop systems, e.g. for Baudot code
    • H04L25/40—Transmitting circuits; Receiving circuits
    • H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/38—Synchronous or start-stop systems, e.g. for Baudot code
    • H04L25/40—Transmitting circuits; Receiving circuits
    • H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
    • H04L25/4902—Pulse width modulation; Pulse position modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Abstract

Prenos signala skozi izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero poteka tako, da se v vhodnem vezju vmesnika z integriranjem s primerno časovno konstanto nastavi strmina bokov oziroma časi naraščanja in padanja signalnih replik (U1o+, U1o-) prenašanega signala in da se omenjeni signalni repliki odvajata vsaka na ustreznem odvajalnem sklopu, pri čemer sta časovni konstanti teh odvajalnih sklopov manjši od časov naraščanja in padanja signalnih replik in sta prednostno reda velikosti nanosekunde ali manj. Vezje na izhodni strani kapacitivne bariere zato ne potrebuje ojačevalnika pred napetostnima primerjalnikoma, kar omogoča, da se izredno natančno ohranja širina impulzov. Prenos podatkov je imun na hitro spreminjanje potencialne razlike med napetostnima napajalnima viroma vhodnega in izhodnega vezja v redu velikosti 10 kV/mikro s. Z izumom se omogoča prenos digitalnih signalov do frekvence 100 MHz.ŕ

Description

Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero in postopek prenosa signala s pomočjo takega izolacijskega vmesnika
Izum se nanaša na izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero, ki na vhodni strani kapacitivne bariere obsega vhodno vezje z diferenčnima izhodoma za prvi in drugi logični izhodni signal, ki sta komplementarna drug drugemu in sta repliki prenašanega vhodnega signala, in prvi in drugi bariemi kondenzator za omenjeni prvi oziroma drugi logični izhodni signal in na izhodni strani kapacitivne bariere izhodno vezje z vhodom za prvi in drugi preko kapacitivne bariere preneseni logični signal, to pa obsega prvi in drugi napetostni primerjalnik. Izum se nanaša tudi na postopek prenosa signala s pomočjo takega izolacijskega vmesnika.
Izum je po mednarodni klasifikaciji patentov uvrščen v razred H 03F 03/38.
Izum rešuje tehnični problem, poiskati takšen cenen izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero in postopek prenosa signala s pomočjo takšnega izolacijskega vmesnika, da bo med vezjema na vhodni in izhodni strani kapacitivne bariere omogočen tudi najhitrejši prenos podatkov, pri čemer se bo v vezju na vhodni strani oblikoval za vezje na izhodni strani najprimernejši vhodni signal in bo prenos neobčutljiv na zelo hitro spreminjanje razlike električnega potenciala med napajanj ima omenjenih vhodnega in izhodnega vezja celo v razredu 10 kV/ps, obenem pa naj bo izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero izpopolnjen, tako da bo sprejemno vezje prišlo v pravilno logično stanje takoj po vklopu le-tega in bo ostalo v pravilnem logičnem stanju tudi potem, ko dalj časa ni prišlo do spremembe izhodnega signala v vezju na vhodni strani kapacitivne bariere.
Izolacijski vmesnik omogoča prenos podatkov, običajno v digitalni obliki, med dvema ali več vezji, ki imajo ločene vire napajalne napetosti. Ker nimajo skupne točke ozemljitve, med vezji nastane napetostna razlika, ki lahko doseže tudi nekaj kilovoltov in se lahko zelo hitro spreminja, tako da hitrost spreminjanja napetostne razlike doseže red velikosti 10 kV/ps.
V izolacijskih vmesnikih se izenačevalni električni tokovi med vezji preprečujejo s sredstvi, ki temeljijo na različnih fizikalnih osnovah.
Daleč najbolj razširjenje optični izolacijski vmesnik. V vhodnem vezju fotodioda pretvori električen signal v svetlobne impulze, kijih bipolarni tranzistor v izhodnem vezju pretvori nazaj v električen signal. Razen v visokem cenovnem razredu optični izolacijski vmesnik omogoča le sorazmerno nizko hitrost prenosa podatkov v višini nekaj megahertzov, omenjena njegova elementa pa imata precej visoko porabo električnega toka.
Hitro se uveljavlja vmesnik na magnetni sklop magnetne zanke in tipala magnetnega polja. Ugodno je, da se magnetni sklop lahko izvede na enotnem substratu integriranega vezja; tokovna zanka je prevodna sled, kije s plastjo silicijevega oksida ločena od elementov, ki so priključeni na drugo napajanje, tipalo pa je magnetno-uporovni element. Omogoča prenos podatkov s hitrostjo do 50 MHz. Pri ustrezni konstrukciji potrebuje mnogo manjši tok kot optični izolacijski vmesnik. Izdeluje pa se po relativno zahtevni tehnologiji, saj se magnetno-uporovni element na integrirano vezje doda z zahtevnimi in dragimi tehnološkimi koraki.
Poznani so tudi izolacijski vmesniki na kapacitivni sklop. V osnovni izvedbi se protifazna digitalna izhodna signala Ulo± vhodnega vezja Al’, ki sta repliki prenašanega vhodnega signala Ui, vodita na prvo ploščo bariemih kondenzatorjev C’± (sl. 1). Z njune druge plošče se vodita digitalna vhodna signala U2i± v izhodno vezje A2’, na katerega izhodu se pojavi prenašam signal Uout. Visok in nizek potencial vira napajalne napetosti vhodnega vezja ΑΓ sta U1+ oziroma Ul- in enako U2+ oziroma U2- pri izhodnem vezju A2’. Druga plošča bariemih kondenzatoijev C'± je preko kondenzatorja C”± kot tudi preko upora R’+, pri čemer vsaka od povezav predstavlja napetostni delilnik, in sicer prva za spremenljiv in druga za enosmeren signal, priključena na sredinski potencial vira napajalne napetosti izhodnega vezja A2’. Časovni potek napetosti vhodnega signala Ui glede na ta sredinski potencial je prikazan v prvem oknu na sl. 2; ob t—90 ns je začela naraščati potencialna razlika med napajalnim virom prvega vezja Al’ in napajalnim virom drugega vezja A2', ki se odrazi kot napetost na kondenzatorjih C’+ in C-, in je dosegla vrednost 50 V. S polno črto in črtkano sta v drugem in tretjem oknu na sl. 2 prikazana časovna poteka protifaznih signalov Ulo± oziroma U2i±. V četrtem oknu na sl. 2 pa je prikazan preneseni izhodni signal Uout, ki je po frekvenci enak vhodnemu signalu Ui, Enosmerne in nizkofrekvenčne potencialne razlike so po višini omejene le s prebojno trdnostjo kondenzatorjev C’+ in C'-. Upora R'± zagotavljata, da sta po velikosti vhodna signala U2i± tudi pri nizkih frekvencah vedno znotraj območja dovoljenih vhodnih napetosti napetostnih primerjalnikov v vezju A21. V številnih uporabah pa mora opisani vmesnik delovati tudi pri hitrem spreminjanju potencialne razlike med napajalnim virom prvega vezja ΑΓ in napajalnim virom drugega vezja A2'. Potrebno zmanjšanje visokofrekvenčnih signalov U2i± se doseže s primernim razmečem kapacitet kondenzatorjev C’+ in C+ oziroma C*- in C-. To razmerje mora biti 1:500, če naj opisani vmesnik prenese potencialno razliko 1 kV pri dovoljeni vhodni napetosti napetostnega primerjalnika v višini 2 V. Tolikšno razmerje pa zmanjša tudi amplitudo signalnih replik U2i± vhodnega signala Ui na vhodu v vezje A2' na le nekaj milivoltov. To hitrost prenosa signala upočasni ali celo onemogoči, saj so amplitude signalov že v območju značilnih napetosti ničenja napetostnega primerjalnika. Ob zagotovitvi neobčutljivosti na hitro spreminjanje potencialne razlike med napajalnim viroma se z opisanim vmesnikom torej ne more hkrati zagotoviti najhitrejši možen prenos podatkov.
V patentnem spisu US 4.835.486 je sicer opisan vmesnik na kapacitiven sklop, kije primeren za prenos digitalnih signalov do frekvence navzgor do 1,5 MHz. Uporablja odvajalni sklop na kapacitivni barieri, vendar časovna konstanta odvajalnega sklopa znaša 9 ns. Časovna konstanta je torej daljša od značilnega časa trajanja spremembe signalne replike na izhodu iz prvega vezja pred kapacitivno bariero, zato se mora amplituda signalne replike na vhodu v vezje za kapacitivno bariero omejiti z diodnim omejevalnikom. Nadalje vhodni ojačevalnik v vezju za kapacitivno bariero pretvori vhodni signalni par v en sam signal. S tem se dodatno popači širina impulzov, saj nikoli ni možno zagotoviti popolno simetrijo spreminjanja ojačevalnikovega izhodnega signala.
Izolacijskemu vmesniku na kapacitiven sklop pa je imanentna omejitev, da zaradi kapacitivne bariere ne more prenašati časovno nespremenljive informacije. Zato se po vklopu ali pa potem, ko dalj časa ni prišlo do spremembe izhodnega signala v vezju na vbodni strani kapacitivne bariere, šele po prvi spremembi logičnega stanja izhodnega signala vezja na vhodni strani kapacitivne bariere vhodni signal v vezju na izhodni strani kapacitivne bariere postavi v pravilno logično stanje, to se pravi v logično stanje omenjenega izhodnega signala.
Navedeni tehnični problem je rešen z izolacijskim vmesnikom s kapacitivno bariero, ki obsega
- na vhodni strani kapacitivne bariere vhodno vezje z diferenčnima izhodoma za prvi in drugi logični izhodni signal, ki sta repliki prenašanega vhodnega signala in sta komplementarna drug drugemu,
- prvi in drugi bariemi kondenzator za prvi oziroma drugi logični signal in
- na izhodni strani kapacitivne bariere izhodno vezje z vhodom za prvi in drugi logični vhodni signal, ki sta komplementarna drug drugemu, obsegajoče prvi in drugi napetostni primeijalnik, pri čemer je izolacijski vmesnik po izumu s kapacitivno bariero značilen po tem, da sta v vhodnem vezju predvidena prvi integrimi sklop in drugi integrimi sklop, preko katerih sta se vodila prvi logični izhodni signal oziroma drugi logični izhodni signal in s katerih časovnima konstantama so se nastavile strmine bokov signalov oziroma časi naraščanja in padanja signalov, in daje na izhodno sponko prvega bariemega kondenzatorja in drugega bariernega kondenzatorja na eni strani in na sponko sredinskega potenciala izhodnega vezja na drugi strani priključen takšen prvi upor oziroma drugi upor, da sta časovna konstanta prvega odvajalnega sklopa iz prvega bariemega kondenzator a in prvega upora in časovna konstanta drugega odvajalnega sklopa iz drugega bariemega kondenzator a in drugega upora manjši od časov naraščanja in padanja logičnih izhodnih signalov kot replik prenašanega signala.
Izolacijski vmesnik po izumu s kapacitivno bariero je nadalje značilen po tem, da se prvi logični vhodni signal in drugi logični vhodni signal izhodnega vezja vodita neposredno na prvi oziroma drugi vhod prvega napetostnega primeij alnika in neposredno na drugi oziroma prvi vhod drugega napetostnega primeij alnika in da sta izhod prvega napetostnega primeij alnika in izhod drugega napetostnega primerjalnika priključena na vhoda flipflopa, katerega izhod je izhod izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero.
Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero je po izumu izpopolnjen, tako daje vhod osnovnega izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero priključen na krmilni vhod impulzno-širinskega modulatorja, na katerega drugi vhod se neprekinjeno dovaja signal stalne frekvence in katerega izhod je priključen na vhod pomožnega izolacijskega vmesnika za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu, in da sta izhod osnovnega izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero in izhod pomožnega izolacijskega vmesnika za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu priključena na vhoda odločitvenega logičnega vezja, ki skrbi za pravilno logično stanje prenešenega signala, in daje izhod odločitvenega logičnega vezja izhod izpopolnjenega izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero.
Izpopolnjeni izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero je nadalje značilen po tem, da se glede na prisotnost moduliranega signala na izhodu pomožnega izolacijskega vmesnika za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu vklap-7ljajo ali izklapljajo posamezni sklopi na izhodni strani osnovnega izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero.
Navedeni tehnični problem je resen tudi s postopkom po izumu za prenos signala skozi izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero, pri čemer je omenjeni postopek značilen po tem, da se v vhodnem vezju izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero z integriranjem s primemo časovno konstanto nastavi strmina bokov oziroma časi naraščanja in padanja signalnih replik prenašanega signala in da se omenjeni signalni repliki odvajata na prvem odvajalnem sklopu oziroma drugem odvajalnem sklopu kapacitivne bariere in da sta časovni konstanti prvega in drugega odvajalnega sklopa manjši od časov naraščanja in padanja signalnih replik prenašanega signala.
Postopek po izumu za prenos signalov skozi izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero je nadalje značilen po tem, da se signala na odvajalnih sklopih kapacitivne bariere tvoijenih odvodov vodita neposredno na vhode dveh napetostnih primeijalnikov v izhodnem vezju izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero.
Z izumom izpopolnjeni postopek prenosa signalov skozi izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero pa je značilen po tem, da se poleg prenosa vhodnega signala skozi osnovni izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero skozi pomožen izolacijski vmesnik za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu neprekinjeno opravlja prenos z vhodnim signalom impulzno-širinsko moduliranega signala stalne frekvence in da se glede na modulacijo prenesenega impulzno-širinsko moduliranega signala naravnava logično stanje z izolacijskim vmesnikom s kapacitivno bariero prenešenega signala.
V nadaljnjem bo izum podrobno obrazložen in predstavljene bodo številne dosežene prednosti, in sicer na osnovi opisa izvedbenega primera izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero in s pomočjo tega vmesnika izvajanega postopka prenosa signala ter pripadajočega načrta oziroma grafov, ki prikazujejo na sl. 3 shematski prikaz z izumom izpopolnjenega izolacijskega vmesnika, v katerem sta osnovnemu izolacijskemu vmesniku po izumu s kapacitivno bariero priključena impulzno-širinski modulator in pomožen izolacijski vmesnik za prenos z vhodnim signalom impulzno-širinsko moduliranega signala stalne frekvence zaradi prenašanja informacije o logičnem stanju prenasanega signala;
sl. 4 časovni potek vhodnega signala in časovni potek na izolacijskem vmesniku po izumu s kapacitivno bariero doseženih signalnih replik vhodnega signala s strmino 1 V/ns bokov pred in za odvajalnim sklopom ter izhodnega signala;
sl. 5 časovni potek istih signalov kot na sl. 4 pri strmini 12 V/ns bokov signalnih replik vhodnega signala.
Osnovni izolacijski vmesnik po izumu s kapacitivno bariero je v poenostavljeni obliki prikazan kot del vezja na sl. 3. Obsega naslednje sklope.
Na vhodni strani kapacitivne bariere je vhodno vezje Al z diferenčnima izhodoma za prvi in drugi logični izhodni signal Ulo+ oziroma Ul o-, ki sta repliki prenasanega vhodnega signala Ui in sta komplementarna drug drugemu. V vhodnem vezju Al sta predvidena prvi integrimi sklop (RI, Cl)+ in drugi integrimi sklop (RI, Cl)-5 preko katerih se vodita prvi logični izhodni signal Ulo+ oziroma drugi logični izhodni signal Ul o-. S časovnima konstantama integrimih sklopov (R1,C1)± se nastavijo strmine bokov signalov Ulo± oziroma časi naraščanja in padanja signalov Ulo±.
Sledita prvi barierni kondenzator C+ in drugi bariemi kondenzator C-, na katera se vodi prvi logični signal Ulo+ oziroma drugi logični signal Ul o- in na katerih izhodno sponko na eni strani in na sponko sredinskega potenciala izhodnega vezja A2 na drugi strani je priključen takšen prvi upor R+ oziroma takšen drugi upor R-, da sta časovna konstanta prvega odvajalnega sklopa (C+, R+) iz prvega bariemega kondenzatoija C+ in prvega upora R+ in časovna konstanta drugega odvajalnega sklopa (C-, R-) iz drugega bariemega kondenzatoija C- in drugega upora R- manjši od časov naraščanja in padanja logičnih izhodnih signalov Ulo+ in Ulo- kot replik prenašanega signala Ui. V predlaganem izolacijskem vmesniku za prenos digitalnega signala s frekvenco do 100 MHz sta torej časovni konstanti prvega in drugega odvajalnega sklopa reda velikosti 1 ns ali celo manj. Na prvem odvajalnem sklopu (C+, R+) se signal Ulo+ preslika v signal U2i+, na drugem odvajalnem sklopu (C-, R-) pa signal Ulo- v signal U2i-. Tudi signala U2i± sta komplementarna drug drugemu.
Na izhodni strani kapacitivne bariere je izhodno vezje A2 z vhodom za prvi logični vhodni signal U2i+ oziroma drugi logični vhodni signal U2i-. Izhodno vezje A2 obsega prvi napetostni primeijalnik Co+ in drugi napetostni primeijalnik Co-.
Zgornji in spodnji potencial napetostnega vira za napajanje vhodnega vezja Al sta Ul±, napetostnega vira za napajanje izhodnega vezja A2 pa U2±.
Po izumu se torej časovni konstanti integrimih sklopov (Rl, Cl)± izbereta tako, da se nastavijo strmine bokov izhodnih signalov Ulo± oziroma časi naraščanja in padanja izhodnih signalov Ulo±, da so ti Časi daljši od časovnih konstant prvega oziroma drugega odvajalnega sklopa, ki pa naj bosta reda velikosti 1 ns ali celo manj.
-1010
S tem da se kontrolira strmina bokov izhodnih signalov Ulo± vezja Al, se namreč kontrolirata amplituda in čas trajanja vhodnih signalov U2i± vezja A2. Iz signalov Ulo± s položnejšimi boki, na primer s strmino 1 V/ns na sl. 4, nastaneta nižja in dalj časa trajajoča signala U2i±. In obratno, iz signalov Ulo+ z bolj strmimi boki, na primer s strmino 12 V/ns na sl. 5, nastaneta višja in kratkotrajna signala U2i±.
Na sl. 4 in 5 sta za strmino bokov 1 V/ns oziroma 12 V/ns v prvih dveh oknih prikazana časovni potek vhodnega signala Ui in izhodnih signalov Ulo± vezja Al in sta v drugih dveh oknih prikazana časovni potek vhodnih signalov U2i± vezja A2 in izhodnega signala Uout vezja A2. Ob t=90 ns je začela naraščati potencialna razlika med napajalnim virom prvega vezja Al in napajalnim virom drugega vezja A2 in je ob t=l 50 ns dosegla vrednost 50 V. Vhodna signala U2i± vezja A2 (tretje okno) imata impulze z višino okoli 50 mV in trajanjem okoli 10 ns pri 1 V/ns vrednosti strmine bokov signalov Ulo± (sl. 4) in impulze z višino okoli 600 mV in trajanjem okoli 1 ns pri 12 V/ns vrednosti strmine bokov signalov Ulo± (sl. 5).
V izhodnem vezju A2 se prvi logični vhodni signal U2i+ in drugi logični vhodni signal U2i- vodita neposredno na prvi oziroma drugi vhod prvega napetostnega primeijalnika Co+ in neposredno na drugi oziroma prvi vhod drugega napetostnega primeijalnika Co-.
Izhod prvega napetostnega primerjalnika Co+ in izhod drugega napetostnega primeijalnika Co- sta priključena na vhoda flipflopa F. Izhod flipflopa F je obenem izhod osnovnega izolacijskega vmesnika po izumu s kapacitivno bariero.
-1111
Glede na karakteristike primeijalnikov Co± in tudi glede na zahtevo po največji hitrosti prenosa podatkov ter glede na zahtevo po imunosti na hitro spreminjanje potencialne razlike med napetostnima napajalnima viroma vezij Al in A2 se na prej predstavljeni način oblikujeta optimalna vhodna signala U2i± za izhodno vezje A2.
Časovna konstanta odvajalnih sklopov (C+, R+) in (C-, R-) pa se izbere glede na predvideno največjo hitrost spreminjanja potencialne razlike med napetostnima napajalnima viroma vezij Al in A2. Če je ta naj večja hitrost 10 kV/gs, se morata odvajalna sklopa dimenzionirati tako, da omenjena spreminjajoča se potencialna razlika povzroči enosmerni napetosti na vhodih vezja A2 v območju dovoljenih vrednosti za to vezje. Amplituda signalov U2i+je namreč odvisna le od hitrosti spreminjanja signalov Ulo± in ne od njune amplitude.
V izolacijskem vmesniku po izumu s kapacitivno bari ero vhodna signala U2i± nikoli ne prekrmilita vezja A2, saj se lahko njuni amplitudi in njuna časa trajanja po izumu v celoti določita izključno le s časi naraščanja in padanja signalov Ulo± in s časovnima konstantama prvega in drugega odvajalnega sklopa. V sodobnih podmikrometrskih tehnologijah pa je hitrost spreminjanja signalov v območju od 1 V/ns do 10 V/ns. Časovni konstanti odvajalnih sklopov sta zelo skrajšani in sta prednostno pod eno nanosekundo.
Ker sta amplitudi vhodnih signalov U2i± nastavljivi in zato znani, vezje A2 ne potrebuje ojačevalnikov pred napetostnima primerjalnikoma Co±, kar omogoča, da se izredno natančno - napaka je manjša od 0,5 ns - od vezja Al do vezja A2 ohranja širina impulzov, saj se z dvema enakima primeijalnikoma Co± sprejemata komplementarna signala U2i± in zato prvi zazna prehod iz stanja 0 v stanje 1 in drugi iz stanja 1 v stanje 0.
-1212
Izolacijski vmesnik po izumu s kapacitivno bariero omogoča prenos digitalnih signalov do frekvence 100 MHz, kar glede na stanje tehnike predstavlja izboljšanje za dva velikostna razreda.
Z izolacijskim vmesnikom po izumu s kapacitivno bariero sta rešena dva velika problema prenosa podatkov:
imun je na hitro spreminjanje potencialne razlike med napetostnima napajalnima viroma vezij Al in A2 reda velikosti 10 kV/ps, tako da se na vhodnih signalih U2i± odrazi kot nemoteč enosmeren prispevek, manjši od 1 V;
izključno z obliko medsebojno protifaznih izhodnih signalov Ulo± vezja Al določi obliko vhodnih signalov U2i± v vezje A2.
Na sl. 3 je prikazan po izumu izpopolnjeni izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero, ki poleg opisanega osnovnega izolacijskega vmesnika (Al, C+, C-, R+, R-, A2) po izumu s kapacitivno bariero za hiter prenos podatkov po osnovnem kanalu BCC obsega še pomožen izolacijski vmesnik za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu ACC. Kot pomožen izolacijski vmesnik se lahko uporabi opisani izolacijski vmesnik (Al, C+, C-, R+, R-, A2) po izumu s kapacitivno bariero ali pa izolacijski vmesnik z nižjo dosegljivo hitrostjo prenosa podatkov, ki ima zato bistveno nižjo porabo električnega toka.
Vhod osnovnega izolacijskega vmesnika (Al, C+, C-, R+, R-, A2) s kapacitivno bariero je priključen na krmilni vhod impulzno-širinskega modulatorja PWM, na katerega vhod se neprekinjeno, na primer od oscilatorja O, dovaja signal stalne frekvence. Izhodni signal impulzno-širinskega modulatorja PWM, kije moduliran z vhodnim signalom Ui, ki gaje treba prenašati, se vodi na vhod pomožnega izolacijskega vmesnika za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu ACC.
-1313
Na izhodu pomožnega komunikacijskega kanala ACC je stalno prisoten pomožni izhodni signal Uouta. V tem signalu razmerje med časom trajanja visokega logičnega nivoja in časom trajanja nizkega logičnega nivoja ni stalno. Ce je vhodni signal Ui v visokem logičnem nivoju, ima izhodni signal Uouta na primer visok logični nivo v daljšem delu periode in nizek logični nivo v krajšem delu periode in obratno, če je vhodni signal Ui v nizkem logičnem nivoju. Stalno prisoten podatek o razmerju med trajanjem visokega in nizkega logičnega nivoja impulzno-širinsko moduliranega signala Uouta stalne frekvence predstavlja informacijo o logičnem stanju signala Ui na vhodu oddajnega dela izpopolnjenega izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero.
Na ta način oddajni del izolacijskega vmesnika sprejemnemu delu na drugi strani izolacijske bariere posreduje pomembno dodatno informacijo. Namreč, podatkovni sprejemni del, kije glavni porabnik električnega toka v sprejemnem vezju, se lahko izklopi, kadar oddajni del ni aktiven, ali pa se izhod sprejemnega dela ponovno uskladi z omenjeno dodatno informacijo, kadar se vhodni signal Ui dalj Časa - od 1 ps do 100 ps - ni spremenil, oziroma takoj po vklopu sprejemni del nastavi pravo logično stanje svojega signala oziroma inicializira izhodni signal sprejemnega dela, čim je ugotovil logično stanje vhodnega signala Ui na oddajnem delu. Za nastavitev pravilnega logičnega stanja izhodnega signala v sprejemnem delu izpopolnjenega izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero torej ni treba čakati na prvo spremembo signala oddajnega dela.
V ta namen sta izhod osnovnega izolacijskega vmesnika (Al, C+, C-, R+, R-, A2) s kapacitivno bariero in izhod pomožnega izolacijskega vmesnika za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu ACC priključena na vhoda odločitvenega logičnega vezja DLC, ki skrbi za pravilno logično stanje prenesenega
-1414 signala. Izhod odločitvenega logičnega vezja DLC je izhod izpopolnjenega izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero.

Claims (7)

  1. L Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero, obsegajoč
    - na vhodni strani kapacitivne bariere vhodno vezje (Al) z diferenčnima izhodoma za prvi in drugi logični izhodni signal Ulo+ oziroma Ul o-, ki sta repliki prenašanega vhodnega signala Ui in sta komplementarna drug drugemu,
    - prvi bariemi kondenzator (C+) in drugi bariemi kondenzator (C-) za prvi logični signal Ulo+ oziroma drugi logični signal Ul o- in
    - na izhodni strani kapacitivne bariere izhodno vezje (A2) z vhodom za prvi logični vhodni signal U2i+ oziroma drugi logični vhodni signal U2i-, ki sta komplementarna drug drugemu, obsegajoče prvi napetostni primerjalnik (Co+) in drugi napetostni primeijalnik (Co-), in označen s tem, da sta v vhodnem vezju (Al) predvidena prvi integrimi sklop (RI, Cl)+ in drugi integrimi sklop (RI, Cl)-, preko katerih sta se vodila prvi logični izhodni signal Ulo+ oziroma drugi logični izhodni signal Ul o- in s katerih časovnima konstantama so se nastavile strmine bokov signalov Ulo± oziroma časi naraščanja in padanja signalov Ulo±, in da je na izhodno sponko prvega bariemega kondenzatoija (C+) in drugega bariemega kondenzatorja (C-) na eni strani in na sponko sredinskega potenciala izhodnega vezja (A2) na drugi strani priključen takšen prvi upor (R+) oziroma drugi upor (R-), da sta časovna konstanta prvega odvajalnega sklopa (C+, R+) iz prvega bariernega kondenzatorja (C+) in prvega upora (R+) in časovna konstanta drugega odvajalnega sklopa (C-, R-) iz drugega bariemega kondenzatorja (C-) in drugega upora (R-) manjši od časov naraščanja in padanja logičnih izhodnih signalov Ulo+ in Ul o- kot replik prenašanega signala Ui.
    -1616
  2. 2. Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero po zahtevku 1, označen s tem, da se prvi logični vhodni signal U2i+ in drugi logični vhodni signal U2i- izhodnega vezja (A2) vodita neposredno na prvi oziroma drugi vhod prvega napetostnega primeijalnika (Co+) in neposredno na drugi oziroma prvi vhod drugega napetostnega primeijalnika (Co-) in da sta izhod prvega napetostnega primeijalnika (C0+) in izhod drugega napetostnega primeijalnika (C0-) priključena na vhoda flipflopa (F), katerega izhod je izhod izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero.
  3. 3. Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, daje vhod osnovnega izolacijskega vmesnika (Al, C+, C-, R+, R-, A2) s kapacitivno bariero priključen na krmilni vhod impulzno-širinskega modulatorja (PWM), na katerega drugi vhod se neprekinjeno dovaja signal stalne frekvence in katerega izhod je priključen na vhod pomožnega izolacijskega vmesnika za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu (ACC), da sta izhod osnovnega izolacijskega vmesnika (Al, C+, C-, R+, R-, A2) s kapacitivno bariero in izhod pomožnega izolacijskega vmesnika za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu (ACC) priključena na vhoda odločitvenega logičnega vezja (DLC), ki skrbi za pravilno logično stanje signala, ki se prenaša z osnovnim izolacijskim vmesnikom (Al, C+, C-, R+, R-, A2) s kapacitivno bariero, in da je izhod odločitvenega logičnega vezja (DLC) izhod izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero.
  4. 4. Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero po zahtevku 3, označen s tem,
    -1717 da se glede na stanje moduliranega signala na izhodu pomožnega izolacijskega vmesnika za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu (ACC) vklapljajo ali izklapljajo posamezni sklopi na izhodni strani osnovnega izolacijskega vmesnika (Al, C+, C-, R+, R-, A2) s kapacitivno bariero.
  5. 5. Postopek prenosa signala skozi izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero, označen s tem, da se v vhodnem vezju izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero z integriranjem s primemo časovno konstanto nastavi strmina bokov oziroma časi naraščanja in padanja signalnih replik Ulo+ in Ul o- prenašanega signala Ui in da se omenjeni signalni repliki Ulo+ in Ul o- odvajata na prvem odvajalnem sklopu oziroma drugem odvajalnem sklopu kapacitivne bariere, in da sta časovni konstanti prvega in drugega odvajalnega sklopa vsaj manjši od časov naraščanja in padanja signalnih replik Ulo+ in Ul o- prenašanega signala Ui.
  6. 6. Postopek prenosa signalov skozi izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero po zahtevku 5, označen s tem, da se signala U2i± na odvajalnih sklopih kapacitivne bariere tvorjenih odvodov vodita neposredno na vhode dveh napetostnih primeijalnikov v izhodnem vezju izolacijskega vmesnika s kapacitivno bariero.
  7. 7. Postopek prenosa signalov skozi izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero po zahtevku 5 ali 6, označen s tem, da se poleg prenosa vhodnega signala Ui skozi osnovni izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero skozi pomožen izolacijski vmesnik za prenos po pomožnem komunikacijskem kanalu (ACC) neprekinjeno opravlja prenos z vhodnim signalom Ui impulzno-širinsko moduliranega signala Uia stalne frekvence
    -1818 in da se glede na modulacijo prenesenega impulzno-širinsko moduliranega signala Uouta naravnava logično stanje z izolacijskim vmesnikom s kapacitivno bariero prenesenega signala Uout.
SI200300001A 2003-01-06 2003-01-06 Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero in postopek prenosa signala s pomočjo takega izolacijskega vmesnika SI21435A (sl)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI200300001A SI21435A (sl) 2003-01-06 2003-01-06 Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero in postopek prenosa signala s pomočjo takega izolacijskega vmesnika
CN03825769A CN100588189C (zh) 2003-01-06 2003-03-04 带有容性势垒的隔离接口以及通过这种隔离接口发送信号的方法
JP2004564610A JP4404778B2 (ja) 2003-01-06 2003-03-04 容量性障壁を備えた分離インターフェース及び該分離インターフェースによる信号の伝送方法
EP03710621A EP1582039B1 (en) 2003-01-06 2003-03-04 Isolation interface with capacitive barrier and method for transmitting a signal by means of such isolation interface
AU2003214790A AU2003214790A1 (en) 2003-01-06 2003-03-04 Isolation interface with capacitive barrier and method for transmitting a signal by means of such isolation interface
PCT/SI2003/000007 WO2004062221A1 (en) 2003-01-06 2003-03-04 Isolation interface with capacitive barrier and method for transmitting a signal by means of such isolation interface
MXPA05007298A MXPA05007298A (es) 2003-01-06 2003-03-04 Interfaz de aislamiento con barrera capacitiva y metodo para transmitir una senal por medio de tal interfaz de aislamiento.
DE60333593T DE60333593D1 (de) 2003-01-06 2003-03-04 Schnittstelle mit kapazitiver barriere sowie verfahren zur übertragung eines signals unter verwendung einer solchen schnittstelle
KR1020057012635A KR100943865B1 (ko) 2003-01-06 2003-03-04 용량성 장벽을 갖는 분리 인터페이스 및 그 분리인터페이스에 의해 신호를 전송하기 위한 방법
US10/626,862 US6819169B1 (en) 2003-01-06 2003-07-25 Isolation interface with capacitive barrier and method for transmitting a signal by means of such isolation interface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI200300001A SI21435A (sl) 2003-01-06 2003-01-06 Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero in postopek prenosa signala s pomočjo takega izolacijskega vmesnika

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI21435A true SI21435A (sl) 2004-08-31

Family

ID=32710090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI200300001A SI21435A (sl) 2003-01-06 2003-01-06 Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero in postopek prenosa signala s pomočjo takega izolacijskega vmesnika

Country Status (10)

Country Link
US (1) US6819169B1 (sl)
EP (1) EP1582039B1 (sl)
JP (1) JP4404778B2 (sl)
KR (1) KR100943865B1 (sl)
CN (1) CN100588189C (sl)
AU (1) AU2003214790A1 (sl)
DE (1) DE60333593D1 (sl)
MX (1) MXPA05007298A (sl)
SI (1) SI21435A (sl)
WO (1) WO2004062221A1 (sl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8305137B2 (en) 2007-06-21 2012-11-06 Vinko Kunc Isolating interface with a differentiating circuit comprising a capacitive barrier and method for transmitting a signal by means of such isolating interface

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7535262B2 (en) * 2004-10-19 2009-05-19 International Rectifier Corporation High voltage level shifting by capacitive coupling
EP1971892B1 (en) * 2005-12-16 2016-11-30 NVE Corporation Signal isolator linear receiver
US20080279288A1 (en) * 2007-05-11 2008-11-13 Philip John Crawley Digital Isolator Interface with Process Tracking
US7732889B2 (en) * 2007-05-24 2010-06-08 Akros Silicon Inc. Capacitor structure in a semiconductor device
US8055345B2 (en) 2007-08-31 2011-11-08 Proteus Biomedical, Inc. Self-referencing communication in implantable devices
US8095710B2 (en) * 2008-06-30 2012-01-10 Silicon Laboratories Inc. System and method of providing electrical isolation
US7804859B2 (en) * 2008-06-30 2010-09-28 Silicon Laboratories, Inc. System and method of providing electrical isolation
EP2477833B1 (en) 2009-09-15 2013-11-06 Kpit Cummins Infosystems Limited Motor assistance for a hybrid vehicle based on predicted driving range
US8423214B2 (en) 2009-09-15 2013-04-16 Kpit Cummins Infosystems, Ltd. Motor assistance for a hybrid vehicle
EP2477835B1 (en) 2009-09-15 2018-03-21 KPIT Technologies Limited Method of providing assistance for a hybrid vehicle based on user input
JP5914337B2 (ja) 2009-09-15 2016-05-11 ケーピーアイティ テクノロジーズ リミテッド 車両をハイブリッド車両に変換する方法
US8497700B2 (en) 2011-10-21 2013-07-30 Samsung Electro-Mechanics Systems and methods for propagating digital data across an isolation barrier
US8571093B1 (en) * 2012-04-24 2013-10-29 Nxp B.V. Communication interface for galvanic isolation
US8867592B2 (en) * 2012-05-09 2014-10-21 Nxp B.V. Capacitive isolated voltage domains
US10270630B2 (en) 2014-09-15 2019-04-23 Analog Devices, Inc. Demodulation of on-off-key modulated signals in signal isolator systems
US10536309B2 (en) 2014-09-15 2020-01-14 Analog Devices, Inc. Demodulation of on-off-key modulated signals in signal isolator systems
EP3016336B1 (en) 2014-10-28 2020-01-15 ams AG Transceiver circuit and methods for tuning a communication system and for communication between transceivers
US9998301B2 (en) * 2014-11-03 2018-06-12 Analog Devices, Inc. Signal isolator system with protection for common mode transients
CN108900074B (zh) * 2018-07-17 2019-12-31 宋庆国 双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统及方法
EP3846345B1 (en) * 2019-12-31 2022-08-03 Vddtech Fast digital isolator
CN111193507B (zh) * 2020-01-14 2023-08-11 苏州纳芯微电子股份有限公司 低抖动数字隔离器电路及包括其的数字隔离器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US681916A (en) * 1901-06-17 1901-09-03 Vernon Hoxie Feed mechanism for wire-fabric machines.
JPS60134543A (ja) * 1983-12-22 1985-07-17 Sharp Corp 非接触型デ−タ転送方式
US4835486A (en) * 1986-04-28 1989-05-30 Burr-Brown Corporation Isolation amplifier with precise timing of signals coupled across isolation barrier
US4748419A (en) * 1986-04-28 1988-05-31 Burr-Brown Corporation Isolation amplifier with precise timing of signals coupled across isolation barrier
EP0973305A1 (en) * 1997-03-31 2000-01-19 Hitachi, Ltd. Modem using capacitive insulating barrier, insulating coupler, and integrated circuit used in the modem
US6137827A (en) * 1997-04-22 2000-10-24 Silicon Laboratories, Inc. Isolation system with digital communication across a capacitive barrier
US5870046A (en) * 1997-04-22 1999-02-09 Silicon Laboratories Inc. Analog isolation system with digital communication across a capacitive barrier
US6198816B1 (en) * 1997-04-22 2001-03-06 Silicon Laboratories, Inc. Capacitively coupled ring detector with power provided across isolation barrier
US6359973B1 (en) * 1998-11-16 2002-03-19 Conexant Systems, Inc. Data access arrangement utilizing a serialized digital data path across an isolation barrier
US6728320B1 (en) * 1999-09-23 2004-04-27 Texas Instruments Incorporated Capacitive data and clock transmission between isolated ICs

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8305137B2 (en) 2007-06-21 2012-11-06 Vinko Kunc Isolating interface with a differentiating circuit comprising a capacitive barrier and method for transmitting a signal by means of such isolating interface

Also Published As

Publication number Publication date
EP1582039B1 (en) 2010-07-28
DE60333593D1 (de) 2010-09-09
JP2006515127A (ja) 2006-05-18
KR20050097932A (ko) 2005-10-10
WO2004062221A1 (en) 2004-07-22
AU2003214790A1 (en) 2004-07-29
US6819169B1 (en) 2004-11-16
CN1720699A (zh) 2006-01-11
MXPA05007298A (es) 2006-05-25
EP1582039A1 (en) 2005-10-05
CN100588189C (zh) 2010-02-03
JP4404778B2 (ja) 2010-01-27
KR100943865B1 (ko) 2010-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SI21435A (sl) Izolacijski vmesnik s kapacitivno bariero in postopek prenosa signala s pomočjo takega izolacijskega vmesnika
US9660848B2 (en) Methods and structures to generate on/off keyed carrier signals for signal isolators
US6903578B2 (en) Logic isolator
CA1198780A (en) Self-clocking binary receiver
US7923710B2 (en) Digital isolator with communication across an isolation barrier
US11962233B2 (en) Interface for passing control information over an isolation channel
US20150381042A1 (en) Isolator Including Bi-Directional Regulator
US20060188048A1 (en) Clock Extracting Circuit
US10014856B2 (en) Signal transmission device
EP3683964B1 (en) Methods and structures to generate on/off keyed carrier signals for signal isolators
US11870244B2 (en) Common-mode transient immunity (CMTI) circuit and method of operation therefor
US11888658B2 (en) Transmitter for dual communication over an isolation channel
US20120176177A1 (en) Switch with improved edge rate control
US11539559B2 (en) Demodulator for an isolation communication channel for dual communication
KR100940523B1 (ko) 스택형 차동 신호 전송 회로
CN110350888A (zh) 流电隔离电路和系统以及对应的操作方法
WO2021136745A1 (en) Fast digital isolator
US20130003888A1 (en) Half open-loop-controlled lin transmitter
WO2020011801A1 (en) Digital isolator
JP2006526318A (ja) 改良された共振線駆動回路
EP3358731A1 (en) Switched mode power supply
US4669096A (en) Differential data line selector
US20070252657A1 (en) Modulation of An RF Transmit Signal
SU1029411A2 (ru) Оптоэлектронный переключатель
Hollis et al. Reference voltage generation for single-ended memory interfaces

Legal Events

Date Code Title Description
IF Valid on the event date
KO00 Lapse of patent

Effective date: 20130111