帶共模瞬變保護(hù)的信號隔離系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及隔離器，尤其設(shè)及防范共模瞬變的隔離器的保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 隔離器是在兩個(gè)電氣隔離電路系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)信號的設(shè)備。每個(gè)電路系統(tǒng)在不 同的電壓域工作，其可包括不同的源電位和不同的地面。隔離設(shè)備可W提供在隔離阻礙的 數(shù)據(jù)交換，所述隔離阻礙保持了電氣隔離。常規(guī)的隔離設(shè)備包括微型變壓器、電容器和磁電 阻。
[0003] 許多隔離設(shè)備進(jìn)行差分驅(qū)動(dòng)。旨P，信號內(nèi)容（"Vsie")表示圍繞共模電壓（"Vcm") 差異偏離的一對信號。第一信號可W從共模電壓V?偏離量VsK；(例如，Vl = VeM+VsK)，但第 二信號可W互補(bǔ)的方式偏離共模電壓VCM相同量（例如，V2 = VcM-Vsie)。在運(yùn)個(gè)例子中， Vsk值代表信號內(nèi)容。隔離器電路經(jīng)常使用共模電壓V?作為設(shè)計(jì)因素而進(jìn)行設(shè)計(jì)，W發(fā)送 和/或接收表示信號內(nèi)容的運(yùn)些差分驅(qū)動(dòng)信號。
[0004] 隔離器設(shè)備通常用于增雜的環(huán)境。它們可能受到電磁瞬變，運(yùn)引起在由運(yùn)些系統(tǒng) 發(fā)送和接收信號中的信號腐敗。一些瞬變引起由系統(tǒng)傳輸?shù)男盘柕墓材Ｆ?。因此，在?分信號對理想地W差動(dòng)方式偏離共模時(shí)，共模瞬變可引起差分信號W干設(shè)隔離器的操作的 方式一起改變（例如，Vl = V?+VeMi+Vsie，V2 = VtM+VeMi-Vsie)。一些瞬變可引起運(yùn)些信號W 超過接收并解碼信號的電路的電源電壓（Vdd或地），運(yùn)可導(dǎo)致不正確解碼信號。
[0005] 本發(fā)明人察覺到本領(lǐng)域需要隔離系統(tǒng)，該系統(tǒng)可W防止操作中的共模瞬變。
【附圖說明】
[0006] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的隔離器系統(tǒng)。
[0007] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過濾器。
[000引圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例表示圖2的過濾器對共模瞬變的圖響應(yīng)的示例性波 形。
[0009] 圖4示出可替代過濾器。
[0010] 圖5示出表示圖4的過濾器對共模瞬變的響應(yīng)的示例性波形。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 本發(fā)明的實(shí)施例提供具有隔離器和接收器的隔離器系統(tǒng)，所述隔離器生成差分隔 離器信號，所述接收器產(chǎn)生表示從隔離器接收的信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。該系統(tǒng)還可W包括禪合 在所述隔離器和接收器之間的RC過濾器。在操作過程中，過濾器可W在隔離器的不同的電 路路徑中分配瞬變信號，其中僅有一些被禪合到接收器的輸入。隨著時(shí)間的推移，過濾器可 W衰減在接收器輸入端的瞬變貢獻(xiàn)。W運(yùn)種方式，過濾器可限制運(yùn)些共同模瞬變的影響。
[0012] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的隔離器系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可W包括發(fā)射器110、 隔離器120、過濾器130和接收器140。隔離器120可W橫跨隔離阻障150,其彼此電隔離兩 個(gè)電壓域。發(fā)射器110可W屬于第一電壓域，其具有其自己的電壓和地（被示為Vddi，GNDi)， 和過濾器130和接收器140可屬于第二電壓域，其具有獨(dú)立于第一電壓域的供應(yīng)的電壓和 地（Vdd2, GN02)。隔離屏障150可W防止電壓從一個(gè)域到另一個(gè)的通信。
[0013] 可W提供系統(tǒng)100用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第一電壓域到第二電壓域的通信。在運(yùn)樣的實(shí) 施例中，發(fā)射器110可W接收輸入信號，它利用兩個(gè)二進(jìn)制電壓電平之一。發(fā)射器110可W 生成具有從輸入信號的狀態(tài)確定的狀態(tài)的輸出信號。輸出信號可通過隔離器120從第一電 壓域通過隔離屏障150攜帶到第二電壓域。接收器140可接收來自隔離器120 (其可W被 過濾如本文所討論）的信號并由此信號生成數(shù)字輸出。
[0014] 數(shù)據(jù)可W橫跨隔離器120通過任何各種技術(shù)傳送，例如包括，開關(guān)鍵控、脈沖計(jì)數(shù) 調(diào)制、脈沖極性調(diào)制和類似物。在開關(guān)鍵控中，如果輸入信號對應(yīng)于二進(jìn)制值"1"，發(fā)射器 110可在其輸出端產(chǎn)生周期信號；但是，如果輸入信號對應(yīng)于二進(jìn)制值"0"，發(fā)射器110可 輸出惰性信號（無活性）。脈沖計(jì)數(shù)調(diào)制可W設(shè)及發(fā)送單一脈沖信號W表示第一二進(jìn)制值 (例如，數(shù)字"0")和多脈沖信號W表示第二二進(jìn)制值（數(shù)字"1")。脈沖極性調(diào)制可設(shè)及 發(fā)送具有第一極性的脈沖來表示第一二進(jìn)制值（例如，一個(gè)正脈沖來表示的數(shù)字"1")和具 有第二極性的脈沖W表示第二二進(jìn)制值（例如，負(fù)脈沖W表示數(shù)字"0")。本發(fā)明的原理可 應(yīng)用于任何差分驅(qū)動(dòng)的隔離器結(jié)構(gòu)。
[0015] 各種隔離器設(shè)備可W用作隔離器120,包括基于微型變壓器的隔離器、容性隔離器 和/或磁阻隔離器。
[0016] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過濾器200。網(wǎng)絡(luò)200可應(yīng)用于圖1的過濾器130。 網(wǎng)絡(luò)可W包括一對第一級電阻Rl. 1、R1. 2,輸入電容器Cl. 1、C1. 2,第二級電阻R2. 1、R2. 2， 第S級電阻R3. 1、R3. 2和另一個(gè)電容C2。
[0017] 第一級電阻Rl. UR1.2的第一端子可W禪合到隔離器的各端子，示為節(jié)點(diǎn)NI. 1和 NI. 2。第一級電阻RL 1、R2. 1的第二端子可W連接到地。
[0018] 輸入電容器Cl. 1、C1. 2的第一端子也可W在節(jié)點(diǎn)NI. 1和NI. 2禪合到隔離器的各 終端。輸入電容器Cl. 1、Cl. 2的第二端子可W在節(jié)點(diǎn)N2. 1和N2. 2連接到相應(yīng)的第二階段 電阻R2. 1、R2. 2的第一端子。第二階段電阻第二端子可連接到彼此和電容器C2和第=級 電阻 R3. 1、R3. 2。
[0019] 第S級電阻R3. 1、R3. 2可W串聯(lián)連接在電源電壓VDD和地GND之間。電容器C2 的第一端子可連接到第S級電阻R3. 1和R3. 2之間的中間節(jié)點(diǎn)醒，并且電容器C2的第二端 可被連接到地GND。電阻R3. 1和R3. 2可W具有相等的電阻，其可W保持在電容器C2的電 壓在1/2VDD的共模電平，而沒有瞬變。
[0020] 在圖2的例子中，每個(gè)第一級電阻RL 1、Rl. 2的第二終端示出禪合至地。該連接 定義地面作為第一級電阻Rl. 1，Rl. 2的共模電壓。然而，第二級電阻R2. 1、R2. 2的第二端 子連接到節(jié)點(diǎn)醒，它連接到電阻器和R3. 1R3. 2之間的中間節(jié)點(diǎn)。該連接可限定1/2VDD作 為第二和第=級電阻R2. 1、R2. 2、R3. 1和R3. 2的共模電壓。通過在一側(cè)的節(jié)點(diǎn)NI. 1，N1. 2 的和另一側(cè)的節(jié)點(diǎn)N2. 1，N2. 2之間插入電容器Cl. 1和Cl. 2,運(yùn)兩個(gè)共模域可W保持彼此 離散。在其他電路應(yīng)用中，可便于定義不同于圖2所示的地面和1/2VDD電壓不同的共模電 壓。
[0021] 電容器C2的電容可W大于電容器Cl. 1和Cl. 2的電容。例如，C2的電容可W大 于電容器Cl. I和Cl. 2的6至10倍。
[0022] 在操作期間，隔離器可在節(jié)點(diǎn)NI. 1，N1. 2向過濾器呈現(xiàn)差分輸入電壓。旨P，在理想 的操作條件下，在節(jié)點(diǎn)NI. 1呈現(xiàn)的電壓將W共模電壓中屯、，并隨著在NI. 2呈現(xiàn)的電壓成反 比變化，運(yùn)也W共模電壓為中屯、。在理想的操作條件下，共模電壓不會(huì)發(fā)生變化。
[0023] 但是，操作條件可W引起在隔離器的瞬變，運(yùn)引起共模電壓與其理想值偏離。運(yùn)樣 的瞬變可導(dǎo)致共模電壓超過高電源電壓VDD或低于地面。在超出VDD或低于地面下，如果 輸入到接收器140 (圖1)，瞬變可導(dǎo)致接收器140的操作不當(dāng)。
[0024] 圖2的實(shí)施例可W減少在隔離系統(tǒng)中瞬變的影響。瞬變通常是短期、高頻的事件， 其中電容器Cl. 1和Cl. 2可顯示為短路。因此，當(dāng)瞬變呈現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)NI. 1和NI. 2,第一和第 二級電阻Rl. 1、R1.2、R2. 1和R2.2可顯示為簡單、并行電阻網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)有助于衰減呈現(xiàn)給接收 器140 (圖1)的瞬變的幅度。
[00巧]圖3示出了表示在圖2的電路中的瞬變傳播的一系列示例性波形。圖形（a)表示 可從隔離器提出的短暫的共模分量。它在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)NI. 2和NI. 2呈現(xiàn)非差異。在本示例中， 瞬變被示為電流脈沖ICM，其開始于時(shí)刻to并繼續(xù)直到時(shí)間tl。在實(shí)踐中，瞬變可W具有 差分組件但運(yùn)些未在圖3的例子中示出。
[0026] 在瞬變電流脈沖開始時(shí)，電流ICM也可W在第一級電阻RL 1、RL 2,第二級電阻 R2. 1、R2. 2之間拆分。在數(shù)學(xué)上，運(yùn)些電流可被表示為：
[0029] Irli和I Ri.2分別表示通過電阻Rl. 1和Rl. 2的電流，和I R2.郝I R2.2分別表示通過 電阻R2. 1和R2. 2電流。
[0030] 在電壓域中，在節(jié)點(diǎn)NI. 1和NI.2的電壓VI.0，V1.2可W從它們的共模電壓（地） 偏移為
[0031] VI. 1 = VI. 2 = Icm 巧 1. l|R2. 1)
[0032] 其中，Rl. 11 |R2. 1表示通過電阻Rl. 1和R2. 1并聯(lián)呈現(xiàn)的有效阻抗。因此，在圖 3(b)中，電壓VI. 1和VI. 2被示為在時(shí)間to轉(zhuǎn)換到該電平。
[0033] 類似地，在節(jié)點(diǎn)N2. 1和N2. 2的電壓V2. 1，V2. 2可W從