高速数字信号隔离器芯片的研究与设计
发布时间：2021-12-22 12:51
电隔离是将低压域系统和高压域系统两端在物理层隔开,两端之间没有任何直接相连的通路,信号或能量通过耦合的方式在高压域与低压域之间传输。隔离器被广泛应用于工业控制、汽车电子、医疗电子等各种需要对高压域和低压域进行隔离的场合。本文立足于片上电容隔离传输的架构,采用UMC0.18um标准CMOS工艺,设计了一款具有5kVRMS瞬态过压能力（VIOTM）的4通道高速数字隔离器,最高传输速率可达200Mbps。为了提高抗干扰性能,本芯片发射机（TX）采用开关键控（OOK）调制架构。为了提高芯片上不同通道之间的匹配程度,本芯片的调制端采用了一种阈值电压匹配的高速施密特（Schmitt）触发器用于信号的滤波整形。同时为了提高瞬态共模脉冲抑制（CMTI）的能力,设计了一种基于包络检测的接收机（RX）架构。经过电路设计、版图设计、流片、封装、测试一系列流程,验证了基于该设计的数字隔离器芯片可以达到200Mbps的数据传输速率,8.2ns的典型传输时延,50kV/μs的瞬态共模抑制能力,5kVRMS的瞬时过压能力。上述结果表明,本设计具备完备的功能,符合预期指标。
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１基于脉冲调制架构的隔离器方案［３］［４］??
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Ｐｕｌｓｅ和００Ｋ混合调制：发射机有两条信号通路，高频通路和低频通路，高??频的信号通过高频通路直接脉冲调制传送到接收机，低频通路采用００Ｋ调制将??信号调制到载波频率上传送给接收机［７１，如图１－４所示。这种调制方式，一个通??道内同时包含两种信号通路，整体架构较为复杂，兼有００Ｋ以及Ｐｕｌｓｅ调制的特??点。ＴＩ的初代产品主要采用这种调制方式。??Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ?Ｂａｒｒｉｅｒ??義??ｏｓｃｌ?Ｄ＞°?ｉ丨丨？?？??！?＿?Ｙｙ?＊??Ｌｏｗ?－?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?穿?Ｊ??Ｃｈａｎｎｅｌ?ＰＷＭ?？?｜?？?ＶＲＥＦ??（ＤＣ?１００?ｋｂｐｓ）?Ｉ?＞?．??ｍ?Ｕ?Ｕ?Ｔ［＾?＾?ｎ??—？ＯＵＴ??」ＬｉＮ＿ｎ?＿Ｔ１：?－Ｓ－?ｎｌ—ｔｒ??￣［＞￣ｌｉｎ—￣」Ｌ??Ｈｉｇｈ?－?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?＾??Ｃｈａｎｎｅｌ???，?一?Ｖｒｅｆ?ＺＸＺ??（１００?ｋｂｐｓ?．．．１５０?Ｍｂｐｓ）?ｌ?＞??Ｌｙ－．??ｋ?ＴＸＮ?Ｉ?ｆ?ＲＸＮ?ＪＪ〉?ｉ￣ｙ￣??ＩＴ?士??图１－４混合调制架构的隔离器方案Ｗ??在当前工业电子发展进程中，小面积、低功耗、高速的数字隔离器件是必??须满足的市场需求。??对于数字隔离器的设计，其难点主要包括：??１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]四通道数字隔离器设计[J]. 程淩,李全,李娟. 电子与封装. 2017(11)
硕士论文
[1]数字隔离及隔离式电源芯片的研究与设计[D]. 曾敬源.电子科技大学 2018
[2]基于片上变压器的数字隔离器的分析与设计[D]. 张风体.电子科技大学 2014
本文编号：3546413
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１基于脉冲调制架构的隔离器方案［３］［４］??
ＡＴ?ＥＡＣＨ?ＩＮＰＵＴ?ＥＤＧＥ．?ＤＲＩＶＥＲ??ＣＩＲＣＵＩＴ?ＴＲＡＮＳＭＩＴＳ?ＳＩＮＧＬＥ??ＯＲ?ＤＯＵＢＬＥ?ＰＵＬＳＥＳ?（１ｎＳ）?ＴＯ??ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ?ＰＵＬＳＥＳ?ＣＯＵＰＬＥ?ＦＲＯＭ?ＴＯＰ?ＴＯ?ＢＯＴＴＯＭ??????＿???ＣＯＩＬ?ＴＨＲＯＵＧＨ?ＰＯＬＹＩＭＩＤＥ?ＩＮＳＵＬＡＴＩＯＮ??琴??ＩＮＰＵＴ?ＤＩＧＩＴＡＬ?ＳＩＧＮＡＬ?ＣＭＯＳ?ＴＯＰ?ＭＥＴＡＬ?ＩＮＰＵＴ?ＢＡＳＥ＾ＯＮ??ＷＩＴＨ?ＦＡＬＬＩＮＧ?ＡＮＤ?ＲＩＳＩＮＧ?ＥＤＧＥＳ?ＲＥＣＥＩＶＥＤ?ＰＵＬＳＥＳ??图１－１基于脉冲调制架构的隔离器方案［３］［４］??开关键控（ＯＯＫ）调制：发射机对输入信号的电平进行采样，若输入高则将载波传送过隔离屏障，若输入低电平则没有能量传递给接收机，接收用包络检波的方式对信号进行解调［５１，如图１－２和图１－３所示。这种调制方特点是中等的静态功耗，动态功耗与信号脉宽成正相关而对信号频率不敏信号电平敏感，不需要实时刷新电路；抗干扰能力较强［６】。目前市场上的产品均采用该种架构，如ＡＤＩ、ＴＩ、Ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｌａｂｓ和纳新微的新一代产品。??．?｜??Ｉ?Ｉ??
Ｐｕｌｓｅ和００Ｋ混合调制：发射机有两条信号通路，高频通路和低频通路，高??频的信号通过高频通路直接脉冲调制传送到接收机，低频通路采用００Ｋ调制将??信号调制到载波频率上传送给接收机［７１，如图１－４所示。这种调制方式，一个通??道内同时包含两种信号通路，整体架构较为复杂，兼有００Ｋ以及Ｐｕｌｓｅ调制的特??点。ＴＩ的初代产品主要采用这种调制方式。??Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ?Ｂａｒｒｉｅｒ??義??ｏｓｃｌ?Ｄ＞°?ｉ丨丨？?？??！?＿?Ｙｙ?＊??Ｌｏｗ?－?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?穿?Ｊ??Ｃｈａｎｎｅｌ?ＰＷＭ?？?｜?？?ＶＲＥＦ??（ＤＣ?１００?ｋｂｐｓ）?Ｉ?＞?．??ｍ?Ｕ?Ｕ?Ｔ［＾?＾?ｎ??—？ＯＵＴ??」ＬｉＮ＿ｎ?＿Ｔ１：?－Ｓ－?ｎｌ—ｔｒ??￣［＞￣ｌｉｎ—￣」Ｌ??Ｈｉｇｈ?－?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?＾??Ｃｈａｎｎｅｌ???，?一?Ｖｒｅｆ?ＺＸＺ??（１００?ｋｂｐｓ?．．．１５０?Ｍｂｐｓ）?ｌ?＞??Ｌｙ－．??ｋ?ＴＸＮ?Ｉ?ｆ?ＲＸＮ?ＪＪ〉?ｉ￣ｙ￣??ＩＴ?士??图１－４混合调制架构的隔离器方案Ｗ??在当前工业电子发展进程中，小面积、低功耗、高速的数字隔离器件是必??须满足的市场需求。??对于数字隔离器的设计，其难点主要包括：??１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]四通道数字隔离器设计[J]. 程淩,李全,李娟. 电子与封装. 2017(11)
硕士论文
[1]数字隔离及隔离式电源芯片的研究与设计[D]. 曾敬源.电子科技大学 2018
[2]基于片上变压器的数字隔离器的分析与设计[D]. 张风体.电子科技大学 2014
本文编号：3546413
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