電隔離是將低壓域系統(tǒng)和高壓域系統(tǒng)兩端在物理層隔開,兩端之間沒有任何直接相連的通路,信號或能量通過耦合的方式在高壓域與低壓域之間傳輸。隔離器被廣泛應用于工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療電子等各種需要對高壓域和低壓域進行隔離的場合。本文立足于片上電容隔離傳輸?shù)募軜?gòu),采用UMC0.18um標準CMOS工藝,設計了一款具有5kVRMS瞬態(tài)過壓能力（VIOTM）的4通道高速數(shù)字隔離器,最高傳輸速率可達200Mbps。為了提高抗干擾性能,本芯片發(fā)射機（TX）采用開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制架構(gòu)。為了提高芯片上不同通道之間的匹配程度,本芯片的調(diào)制端采用了一種閾值電壓匹配的高速施密特（Schmitt）觸發(fā)器用于信號的濾波整形。同時為了提高瞬態(tài)共模脈沖抑制（CMTI）的能力,設計了一種基于包絡檢測的接收機（RX）架構(gòu)。經(jīng)過電路設計、版圖設計、流片、封裝、測試一系列流程,驗證了基于該設計的數(shù)字隔離器芯片可以達到200Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率,8.2ns的典型傳輸時延,50kV/μs的瞬態(tài)共模抑制能力,5kVRMS的瞬時過壓能力。上述結(jié)果表明,本設計具備完備的功能,符合預期指標。 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１基于脈沖調(diào)制架構(gòu)的隔離器方案［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??圖１－１基于脈沖調(diào)制架構(gòu)的隔離器方案［３］［４］??開關(guān)鍵控（ＯＯＫ）調(diào)制：發(fā)射機對輸入信號的電平進行采樣，若輸入高則將載波傳送過隔離屏障，若輸入低電平則沒有能量傳遞給接收機，接收用包絡檢波的方式對信號進行解調(diào)［５１，如圖１－２和圖１－３所示。這種調(diào)制方特點是中等的靜態(tài)功耗，動態(tài)功耗與信號脈寬成正相關(guān)而對信號頻率不敏信號電平敏感，不需要實時刷新電路；抗干擾能力較強［６】。目前市場上的產(chǎn)品均采用該種架構(gòu)，如ＡＤＩ、ＴＩ、Ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｌａｂｓ和納新微的新一代產(chǎn)品。??．?｜??Ｉ?Ｉ??

Ｐｕｌｓｅ和００Ｋ混合調(diào)制：發(fā)射機有兩條信號通路，高頻通路和低頻通路，高??頻的信號通過高頻通路直接脈沖調(diào)制傳送到接收機，低頻通路采用００Ｋ調(diào)制將??信號調(diào)制到載波頻率上傳送給接收機［７１，如圖１－４所示。這種調(diào)制方式，一個通??道內(nèi)同時包含兩種信號通路，整體架構(gòu)較為復雜，兼有００Ｋ以及Ｐｕｌｓｅ調(diào)制的特??點。ＴＩ的初代產(chǎn)品主要采用這種調(diào)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??圖１－４混合調(diào)制架構(gòu)的隔離器方案Ｗ??在當前工業(yè)電子發(fā)展進程中，小面積、低功耗、高速的數(shù)字隔離器件是必??須滿足的市場需求。??對于數(shù)字隔離器的設計，其難點主要包括：??１）

【參考文獻】：
期刊論文
[1]四通道數(shù)字隔離器設計[J]. 程淩,李全,李娟.  電子與封裝. 2017(11)

碩士論文
[1]數(shù)字隔離及隔離式電源芯片的研究與設計[D]. 曾敬源.電子科技大學 2018
[2]基于片上變壓器的數(shù)字隔離器的分析與設計[D]. 張風體.電子科技大學 2014



本文編號：3546413