專(zhuān)利名稱(chēng)：信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路及其集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，尤其但并不限于用于干線(xiàn)電壓供電的消費(fèi)產(chǎn)品中。
背景技術(shù)：
為了安全，干線(xiàn)電壓供電的消費(fèi)產(chǎn)品(例如多媒體家庭網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn))需要將干線(xiàn)電壓電路和低電壓電路之間電氣隔離。除了電氣隔離，通常還需要穿過(guò)干線(xiàn)電壓電路和低電壓電路之間的電氣隔離屏障傳遞信號(hào)。對(duì)低電壓側(cè)干線(xiàn)電壓信號(hào)上的時(shí)間位置(例如零交點(diǎn))的確定是從高電壓側(cè)向低電壓側(cè)傳遞信號(hào)所包含的需求的一個(gè)例子。干線(xiàn)電壓信號(hào)上的位置的確定在提供與干線(xiàn)電壓周期的同步時(shí)得到應(yīng)用。與干線(xiàn)電壓周期的同步可以用于在多個(gè)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品(如多媒體家庭網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn))的低電壓電路間提供同步的通信。更特別的例子是ISP(系統(tǒng)間連接協(xié)議)的規(guī)定，它提供了基于不同通信協(xié)議工作的設(shè)備間的協(xié)作。 ISP包括，在干線(xiàn)電壓信號(hào)的每次預(yù)設(shè)數(shù)量的零交點(diǎn)時(shí)打開(kāi)窗口，并發(fā)送確認(rèn)符號(hào)，確認(rèn)符號(hào)后跟隨有用于提供協(xié)作的控制數(shù)據(jù)。干線(xiàn)電壓信號(hào)上的位置的確定還在監(jiān)視干線(xiàn)電源的相位變化以確定干線(xiàn)電源是否故障時(shí)得到應(yīng)用。例如，若每M小時(shí)干線(xiàn)電源平均變化超過(guò) 2%，那么電源很可能出現(xiàn)故障。然后可以采取預(yù)防性措施，例如采用不可間斷的供電電源。 根據(jù)一個(gè)更簡(jiǎn)單的應(yīng)用，干線(xiàn)電壓信號(hào)上的位置的確定可以用于確定干線(xiàn)電壓信號(hào)是50Hz 還是60Hz。在另一應(yīng)用中，干線(xiàn)電壓信號(hào)上位置的確定還可以用于采取通信信道來(lái)優(yōu)化信道容量。更特別地，干線(xiàn)電壓信號(hào)位置確定可以作為根據(jù)各種噪聲特征(如功率電平和預(yù)期信噪比)將干線(xiàn)電壓周期劃分成各個(gè)部分的基礎(chǔ)，不同部分中，在不同的通信鏈路進(jìn)行監(jiān)視和比較。然后，根據(jù)對(duì)噪聲特征的比較修改信道。圖1示出了一種已知電氣隔離器電路10，該電路10將信號(hào)從干線(xiàn)電壓電路傳向低電壓電路的同時(shí)保持干線(xiàn)和低電壓電路間的隔離以便隨后的零交點(diǎn)檢測(cè)。電氣隔離器電路 10包括具有紅外光發(fā)光二極管(LED) 14和光電晶體管16的光隔離器12。與LED串聯(lián)的電阻Rin 18限制流過(guò)LED的電流。負(fù)載電阻Rout 20在光電晶體管和正輸電線(xiàn)之間與光電晶體管16串聯(lián)。電容Cload22表示與光電晶體管的輸出M連接的電子電路的寄生電容值。 在使用時(shí)，高電壓AC信號(hào)通過(guò)輸入沈進(jìn)入電氣隔離器電路從而使LED 14工作。LED發(fā)射的光由光電晶體管接收，并產(chǎn)生在光電晶體管中流動(dòng)的電流，該電流進(jìn)一步流過(guò)負(fù)載電阻從而在輸出M提供相應(yīng)的電壓。圖2示出了代表性高電壓AC信號(hào)觀以及將來(lái)自輸出對(duì)的電壓信號(hào)作為自己的輸入的零交點(diǎn)檢測(cè)器的相應(yīng)輸出電壓30。圖2中，高電壓AC信號(hào)觀和相應(yīng)輸出電壓30沒(méi)有按比例。更特別地，例如，高電壓AC信號(hào)28可以是230Vrms，輸出電壓30可以是3. 3V。包含圖1所示電氣隔離器電路的零交點(diǎn)檢測(cè)器的缺點(diǎn)是它在低電壓側(cè)以及特別是高電壓側(cè)具有高功耗。輸出M的時(shí)間精度依賴(lài)于隔離器電路10具備的切換由Rout和 Cload的RC時(shí)間常數(shù)確定的切換速度的速度。可以根據(jù)給定負(fù)載和預(yù)期精度確定Rout的最大值。Rout的最大值和所需電壓擺幅反過(guò)來(lái)確定最小的所需光電晶體管電流Ic。然后根據(jù)考慮到光電晶體管電流Ic的光隔離器的電流傳輸比(CTR)確定LED前向電流If。對(duì)于高電壓信號(hào)，大部分電壓在Rin處丟失。對(duì)于典型的光隔離器和典型的Rout和Rin值， 預(yù)期的功耗為0. 5瓦特。若大幅減小前向電流If來(lái)減小功耗，不僅光電晶體管電流相應(yīng)減小，光隔離器的電流傳輸比也將減小。這些效果共同作用將更大程度地減小輸出擺幅，從而需要增加Rout，但反過(guò)來(lái)又會(huì)相應(yīng)程度地減小隔離器電路的切換速度。因此，包含圖1所示電氣隔離器電路的零交點(diǎn)檢測(cè)器不能在功耗和切換速度間折中。本發(fā)明根據(jù)已知零交點(diǎn)檢測(cè)器電路的上述問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)。因此，本發(fā)明的目的是提供一種包含DC隔離器電路的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路， 例如零交點(diǎn)檢測(cè)器電路。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種包含DC隔離器電路的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，用于檢測(cè)高電壓AC信號(hào)何時(shí)穿過(guò)預(yù)設(shè)信號(hào)電平。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，包括包含至少第一輸入和至少第一電容的DC隔離器，所述第一輸入被配置用于接收高電壓AC信號(hào)，所述第一電容的第一極板與所述第一輸入電氣連接；以及工作在低電壓的檢測(cè)器電路，所述檢測(cè)器具有至少第一檢測(cè)器輸入，所述第一檢測(cè)器輸入與所述第一電容的第二極板電氣連接，所述低電壓檢測(cè)器電路用于根據(jù)所述第一輸入上的高電壓AC信號(hào)與預(yù)設(shè)信號(hào)電平的交點(diǎn)提供輸出信號(hào)的改變。在使用時(shí)，信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路的DC隔離器用于將高電壓AC信號(hào)與工作在低電壓的檢測(cè)器電路耦合。檢測(cè)器電路用于在高電壓AC信號(hào)穿過(guò)預(yù)設(shè)信號(hào)電平時(shí)提供低電壓輸出信號(hào)的變化。因此，信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路可以用于確定高電壓AC信號(hào)何時(shí)穿過(guò)預(yù)設(shè)信號(hào)電平，例如零交點(diǎn)，該確定用于提供與干線(xiàn)電壓周期的同步。例如當(dāng)多媒體家庭網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)中都使用信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的同步時(shí)，這種同步是非常有利的。由于至少第一電容在干線(xiàn)AC信號(hào)的低頻表現(xiàn)出的大阻抗，DC隔離器電路相比圖1所示的光隔離器電路通常具有較低功耗。更特別地，該電路不工作時(shí)幾乎無(wú)功耗， 且該電路工作時(shí)功耗極低。更特別地，所述DC隔離器是包含第一和第二輸入及輸出以及第一和第二電容的差分DC隔離器，所述第一和第二輸入被配置用于接收高電壓AC信號(hào)，所述第一電容的第一極板與所述第一輸入電氣連接，所述第一電容的第二相對(duì)極板與所述第一輸出電氣連接， 所述第二電容的第一極板與所述第二輸入電氣連接，所述第二電容的第二相對(duì)極板與所述第二輸出電氣連接。此外，所述檢測(cè)器電路可以是具有第一和第二檢測(cè)器輸入的差分檢測(cè)器，所述第一檢測(cè)器輸入與所述DC隔離器的第一輸出電氣連接，所述第二檢測(cè)器輸入與所述DC隔離器的第二輸出電氣連接。因此，所述檢測(cè)器可以用于檢測(cè)進(jìn)入DC隔離器的第一和第二輸入的信號(hào)何時(shí)相交。更特別地，所述信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路還包括與所述第一和第二電容串聯(lián)電氣連接的負(fù)載阻抗，所述負(fù)載阻抗具有第一和第二連接器，所述第一連接器與所述DC隔離器的第一輸出電氣連接，所述第二連接器與所述DC隔離器的第二輸出電氣連接。因此，所述第一電容、所述負(fù)載阻抗和所述第二電容可以用作分壓器，使得穿過(guò)負(fù)載阻抗的信號(hào)的電平降低，且使得進(jìn)入檢測(cè)器電路的輸入的信號(hào)的電平降低。因此，分壓器可以用于將高電壓 AC信號(hào)減小到適用于低電壓檢測(cè)器電路的電平。更特別地，所述負(fù)載阻抗包括寄生阻抗。寄生阻抗可以形成于檢測(cè)器電路的輸入處，例如在包含有比較器的檢測(cè)器電路中的比較器的反相和非反相輸入之間。替代地或此外，寄生阻抗可以由印刷電路板形成。所述負(fù)載阻抗是電容時(shí)具有小于500pF的電容值，例如約200pF。更特別地，所述負(fù)載電容值小于約200pF，例如15pF至20pF。當(dāng)該負(fù)載電容值不足以獲得預(yù)期分壓時(shí)，所述負(fù)載阻抗可以包括以下至少一項(xiàng)寄生阻抗(如電阻值和/ 或電容值)和分立阻抗(如分立電容提供的)。替代地或此外，所述負(fù)載阻抗包括第三電容。所述第一、第二和第三電容中至少一個(gè)具有小于IOOpF的電容值。更特別地，所述第一和第二電容分別具有小于50pF的電容值。 更特別地，所述第一和第二電容分別具有小于IOpF的電容值，例如約5pF?？紤]功耗，所述電容中幾乎無(wú)功耗。所述第一和第二電容中至少一個(gè)是分立電容，例如X類(lèi)或Y類(lèi)電容。所述第三電容可以是分立電容，例如陶瓷電容。替代地或此外，所述第一、第二和第三電容中至少一個(gè)的第一和第二極板由印刷電路板的導(dǎo)電層形成，所述至少一個(gè)電容的電介質(zhì)由所述印刷電路板的非導(dǎo)電部分形成。更特別地，電容的至少一個(gè)極板由所述印刷電路板中或上的金屬層形成。所述金屬層可以形成于表面上(例如印刷電路板的上或下表面上)。因此，電容的第一和第二極板形成于所述印刷電路板的相對(duì)的上表面和下表面上，使所述印刷電路板的非導(dǎo)電體構(gòu)成所述電容的電介質(zhì)。替代地，所述印刷電路板中嵌入至少一個(gè)金屬層。因此，電容的第一和第二極板可以形成于印刷電路板中，它們相互間隔且它們的覆蓋區(qū)重疊，從而使第一和第二極板間的印刷電路板的非導(dǎo)電部分構(gòu)成電容器的電介質(zhì)。第一和第二極板可以共享幾乎相同的覆蓋區(qū)。在本發(fā)明的一種形式中，所述第一電容的第一極板由所述印刷電路板的第一表面上的第一表面層形成，所述第二電容的第一極板由所述印刷電路板的第二相對(duì)表面上的第二表面層形成，所述第一電容的第二極板由所述印刷電路板中的第一嵌入層形成，所述第二電容的第二極板由第二嵌入層形成，所述第二嵌入層具有與第一嵌入層的覆蓋區(qū)相重疊的覆蓋區(qū)，所述第一和第二嵌入層相互間隔。所述第一和第二表面層的覆蓋區(qū)至少部分與所述第一和第二嵌入層的覆蓋區(qū)重疊。而且，所述第一電容的第二極板與所述第一電容的第一極板間的距離比與所述第二電容的第二極板間的距離近。因此，第三電容的第一極板可以由第一嵌入層形成，第三電容的第二極板可以由第二嵌入層形成，第三電容的電介質(zhì)可以由第一和第二嵌入層間的印刷電路板的非導(dǎo)電部分形成。所述第一和第二嵌入層間的距離小于第一表面層與第一嵌入層間以及第二表面層與第二嵌入層間的距離。因此，第三電容的電容值分別大于第一電容和第二電容。替代地或此外，所述負(fù)載阻抗包括電阻。所述電阻具有大于IM歐姆的電阻值。更特別地，所述電阻具有約IOM歐姆的電阻值。替代地或此外，所述信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路還包括第一有源電路，所述第一有源電路連接在所述DC隔離器的第一輸出和第一預(yù)設(shè)電壓電平之間。此外，所述信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路包括第二有源電路，所述第二有源電路連接在所述DC隔離器的第二輸出和第二預(yù)設(shè)電壓電平之間。有源電路用于將各自的來(lái)自所述DC隔離器的輸出上拉至各自的預(yù)設(shè)電壓電平與各自的有源電路電壓電平之間。第一和第二預(yù)設(shè)電壓電平可以大致相同， 例如0V。所述各自的有源電路電壓電平由所述有源電路的閾值電壓確定。有源電路包括背對(duì)背配置的第一和第二二極管。第一和第二二極管可以形成于集成電路中，例如作為靜電放電(ESD)保護(hù)或其它成因的襯墊的一部分。當(dāng)?shù)谝缓偷诙O管形成于集成電路中時(shí)， 它們可以如此與檢測(cè)器電路一起形成。替代地，第一和第二二極管可以作為分立電路形成。 因此，第一和第二二極管可以用于包含分容器電路的第一種信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路以便提供ESD保護(hù)。有源電路可以用于缺少分容器電路的第二種信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器中以便將各自的來(lái)自所述DC隔離器的輸出上拉至各自的預(yù)設(shè)電壓電平與各自的有源電路電壓電平之間，從而提供預(yù)設(shè)信號(hào)電平的交點(diǎn)檢測(cè)。替代地或此外，所述DC隔離器具有單端配置。因此，所述DC隔離器包括僅僅第一輸入和僅僅第一電容，所述第一輸入被配置用于接收所述高壓AC信號(hào)。更特別地，所述信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路還包括與所述第一電容串聯(lián)電氣連接的負(fù)載阻抗，所述負(fù)載阻抗具有第一和第二連接器，所述第一連接器與所述DC隔離器的第一輸出電氣連接，所述第二連接器與預(yù)設(shè)電壓(如地)電氣連接。因此，，所述第一電容和所述負(fù)載阻抗可以用作分壓器，使得穿過(guò)負(fù)載阻抗的信號(hào)的電平降低，且使得進(jìn)入檢測(cè)器電路的輸入的信號(hào)的電平降低。因此，分壓器可以用于將高電壓AC信號(hào)減小到適用于低電壓檢測(cè)器電路的電平。更特別地，所述負(fù)載阻抗可以包括第二電容。替代地或此外，負(fù)載阻抗可以包括電阻。替代地或此外，所述檢測(cè)器電路包括比較器。當(dāng)所述DC隔離器具有差分配置時(shí)， 所述DC隔離器的第一輸出與所述比較器的非反相輸入電氣連接，所述DC隔離器的第二輸出與所述比較器的反相輸入電氣連接。當(dāng)所述DC隔離器是單端的時(shí)，其中所述DC隔離器的第一輸出(即唯一輸出)與所述比較器的非反相輸入電氣連接，所述比較器的反相輸入與預(yù)設(shè)電壓電平(如地)電氣連接。因此，當(dāng)與預(yù)設(shè)電壓電平相交時(shí)，比較器的輸出可以在高電壓電平和低電壓電平間切換。高電壓電平和低電壓電平可以，例如是或接近比較器的高和低電源電壓。替代地或此外，所述檢測(cè)器電路還包括定時(shí)器，所述定時(shí)器根據(jù)輸出信號(hào)的改變運(yùn)行。輸出信號(hào)的改變根據(jù)第一輸入上的高電壓AC信號(hào)與預(yù)設(shè)信號(hào)電平的交點(diǎn)產(chǎn)生。所述定時(shí)器可以被配置用于確定所述預(yù)設(shè)信號(hào)電平與所述高電壓AC信號(hào)的連續(xù)交點(diǎn)間的時(shí)間間隔。替代地或此外，所述定時(shí)器還可以被配置用于確定所述預(yù)設(shè)信號(hào)電平與所述高電壓AC信號(hào)交點(diǎn)時(shí)的絕對(duì)時(shí)間。替代地或此外，所述DC隔離器的至少一個(gè)輸入被配置用于接收高電壓AC信號(hào)，所述高電壓AC信號(hào)的頻率小于500Hz，例如家用干線(xiàn)的約60Hz或約50Hz頻率或船用干線(xiàn)的約400Hz頻率。替代地或此外，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明上下文中的高電壓AC信號(hào)是大于或等于50Vrms的AC電壓，例如約IlOVrms或約230Vrms的AC電壓。因此，高電壓AC信號(hào)可以是家用干線(xiàn)電壓信號(hào)或船用干線(xiàn)電壓信號(hào)。替代地或此外，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明上下文中的低電壓信號(hào)是小于50Vrms的AC電壓或小于120V的DC電壓。更特別地，低電壓信號(hào)可以是小于約15V的DC電壓，例如12V電壓。更特別地，低電壓信號(hào)可以是約等于或小于5V的DC電壓，例如 3V。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種集成電路，包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路。所述集成電路可以被配置用于形成家庭網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一部分。本發(fā)明的第二方面的實(shí)施例可以包括本發(fā)明的第一方面的一個(gè)或多個(gè)特征。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)具體實(shí)施例和附圖得到更清楚的闡述，給出的具體實(shí)施例僅僅用于舉例說(shuō)明，附圖中圖1是已知電氣隔離器電路的電路圖；圖2是圖1所示電路的輸入和輸出電壓的示意圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路的電路圖；圖:3B是圖3A所示電路的輸入和輸出電壓的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路的電路圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路的電路圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路的電路圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路的電路圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的形成信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路一部分的電容的俯視和截面圖；圖9A是形成圖3A所示電路一部分的分容器的電路圖；圖9B是被配置用于形成圖9A所示電路的印刷電路板的截面圖。
具體實(shí)施例方式圖3A示出了第一實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路40。信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路40包括串聯(lián)連接的第一電容42、第二電容44和第三電容46，還包括背對(duì)背的第一二極管對(duì)48和第二二極管對(duì)50，還包括比較器52。第一和第二電容42、44構(gòu)成DC隔離器。第一電容42的第一極板相當(dāng)于DC隔離器的第一輸入，第二電容44的第一極板相當(dāng)于DC隔離器的第二輸入。盡管圖3A沒(méi)有示出，電壓源用于給第一和第二輸入提供家用干線(xiàn)信號(hào)，例如50Hz、230Vrms。第一電容42的第二極板與比較器52的非反相輸入以及第三電容46的第一極板電氣連接。第二電容44的第二極板與比較器52的反相輸入以及第三電容46的第二極板電器連接。因此，串聯(lián)連接的第一至第三電容作為分容器使用，當(dāng)干線(xiàn)信號(hào)應(yīng)用于第一和第二輸入時(shí)，穿過(guò)第三電容46的信號(hào)的幅度降低。因此，比較器52用于根據(jù)干線(xiàn)輸入信號(hào)的電壓電平相互間的交點(diǎn)在高輸出電平和低輸出電平間切換自己的輸出。圖3B示出了圖3A所示電路的運(yùn)行情況，具體示出了干線(xiàn)輸入信號(hào)M和比較器的相應(yīng)輸出。從圖 3B可以看出，當(dāng)干線(xiàn)輸入信號(hào)相互交叉時(shí)比較器輸出切換。盡管圖3A沒(méi)有示出，比較器輸出門(mén)控(gate)定時(shí)器從而確定從一個(gè)交點(diǎn)到下一個(gè)交點(diǎn)間的時(shí)間間隔。替代地，比較器輸出觸發(fā)(trigger)實(shí)時(shí)時(shí)鐘或類(lèi)似器件的時(shí)間信號(hào)的讀數(shù)從而確定交點(diǎn)產(chǎn)生的絕對(duì)時(shí)間。 這種定時(shí)器或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的設(shè)計(jì)能力范圍內(nèi)。第一 48和第二 50背對(duì)背二極管對(duì)在第一和第二電容42、44形成的DC隔離器的低電壓側(cè)提供ESD保護(hù)。第一、第二和第三電容42、44、46是分立電容(例如第一和第二電容是X或Y類(lèi)電容，第三電容是陶瓷電容)，或作為印刷電路板的一部分形成，該印刷電路板上還形成有比較器和其它電子電路(這些將在下文參考圖8、9A和9B進(jìn)行描述)。替代地，第三電容46還可以由比較器52的輸入端或印刷電路板上其它位置的寄生電容形成。圖4示出了第二實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路60。與圖3A所示第一實(shí)施例相同的組件用相同的附圖標(biāo)記表示。因此，圖4所示電路包括由第一和第二電容42、44形成的DC隔離器，還包括比較器52，比較器52具有與第一電容42的第二極板電氣連接的非反相輸入以及與第二電容44的第二極板電氣連接的反相輸入。電阻62取代圖3A中的電容46電氣連接在比較器52的非反相和反相輸入之間。因此，第一和第二電容42、44以及電阻62形成分壓器，當(dāng)干線(xiàn)信號(hào)應(yīng)用于第一和第二輸入時(shí)，穿過(guò)電阻的信號(hào)的幅度降低。除此以外，圖4所示電路與圖3A所示電路以相同方式運(yùn)行，其中，比較器52根據(jù)干線(xiàn)輸入信號(hào)的電壓電平相互間的交點(diǎn)在高輸出電平和低輸出電平間切換自己的輸出。與圖3A所示電路一樣，圖4所示電路的比較器的輸出門(mén)控定時(shí)器或用于觸發(fā)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間信號(hào)的讀數(shù)。圖5示出了第三實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路70。與圖3A所示第一實(shí)施例相同的組件用相同的附圖標(biāo)記表示。因此，圖5所示電路包括由第一和第二電容42、44形成的DC隔離器，還包括比較器52，比較器52具有與第一電容42的第二極板電氣連接的非反相輸入以及與第二電容44的第二極板電氣連接的反相輸入。代替圖3A所示電路中位于比較器的非反相和反相輸入之間的第三電容46，圖5所示電路在比較器的非反相和反相輸入端分別包括接地負(fù)載。每個(gè)負(fù)載分別是背對(duì)背形式的二極管對(duì)48、50。從第一背對(duì)背二極管對(duì)48上和第二背對(duì)背二極管對(duì)50下的波形可以看出，背對(duì)背二極管對(duì)用于使比較器 52的非反相和反相輸入處的電壓分別在地線(xiàn)以上的二極管第一閾值電壓與地線(xiàn)以下的二極管第二閾值電壓之間擺動(dòng)并在其上飽和。根據(jù)比較器的輸入處的變化的電壓電平，比較器52根據(jù)干線(xiàn)輸入信號(hào)的電壓電平相互間的交點(diǎn)在高輸出電平和低輸出電平間切換自己的輸出。與圖3A所示電路一樣，圖5所示電路的比較器的輸出門(mén)控定時(shí)器或用于觸發(fā)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間信號(hào)的讀數(shù)。差分信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路的實(shí)施例已參考圖3A、4和5進(jìn)行描述。下面將參考圖6和7描述單端信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路的實(shí)施例。圖6示出了第四實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路80。與圖3A所示第一實(shí)施例相同的組件用相同的附圖標(biāo)記表示。圖6所示電路80包括第一電容42，第一電容42接收干線(xiàn)電壓信號(hào)并與比較器52的非反相輸入電氣連接。比較器52的反相輸入接地。第三電容46連接在比較器的非反相和反相輸入之間。因此，第一和第三電容用作分壓器，穿過(guò)第三電容和進(jìn)入比較器的非反相及反相輸入的信號(hào)的幅度下降。在使用時(shí)，圖6所示電路的比較器用于根據(jù)干線(xiàn)輸入信號(hào)的電壓電平與反相輸入處的預(yù)設(shè)電壓(如地)之間的交點(diǎn)在高輸出電平和低輸出電平間切換自己的輸出。與圖3A所示電路一樣，圖6所示電路的比較器的輸出門(mén)控定時(shí)器或用于觸發(fā)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間信號(hào)的讀數(shù)。圖7示出了第五實(shí)施例的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路90。與圖6所示第四實(shí)施例相同的組件用相同的附圖標(biāo)記表示。圖7所示電路90除了以下區(qū)別外與圖6所示電路相同。 背對(duì)背二極管對(duì)48連接在比較器52的非反相輸入和地之間。背對(duì)背二極管對(duì)48在由第一電容形成的DC隔離器的低電壓側(cè)提供了 ESD保護(hù)。除此以外，圖7所示電路與圖6所示電路以相同方式運(yùn)行。圖8示出了圖3A所示第一、第二或第三電容其中之一的俯視面160和截面162的視圖。從圖中可以看出，電容器的第一極板164和第二極板166分別由印刷電路板的頂面和底面上各自的金屬層形成。排布這些金屬層使它們共享相同的覆蓋區(qū)，并使印刷電路板的非導(dǎo)電基板168形成電容器的電介質(zhì)。在印刷電路板基板上形成金屬軌道(metal track) 以及更大區(qū)域結(jié)構(gòu)(例如第一和第二極板的金屬層)是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的過(guò)程。替代地，一個(gè)或多個(gè)電容極板由嵌入基板中的金屬層形成。嵌入金屬軌道以及更大區(qū)域結(jié)構(gòu) (例如第一和第二極板的金屬層)的提供是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的過(guò)程。嵌入式金屬層的一個(gè)應(yīng)用將在下文中參考圖9A和9B進(jìn)行描述。在使用時(shí)，家用干線(xiàn)信號(hào)進(jìn)入圖3A所示電路的輸入。第一電容42和第二電容44 的配置使它們和第三電容46 —起形成分壓器，以便在第三電容兩端提供該家用干線(xiàn)電壓信號(hào)的衰減樣本。對(duì)于50Hz、230VrmS的家用干線(xiàn)電壓信號(hào)，第一和第二電容分別使用約 5pF的電容值，同時(shí)第三電容具有大約200pF的電容值，從而在第三電容兩端提供大約3V的衰減電壓擺幅。圖9A示出了形成圖3A所示電路一部分的分容器，它包括第一電容182、第二電容 184和第三電容186。從圖9B所示的印刷電路板190的截面圖可以看出，第一電容182的第一極板由印刷電路板190的第一表面上的第一表面層192形成。第二電容184的第一極板由印刷電路板190的第二相對(duì)表面上的第二表面層194形成，第一電容182的第二極板由印刷電路板中的第一嵌入層196形成，第二電容的第二極板由第二嵌入層198形成，第二嵌入層198具有與第一嵌入層的覆蓋區(qū)相重疊的覆蓋區(qū)，第一和第二嵌入層196、198相互間隔。第一和第二表面層192、194的覆蓋區(qū)部分與第一和第二嵌入層196、198的覆蓋區(qū)重疊。而且，第一電容的第二極板196與第一電容的第一極板192間的距離比與第二電容的第二極板198間的距離近。因此，第三電容的第一極板可以由第一嵌入層196形成，第三電容的第二極板可以由第二嵌入層198形成，第三電容的電介質(zhì)可以由第一和第二嵌入層 196,198間的部分基板形成。第一和第二嵌入層196、198間的距離小于第一表面層192與第一嵌入層196間以及第二表面層194與第二嵌入層198間的距離。因此，第三電容的電容值分別大于第一電容和第二電容。如同在上一段落中描述的，目的是將230Vrms的干線(xiàn)電壓信號(hào)降低至3V擺幅。第一和第二電容分別使用約5pF電容值。在一種形式中，基于一般工藝過(guò)程形成的印刷電路板提供的第三電容的電容值約為15pF至20pF。因此，通過(guò)利用寄生組件和其它分立組件(例如表面電容、二極管等)中至少一種來(lái)獲得所需的200pF電容值。使用寄生組件時(shí)，其形式可以是寄生電容和寄生電阻中至少一項(xiàng)。例如，若使用IOM 歐姆的寄生電阻以及5pF的第一和第二電容，截止頻率(3dB點(diǎn))約為3kHz。假設(shè)每十年 (decade)頻率滾降(roll-off) 20dB，那么50Hz要花費(fèi)二十年。因此，將50Hz劃分為大約 100份?？梢愿鶕?jù)一般設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)改變電容和電阻的值以便獲得所需分配參數(shù)以及工作在特定干線(xiàn)頻率。在另一種形式中，修改常用印刷電路板生產(chǎn)工藝，例如通過(guò)增加層數(shù)或通過(guò)包含特殊薄層等，從而增加第三電容并減小第一和第二電容的電容值。因此，可以確定相對(duì)電容值以實(shí)現(xiàn)所需分壓。以上描述的本發(fā)明的實(shí)施例在多媒體家庭網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)中得到應(yīng)用。如上所述，除了其它內(nèi)容，還使用了干線(xiàn)電壓信號(hào)的交點(diǎn)檢測(cè)來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的同步。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作為集成電路形成，該集成電路還包括家庭網(wǎng)絡(luò)集成電路，例如Gigle Networks Ltd of Capital House, 2Festival Square, Edinburgh, EH3 9SU，UK 中的GGL541
家庭網(wǎng)絡(luò)集成電路的修改形式。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，其特征在于，包括包含至少第一輸入和至少第一電容的DC隔離器，所述第一輸入被配置用于接收高電壓AC信號(hào)，所述第一電容的第一極板與所述第一輸入電氣連接；以及工作在低電壓的檢測(cè)器電路，所述檢測(cè)器具有至少第一檢測(cè)器輸入，所述第一檢測(cè)器輸入與所述第一電容的第二極板電氣連接，所述低電壓檢測(cè)器電路用于根據(jù)所述第一輸入上的高電壓AC信號(hào)與預(yù)設(shè)信號(hào)電平的交點(diǎn)提供輸出信號(hào)的改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，其特征在于，所述DC隔離器是包含第一和第二輸入及輸出以及第一和第二電容的差分DC隔離器，所述第一和第二輸入被配置用于接收高電壓AC信號(hào)，所述第一電容的第一極板與所述第一輸入電氣連接，所述第一電容的第二相對(duì)極板與所述第一輸出電氣連接，所述第二電容的第一極板與所述第二輸入電氣連接，所述第二電容的第二相對(duì)極板與所述第二輸出電氣連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，其特征在于，所述檢測(cè)器電路是具有第一和第二檢測(cè)器輸入的差分檢測(cè)器，所述第一檢測(cè)器輸入與所述DC隔離器的第一輸出電氣連接，所述第二檢測(cè)器輸入與所述DC隔離器的第二輸出電氣連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，其特征在于，所述信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路還包括與所述第一和第二電容串聯(lián)電氣連接的負(fù)載阻抗，所述負(fù)載阻抗具有第一和第二連接器，所述第一連接器與所述DC隔離器的第一輸出電氣連接，所述第二連接器與所述DC隔離器的第二輸出電氣連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，其特征在于，所述負(fù)載阻抗包括寄生阻抗。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，其特征在于，所述負(fù)載阻抗是電容時(shí)具有小于500pF的電容值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，其特征在于，所述電容值在15pF 至20pF之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，其特征在于，所述負(fù)載阻抗包括以下至少一項(xiàng)寄生阻抗和分立組件提供的阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8中任一項(xiàng)所述的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路，其特征在于，所述負(fù)載阻抗包括第三電容。
10.一種集成電路，其特征在于，包括以上任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路及其集成電路。該信號(hào)電平交點(diǎn)檢測(cè)器電路包括包含至少第一輸入和至少第一電容的DC隔離器，所述第一輸入被配置用于接收高電壓AC信號(hào)，所述第一電容的第一極板與所述第一輸入電氣連接；以及工作在低電壓的檢測(cè)器電路，所述檢測(cè)器具有至少第一檢測(cè)器輸入，所述第一檢測(cè)器輸入與所述第一電容的第二極板電氣連接，所述低電壓檢測(cè)器電路用于根據(jù)所述第一輸入上的高電壓AC信號(hào)與預(yù)設(shè)信號(hào)電平的交點(diǎn)提供輸出信號(hào)的改變。
文檔編號(hào)G01R19/175GK102288811SQ20111012277
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者哈蘭德·韋爾, 巴勒特·伊恩, 赫維茨·伊弗雷姆·大衛(wèi)·喬納森 申請(qǐng)人:吉歌網(wǎng)絡(luò)有限公司