專利名稱：擴(kuò)展頻譜隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字隔離器，尤其涉及提供電壓讀出和柵極驅(qū)動(dòng)器的隔離的數(shù)字隔離器。
背景技術(shù)：
在功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品中，存在對(duì)以低成本提供高隔離的高速數(shù)字鏈路的需求。功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品中的典型數(shù)字鏈路需要每秒50-100兆比特的速度。功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的輸入和輸出之間的隔離需要在2,500-5,000V的范圍內(nèi)。提供高速數(shù)字隔離鏈路的現(xiàn)有解決方案集中在磁脈沖耦合器、磁阻耦合器、電容耦合器和光學(xué)耦合器的使用。
現(xiàn)在參考圖1，說(shuō)明使用磁脈沖耦合器來(lái)隔離驅(qū)動(dòng)器104和檢測(cè)器106之間的數(shù)字鏈路102的系統(tǒng)的一般框圖。驅(qū)動(dòng)器104位于數(shù)字鏈路102的一側(cè)，并且將信息通過(guò)數(shù)字鏈路102發(fā)送到位于數(shù)字鏈路另一側(cè)的檢測(cè)器106。位于驅(qū)動(dòng)器104和檢測(cè)器106之間的是脈沖變壓器108。脈沖變壓器108在驅(qū)動(dòng)器104和檢測(cè)器106之間提供電磁耦合變壓器。脈沖變壓器108如圖2中所示響應(yīng)來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的提供輸入產(chǎn)生脈沖輸出。來(lái)自驅(qū)動(dòng)器104的輸入包括兩個(gè)脈沖202和204。每個(gè)脈沖202，204包括上升沿206和下降沿208。響應(yīng)上升沿206，脈沖變壓器108的輸出產(chǎn)生正脈沖210。脈沖的下降沿208產(chǎn)生負(fù)脈沖212。關(guān)于圖1和2說(shuō)明的脈沖變壓器電路遭受許多不足之處。這些包括起動(dòng)，其中檢測(cè)器106將不知道來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的輸入在哪一點(diǎn)開(kāi)始，是高還是低，直到檢測(cè)到第一沿。另外，如果脈沖變壓器108的脈沖輸出中出現(xiàn)任何錯(cuò)誤，檢測(cè)器106將難以確定什么時(shí)候返回到正常狀態(tài)，因?yàn)槊}沖之間可能存在很長(zhǎng)一段時(shí)間。
現(xiàn)在參考圖2，說(shuō)明利用磁阻耦合器的備選現(xiàn)有技術(shù)解決方案。磁阻耦合器302包括電阻器304和關(guān)聯(lián)變壓器306。電阻器304具有響應(yīng)電阻器周圍的磁通量而變化的電阻值。變壓器檢測(cè)器306利用惠斯登電橋來(lái)檢測(cè)電阻器的磁通量以及確定的發(fā)送數(shù)據(jù)。
驅(qū)動(dòng)器404和檢測(cè)器406之間的另一種隔離方法在圖4中說(shuō)明。驅(qū)動(dòng)器404和檢測(cè)器406由電容器408隔離在數(shù)字鏈路402的相對(duì)側(cè)。電容器408將驅(qū)動(dòng)器404和檢測(cè)器406電容耦合在一起以實(shí)現(xiàn)一定級(jí)別的隔離。使用電容耦合來(lái)隔離數(shù)字鏈路的問(wèn)題在于電容耦合不提供共模抑制。
一些隔離器設(shè)計(jì)的另一個(gè)問(wèn)題涉及來(lái)自附近正在發(fā)送的GSM、DCS和CDMA蜂窩式電話的RF干擾的接收。該問(wèn)題由用作GHz頻率偶極天線的應(yīng)用印刷電路板引起。這導(dǎo)致大的共模信號(hào)以RF頻率在隔離器處看到。使GHz頻率的這些大共模信號(hào)最小化的一些方法將非常期望。
因此，非常期望在電源組件內(nèi)的高速數(shù)字鏈路上提供隔離的一種改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開(kāi)并要求的本發(fā)明，在其一方面，包括一種電路封裝，該電路封裝包括包含功能電路系統(tǒng)的第一單元和包含功能電路系統(tǒng)的第二單元。至少一個(gè)RF隔離鏈路將第一和第二單元互連。該至少一個(gè)RF隔離鏈路在第一單元和第二單元之間提供電壓隔離，并且使得數(shù)據(jù)能夠使用RF載波信號(hào)提供在第一和第二單元之間。RF載波信號(hào)在第一頻率和第二頻率之間擺動(dòng)。


為了更完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考結(jié)合附隨附圖而進(jìn)行的下面的描述，其中圖1說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)磁脈沖耦合器隔離器的框圖；圖2說(shuō)明圖1的現(xiàn)有技術(shù)磁脈沖變壓器的輸入和輸出信號(hào)；圖3說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)磁阻耦合器；圖4說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)電容耦合器；圖5說(shuō)明包括隔離電路系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源；圖6說(shuō)明本公開(kāi)內(nèi)容的RF隔離鏈路；圖6a說(shuō)明提供使用頻率調(diào)制的RF隔離鏈路的電路系統(tǒng)的示意框圖；圖7說(shuō)明提供使用振幅調(diào)制的RF隔離鏈路的電路系統(tǒng)的示意圖；圖8說(shuō)明在圖7的RF隔離鏈路的發(fā)送側(cè)呈現(xiàn)的波形；圖9說(shuō)明在圖7的RF隔離鏈路的接收側(cè)呈現(xiàn)的波形；圖10說(shuō)明RF隔離鏈路的頻率響應(yīng)；圖11說(shuō)明包含在RF隔離鏈路內(nèi)的變壓器的一個(gè)的模型；圖12說(shuō)明RF隔離鏈路的一個(gè)變壓器的頻率響應(yīng)；圖13說(shuō)明跨越包含在RF隔離鏈路內(nèi)的每個(gè)變壓器以及跨越整個(gè)RF隔離鏈路的電壓；圖14a是說(shuō)明包含在用于提供多個(gè)隔離鏈路通道的RF隔離鏈路一側(cè)上的芯片內(nèi)的電路系統(tǒng)的框圖；圖14b是振蕩器電路的示意圖；圖14c是圖17a的邏輯電路的框圖；
圖15說(shuō)明包括用于提供四個(gè)隔離數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路的四個(gè)獨(dú)立通道的單個(gè)封裝內(nèi)的一對(duì)芯片；圖15a說(shuō)明芯片封裝內(nèi)的RF隔離鏈路；圖16說(shuō)明包括兩個(gè)單元片的單個(gè)封裝中的集成RF隔離鏈路；圖16a說(shuō)明具有數(shù)字輸入和數(shù)字輸出的單個(gè)封裝中的集成RF隔離鏈路；圖16b說(shuō)明包括數(shù)字輸入/輸出和模擬輸入/輸出的單個(gè)封裝中的集成RF隔離鏈路；圖16c說(shuō)明包括模擬輸入/輸出和模擬輸入/輸出的單個(gè)封裝中的集成RF隔離鏈路；圖17a說(shuō)明與微控制器集成在一起的RF隔離鏈路；圖17b說(shuō)明與互連到提供模擬輸入和模擬輸出的第二芯片的微控制器集成在一起的RF隔離鏈路；圖18a說(shuō)明RF隔離鏈路的變壓器的一個(gè)線圈；圖18b說(shuō)明RF隔離鏈路的變壓器的第二線圈；圖19說(shuō)明在圖21a和21b中描述的變壓器的覆蓋圖；圖20是形成RF隔離鏈路的變壓器的線圈的側(cè)視圖；圖21說(shuō)明金屬層之間的偏移量以增加變壓器內(nèi)的擊穿電壓；圖22說(shuō)明線圈構(gòu)造的透視剖面圖；圖23說(shuō)明變壓器線圈和電路系統(tǒng)將在利用RF隔離電路的芯片上實(shí)現(xiàn)的獨(dú)立區(qū)域；以及圖24說(shuō)明集成在單個(gè)芯片上的RF隔離鏈路的結(jié)構(gòu)；圖25說(shuō)明具有可能用作較高頻率偶極天線的兩個(gè)印刷電路板的隔離器芯片；圖26說(shuō)明較高頻率時(shí)繞組之間的寄生電容；圖27說(shuō)明RF信號(hào)如何可以作為共模信號(hào)穿過(guò)變壓器；圖28說(shuō)明包括差動(dòng)輸出的RF隔離器的示意圖；圖29是圖28的RF隔離器的更詳細(xì)示意圖；圖30是包括中間抽頭的RF隔離器的變壓器線圈的說(shuō)明；
圖31說(shuō)明可以更改電壓以維持最佳接收器/發(fā)送器增益的方法；圖32是說(shuō)明產(chǎn)生帶隙參考電壓的現(xiàn)有技術(shù)方法的示意圖；圖33是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容產(chǎn)生帶隙參考電壓的方法的示意圖；圖34說(shuō)明產(chǎn)生參考電壓的現(xiàn)有技術(shù)方法；圖35說(shuō)明產(chǎn)生帶隙參考電壓的改進(jìn)方法；圖36說(shuō)明包括PWM控制器和功率晶體管的開(kāi)關(guān)電源；圖37說(shuō)明將開(kāi)關(guān)電源初級(jí)側(cè)的PWM控制器與次級(jí)側(cè)的驅(qū)動(dòng)器隔離的一種現(xiàn)有技術(shù)方法；圖38說(shuō)明將開(kāi)關(guān)電源初級(jí)側(cè)的PWM控制器與次級(jí)側(cè)的驅(qū)動(dòng)器電路隔離的第二種現(xiàn)有技術(shù)方法；圖39說(shuō)明將開(kāi)關(guān)電源初級(jí)側(cè)的PWM控制器與次級(jí)側(cè)的驅(qū)動(dòng)器隔離的最后現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方案；圖40說(shuō)明將PWM控制器與功率晶體管電路系統(tǒng)電壓隔離的隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的框圖；圖41是隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的一般示意圖；圖42說(shuō)明包括實(shí)現(xiàn)隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)獨(dú)立單元片的電路封裝；圖43是實(shí)現(xiàn)隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的電路系統(tǒng)的詳細(xì)示意圖；圖44是圖41的電平移動(dòng)器的示意圖；圖45說(shuō)明將電壓讀出電路與PWM控制器隔離的現(xiàn)有技術(shù)方法；圖46是用于隔離次級(jí)側(cè)的輸出電壓與初級(jí)側(cè)的PWM控制器之間的電壓讀出的方法的示意框圖；圖47說(shuō)明包括將柵極驅(qū)動(dòng)器與開(kāi)關(guān)電源初級(jí)和次級(jí)側(cè)的PWM控制器電壓隔離以及將開(kāi)關(guān)電源次級(jí)側(cè)的電壓讀出功能與初級(jí)側(cè)的PWM控制器電壓隔離的電路系統(tǒng)的集成芯片；圖48a說(shuō)明與RF隔離器一起使用的單個(gè)RF頻率的使用；圖48b說(shuō)明使用單個(gè)RF頻率的RF隔離器的輻射發(fā)射；圖49a說(shuō)明在第一和第二頻率之間分級(jí)的分級(jí)頻率的使用；
圖49b說(shuō)明分級(jí)頻率RF隔離器的輻射發(fā)射；圖50說(shuō)明產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)的電路的第一實(shí)施方案的框圖；圖51是在圖50的電路中使用的RF振蕩器電路的示意圖；圖52說(shuō)明圖50的慢速振蕩器電路的示意圖；圖53說(shuō)明產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)的電路的第二實(shí)施方案的框圖；圖54是圖52的電路的示意圖；圖55說(shuō)明圖50的電路的模擬結(jié)果；以及圖56說(shuō)明創(chuàng)建用于產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)的隨機(jī)碼的備選實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，尤其參考圖5，說(shuō)明利用RF隔離鏈路的DC-DC開(kāi)關(guān)電源的框圖。開(kāi)關(guān)電源利用多個(gè)開(kāi)關(guān)，它們導(dǎo)通和關(guān)閉以開(kāi)關(guān)跨越變壓器到負(fù)載的輸入DC電壓，輸出電壓處于不同的DC電壓電平。通過(guò)以特定方式開(kāi)關(guān)經(jīng)由變壓器電感耦合到負(fù)載的電流，與輸入DC電壓處于不同電壓電平的DC輸出電壓可以提供到負(fù)載。受控開(kāi)關(guān)典型地使用某種類型的控制電路而簡(jiǎn)化。該控制電路可以是由多個(gè)模擬分立器件形成的模擬控制電路，或者它可以是數(shù)字電路。在數(shù)字控制電路中，已經(jīng)利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和微控制器單元(MCU)。DSP控制開(kāi)關(guān)的工作周期和相關(guān)時(shí)序，使得改變到控制到負(fù)載的功率輸送的各種晶體管開(kāi)關(guān)的每個(gè)控制脈沖的沿。為了在數(shù)字域中執(zhí)行該操作，DSP必須執(zhí)行大量計(jì)算，這需要產(chǎn)生相當(dāng)顯著量的代碼以支持特定電源拓樸、工作頻率、組件特性和性能需求。例如，電感器尺寸隨著增加的PWM頻率而減小，空載時(shí)間隨著增加的晶體管關(guān)閉時(shí)間而增加等等。雖然DSP可以處理規(guī)則任務(wù)，但是它們相當(dāng)復(fù)雜且昂貴，并且電源應(yīng)用中的代碼改變是困難的。
進(jìn)一步參考圖5，電源包括可操作以在節(jié)點(diǎn)504上接收輸入電壓，這是DC電壓，并且在節(jié)點(diǎn)506上接地的初級(jí)開(kāi)關(guān)組502。初級(jí)開(kāi)關(guān)組502通過(guò)隔離變壓器508耦合到次級(jí)開(kāi)關(guān)組510。次級(jí)開(kāi)關(guān)組510可操作以驅(qū)動(dòng)連接到負(fù)載514的一個(gè)端子的輸入電壓節(jié)點(diǎn)512，次級(jí)開(kāi)關(guān)組510也在節(jié)點(diǎn)516上具有接地連接，負(fù)載514布置在節(jié)點(diǎn)512和節(jié)點(diǎn)516之間。兩個(gè)開(kāi)關(guān)組502和510可操作，以結(jié)合與初級(jí)開(kāi)關(guān)組502相關(guān)聯(lián)的控制總線518上的各種脈沖輸入以及與次級(jí)開(kāi)關(guān)組510相關(guān)聯(lián)的控制總線526上的各種脈沖輸入而操作。
提供數(shù)字控制電路524以控制初級(jí)開(kāi)關(guān)組502和次級(jí)開(kāi)關(guān)組510的操作。節(jié)點(diǎn)504和506上的電壓作為輸入提供到用于讀出初級(jí)側(cè)上的電壓和電流的數(shù)字控制電路524，數(shù)字控制電路524在總線518上產(chǎn)生控制初級(jí)開(kāi)關(guān)組502的信號(hào)?？刂齐娐?24必須與次級(jí)組開(kāi)關(guān)510隔離，因?yàn)槠溟g可能存在顯著DC電壓差。這通過(guò)驅(qū)動(dòng)總線526經(jīng)由隔離電路528，例如將在下文討論的RF隔離電路以驅(qū)動(dòng)總線520而簡(jiǎn)化。類似地，控制電路524可操作以通過(guò)讀出線530讀出輸出節(jié)點(diǎn)512上的電壓和電流電平，輸出線530也通過(guò)隔離電路532連接到數(shù)字控制電路524。數(shù)字控制電路524也與總線536接口以接收外部控制/配置信息。這可以使用串行數(shù)據(jù)總線例如SMB串行數(shù)據(jù)總線而簡(jiǎn)化。
現(xiàn)在參考圖6，說(shuō)明本公開(kāi)內(nèi)容的RF隔離鏈路。本公開(kāi)內(nèi)容的RF隔離鏈路600通過(guò)在兩個(gè)芯片或單元片中集成一部分鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)芯片或單元片之間需要具有電壓隔離的高速數(shù)據(jù)鏈路。每個(gè)芯片602包括在芯片之間提供RF隔離鏈路600的變壓器604以及發(fā)送和接收電路系統(tǒng)606。作為選擇，芯片602可能僅包括具有形成圖案的芯片的發(fā)送電路系統(tǒng)或接收電路系統(tǒng)，包括相應(yīng)的接收器或發(fā)送器。RF信號(hào)在RF隔離鏈路一側(cè)上的發(fā)送/接收電路系統(tǒng)606中產(chǎn)生，并且RF信號(hào)利用每個(gè)芯片中的變壓器604以及其間的磁耦合效應(yīng)在芯片602之間發(fā)送。
一旦在接收側(cè)接收到RF信號(hào)，發(fā)送和接收電路系統(tǒng)606檢測(cè)包含在來(lái)自第一芯片的發(fā)送中的數(shù)據(jù)并且適當(dāng)?shù)乩脭?shù)據(jù)。雖然關(guān)于圖6的描述僅說(shuō)明每個(gè)芯片602中的變壓器604以及發(fā)送和接收電路系統(tǒng)606，用于執(zhí)行與經(jīng)由RF隔離鏈路600發(fā)送的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的處理功能的另外電路系統(tǒng)將在芯片602上實(shí)現(xiàn)。經(jīng)由RF隔離鏈路600發(fā)送的數(shù)據(jù)可能使用頻率調(diào)制技術(shù)或振幅調(diào)制技術(shù)發(fā)送。在下文關(guān)于圖7討論的公開(kāi)內(nèi)容的優(yōu)選實(shí)施方案中，AM調(diào)制用于發(fā)送數(shù)據(jù)。
在操作中，發(fā)送/接收電路606的每個(gè)以發(fā)送或接收模式操作。在發(fā)送模式中，在數(shù)字總線603上接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從發(fā)送/接收電路606的一個(gè)串行發(fā)送到另一個(gè)單元片602上的另一個(gè)。這通過(guò)使用信號(hào)驅(qū)動(dòng)變壓器606使得能量從其初級(jí)耦合到次級(jí)而簡(jiǎn)化。這將允許能量在將變壓器604耦合在一起的傳輸線605上傳輸。變壓器的每個(gè)包括初級(jí)607和次級(jí)609。初級(jí)607使用輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)，并且與其相關(guān)聯(lián)的能量跨越高壓隔離邊界從初級(jí)607耦合到次級(jí)609并且耦合到傳輸線605上。如在下文描述的，發(fā)送/接收電路606和變壓器604都制造在集成電路上，使得初級(jí)607和次級(jí)609都利用常規(guī)處理技術(shù)以及與發(fā)送/接收電路共享的可用導(dǎo)電層形成于其上。將存在與初級(jí)和次級(jí)之間的耦合系數(shù)相關(guān)聯(lián)的損耗，使得可以從發(fā)送/接收電路606輸送到傳輸線605的能量的量減少，此外，在某些頻率將存在比其他頻率更多的損耗。例如，變壓器604將具有獨(dú)特的頻率響應(yīng)，其中損耗在某些頻率將比其他頻率大。為了適應(yīng)這一點(diǎn)，發(fā)送/接收電路606具有包含于其中的以位于變壓器604頻率響應(yīng)的最低損耗部分內(nèi)的規(guī)定頻率操作的發(fā)送器。通過(guò)利用各種調(diào)制方案，數(shù)據(jù)可以在該載波上發(fā)送到傳輸線605。發(fā)送器/接收器電路606的操作將在下文更詳細(xì)地描述。
現(xiàn)在參考圖6a，說(shuō)明利用頻率調(diào)制經(jīng)由RF隔離鏈路600在一對(duì)芯片之間傳輸數(shù)據(jù)的開(kāi)關(guān)電源的備選實(shí)施方案。關(guān)于圖6a的描述僅作為用于創(chuàng)建RF隔離鏈路的FM電路的一種可能實(shí)施方案的說(shuō)明而提供，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多另外實(shí)施方案的可能性。數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線610上輸入到曼徹斯特編碼電路612，一種常規(guī)數(shù)據(jù)編碼電路中。同樣輸入到曼徹斯特編碼電路612中的是時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)也輸入到壓控振蕩器614。數(shù)據(jù)從曼徹斯特編碼電路612輸出并且應(yīng)用于分頻電路616。分頻電路616的第二輸入連接到壓控振蕩器614的輸出。分頻電路616的輸出連接到壓控振蕩器614的第二輸入以允許其使用曼徹斯特編碼電路616的調(diào)制。壓控振蕩器614將表示總線610上的接收數(shù)據(jù)的頻率調(diào)制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)器618。信號(hào)在應(yīng)用于變壓器622之前由電容器620過(guò)濾。FM調(diào)制信號(hào)由變壓器622耦合到橫穿彼此電壓隔離的第一和第二芯片之間的接口626的傳輸線624上。
接收的數(shù)據(jù)信號(hào)由第二變壓器628電磁耦合到接收器電路系統(tǒng)上。接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)限幅器電路630，其輸出應(yīng)用于N分頻電路632和鑒別器電路634。N分頻電路632的輸出應(yīng)用于PFD(相位/頻率檢測(cè)器)電路636的輸入。到PFD電路636的第二輸入由其輸入連接到壓控振蕩器640的輸出的第二N分頻電路638提供。壓控振蕩器640的輸入連接到PFD電路636的輸出。壓控振蕩器640的輸出連接到鑒別器634的第二輸入，這是鎖相到數(shù)據(jù)時(shí)鐘的鎖相輸出。鑒別器電路634響應(yīng)壓控振蕩器640和限幅器630的輸出確定包含在接收信號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)提供給其時(shí)鐘輸入連接到N分頻電路638的輸出的閂鎖電路636。接收器的數(shù)據(jù)輸出從閂鎖電路642提供。
現(xiàn)在參考圖7，說(shuō)明本公開(kāi)內(nèi)容的RF隔離鏈路600的優(yōu)選實(shí)施方案，其中使用振幅調(diào)制經(jīng)由鏈路傳輸數(shù)據(jù)。RF隔離鏈路600包括發(fā)送器電路系統(tǒng)702和接收器電路系統(tǒng)704。發(fā)送器電路系統(tǒng)702包括第一輸入連接以接收將經(jīng)由RF隔離鏈路600傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以及第二輸入連接以接收RF載波信號(hào)的NAND門708。優(yōu)選實(shí)施方案中的RF載波包括2GHz信號(hào)。輸入到NAND門708的第一輸入的數(shù)據(jù)包括邏輯“1”或 “0”，在邏輯“1”存在的情況下它將選擇性地選通RF載波信號(hào)到NAND門708的輸出。這使得NAND門708的輸出709在數(shù)據(jù)位為“1”時(shí)提供RF載波信號(hào)或者在數(shù)據(jù)位為“0”時(shí)不提供RF信號(hào)。NAND門的輸出709連接到p通道晶體管710的柵極。p通道晶體管710的漏極-源極通路通過(guò)電阻器712和第一變壓器714連接在VDD和地之間。變壓器714將RF載波信號(hào)經(jīng)由線路716電磁耦合到變壓器718。這在第一芯片602a和第二芯片602b之間連接由RF載波信號(hào)表示的數(shù)據(jù)，同時(shí)經(jīng)由第一和第二變壓器714，718提供芯片602之間的電壓隔離。變壓器714和718的每個(gè)與接口720相對(duì)側(cè)上的特定芯片602相關(guān)聯(lián)。因此，在那里先前系統(tǒng)需要獨(dú)立芯片以提供兩個(gè)獨(dú)立芯片之間的隔離鏈路，本公開(kāi)器件將RF隔離鏈路600集成到芯片602上。
接收器電路704接收已經(jīng)經(jīng)由變壓器714電磁耦合到傳輸線716從而到變壓器718的信號(hào)。接收器電路704包括放大器705和檢測(cè)器706。放大器705提供兩級(jí)放大，包括包含與放大器724和反饋電阻器726串聯(lián)的電容器722的第一放大級(jí)。第二放大級(jí)類似于第一放大級(jí)，并且包括與放大器730和反饋電阻器732串聯(lián)的電容器728。這兩級(jí)放大來(lái)自變壓器718的接收信號(hào)。
檢測(cè)器706檢測(cè)放大的接收信號(hào)中RF載波信號(hào)的存在或不存在以確定正在從第一芯片602a發(fā)送的數(shù)據(jù)。來(lái)自放大器705的放大信號(hào)首先由電容器734過(guò)濾。N通道晶體管736其柵極連接到電容器734并且其源極-漏極通路連接到由p通道晶體管738和740組成的電流反射鏡的一側(cè)。晶體管738的源極-漏極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)742之間，其柵極連接到晶體管740的柵極。晶體管740的源極-漏極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)743之間，其柵極連接到節(jié)點(diǎn)743以提供二極管連接構(gòu)造。檢測(cè)器706的輸出從節(jié)點(diǎn)742提供，在那里n通道晶體管736的源極-漏極通路連接到電流反射鏡的p通道晶體管738。偏置網(wǎng)絡(luò)由n通道晶體管744和746提供，它們的源極-漏極通路連接在節(jié)點(diǎn)743和地之間并且其柵極通過(guò)電阻器748連接到節(jié)點(diǎn)745，電容器750連接在節(jié)點(diǎn)745和地之間。偏置也由連接在節(jié)點(diǎn)745和晶體管736的柵極之間的電阻器752，連接在節(jié)點(diǎn)745和地之間的二極管連接p通道晶體管754以及驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)745的電流源756提供。當(dāng)接收器沒(méi)有檢測(cè)到RF信號(hào)時(shí)，來(lái)自檢測(cè)器電路706的節(jié)點(diǎn)742的數(shù)據(jù)輸出將等于VDD，因?yàn)镻MOS電流比NMOS電流大1.33倍，并且檢測(cè)到邏輯“0”。在RF信號(hào)存在的情況下，來(lái)自節(jié)點(diǎn)742的數(shù)據(jù)輸出將響應(yīng)檢測(cè)到的RF載波信號(hào)和邏輯“1”的變化而變化。當(dāng)RF存在時(shí)檢測(cè)器706輸出低電壓，并且當(dāng)RF不存在時(shí)輸出高電壓，取決于由交變電流控制的MOS器件的非線性(平方根)行為。
現(xiàn)在參考圖8和9，說(shuō)明在RF隔離鏈路600的發(fā)送側(cè)(圖8)以及RF隔離鏈路的接收側(cè)(圖9)提供的波形和數(shù)據(jù)。在圖8中說(shuō)明的發(fā)送側(cè)，數(shù)據(jù)800作為一位(高)或零位(低)而發(fā)送。一位脈沖在802，804和806處指示。零位脈沖在808和810處指示。提供給變壓器714的發(fā)送數(shù)據(jù)由波形812說(shuō)明。發(fā)送數(shù)據(jù)波形表示2GHzRF載波信號(hào)。當(dāng)邏輯“1”數(shù)據(jù)位正在發(fā)送并且數(shù)據(jù)信號(hào)高時(shí)，2GHzRF載波的存在在發(fā)送數(shù)據(jù)輸出提供。當(dāng)邏輯“0”位正在發(fā)送時(shí)，信號(hào)在發(fā)送數(shù)據(jù)輸出實(shí)際上是零。因此，發(fā)送邏輯“1 ”位還是邏輯“0”位由2GHz RF載波信號(hào)的存在或不存在指示。
圖9說(shuō)明與接收器704相關(guān)聯(lián)的波形。邏輯“1”位的接收數(shù)據(jù)在點(diǎn)902，904和906處表示并且指示從RF隔離鏈路600的發(fā)送器702發(fā)送的三個(gè)2.5GHz RF載波脈沖。接收的脈沖由放大器705放大使得當(dāng)信號(hào)輸入到檢測(cè)器電路706時(shí)，脈沖由放大的波形脈沖908，910和912表示。如先前討論的，檢測(cè)器數(shù)據(jù)輸出在檢測(cè)器706沒(méi)有檢測(cè)到RF載波信號(hào)指示邏輯“0”的點(diǎn)916，918升高到VDD。當(dāng)檢測(cè)到RF載波信號(hào)時(shí)，檢測(cè)器706的輸出開(kāi)始變化并且在指示邏輯“1”的點(diǎn)920，922和924降低，這是晶體管736中的NMOS電流增加的結(jié)果。
現(xiàn)在參考圖10，說(shuō)明具有圖7中描述的RF隔離電路600的通道的頻率響應(yīng)。
現(xiàn)在參考圖11，說(shuō)明圖7中說(shuō)明的變壓器(714，718)的模型。變壓器的輸入包括節(jié)點(diǎn)1002和1100。節(jié)點(diǎn)1002通過(guò)電容器1104和電阻器1106連接到地。節(jié)點(diǎn)1100通過(guò)電容器1116和電阻器1118連接到地。節(jié)點(diǎn)1102經(jīng)由與電阻器1110串聯(lián)的電容器1108和與電阻器1114串聯(lián)的電感器1112的并聯(lián)而與節(jié)點(diǎn)1100互連。變壓器的輸出包括節(jié)點(diǎn)1122和1124。節(jié)點(diǎn)1122通過(guò)電容器1126和電阻器1128連接到地。節(jié)點(diǎn)1124通過(guò)電容器1130和電阻器1132連接到地。節(jié)點(diǎn)1122經(jīng)由與電阻器1136串聯(lián)的電容器1134和與電阻器1140串聯(lián)的電感器1138的并聯(lián)而與節(jié)點(diǎn)1124互連。節(jié)點(diǎn)1102和1122經(jīng)由具有大約125Ff的值的電容器1142互連。節(jié)點(diǎn)1100和1124經(jīng)由具有大約125Ff的值的電容器1144互連。
具體參考圖13，可以看到變壓器的低頻響應(yīng)相對(duì)有損耗，然而響應(yīng)的峰值出現(xiàn)在大約2.5GHz。這是因?yàn)樽儔浩髦圃斓姆椒?。變壓器的每?cè)包括電感元件，變壓器的任何一側(cè)上的每個(gè)電感元件經(jīng)由一層電介質(zhì)材料耦合在一起，如將在下文描述的。串聯(lián)電感值將導(dǎo)致對(duì)頻率響應(yīng)的影響，其將使得頻率響應(yīng)略微變窄。從輸出耦合的能量的量是耦合系數(shù)的函數(shù)。變壓器的兩側(cè)位于襯底上，如將在下文描述的，使得一個(gè)元件位于另一個(gè)元件上并且由高壓電介質(zhì)與其相隔以增加有效擊穿電壓。這將允許高頻能量從一個(gè)導(dǎo)電元件耦合到另一個(gè)。電壓擊穿是位于兩個(gè)導(dǎo)體之間的材料在DC時(shí)的性質(zhì)以及二者相隔距離的函數(shù)。如果變壓器制造在半導(dǎo)體襯底中單層材料上，那么其邊緣之間的距離將限定電壓擊穿。例如，變壓器器件可以使用定向耦合器制造，這將提供更寬帶響應(yīng)。但是，這種設(shè)計(jì)的面積可能是顯著的。
可以看到，因?yàn)樽儔浩鞯牡皖l衰減，耦合通過(guò)來(lái)自DC脈沖的能量將是困難的，因?yàn)閮H高頻能量將通過(guò)那里。例如，耦合通過(guò)本公開(kāi)內(nèi)容的變壓器的頻譜能量使用基本上位于變壓器頻率響應(yīng)中心的高頻載波而集中在那里。這將允許產(chǎn)生的大部分能量耦合穿過(guò)變壓器。
使用上述RF隔離鏈路600，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)5,000伏特的電壓隔離，每側(cè)2,500伏特。因此，如圖16中所示，RF隔離電路602可以在第一芯片602a和第二芯片602b之間提供5,000伏特的隔離。雖然芯片602a的輸入端子之間的電壓將是零伏特，并且芯片602b的輸入端子之間的電壓也將是零伏特，但是兩個(gè)芯片之間的總電壓差可能是5,000伏特，跨越與每個(gè)芯片602上到RF隔離電路的接口相關(guān)聯(lián)的變壓器714，718的每個(gè)2,500電壓差。
現(xiàn)在參考圖14a，說(shuō)明包含包括本公開(kāi)內(nèi)容的RF隔離鏈路的多個(gè)通道1402一部分的單個(gè)芯片602的接口結(jié)構(gòu)的框圖。每個(gè)通道1402包括關(guān)于圖7描述的變壓器1406以及發(fā)送和/或接收電路系統(tǒng)。數(shù)據(jù)可能在變壓器1406的接口1404輸入或接收。每個(gè)通道1402與墊片驅(qū)動(dòng)器1408互連，墊片驅(qū)動(dòng)器1408驅(qū)動(dòng)來(lái)自墊片驅(qū)動(dòng)器的發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)由通道1402以在接口1404上輸出或者驅(qū)動(dòng)接收數(shù)據(jù)到芯片602的相關(guān)墊片。數(shù)據(jù)可以經(jīng)由特定通道1402a發(fā)送或接收的方法在芯片602上由提供對(duì)各種控制線1412的控制的邏輯電路系統(tǒng)1410控制。邏輯控制1410控制通道用于發(fā)送還是接收的方法由輸入焊墊選項(xiàng)1414設(shè)置。因此，在該實(shí)施方案中，當(dāng)墊片配置為發(fā)送器，(或者不驅(qū)動(dòng))時(shí)，數(shù)據(jù)作為邏輯“1”或邏輯“0”而接收并且驅(qū)動(dòng)關(guān)聯(lián)變壓器。對(duì)于關(guān)聯(lián)變壓器上的接收數(shù)據(jù)，當(dāng)配置以接收數(shù)據(jù)時(shí)，墊片的輸出為高或低。
振蕩器電路1430也與接口的所有通道相關(guān)聯(lián)。帶隙產(chǎn)生器1420提供在片上并且連接到VDD以將帶隙參考電壓提供到調(diào)節(jié)器電路1422。雖然關(guān)于圖14a的描述僅說(shuō)明單個(gè)穩(wěn)壓器1422，應(yīng)當(dāng)注意，獨(dú)立的穩(wěn)壓器1422將為了噪聲而與接口的每個(gè)通道相關(guān)聯(lián)。穩(wěn)壓器1422包括一個(gè)輸入連接到帶隙產(chǎn)生器1420的輸出的放大器1424。放大器1424的輸出連接到晶體管1426的柵極。晶體管1426的漏極-源極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)1427之間。節(jié)點(diǎn)1427也連接到差動(dòng)放大器1424的第二輸入。電容器1428連接在節(jié)點(diǎn)1422和地之間。通道1402a，1402b，1402c和1402d的每個(gè)具有與其相關(guān)聯(lián)的調(diào)節(jié)器1422。連接到節(jié)點(diǎn)1427的是振蕩器電路1430。
圖14b說(shuō)明圖14a的振蕩器電路1430。輸出1435連接到晶體管1436和晶體管1438之間的節(jié)點(diǎn)1437。晶體管1436的漏極-源極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)1437之間。晶體管1438的漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)1437和地之間。晶體管1436和1438的柵極通過(guò)節(jié)點(diǎn)1439連接到彼此。晶體管1440其柵極連接到地并且其漏極-源極通路連接在VDD和晶體管1440的柵極之間。節(jié)點(diǎn)1439也將晶體管1442和晶體管1444互連。晶體管1442的漏極-源極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)1439之間。晶體管1444的漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)1439和地之間。晶體管1442和1444的柵極經(jīng)由節(jié)點(diǎn)1445彼此互連。電容器1446連接在節(jié)點(diǎn)1445和地之間。節(jié)點(diǎn)1445連接到線圈1450的第一端子。線圈1450的第二端子經(jīng)由節(jié)點(diǎn)1460與電路互連。晶體管1452和1454經(jīng)由節(jié)點(diǎn)1445互連。晶體管1452的漏極-源極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)1445之間。晶體管1454的漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)1445和地之間。晶體管1452和1454的柵極都連接到節(jié)點(diǎn)1460。晶體管1458和1456經(jīng)由節(jié)點(diǎn)1460互連。晶體管1458的漏極-源極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)1460之間。晶體管1456的漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)1460和地之間。晶體管1458和1456的柵極連接到節(jié)點(diǎn)1445。電容器1462連接在節(jié)點(diǎn)1460和地之間。同樣連接到節(jié)點(diǎn)1460的是晶體管1464和1466的柵極。晶體管1464的漏極-源極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)1465之間，并且晶體管1466的漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)1465和地之間。因此該振蕩器包括常規(guī)LC振蕩器。
現(xiàn)在參考圖14c，說(shuō)明可能包括在邏輯電路1410中的電路系統(tǒng)的一種實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，邏輯電路1410包括解碼器1432。解碼器具有用于接收正在實(shí)現(xiàn)的芯片的型式指示的總共三個(gè)焊墊輸入B0，B1和B2。解碼器的輸出1434輸入到適當(dāng)通道使得通道可以發(fā)送或接收模式配置。
現(xiàn)在也參考圖15，說(shuō)明圖16中描述的單個(gè)芯片設(shè)計(jì)可以用來(lái)簡(jiǎn)化包括四個(gè)獨(dú)立RF隔離通道的整個(gè)RF隔離電路的方法。倒轉(zhuǎn)第一芯片1502使得僅僅倒轉(zhuǎn)第一芯片1502和第二芯片1504之間的輸出通道1402。因此，當(dāng)從芯片一的頂部到底部觀察芯片1502時(shí)，通道一在頂部，通道二第二，通道三第三并且通道四最后。對(duì)于第二芯片1504，通道以相反的方向進(jìn)行，通道一從底部開(kāi)始并且通道四在頂部。芯片1502和芯片1504的物理設(shè)計(jì)相同。芯片1504僅倒轉(zhuǎn)以如下所述簡(jiǎn)化三種型式的芯片。三種不同的焊接選項(xiàng)型式可以選擇以利用解碼器電路1432輸入到包含第一芯片1502和第二芯片1504的封裝的邏輯電路1410?，F(xiàn)在參考表格1，說(shuō)明第一芯片1502和第二芯片1504的三種獨(dú)立型式的操作，以及通道包括關(guān)聯(lián)型式的發(fā)送還是接收通道的指示。

表格1可以看到，關(guān)聯(lián)芯片602和604通道相對(duì)應(yīng)，使得當(dāng)一個(gè)芯片上的通道發(fā)送或接收時(shí)，另一個(gè)芯片上的相應(yīng)通道執(zhí)行相反操作。
現(xiàn)在參考圖15a，說(shuō)明芯片封裝內(nèi)的RF隔離鏈路600。如圖15中先前討論的，說(shuō)明由四個(gè)獨(dú)立通道604互連的芯片1602a和1602b。每個(gè)通道604由將芯片1602a和1602b的每個(gè)中的變壓器(沒(méi)有顯示)互連的兩個(gè)焊線表示。芯片1602a和1602b的每個(gè)也由提供到另一個(gè)電子電路系統(tǒng)的連接的連接線1542而連接到封裝內(nèi)的各種焊墊1504。
圖15a的實(shí)施方案稱作“分裂引線框架”封裝。這通過(guò)在其一側(cè)上使用引線框架1550并且在其另一側(cè)上使用引線框架1552而簡(jiǎn)化。引線框架1550與端子1554接口并且引線框架1550與端子1556接口。在制造過(guò)程中，不電連接到彼此的引線框架1550和1556分別提供芯片602a和602b的支撐。當(dāng)芯片602a和602b焊接到它們的引線框架的各自部分時(shí)，它們?nèi)缓蠛附拥竭m當(dāng)端子1554和1556，然后焊接到位于其間的焊線604。整個(gè)封裝然后密封在常規(guī)密封內(nèi)。因此，焊線604每個(gè)包括位于兩個(gè)芯片之間的高頻傳輸線，每個(gè)變壓器與提供“雙線”傳輸線的兩個(gè)焊線相關(guān)聯(lián)。
現(xiàn)在參考圖15b，說(shuō)明焊線604的一個(gè)的側(cè)視圖。可以看到，與單元片602a相關(guān)聯(lián)的襯底具有位于其上的焊墊1560，并且單元片602b具有位于其上的焊墊1562。焊線604使用常規(guī)焊接而焊接到一側(cè)上的墊片1516，也焊接到單元片602b上的墊片1562。焊線604的長(zhǎng)度是2.4GHz頻率的波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)。但是，它本質(zhì)上將是電感的并且將具有與其相關(guān)聯(lián)的分布電感和電容。例如，焊線的傳輸特性可以影響兩個(gè)單元片602a和602b之間的信息的傳輸。如在上文注釋的，墊片1560的每個(gè)的輸入阻抗在500歐姆的范圍。因此，對(duì)于理想的信息傳輸，除了僅僅形成雙線傳輸線的焊線604之外，可能存在所需的一些匹配電路系統(tǒng)，雖然這里沒(méi)有陳述。
現(xiàn)在參考圖16，說(shuō)明表示為RF隔離電路系統(tǒng)1602的RF隔離鏈路600可以集成到單個(gè)封裝1608內(nèi)兩個(gè)獨(dú)立多功能單元片1604和1606中的方法。RF隔離電路系統(tǒng)1602可以提供兩個(gè)獨(dú)立單元片1604和1606上組件之間的隔離。與單元片的一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)相關(guān)聯(lián)的可能是另外的電路系統(tǒng)1610，例如微控制器或其他電子組件。該另外的電路系統(tǒng)將經(jīng)由RF隔離鏈路1602與另一個(gè)單元片中的組件隔離。
現(xiàn)在也參考圖16a，其中RF隔離鏈路600集成到單個(gè)封裝1608中的兩個(gè)獨(dú)立單元片1604和1606上。包括收發(fā)器1612和變壓器1614的隔離接 1602可以用來(lái)僅提供數(shù)字IN，數(shù)字OUT封裝1608。在該實(shí)施方案中，數(shù)字輸入1620應(yīng)用于第一收發(fā)器1612a。作為選擇，數(shù)字輸入1620可以應(yīng)用于連接到收發(fā)器1612a的數(shù)字電路系統(tǒng)。隔離電路以在上文描述的方式操作，并且第二數(shù)字輸出1622從收發(fā)器1612b或關(guān)聯(lián)數(shù)字電路系統(tǒng)提供。
現(xiàn)在參考圖16b，不是僅提供數(shù)字輸入/數(shù)字輸出電路，包括實(shí)現(xiàn)在上文描述的RF隔離電路的第一和第二單元片1604，1606的單個(gè)封裝1608可以提供具有數(shù)字輸入/輸出和模擬輸入/輸出的電路。在該情況下，數(shù)字輸入/輸出1924將與第一單元片1604的收發(fā)器1612a或數(shù)字電路系統(tǒng)連接。第一單元片1604經(jīng)由所述RF隔離鏈路與第二單元片1606耦合，并且收發(fā)器1612b通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，取決于方向ADC1614或DAC1616耦合到模擬輸入/模擬輸出1626。
現(xiàn)在參考圖16c，包括實(shí)現(xiàn)在上文描述的RF隔離電路的第一和第二單元片1604，1606的單個(gè)封裝1908可以提供在一側(cè)具有模擬輸入/輸出且在另一側(cè)具有模擬輸入/輸出的電路。在該情況下，模擬輸入/輸出1640將連接到A-D轉(zhuǎn)換器1642和D-A轉(zhuǎn)換器1644，然后連接到第一單元片1604的收發(fā)器1612a或數(shù)字電路系統(tǒng)。第一單元片1604經(jīng)由所述RF隔離鏈路與第二單元片1606耦合，并且收發(fā)器1612b經(jīng)由A-D轉(zhuǎn)換器1648和D-A轉(zhuǎn)換器1650耦合到模擬輸入/輸出1646。這樣，模擬信號(hào)可以跨越單個(gè)封裝1608在任何一個(gè)方向上傳輸。
現(xiàn)在參考圖17a，說(shuō)明包括在上文描述的RF隔離鏈路的一部分的芯片1702。芯片2002包括RF隔離鏈路600的單個(gè)變壓器1704以及發(fā)送和接收電路系統(tǒng)1706。包括收發(fā)器1706和變壓器1704的RF隔離鏈路600通過(guò)數(shù)字輸入/輸出1710與微控制器單元1708集成在一起。存儲(chǔ)器1712存儲(chǔ)由微控制器單元1708需要的操作指令和數(shù)據(jù)。芯片1702將能夠與包含類似于包含在芯片1702中的、包括變壓器1704和收發(fā)器1706的接口的第二芯片互連。通過(guò)互連到這種芯片，微控制器1708和互連芯片將經(jīng)由它們之間的完整RF隔離鏈路而彼此電壓隔離。
發(fā)送和接收電路系統(tǒng)1706是集成電路I/O接口的一部分。提供圖17a中說(shuō)明的全部功能性的一種類型的集成電路是由本受讓人制造的C8051FXXX型的常規(guī)微控制器單元。該芯片提供通過(guò)MCU 1708的板上處理，到模擬域的接口以及到數(shù)字域的接口。該集成電路也具有配置各種輸出的能力，例如數(shù)字輸出可以提供在用于驅(qū)動(dòng)發(fā)送/接收電路系統(tǒng)1706或者從其接收串行數(shù)據(jù)的串行接口上。
除了各種模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器或數(shù)字模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之外，制造MCU 1708，存儲(chǔ)器2012和數(shù)字I/O 1710的處理相當(dāng)復(fù)雜。例如，發(fā)送和接收電路系統(tǒng)1706以及變壓器1704必須與處理兼容，而不是使得處理與變壓器兼容。如在下文將描述的，存在用來(lái)制造與集成電路的制造相關(guān)聯(lián)的各種互連的多個(gè)金屬層。通過(guò)利用已經(jīng)在制造過(guò)程中存在的多個(gè)金屬層，變壓器1704的兩側(cè)可以制造并且以充分的隔離彼此隔離以提供足夠的過(guò)電壓保護(hù)。另外，因?yàn)樽儔浩鞯母唠妷汉透哳l率，變壓器1704實(shí)際上位于芯片表面區(qū)域的獨(dú)立部分中，使得它不覆蓋與數(shù)字操作或模擬操作相關(guān)聯(lián)的任何電路系統(tǒng)，因?yàn)檫@是混合信號(hào)集成電路。
圖17b中說(shuō)明一個(gè)實(shí)例，其中包含包括變壓器1704和收發(fā)器1706的RF隔離鏈路的芯片1702通過(guò)數(shù)字輸入/輸出1710與微控制器單元1708集成在一起。MCU 1708也包括關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器1712。在該情況下，包括變壓器1704和收發(fā)器1706的RF隔離鏈路的第一部分與包括變壓器1714和收發(fā)器1716的RF隔離鏈路的第二部分互連。在該情況下，包括RF隔離鏈路的第二部分的芯片1718包括用于將RF隔離鏈路的收發(fā)器1716的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成模擬輸出以及將接收的模擬輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸入的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器1720和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器1722。芯片1718允許模擬輸出1724處模擬信號(hào)的輸出以及模擬輸入1726處模擬信號(hào)的輸入。然后這些模擬信號(hào)可以由電路設(shè)計(jì)者以任何期望的方式使用。
現(xiàn)在參考圖18a，18b，19和20，說(shuō)明整體地形成在CMOS器件上的變壓器714或718(圖7)的變壓器線圈的結(jié)構(gòu)。每個(gè)變壓器714和718作為包括RF隔離鏈路的芯片或單元片中一個(gè)的一部分而集成。尤其參考圖18a和18b，說(shuō)明包括在變壓器714或718的每個(gè)中的兩個(gè)線圈。第一線圈1802包括在稱作“金屬1”層的芯片的金屬層中形成的第一端子1804和第二端子1806。金屬1層中的每個(gè)端子連接到位于稱作“金屬2”層的芯片的第二金屬層上的變壓器線圈1808。導(dǎo)電通路1810將線圈1808與端子1804互連。第二導(dǎo)電通路1812將線圈1808與第二端子1806互連。第二線圈位于稱作“金屬5”層的第五金屬層上。該線圈包括第一焊墊1814和第二焊墊1816。第一和第二導(dǎo)電墊片1814，1816的每個(gè)由圍繞墊片1816并且與墊片1814互連的第二線圈1818互連。不像在圖18a中描述的線圈，線圈1818包括位于相同金屬層(金屬5)上的焊墊1814，1816和線圈1818。
典型地，金屬5層是最上層。現(xiàn)在也參考圖19，說(shuō)明芯片上變壓器的第一和第二線圈的覆蓋圖。可以看到，墊片1816確定尺寸使得它是1/32μ×94μn。整個(gè)線圈確定尺寸為268μm乘以205μm。墊片1814確定尺寸為70μm×80μm。兩個(gè)線圈1818和1808在構(gòu)造上類似，并且定向使得它們基本上“不重疊”。但是，它們可能重疊。
現(xiàn)在參考圖20，說(shuō)明包含關(guān)于圖18a，18b和19描述的變壓器結(jié)構(gòu)的芯片602的側(cè)視圖。芯片602包括包含RF隔離鏈路的收發(fā)器電路系統(tǒng)以及如先前描述的與RF隔離鏈路集成在一起的任何電子電路系統(tǒng)的襯底層2002。金屬1層2004位于襯底2002上并且包括第一變壓器線圈的第一和第二端子1804，1806。在金屬1層上面的是金屬2層2006，其包含由通路互連到第一和第二端子1804和1806(沒(méi)有顯示)的第一線圈1808。最后，金屬5層位于金屬2層2008上。金屬5層2010包含變壓器的另一部分，包括焊接導(dǎo)電墊片1816和焊墊1814(沒(méi)有顯示)以及將焊墊1816與焊墊1814互連的線圈1818。變壓器的金屬1層主要用來(lái)為端子1804和1806提供到電路剩余部分的互連。但是，處理利用全部五個(gè)金屬層以用于各種互連。為了過(guò)電壓保護(hù)，期望將線圈1818與線圈1808相隔盡可能遠(yuǎn)的距離，認(rèn)識(shí)到位于其間的材料是二氧化硅，一種電介質(zhì)。另外的考慮是裝載在線圈1818上以接地的電容器，襯底2002典型地位于地面。高電壓將存在于線圈1818上，因此，它與襯底和線圈1818相隔盡可能遠(yuǎn)的距離。雖然線圈1818可能已經(jīng)制造在金屬1層中，那么將存在提供從線圈端部到電路系統(tǒng)的互連的需求。這將需要一個(gè)“路徑”以提供在金屬1層下面，這將需要多晶硅層的利用。甚至多層的硅化將不會(huì)像與金屬層相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電層一樣良好地提供。例如，構(gòu)造將金屬1層用于互連并且將金屬2層用于線圈。
雖然提供甚至另外的金屬層以進(jìn)一步將線圈1818與線圈1808相隔是期望的，但是使用特殊的另外層將處理變復(fù)雜是不可行的。利用另外的層的唯一原因是為了在集成電路上制造另一個(gè)電路系統(tǒng)。這樣做的原因在于，一旦處理限定為能夠利用多個(gè)金屬層，基本上通過(guò)該處理的所有電路路徑將使用多個(gè)層。將處理專用于僅使用該另外金屬層的單個(gè)集成電路是困難的，因此，線圈在現(xiàn)有處理中由已經(jīng)存在的金屬層制造。但是，如果另外的金屬層未來(lái)在現(xiàn)有處理中使用，那么線圈1818位于甚至比金屬5更高的層中是可能的。
現(xiàn)在參考圖21，說(shuō)明在金屬5層上的線圈1818的金屬路徑2102與金屬2層上的線圈1808的金屬路徑2104之間使用的偏移量。不是使得金屬2層上的金屬路徑2104直接位于金屬5層上的金屬路徑2102下面，它們彼此對(duì)角偏移以便通過(guò)增加距離來(lái)增加組件之間的擊穿電壓。在公開(kāi)的實(shí)施方案中，金屬5層路徑2102與金屬2層路徑2404之間的總距離是3.63μm。金屬2層路徑2104從金屬5層路徑2102垂直移位3.54μm且水平移位0.8μm。金屬5路徑層2102與硅層垂直相隔5.24μm。該結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)根據(jù)擊穿電壓隔離的等式3.63×10-6m*8×108v/m＝2904v提供金屬5與金屬2層之間的擊穿電壓。金屬5層2402與硅層2406之間的擊穿電壓可以根據(jù)等式5.24×10-6m*8×108v/m＝4192v確定。
現(xiàn)在參考圖22，說(shuō)明圖21中說(shuō)明的線圈1818和1808的剖面透視圖。可以看到，金屬路徑2104基本上與金屬路徑2102形狀相同，但是它們不重疊并且由電介質(zhì)層相隔。該說(shuō)明僅說(shuō)明線圈的單個(gè)角。
現(xiàn)在參考圖23，說(shuō)明包括根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的RF隔離鏈路的芯片602。芯片602的區(qū)域?qū)澐殖芍辽賰蓚€(gè)部分。第一部分2302將包含提供與另一個(gè)芯片上的變壓器電磁耦合的變壓器以提供芯片之間的電壓隔離鏈路的電路系統(tǒng)。芯片的剩余電子電路系統(tǒng)將位于獨(dú)立區(qū)域2304中，并且將包括與變壓器相關(guān)聯(lián)的電壓隔離鏈路的發(fā)送器和接收器電路系統(tǒng)以及將與電壓隔離鏈路集成在一起的任何電子電路系統(tǒng)，例如微控制器或其他類型的電子器件。這將對(duì)于另外數(shù)據(jù)通路的多個(gè)電壓隔離鏈路而重復(fù)。另外，應(yīng)當(dāng)注意，布局是這樣的，即在其頂面上包含變壓器的區(qū)域2302將具有在線圈2118中心提供的墊片2116以及在其外圍提供的墊片2114。墊片2114位置接近芯片的邊緣使得焊線604可以連接到那里。另外，墊片2116與墊片2114位于相同表面上，使得與其相關(guān)聯(lián)的焊線604可以連接到那里。例如，在需要延伸通過(guò)其他層并且更接近在那里與其成直角的線圈的線圈中，不存在需要連接到墊片2116的路徑。與其相關(guān)聯(lián)的焊線604實(shí)際上將更遠(yuǎn)離與線圈1818相關(guān)聯(lián)的實(shí)際金屬路徑2102。另外的區(qū)域可能包括在芯片上，用于在相同芯片上經(jīng)由電壓隔離鏈路而電壓隔離的另外電子電路系統(tǒng)。
圖24說(shuō)明在芯片2402上實(shí)現(xiàn)的RF隔離鏈路的整體結(jié)構(gòu)。四個(gè)獨(dú)立接口連接2404提供集成到芯片2402中的RF隔離鏈路的四個(gè)通道的每個(gè)的連接。四個(gè)接口2404的每個(gè)與振蕩器2406和線圈2408鏈接。連接到接口2404的每個(gè)的是包括第一線圈2412和第二線圈2414的變壓器2410。線圈2414與接口2404連接以提供經(jīng)由RF隔離鏈路與外部芯片的互連。線圈2412互連到焊墊2416。應(yīng)當(dāng)注意，通道一和通道四線圈2414每個(gè)包括兩個(gè)獨(dú)立焊墊2416。但是，通道二和三線圈2414每個(gè)具有位于線圈內(nèi)部的焊墊，但是共享通道二和三之間的外部焊墊2416。墊片電路系統(tǒng)2418與振蕩器電路2406和線圈2410相關(guān)聯(lián)。墊片電路系統(tǒng)2418經(jīng)由許多焊墊與芯片2402上的電路系統(tǒng)的剩余部分互連。焊墊包括接地焊墊2418，VDD焊墊2420，兩個(gè)始能焊墊2422，四個(gè)輸出焊墊2424和四個(gè)輸入焊墊2426，每個(gè)通道一個(gè)。
使用上述RF隔離鏈路設(shè)計(jì)的一個(gè)問(wèn)題在于來(lái)自附近正在發(fā)射的蜂窩式電話的RF干擾可能產(chǎn)生也許不能在接收部分中過(guò)濾的共模干擾?，F(xiàn)在參考圖25，在GHz頻率，包括兩個(gè)獨(dú)立部分2502的應(yīng)用印刷電路板產(chǎn)生可以用作偶極天線的分裂接地層。分裂接地層可能具有與900MHz的四分之一波長(zhǎng)尺寸接近的尺寸。這導(dǎo)致可能通過(guò)隔離器芯片2504的非常大的共模信號(hào)。來(lái)自附近以最大功率發(fā)射的GSM蜂窩式電話的測(cè)量在900MHz可以產(chǎn)生高達(dá)3.4V峰值的共模電壓。這將如上文所述在RF隔離鏈路內(nèi)引起干擾，使得當(dāng)蜂窩式電話正在附近工作時(shí)，“0”被不正確地檢測(cè)為“1”。減少該問(wèn)題的一種方法是通過(guò)在隔離接地層之間添加EMI電容器2506。這樣，在900MHz的頻率，不具有EMI電容器2506的電路將具有3.4V峰值共模電壓，但是具有300pF電容器2506的電路將僅具有1.1V峰值。類似地，在2GHz，不具有EMI電容器2506的電路將具有.85V峰值共模電壓，但是當(dāng)包含300皮法EMI電容器2506時(shí)，具有0.07V峰值共模電壓。如在上文描述的RF隔離器不能處理這種級(jí)別的共模干擾。
先前描述的單端設(shè)計(jì)依賴于變壓器提供全部共模抑制。雖然變壓器在100MGz以下具有非常好的共模抑制，但是變壓器的共模抑制在GHz頻率很差。這是因?yàn)槿鐖D26中所示在變壓器2604中產(chǎn)生的寄生電容2602。這在圖27中更充分地說(shuō)明，其中垂直軸說(shuō)明共模增益而水平軸說(shuō)明頻率。如在圖27中可以看到，在100MHz頻率，共模增益相對(duì)最小。但是，隨著接近GHz頻率，共模增益增加，從而增加將通過(guò)RF隔離鏈路的變壓器電路的共模干擾的量。
在圖28中說(shuō)明的實(shí)施方案中，共模干擾的問(wèn)題通過(guò)修改變壓器2802為中間抽頭變壓器并且包括差動(dòng)放大器2810來(lái)解決。中間抽頭變壓器2802的使用通過(guò)分裂寄生電容而去除電路諧振的頻率。發(fā)送側(cè)的變壓器2802的中間抽頭通過(guò)電容器2804接地。接收側(cè)的變壓器2802的中間抽頭接地。對(duì)于共模信號(hào)，中間抽頭變壓器的帶寬比單端設(shè)計(jì)高兩倍。這有助于抑制900MHz共模干擾。待發(fā)送的數(shù)據(jù)應(yīng)用于NAND門2814的第一輸入并且RF信號(hào)應(yīng)用于NAND門2814的第二輸入，在應(yīng)用于中間抽頭變壓器2802之前。差動(dòng)放大器2810在接收側(cè)上使用以進(jìn)一步抑制共模干擾。在該電路中，共模干擾作為由差動(dòng)放大器2810拒絕的共模信號(hào)應(yīng)用于差動(dòng)放大器2810的輸入。發(fā)送的RF信號(hào)是差動(dòng)的并且由接收器RF放大而增大并應(yīng)用于檢測(cè)器電路2810，其一個(gè)實(shí)例可能是在上文描述的檢測(cè)器電路。
現(xiàn)在參考圖29，說(shuō)明包括發(fā)送器電路系統(tǒng)2902和接收器電路系統(tǒng)2904的圖28的RF隔離鏈路2900的備選實(shí)施方案。發(fā)送器電路系統(tǒng)2902包括NAND門2908，其第一輸入連接以接收經(jīng)由RF隔離鏈路2900傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并且第二輸入連接以接收RF載波信號(hào)。優(yōu)選實(shí)施方案中的RF載波包括2GHz信號(hào)。輸入到NAND門2908的第一輸入的數(shù)據(jù)包括邏輯“1”或“0”，在邏輯“1”存在的情況下它將選擇性地選通RF載波信號(hào)到NAND門2908的輸出。這使得NAND門的輸出在數(shù)據(jù)位為“1”時(shí)提供RF載波信號(hào)或者在數(shù)據(jù)位為“0”時(shí)不提供RF信號(hào)。NAND門2908的輸出連接到p通道晶體管2910的柵極。p通道晶體管2910的漏極-源極通路連接在VDD和第一變壓器2912的第一輸入之間。變壓器2912是其中間抽頭節(jié)點(diǎn)2914連接到晶體管2916的中間抽頭變壓器。晶體管2916的漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)2914和地之間。晶體管2916的柵極連接以接收信號(hào)tx_ena-bar。NAND門2908的輸出也連接到反相器2918的輸入。反相器2918的輸出連接到晶體管2920的柵極。晶體管2920的漏極-源極通路連接在變壓器2912和地之間。接收器放大器2922跨越變壓器2912而連接并且當(dāng)芯片正在發(fā)送時(shí)可以由禁止輸入2924禁止。變壓器2912將RF載波信號(hào)經(jīng)由焊線2928電磁耦合到變壓器2926。這鏈接變壓器之間由RF載波信號(hào)表示的數(shù)據(jù)并且限制共模信號(hào)，同時(shí)經(jīng)由第一和第二變壓器2912和2926提供芯片之間的電壓隔離。變壓器2912和2926的每個(gè)與接口的相對(duì)側(cè)關(guān)聯(lián)。
接收器電路系統(tǒng)2904接收已經(jīng)經(jīng)由中間抽頭變壓器2912電磁耦合到焊線2928上從而到中間抽頭變壓器2926的信號(hào)。連接到中間抽頭變壓器2926的中間抽頭節(jié)點(diǎn)2930的是晶體管2932。晶體管2932的漏極-源極通路連接在中間抽頭節(jié)點(diǎn)2930和地之間。晶體管2932的柵極連接到VDD。中間抽頭變壓器2926的輸出連接到差動(dòng)放大器2934的輸入。差動(dòng)放大器2934包括提供共模抑制的第一級(jí)2936和第二級(jí)2938以及提供單端增益的第三級(jí)2940。
第一級(jí)2936包括一組兩個(gè)p通道晶體管2942，2944和兩個(gè)n通道晶體管2946和2948。晶體管2946的漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)2950和連接到中間抽頭變壓器2926的節(jié)點(diǎn)2952之間。晶體管2946和2948的柵極通過(guò)電容器2956和2958分別交叉耦合到節(jié)點(diǎn)2950和2956。晶體管2942其漏極-源極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)2952之間。晶體管2948其漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)2954和節(jié)點(diǎn)2956之間。晶體管2944其漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)VDD和節(jié)點(diǎn)2954之間。晶體管2942的柵極連接到節(jié)點(diǎn)2952。晶體管2944的柵極連接到節(jié)點(diǎn)2954。電阻器2962另外連接在晶體管2946的柵極和偏置節(jié)點(diǎn)2964之間。電阻器2966也連接在晶體管2948的柵極和偏置節(jié)點(diǎn)2964之間。
第二級(jí)2938在節(jié)點(diǎn)2952和2954連接到第一級(jí)2936。晶體管2968其柵極連接到節(jié)點(diǎn)2952。晶體管2970其柵極連接到節(jié)點(diǎn)2954。晶體管2968的漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)2972和節(jié)點(diǎn)2974之間。晶體管2970其漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)2976和節(jié)點(diǎn)2974之間。電流源2978連接在節(jié)點(diǎn)2974和地之間。晶體管2980其漏極-源極通路連接在和節(jié)點(diǎn)2972之間。晶體管2980的柵極連接到節(jié)點(diǎn)2972。晶體管2982其漏極-源極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)2976之間。晶體管2982的柵極連接到節(jié)點(diǎn)2972。晶體管2984其柵極連接到節(jié)點(diǎn)2976。晶體管2984的漏極-源極通路連接在VDD和節(jié)點(diǎn)2976之間。電流源2986連接在節(jié)點(diǎn)2976和地之間。
第三級(jí)2940在節(jié)點(diǎn)2976與第二級(jí)2938連接。電容器2988連接在節(jié)點(diǎn)2976和放大器2990的輸入之間。放大器2990的輸出具有連接到其輸入的反饋電阻器2992。放大器2990的輸出也連接到用于檢測(cè)來(lái)自增益放大器的放大數(shù)據(jù)的檢測(cè)器電路2994。發(fā)送器電路2926在節(jié)點(diǎn)2950連接到單抽頭變壓器2926。晶體管2928其漏極-源極通路連接在節(jié)點(diǎn)2956和地之間。晶體管2928的柵極也連接到地。
現(xiàn)在參考圖30a，30b，31和32，說(shuō)明整體地形成在CMOS器件上的變壓器2912或2926(圖7)的變壓器線圈的結(jié)構(gòu)。每個(gè)變壓器2912和2926作為包括RF隔離鏈路的芯片或單元片中一個(gè)的一部分而集成。尤其參考圖30a和30b，說(shuō)明包括在變壓器2912或2926的每個(gè)中的兩個(gè)線圈。第一線圈3002包括在稱作“金屬1”層的芯片的金屬層中形成的第一端子3004和第二端子3006。金屬1層中的每個(gè)端子連接到位于稱作“金屬2”層的芯片的第二金屬層上的變壓器線圈3008。導(dǎo)電通路3010將線圈3008與端子3004互連。第二導(dǎo)電通路3012將線圈3008與第二端子3006互連。第二線圈位于稱作“金屬5”層的第五金屬層上。該線圈包括第一焊墊3014和第二焊墊3016。第一和第二導(dǎo)電墊片3014，3016的每個(gè)由圍繞墊片3016并且與墊片3014互連的第二線圈3018互連。不像在圖30a中描述的線圈，線圈3018包括位于相同金屬層(金屬5)上的焊墊3014，3016和線圈3018。
典型地，金屬5層是最上層?，F(xiàn)在也參考圖31，說(shuō)明芯片上變壓器的第一和第二線圈的覆蓋圖?？梢钥吹?，墊片3016確定尺寸使得它是70μm×70μm。整個(gè)線圈確定尺寸為205μm乘以205μm。墊片3014確定尺寸為70μm×70μm。兩個(gè)線圈3018和3008在構(gòu)造上類似，并且定向使得它們基本上“不重疊”。但是，它們可能重疊。中間抽頭使用一直跨越變壓器的線圈而延伸并且包括導(dǎo)電通路3102的條紋3104提供在M1層上，提供將金屬1層互連到線圈3008中的金屬2層的中間抽頭。
現(xiàn)在參考圖32，說(shuō)明包含關(guān)于圖30a，30b和31描述的變壓器結(jié)構(gòu)的芯片3200的側(cè)視圖。芯片3200包括包含RF隔離鏈路的收發(fā)器電路系統(tǒng)以及如先前描述的與RF隔離鏈路集成在一起的任何電子電路系統(tǒng)的襯底層3202。金屬1層3204位于襯底3202上并且包括第一變壓器線圈的第一和第二端子3004，3006。在金屬1層上面的是金屬2層3206，其包含由通路互連到第一和第二端子3004和3006(沒(méi)有顯示)的第一線圈3008。最后，金屬5層位于金屬2層3008上。金屬5層3210包含變壓器的另一部分，包括焊接導(dǎo)電墊片3016和焊墊3014(沒(méi)有顯示)以及將焊墊3016與焊墊3014互連的線圈3018。變壓器的金屬1層主要用來(lái)為端子3004和3006提供到剩余電路的互連。但是，處理利用全部五個(gè)金屬層以用于各種互連。為了過(guò)電壓保護(hù)，期望將線圈3018與線圈3008相隔盡可能遠(yuǎn)的距離，認(rèn)識(shí)到位于其間的材料是二氧化硅，一種電介質(zhì)。另外的考慮是裝載在線圈3018上以接地的電容器，襯底3202典型地位于地面。高電壓將存在于線圈3018上，因此，它與襯底和線圈3018相隔盡可能遠(yuǎn)的距離。雖然線圈3018可能已經(jīng)制造在金屬1層中，那么將存在提供從線圈端部到電路系統(tǒng)的互連的需求。這將需要一個(gè)“路徑”以提供在金屬1層下面，這將需要多晶硅層的利用。甚至多層的硅化將不會(huì)像與金屬層相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電層一樣良好地提供。例如，構(gòu)造將金屬1層用于互連并且將金屬2層用于線圈。中間抽頭條紋3104運(yùn)行通過(guò)金屬1層并且使用導(dǎo)電通路3102連接到金屬2層中的線圈3008。
雖然提供甚至另外的金屬層以進(jìn)一步將線圈3018與線圈3008相隔是期望的，但是使用特殊的另外層將處理變復(fù)雜是不可行的。利用另外的層的唯一原因是為了在集成電路上制造另一個(gè)電路系統(tǒng)。這樣做的原因在于，一旦處理限定為能夠利用多個(gè)金屬層，基本上通過(guò)該處理的所有電路路徑將使用多個(gè)層。將處理專用于僅使用該另外金屬層的單個(gè)集成電路是困難的，因此，線圈在現(xiàn)有處理中由已經(jīng)存在的金屬層制造。但是，如果另外的金屬層未來(lái)在現(xiàn)有處理中使用，那么線圈3018位于甚至比金屬5更高的層中是可能的。
減少共模抑制的另一個(gè)考慮是將接收器增益和發(fā)送功率設(shè)置為一定級(jí)別以使數(shù)據(jù)可靠地經(jīng)過(guò)但是不會(huì)更高的能力。這將功率保存在發(fā)送器中并且提高在較高接收器增益時(shí)更壞的共模抑制。一旦建立該增益，它應(yīng)當(dāng)在溫度和過(guò)程變化上保持恒定以提供最佳系統(tǒng)性能。這可以通過(guò)設(shè)置到發(fā)送器和接收器的電源電壓(VDD)隨著溫度和過(guò)程變化代替恒定穩(wěn)定電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。這在圖33中說(shuō)明?？梢钥吹?，對(duì)于慢過(guò)程和快過(guò)程，電壓VDD隨著溫度增加而增加。這有助于保持放大器的RF增益在溫度變化時(shí)更恒定，并且允許較低溫度時(shí)較低的電源電流。
現(xiàn)在參考圖34，說(shuō)明產(chǎn)生參考電壓的現(xiàn)有技術(shù)方法，其中PTAT電流發(fā)生器3402連接到晶體管3404的柵極。晶體管3404的漏極-源極通路連接在電壓和節(jié)點(diǎn)3406之間。電阻器3408連接在節(jié)點(diǎn)3406和晶體管3410之間。晶體管3410的發(fā)射極/集電極通路連接在晶體管3408和地之間。晶體管3410的基極連接到它的集電極。
圖35說(shuō)明產(chǎn)生帶隙參考電壓的改進(jìn)方法，使得電壓將關(guān)于溫度而變化。PTAT電流發(fā)生器3402再次將電壓提供到提供PTAT電流的晶體管3404的柵極。由PTAT電流發(fā)生器3402提供的PTAT電流與絕對(duì)溫度成比例。晶體管3404的源極-漏極通路連接在電壓和節(jié)點(diǎn)3406之間。p通道晶體管3502其源極-漏極通路連接在節(jié)點(diǎn)3406和節(jié)點(diǎn)3504之間。晶體管3502的柵極也連接到節(jié)點(diǎn)3504。比圖34中電阻器3408的電阻大的電阻3506連接在節(jié)點(diǎn)3504和地之間。通過(guò)設(shè)置PMOS晶體管3502和電阻3504的大小，參考電壓可以設(shè)置為期望的級(jí)別。因?yàn)樘峁┑浇邮掌鞯钠秒娏魇荘TAT電流，這保持接收器增益恒定。
現(xiàn)在參考圖36，在開(kāi)關(guān)電源中，存在對(duì)驅(qū)動(dòng)連接到電源變壓器的功率MOSFET或IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)器的需求。次級(jí)側(cè)的驅(qū)動(dòng)器典型地由初級(jí)側(cè)的PWM控制器控制，因此，從PWM控制器到驅(qū)動(dòng)器的連接需要高壓隔離。電源變壓器3602包括初級(jí)側(cè)3604和次級(jí)側(cè)3606。連接到電源變壓器3602的初級(jí)側(cè)3604每端的是一對(duì)功率晶體管3608。晶體管3608a的漏極/源極通路連接在輸入電壓(VIN)和節(jié)點(diǎn)3610之間。晶體管3608b的漏極/源極通路連接在節(jié)點(diǎn)3610和地之間。晶體管3608c的漏極/源極通路連接在VIN和節(jié)點(diǎn)3612之間。晶體管3608d的漏極/源極通路連接在節(jié)點(diǎn)3612和地之間。每個(gè)晶體管3608的柵極連接在驅(qū)動(dòng)器3614，驅(qū)動(dòng)器3614連接到PWM控制器3616。
PWM控制器3616提供到功率晶體管3608的開(kāi)關(guān)信號(hào)，功率晶體管3608響應(yīng)提供到驅(qū)動(dòng)器3614的開(kāi)關(guān)信號(hào)導(dǎo)通和關(guān)閉。PWM控制器3616也將開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)隔離勢(shì)壘3620提供到電源變壓器3602的次級(jí)側(cè)3606上的晶體管3618。晶體管3618a的漏極/源極通路連接在節(jié)點(diǎn)3622和地之間。晶體管3618b的漏極/源極通路連接在節(jié)點(diǎn)3624和地之間。晶體管3618的柵極連接到通過(guò)隔離勢(shì)壘3620接收來(lái)自PWM控制器3616的信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器3626。電源變壓器3602的次級(jí)側(cè)3606的每端連接在節(jié)點(diǎn)3624和節(jié)點(diǎn)3622之間。電感器3628連接在節(jié)點(diǎn)3624和VOUT之間。電感器3630連接在節(jié)點(diǎn)3622和VOUT之間。最后，電容器3632連接在VOUT和地之間。因此，必須存在將經(jīng)由隔離勢(shì)壘3620提供到次級(jí)側(cè)晶體管3618的信號(hào)與PWM控制器3616電壓隔離的一些方法。
當(dāng)前，該問(wèn)題以許多非集成方式解決。圖37中說(shuō)明的第一常見(jiàn)方法利用光隔離器。在該解決方案中，PWM控制器3702將控制信號(hào)通過(guò)電阻器3704提供到晶體管3706的基極。晶體管3706的發(fā)射極/集電極通路連接在光學(xué)隔離器3708和地之間。光學(xué)隔離器3708通過(guò)晶體管3710連接到VDD。光學(xué)隔離器3708包括位于電阻器3710和晶體管3706的發(fā)射極之間的發(fā)光二極管3712以及光檢測(cè)晶體管3714。晶體管3714的發(fā)射極通過(guò)電阻器3716連接到VDD。晶體管3714的集電極連接到地。晶體管3714的發(fā)射極也連接到提供信號(hào)到功率FET 3720的柵極驅(qū)動(dòng)器集成電路3718。
備選現(xiàn)有技術(shù)解決方案使用圖38中所示的脈沖變壓器。PWM控制器3802提供控制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器3804。驅(qū)動(dòng)器3804提供通過(guò)變壓器3806電磁發(fā)送的脈沖。脈沖在接收器3808處接收并且用來(lái)操作柵極驅(qū)動(dòng)器3810。
圖39中說(shuō)明的第三現(xiàn)有技術(shù)備選方案使用具有獨(dú)立柵極驅(qū)動(dòng)器IC的集成數(shù)字隔離器3904。在該情況下，PWM控制器3902連接到數(shù)字隔離器3904，數(shù)字隔離器3904連接到驅(qū)動(dòng)器IC 3906。數(shù)字隔離器3904和柵極驅(qū)動(dòng)器IC 3906提供PWM控制器3902與連接到驅(qū)動(dòng)器IC 3906的功率FET 3908之間的隔離。該方法是當(dāng)前較快的系統(tǒng)并且比其他實(shí)現(xiàn)小。但是，該實(shí)現(xiàn)因數(shù)字隔離器3904的高成本而昂貴。
現(xiàn)在參考圖40，說(shuō)明隔離柵極驅(qū)動(dòng)器4002用來(lái)將PWM控制器4004與功率FET電路系統(tǒng)4006電壓隔離的實(shí)施方案的實(shí)現(xiàn)。隔離柵極驅(qū)動(dòng)器4002將數(shù)字隔離器與柵極驅(qū)動(dòng)器組成為快速、集成、低成本隔離柵極驅(qū)動(dòng)器。這為隔離電路系統(tǒng)提供一些基本的好處。首先，成本基本上較少，因?yàn)閮H單個(gè)IC必須提供隔離而不是圖39中討論的兩個(gè)芯片。此外，單個(gè)隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC將具有比圖39中討論的實(shí)現(xiàn)更低的延遲，因?yàn)閳D39的數(shù)字隔離器3904在驅(qū)動(dòng)數(shù)字隔離器芯片3904的信號(hào)關(guān)閉時(shí)使用其延遲的主要部分。該需求在隔離器和柵極驅(qū)動(dòng)器在相同芯片上的集成解決方案中消除。
本公開(kāi)內(nèi)容的集成隔離器和柵極驅(qū)動(dòng)器的一般結(jié)構(gòu)在圖41中說(shuō)明。該結(jié)構(gòu)包括在上文描述的隔離結(jié)構(gòu)以及還包括具有所述隔離結(jié)構(gòu)的柵極驅(qū)動(dòng)器。隔離柵極驅(qū)動(dòng)器包括NAND門4102。NAND門4102連接以接收通過(guò)隔離鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在該情況下，數(shù)據(jù)包括來(lái)自PWM控制器的控制信號(hào)。NAND門4102另外連接以接收RF信號(hào)。NAND門4102的RF輸出連接到反相器4104的輸入。反相器4104的輸出連接到第一變壓器4106。變壓器4106將提供的PWM控制器信號(hào)電磁耦合到第二變壓器4108。第二變壓器4108的輸出連接到可能以在上文討論的任何方法構(gòu)造的接收器和檢測(cè)器電路4110。接收器和檢測(cè)器電路4110的輸出提供到反相器放大器4112的輸入，反相器放大器4112連接到驅(qū)動(dòng)連接的功率晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)器4114。
現(xiàn)在參考圖42，說(shuō)明集成在提供集成的數(shù)字隔離器和柵極驅(qū)動(dòng)器的單個(gè)封裝4206上的兩個(gè)獨(dú)立單元片4202和4204。在數(shù)字隔離器的先前實(shí)施方案中，單元片一4202和單元片二4204以0.25μmCMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)。0.25μm CMOS技術(shù)需要處理在圖41的NAND門4102處提供的2.1GHz RF載波信號(hào)。但是，功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器IC典型地不得不在10V至20V之間驅(qū)動(dòng)。能夠支持這些電壓范圍的高壓晶體管在.25μm CMOS處理中不可獲得。因此，使用高壓NMOS和PMOS晶體管提供0.35μm，3.3V CMOS邏輯晶體管的18V CMOS處理必須在實(shí)現(xiàn)單元片4202和4208內(nèi)的電路系統(tǒng)時(shí)使用。使用該處理，集成使用在18V范圍操作的高壓晶體管的10-20V柵極驅(qū)動(dòng)器，以及使用在3.3V范圍操作的.35μm邏輯晶體管的RF接收器是可能的。
現(xiàn)在參考圖43，提供實(shí)現(xiàn)隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC的電路系統(tǒng)的更詳細(xì)說(shuō)明。如先前描述的，NAND門4302連接以接收來(lái)自PWM控制器的數(shù)據(jù)流以及RF載波信號(hào)。NAND門4302的輸出連接到晶體管4302的柵極以及反相器4304的輸入。反相器4304的輸出連接到晶體管4306的柵極。晶體管4306的漏極/源極通路連接在變壓器4306和地之間。晶體管4302的源極/漏極通路連接在3.3V和變壓器4306之間。
隔離鏈路的變壓器4310是中間抽頭變壓器。變壓器4310的輸出連接以分離差動(dòng)放大器電路4312的輸入。差動(dòng)放大器電路4312的輸出連接到電容器4314。電容器4314的另一側(cè)連接到反相器4316和電阻器4318的并聯(lián)。反相器4316和電阻器4318的并聯(lián)的另一側(cè)連接到另一個(gè)電容器4320。電容器4320也連接到檢測(cè)由PWM控制器經(jīng)由隔離鏈路提供的PWM控制信號(hào)的檢測(cè)器電路4322。調(diào)節(jié)器4324連接在18V電源和檢測(cè)器4322之間。比較器電路4312直到并且包括檢測(cè)器電路4322之間的電路系統(tǒng)以3.3V電源工作。剩余電路系統(tǒng)使用18V電源操作并且包括輸入連接到檢測(cè)器電路4322的輸出以及輸出連接到驅(qū)動(dòng)器4314的電平移動(dòng)電路系統(tǒng)4326。電平移動(dòng)電路4326將檢測(cè)的PWM控制信號(hào)的電壓電平增加到能夠操作驅(qū)動(dòng)器3914的電壓電平。然后驅(qū)動(dòng)器3914的輸出將連接到功率FET晶體管。
現(xiàn)在參考圖44，說(shuō)明電平移動(dòng)器電路4326的更詳細(xì)描述。從檢測(cè)器4322提供到電平移動(dòng)器4326的輸入連接到第一反相器4402。反相器4402的輸出連接到第二反相器4404的輸入和晶體管4406的柵極。反相器4404的輸出連接到晶體管4408的柵極。晶體管4408的源極/漏極通路連接在節(jié)點(diǎn)4410和地之間。晶體管4412其源極/漏極通路連接在18V系統(tǒng)電源和節(jié)點(diǎn)4410之間。晶體管4412的柵極連接到節(jié)點(diǎn)4414。同樣其柵極連接到節(jié)點(diǎn)4414的是晶體管4416。晶體管4416的源極/漏極通路連接在18V系統(tǒng)電源和節(jié)點(diǎn)4414之間。50μA電流源4418連接在節(jié)點(diǎn)4414和地之間。晶體管4420其源極/漏極通路連接在18V系統(tǒng)電源和節(jié)點(diǎn)4422之間。晶體管4420的柵極連接到節(jié)點(diǎn)4410。晶體管4424其源極/漏極通路連接在節(jié)點(diǎn)4422和地之間。晶體管4424的柵極連接到節(jié)點(diǎn)4410。晶體管4430其源極/漏極通路連接在18V系統(tǒng)電源和節(jié)點(diǎn)4410之間。晶體管4430的柵極在節(jié)點(diǎn)4434連接到晶體管4432的漏極。晶體管4432的源極/漏極通路連接在18V系統(tǒng)電源和節(jié)點(diǎn)4434之間。晶體管4432的柵極連接到節(jié)點(diǎn)4414。晶體管4406其源極/漏極通路連接在節(jié)點(diǎn)4434和地之間。反相器4440的串聯(lián)其輸入連接到節(jié)點(diǎn)4422并且其輸出將連接到驅(qū)動(dòng)器3914。
現(xiàn)在返回參考圖40，除了將PWM控制信號(hào)提供到位于隔離勢(shì)壘4020相對(duì)側(cè)上的驅(qū)動(dòng)器之外，指示輸出電壓Vout的電壓讀出信號(hào)必須從Vout經(jīng)由隔離勢(shì)壘4020提供返回到PWM控制器4016。因?yàn)檩敵鲭妷何挥诖渭?jí)側(cè)而PWM控制器401b位于初級(jí)側(cè)，再次需要高壓隔離。輸出電壓必須準(zhǔn)確地測(cè)量(典型地以小于1％誤差)并且作為反饋信號(hào)跨越隔離勢(shì)壘4020而發(fā)送。
隔離提供到PWM控制器4016的反饋信號(hào)的最常見(jiàn)現(xiàn)有技術(shù)方法在圖45中說(shuō)明。該方法使用光隔離器4502。包括連接到Vout和節(jié)點(diǎn)4506的電阻器4504以及連接在節(jié)點(diǎn)4506和地之間的第二電阻器4508的分壓器電路連接到運(yùn)算放大器4510的第一輸入。運(yùn)算放大器4510的第二輸入連接到產(chǎn)生電壓VREF的參考電壓發(fā)生器4512。運(yùn)算放大器4510基于比較產(chǎn)生應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)器4514的輸入的誤差電壓VE。驅(qū)動(dòng)器4514的輸出連接到包括發(fā)光二極管4516和光檢測(cè)晶體管4518的光學(xué)隔離器4502。光學(xué)隔離器4502的輸出連接到提供反饋電壓VFB到PWM控制器4016的檢測(cè)器電路4520。圖45中說(shuō)明的實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題在于模擬光學(xué)隔離器4502通常慢(也就是，一至十微秒的延遲時(shí)間)并且溫度變化將影響誤差信號(hào)VE。
現(xiàn)在參考圖46，說(shuō)明隔離電壓讀出方法的備選實(shí)施方案。在該解決方案中，電壓讀出過(guò)程由包括兩個(gè)單元片的集成IC封裝電壓隔離。RF數(shù)字隔離器用來(lái)跨越隔離勢(shì)壘傳輸數(shù)據(jù)。包括電阻器4602和4604的分壓器使得輸出電壓能夠被測(cè)量并提供到運(yùn)算放大器4606的第一輸入。第一電阻器4602連接在VOUT和節(jié)點(diǎn)4608之間。第二電阻器4604連接在節(jié)點(diǎn)4608和地之間。電容器4610連接在節(jié)點(diǎn)4608和運(yùn)算放大器4606的輸出之間。運(yùn)算放大器4606的第二輸入連接到參考電壓發(fā)生器4612。
參考電壓發(fā)生器4612經(jīng)由數(shù)字微調(diào)存儲(chǔ)器編程。參考電壓將需要微調(diào)以滿足測(cè)量輸出電壓所必需的0.5％準(zhǔn)確度。這可以通過(guò)使用一次可編程(OTP)非易失性存儲(chǔ)器在IC測(cè)試時(shí)執(zhí)行。在優(yōu)選實(shí)施方案中這可以是從TSMC可獲得的32位存儲(chǔ)器。運(yùn)算放大器4606的輸出提供電壓誤差信號(hào)VE，其應(yīng)用于A/D轉(zhuǎn)換器4616的輸入。電壓誤差信號(hào)VE用作初級(jí)側(cè)的電壓反饋信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器4616的輸出作為6位數(shù)字輸出提供到發(fā)送器/數(shù)據(jù)編碼電路4618，在那里編碼并發(fā)送電壓誤差信號(hào)。發(fā)送/數(shù)據(jù)編碼電路4618的輸出是經(jīng)由在上文描述的RF隔離鏈路輸出的單位串行輸出。
數(shù)據(jù)恢復(fù)電路4620從RF隔離鏈路接收數(shù)據(jù)并且如上文描述的恢復(fù)電壓誤差信號(hào)。該信號(hào)提供到數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器4622。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器4622的輸出提供作為電壓反饋信號(hào)VFB的電壓誤差信號(hào)，其由PWM控制器作為次級(jí)側(cè)上輸出電壓Vout的指示而使用。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器4616和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器4622的速度和分辨率是回路帶寬和輸出誤差需求的函數(shù)。10MHz 6位ADC對(duì)于高達(dá)1.5MHz PWM頻率是足夠的。但是，可以使用具有較低速度的ADC，因?yàn)榇蟛糠只芈穾挼偷枚唷?br> 現(xiàn)在參考圖47，說(shuō)明包括兩個(gè)隔離柵極驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)隔離電壓讀出功能的集成芯片。該部件將集成開(kāi)關(guān)電源中的許多組件并且在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間為這些功能提供隔離。信號(hào)A_IN和信號(hào)B_IN提供到輸4702和4704并且在輸出引腳4706和4708作為信號(hào)A_DRV和B_DRV而提供。該單個(gè)集成芯片將在輸入引腳4702和4704處接收PWM控制器信號(hào)并且在次級(jí)側(cè)上提供驅(qū)動(dòng)與開(kāi)關(guān)電源相關(guān)聯(lián)的功率晶體管的輸出信號(hào)。輸入和輸出根據(jù)在上文描述的系統(tǒng)彼此隔離。另外，輸出電壓的讀出可以在連接到VOUT的電壓輸入引腳4710與連接到PWM控制器的電壓反饋引腳VFB4712之間獲得。初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)之間電壓讀出功能的隔離以與在上文描述的相同方法執(zhí)行。因此，關(guān)于圖47描述的集成器件4700將提供開(kāi)關(guān)電源的初級(jí)或次級(jí)側(cè)上的驅(qū)動(dòng)器與PWM控制器的隔離，并且提供次級(jí)或初級(jí)側(cè)與PWM控制器的隔離電壓讀出。
例如在上文描述的RF隔離器的一個(gè)問(wèn)題在于由使用RF載波傳輸數(shù)據(jù)而引起的輻射發(fā)射。FCC規(guī)定來(lái)自器件的輻射發(fā)射在3米必須小于每米500μV。平衡驅(qū)動(dòng)器電路的使用可以幫助減小發(fā)射級(jí)別。但是，沒(méi)有屏蔽并且當(dāng)使用半波偶極天線PCB布局(最壞情況)時(shí)，來(lái)自RF隔離器的發(fā)射將是每個(gè)通道每米大約500μV。因此，四通道RF隔離器可能具有高達(dá)每米2mV的發(fā)射，這在最壞情況下將違反FCC的規(guī)定。該情況在圖48a和48b中說(shuō)明，其中2.1GHz的單個(gè)RF頻率用來(lái)經(jīng)由RF隔離器發(fā)送數(shù)據(jù)。單個(gè)頻率使用使得2.1GHz發(fā)射峰值在RF隔離器的頻譜發(fā)射中出現(xiàn)。
極大地最小化輻射發(fā)射的一種方法是使用隨著時(shí)間改變頻率的RF載波。因此，不是使用2.1GHz的單個(gè)載波發(fā)送，修改用來(lái)產(chǎn)生RF載波信號(hào)的電路系統(tǒng)使得振蕩器在例如2.1GHz和2.2GHz之間恒定地?cái)[動(dòng)。這在圖49a和49b中更充分地說(shuō)明。圖49a說(shuō)明RF載波信號(hào)如何以十六級(jí)在2.1GHz和2.2GHz之間擺動(dòng)。因此，在任何特定時(shí)間，不是僅單個(gè)頻率用作RF載波，十六個(gè)頻率中任何一個(gè)可能被提供以經(jīng)由RF隔離鏈路傳輸數(shù)據(jù)。這樣，不是如圖48b中所示具有2.1GHz的單個(gè)峰值的發(fā)射頻譜，提供例如圖49b中所示的發(fā)射頻譜，其中十六個(gè)獨(dú)立峰值在2.1GHz和2.2GHz之間提供。任何一個(gè)頻率的平均峰值顯著小于僅使用單個(gè)RF頻率的發(fā)射頻譜的平均峰值。
可能使用模擬或數(shù)字?jǐn)[動(dòng)。優(yōu)選實(shí)施方案使用數(shù)字?jǐn)[動(dòng)因?yàn)樗菀讓?shí)現(xiàn)。通過(guò)使用2.1GHz和2.2GHz之間的十六級(jí)，隔離器的發(fā)射級(jí)別減小十六級(jí)。因?yàn)镕CC看1MHz頻帶，從2.1GHz頻率到2.2GHz頻率的分級(jí)應(yīng)當(dāng)設(shè)置得比這個(gè)大。雖然本公開(kāi)內(nèi)容已經(jīng)描述2.1GHz和2.2GHz之間的擺動(dòng)，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，擺動(dòng)可以在任何兩個(gè)頻率之間。分級(jí)數(shù)目也可能設(shè)置得更高以給出從隔離器的進(jìn)一步發(fā)射減小。
現(xiàn)在參考圖50，說(shuō)明提供2.1至2.2GHz之間的分級(jí)RF載波信號(hào)的電路的框圖。慢速環(huán)形振蕩器5002產(chǎn)生經(jīng)由線路5004提供到分頻器電路5006的50-60MHz振蕩信號(hào)。分頻器電路5006利用由慢速振蕩器5002提供的50-60MHz信號(hào)產(chǎn)生用來(lái)驅(qū)動(dòng)RF振蕩器電路5010的四位控制碼。由分頻器電路5006產(chǎn)生的控制碼經(jīng)由四線總線5008提供到RF振蕩器電路5010。由分頻器電路5006產(chǎn)生的控制碼可能包括多于四位，但是，僅四位經(jīng)由四線總線5008提供到RF振蕩器5020。RF隔離器電路利用四位碼產(chǎn)生第一和第二頻率級(jí)別之間的擺動(dòng)信號(hào)，并且提供來(lái)自輸出5012的輸出擺動(dòng)信號(hào)。16個(gè)四位碼的每個(gè)引起第一和第二頻率級(jí)別之間并且包括第一和第二頻率級(jí)別的不同頻率的產(chǎn)生。使用圖50的電路，RF載波頻率將在間隔2-4MHz的十六個(gè)頻率上以400-500KHz速率改變，并且以50-63KHz速率重復(fù)。
圖50的電路使用自由慢速(60-70MHz)環(huán)形振蕩器5002來(lái)充電RF載波。這使用大約50μ安培的非常低的電流。慢速環(huán)形振蕩器5002在圖52中說(shuō)明。環(huán)形振蕩器5002包括彼此串聯(lián)的多個(gè)反相器5202。一連串五個(gè)反相器5202彼此互連并且具有從節(jié)點(diǎn)5204連接到反相器5202a的輸入的反饋回路。反相器5206其輸入連接到節(jié)點(diǎn)5204并且其輸出連接到反相器5208。反相器5208的輸出包括提供到分頻器電路5006的環(huán)形振蕩器5002的輸出。慢速振蕩器5002的Vdd從具有大PTAT分量的參考電壓獲得。這保持振蕩頻率在過(guò)程和溫度上相當(dāng)穩(wěn)定。
現(xiàn)在參考圖51，更充分地說(shuō)明RF振蕩器電路5010。RF振蕩器電路5010的輸入連接以從圖50的分頻器電路5006接收四位碼。四位碼提供到第一組晶體管5102和第二組晶體管5103的柵極以導(dǎo)通和關(guān)閉晶體管。組5102中四個(gè)晶體管的每個(gè)其源極/漏極通路連接在電容器5104和地之間。在另一端，電容器5104的每個(gè)連接到節(jié)點(diǎn)5106。晶體管5103的每個(gè)其源極/漏極通路連接在電容器5108和地之間。電容器5108的每個(gè)的另一側(cè)連接到節(jié)點(diǎn)5110。另外的電容器5112連接在節(jié)點(diǎn)5106和地之間。電容器5114也連接在節(jié)點(diǎn)5110和地之間。
連接在節(jié)點(diǎn)5106和5110之間的是電感器5116。晶體管5118在節(jié)點(diǎn)5110連接到電感器5116并且其源極/漏極通路連接在節(jié)點(diǎn)5110和地之間。晶體管5118的柵極在節(jié)點(diǎn)5106連接到電感器5116的相對(duì)端。另一個(gè)晶體管5120在節(jié)點(diǎn)5106連接到電感器5116。晶體管5120其源極/漏極通路連接在節(jié)點(diǎn)5106和地之間。晶體管5120的柵極在節(jié)點(diǎn)5110連接到電感器5116的相對(duì)端。另一個(gè)晶體管5122其源極/漏極通路連接在Vdd和節(jié)點(diǎn)5106之間。晶體管5122的柵極連接到節(jié)點(diǎn)5120。最后的晶體管5124其源極/漏極通路連接在Vdd和節(jié)點(diǎn)5110之間。晶體管5124的柵極連接到節(jié)點(diǎn)5106。反相器5126連接在節(jié)點(diǎn)5106和RF振蕩器5010的輸出節(jié)點(diǎn)5012之間。響應(yīng)應(yīng)用于第一和第二組晶體管5102和5103的控制碼，RF振蕩器5010將基于在電路中使用的電感器和電容器的值在其輸出5012產(chǎn)生第一和第二所選頻率之間的分級(jí)RF載波信號(hào)。
現(xiàn)在參考圖53，說(shuō)明RF載波產(chǎn)生電路系統(tǒng)的備選實(shí)施方案，其中RF振蕩器5010其輸出連接到分頻器電路5302的輸入。分頻器電路5302產(chǎn)生經(jīng)由四位總線5304提供返回到RF振蕩器的四位碼。圖53中描述的電路具有優(yōu)點(diǎn)，即它是同步的。RF頻率變化速率鎖定為RF載波。但是，電路包括需要大約1毫安Vdd電流的2GHz分頻器電路。
該電路的示意圖在圖54中說(shuō)明。圖54的示意圖類似于關(guān)于圖51描述的圖，并且類似的組件以類似的方式編號(hào)。四位碼提供到第一組晶體管5102和第二組晶體管5103的柵極以導(dǎo)通和關(guān)閉晶體管。組5102中四個(gè)晶體管的每個(gè)其源極/漏極通路連接在電容器5104和地之間。在另一端，電容器5104的每個(gè)連接到節(jié)點(diǎn)5106。晶體管5103的每個(gè)其源極/漏極通路連接在電容器5108和地之間。電容器5108的每個(gè)的另一側(cè)連接到節(jié)點(diǎn)5110。另外的電容器5112連接在節(jié)點(diǎn)5106和地之間。電容器5114也連接在節(jié)點(diǎn)5110和地之間。
連接在節(jié)點(diǎn)5106和5110之間的是電感器5116。晶體管5118在節(jié)點(diǎn)5110連接到電感器5116并且其源極/漏極通路連接在節(jié)點(diǎn)5110和地之間。晶體管5118的柵極在節(jié)點(diǎn)5106連接到電感器5116的相對(duì)端。另一個(gè)晶體管5120在節(jié)點(diǎn)5106連接到電感器5116。晶體管5120其源極/漏極通路連接在節(jié)點(diǎn)5106和地之間。晶體管5120的柵極在節(jié)點(diǎn)5110連接到電感器5116的相對(duì)端。另一個(gè)晶體管5122其源極/漏極通路連接在Vdd和節(jié)點(diǎn)5106之間。晶體管5122的柵極連接到節(jié)點(diǎn)5120。最后的晶體管5124其源極/漏極通路連接在Vdd和節(jié)點(diǎn)5110之間。晶體管5124的柵極連接到節(jié)點(diǎn)5106。反相器5126連接在節(jié)點(diǎn)5106和RF振蕩器5010的輸出節(jié)點(diǎn)5012之間。響應(yīng)應(yīng)用于第一和第二組晶體管5102和5103的控制碼，RF振蕩器5010將基于在電路中使用的電感器和電容器的值在其輸出5012產(chǎn)生第一和第二所選頻率之間的分級(jí)RF載波信號(hào)。該電路另外包括其輸入連接到節(jié)點(diǎn)5110的反相器5402。反相器5402的輸出連接到將四位輸出提供到晶體管組5102和5103的每個(gè)的分頻器電路5302。
現(xiàn)在參考圖55，說(shuō)明如上文描述的對(duì)RF載波信號(hào)使用分級(jí)頻率的RF隔離鏈路結(jié)果頻譜的仿真。如可以看到的，在頻譜內(nèi)產(chǎn)生十六個(gè)獨(dú)立峰值，每個(gè)峰值的平均功率大約為-24dB。這說(shuō)明發(fā)射可以在十六個(gè)獨(dú)立頻率上擴(kuò)展，而不是當(dāng)使用單個(gè)RF載波信號(hào)時(shí)集中于單個(gè)頻率的方法。
如果隔離器在模擬控制回路，例如開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)控制中使用，則在圖50和53中描述的用于產(chǎn)生RF振蕩器頻率變化的電路具有在發(fā)射頻譜中引起音調(diào)的副作用?，F(xiàn)在參考圖56，說(shuō)明使用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器控制提供RF頻率的代碼產(chǎn)生的實(shí)施方案。50-60MHz環(huán)形振蕩器5602提供振蕩信號(hào)到64分頻電路5604。分頻器電路5604的輸出作為時(shí)鐘輸入提供到10位線性移位寄存器5606。線性移位寄存器電路5606可能包括防止寄存器陷入全零狀態(tài)的眾所周知Debruijn計(jì)數(shù)器電路。10位移位寄存器5606的輸出作為輸入提供到NOR門5608。來(lái)自10位移位寄存器5606的b0位和b9位輸出作為輸入提供到異或門5610。異或門5610的輸出和NOR門5608的輸出作為輸入提供到異或門5612。異或門5612的輸出作為數(shù)據(jù)輸入提供到10位移位寄存器5606。關(guān)于圖51描述的RF振蕩器電路其輸入連接到10位移位寄存器5606的b0，b1，b2和b3輸出。RF振蕩器電路響應(yīng)該4位碼輸入而產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)并且在輸出5616產(chǎn)生輸出RF載波信號(hào)。
雖然優(yōu)選實(shí)施方案已經(jīng)詳細(xì)地描述，應(yīng)當(dāng)理解，可以在那里進(jìn)行各種改變、替換和更改而不背離由附加權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電路封裝，包括包含功能電路系統(tǒng)的第一單元；包含功能電路系統(tǒng)的第二單元；以及將第一和第二單元互連的至少一個(gè)RF隔離鏈路，該RF隔離鏈路在第一單元和第二單元之間提供電壓隔離，其中該RF隔離鏈路還使用RF載波信號(hào)在第一單元和第二單元之間提供數(shù)據(jù)，該RF載波信號(hào)具有隨著時(shí)間變化的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中RF隔離鏈路還包括第一單元上的第一變壓器；第二單元上的第二變壓器；與第一變壓器相關(guān)聯(lián)、用于將RF載波發(fā)送到RF隔離鏈路上的發(fā)送器；與第二變壓器相關(guān)聯(lián)、用于接收RF隔離鏈路上的RF載波的接收器；以及產(chǎn)生具有隨著時(shí)間變化的頻率的RF載波信號(hào)的電路系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中產(chǎn)生RF載波信號(hào)的電路系統(tǒng)還包括慢速環(huán)形振蕩器；連接到慢速環(huán)形振蕩器、用于產(chǎn)生控制碼的分頻器電路；以及響應(yīng)來(lái)自分頻器電路的控制碼以產(chǎn)生RF載波信號(hào)的LC振蕩器電路，其中控制碼引起多個(gè)頻率中一個(gè)的產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中產(chǎn)生RF載波信號(hào)的電路系統(tǒng)還包括用于響應(yīng)控制碼產(chǎn)生RF載波信號(hào)的LC振蕩器電路，其中控制碼引起多個(gè)頻率中一個(gè)的產(chǎn)生；以及與LC振蕩器連接在反饋回路中、用于產(chǎn)生控制碼的分頻器電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中產(chǎn)生RF載波信號(hào)的電路系統(tǒng)還包括慢速環(huán)形振蕩器；響應(yīng)來(lái)自慢速環(huán)形振蕩器的輸入隨機(jī)產(chǎn)生控制碼的電路；以及響應(yīng)隨機(jī)產(chǎn)生的控制碼以產(chǎn)生RF載波信號(hào)的LC振蕩器電路，其中隨機(jī)產(chǎn)生的控制碼引起多個(gè)頻率中一個(gè)的產(chǎn)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中電路還包括用于提供時(shí)鐘信號(hào)的分頻器電路；響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)提供多個(gè)輸出位的移位寄存器；響應(yīng)多個(gè)輸出位的第一部分產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)的邏輯電路系統(tǒng)；以及其中隨機(jī)產(chǎn)生的控制碼包括多個(gè)輸出位的第二部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中移位寄存器還包括de Bruijn計(jì)數(shù)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述單元包括芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述單元包括芯片上的單元片。
10.一種電路封裝，包括包含功能電路系統(tǒng)的第一單元；包含功能電路系統(tǒng)的第二單元；第一單元上的第一變壓器；第二單元上的第二變壓器；與第一變壓器相關(guān)聯(lián)、用于將分級(jí)RF載波信號(hào)發(fā)送到第一單元和第二單元之間的RF隔離鏈路上的發(fā)送器；與第二變壓器相關(guān)聯(lián)、用于接收RF隔離鏈路上的分級(jí)RF載波信號(hào)的接收器；以及與第一單元相關(guān)聯(lián)、用于產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)的電路系統(tǒng)，其中分級(jí)RF載波信號(hào)在第一頻率和第二頻率之間擺動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)的電路系統(tǒng)還包括慢速環(huán)形振蕩器；連接到慢速環(huán)形振蕩器、用于產(chǎn)生控制碼的分頻器電路；以及響應(yīng)來(lái)自分頻器電路的控制碼以產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)的LC振蕩器電路，其中控制碼引起從第一頻率到第二頻率的多個(gè)頻率中一個(gè)的產(chǎn)生。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)的電路系統(tǒng)還包括慢速環(huán)形振蕩器；響應(yīng)來(lái)自慢速環(huán)形振蕩器的輸入隨機(jī)產(chǎn)生控制碼的電路；以及響應(yīng)隨機(jī)產(chǎn)生的控制碼以產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)的LC振蕩器電路，其中隨機(jī)產(chǎn)生的控制碼引起從第一頻率到第二頻率的多個(gè)頻率中一個(gè)的產(chǎn)生。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中電路還包括用于提供時(shí)鐘信號(hào)的分頻器電路；響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)提供多個(gè)輸出位的移位寄存器；響應(yīng)多個(gè)輸出位的第一部分產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)的邏輯電路系統(tǒng)；以及其中隨機(jī)產(chǎn)生的控制碼包括多個(gè)輸出位的第二部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中移位寄存器還包括de Bruijn計(jì)數(shù)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述單元包括芯片。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述單元包括芯片上的單元片。
17.一種電路封裝，包括包含功能電路系統(tǒng)的第一單元；包含功能電路系統(tǒng)的第二單元；第一單元上的第一變壓器；第二單元上的第二變壓器；與第一變壓器相關(guān)聯(lián)、用于將分級(jí)RF載波發(fā)送到第一單元和第二單元之間的隔離鏈路上的發(fā)送器；與第二變壓器相關(guān)聯(lián)、用于接收隔離鏈路上的分級(jí)RF載波的接收器；慢速環(huán)形振蕩器；用于提供時(shí)鐘信號(hào)的分頻器電路；響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)提供多個(gè)輸出位的移位寄存器，該多個(gè)的第一部分包括隨機(jī)產(chǎn)生的控制碼；響應(yīng)多個(gè)輸出位的第二部分產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)的邏輯電路系統(tǒng)；以及響應(yīng)隨機(jī)產(chǎn)生的控制碼以產(chǎn)生分級(jí)RF載波信號(hào)的RC振蕩器電路，其中分級(jí)RF載波信號(hào)在第一頻率和第二頻率之間擺動(dòng)，并且隨機(jī)產(chǎn)生的控制碼引起從第一頻率到第二頻率的多個(gè)頻率中一個(gè)的產(chǎn)生。
18.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中控制碼包括四位控制碼。
19.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中所述單元包括芯片。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中所述單元包括芯片上的單元片。
全文摘要
一種電路封裝，包括包含功能電路系統(tǒng)的第一和第二單元。至少一個(gè)RF隔離鏈路將第一和第二單元互連并且在第一和第二單元之間提供電壓隔離。該RF隔離鏈路使用在第一頻率和第二頻率之間擺動(dòng)的RF載波信號(hào)在第一單元和第二單元之間提供數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H01L23/66GK1989702SQ200580024186
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者蒂莫西·杜普伊斯 申請(qǐng)人:硅谷實(shí)驗(yàn)室公司