具有改進的emi抗擾性的隔離數(shù)字傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明的實施方案可以提供一種電路。所述電路可以包括初級側(cè)、次級側(cè)和使所述初級側(cè)與所述次級側(cè)電隔離的隔離能量傳遞裝置。所述初級側(cè)可以包括：第一能量存儲裝置，其耦接到電源；控制系統(tǒng)，其耦接到所述第一能量存儲裝置以獲取電力；第二能量存儲裝置；和耦接系統(tǒng)，其耦接到所述控制系統(tǒng)以在第一階段中將所述第二能量存儲裝置選擇性地耦接到所述電源，并且在第二階段期間將所述第二能量存儲裝置選擇性地耦接到所述隔離能量傳遞裝置的所述初級側(cè)。
【專利說明】具有改進的EMI抗擾性的隔離數(shù)字傳輸
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有改進的電磁干擾(EMI)抗擾性的能量或數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
[0002]在多種環(huán)境下，信號必須在不同來源與使用所述信號的電路系統(tǒng)之間進行傳輸，同時使來源與正使用的電路系統(tǒng)之間維持電(即，電流)隔離。電隔離可防止包括共模瞬態(tài)的外來瞬態(tài)信號無意中被處理為狀態(tài)或控制信息。此外，在其它已知目標和使用中，電隔離被用來保護設(shè)備不受電擊危害，或允許在不同電源電壓下操作隔離屏障的每側(cè)上的設(shè)備。例如，微控制器與使用微控制器輸出信號的裝置或換能器之間通常需要隔離。
[0003]基于線圈(或變壓器)的隔離器是廣泛使用的信號變壓器，其中初級繞組和次級繞組經(jīng)電感耦接。然而，常規(guī)的變壓器通過在開和關(guān)之間切換電感器的一個端子而將脈沖傳輸?shù)诫娫措妷骸Ｒ虼?，在常?guī)的變壓器中，信號電流是電源電流的組成部分，且對電源電壓的電磁干擾嚴重影響信號傳輸。因此，
【發(fā)明者】察覺到本領(lǐng)域中需要一種具有改進的EMI抗擾性的隔離數(shù)字信號傳輸機制。
[0004]附圖簡述
[0005]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電路。
[0006]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電路。
[0007]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的傳輸系統(tǒng)。
[0008]圖4示出由根據(jù)本發(fā)明的實施方案的傳輸系統(tǒng)生成的信號。
[0009]圖5A示出影響根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的圖3傳輸系統(tǒng)的瞬態(tài)充電。
[0010]圖5B示出生成于根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的圖3變壓器的初級繞組中的信號。
[0011]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的傳輸系統(tǒng)的驅(qū)動緩沖器。
[0012]詳述
[0013]本發(fā)明的實施方案可以提供一種電路。所述電路可以包括初級側(cè)、次級側(cè)和使初級側(cè)與次級側(cè)電隔離的隔離能量傳遞裝置。初級側(cè)可以包括:第一能量存儲裝置，其耦接到電源；控制系統(tǒng)，其耦接到電力的第一能量存儲裝置；第二能量存儲裝置；和耦接系統(tǒng)，其耦接到控制系統(tǒng)以在第一階段中將第二能量存儲裝置選擇性地耦接到電源且在第二階段期間將第二能量存儲裝置選擇性地耦接到隔離能量傳遞裝置的初級側(cè)。
[0014]本發(fā)明的實施方案可以提供一種用于跨隔離屏障傳輸數(shù)據(jù)的方法。所述方法可以包括:將第一能量存儲裝置耦接到電源；和使用第一能量存儲裝置對控制系統(tǒng)供電。所述方法還可以包括:響應(yīng)于由控制系統(tǒng)生成的至少一個控制信號，在充電階段期間將第二能量存儲裝置耦接到電源，并在轉(zhuǎn)儲階段期間將第二能量存儲裝置耦接到電隔離能量傳遞裝置的初級側(cè)。
[0015]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電路100。電路100可以包括由隔離屏障分離的初級側(cè)和次級側(cè)。電路100可用于從初級側(cè)到次級側(cè)的能量傳輸，且能量傳輸可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)傳輸。
[0016]電路100可以包括提供在初級側(cè)上的第一能量存儲裝置110、控制系統(tǒng)120、第二能量存儲裝置130和耦接系統(tǒng)140。隔離能量傳遞裝置150可以提供在由隔離屏障分離的初級側(cè)與次級側(cè)之間。電路100還可以包括提供在次級側(cè)上的接收器系統(tǒng)160。初級側(cè)可以耦接到具有高電壓源VDD+和低電壓源VDD_ (統(tǒng)稱為Vdd)的電源。在實施方案中，低電壓源VDD_可以具備接地連接。在實施方案中，電源Vdd可以是初級側(cè)組件的外部電源。例如，初級側(cè)可以提供在集成電路上并可以包括耦接到電源Vdd的引腳?；蛘撸娫碫dd可以是接收跨隔離屏障傳輸?shù)妮斎胄盘柕谋镜匕l(fā)電機。除非下文描述，否則電源Vdd的配置是無關(guān)緊要的。為了本公開的目的，要充分注意電源Vdd具有可損害初級側(cè)的操作的噪音效應(yīng)。
[0017]此外，第一能量存儲裝置110可以耦接到電源VDD。第一能量存儲裝置110可以包括電容器、電感器和/或其它適當?shù)哪芰看鎯M件。在實施方案中，第一能量存儲裝置110可以提供作為濾波器，且因此第一能量存儲裝置110可以存儲來自電源Vdd的經(jīng)濾波電荷。
[0018]第一能量存儲裝置110可以耦接到控制系統(tǒng)120，且第一能量存儲裝置110可以對控制系統(tǒng)120供電以進行控制系統(tǒng)操作。在實施方案中，控制系統(tǒng)120可以包括邏輯電路組件?？刂葡到y(tǒng)120可以接收諸如時鐘輸入的控制輸入。響應(yīng)于控制輸入，控制系統(tǒng)120可以生成控制信號以控制耦接系統(tǒng)140的操作。通過由第一能量存儲裝置110對控制系統(tǒng)120供電，控制系統(tǒng)120可以改進其EMI抗擾性，因為第一能量存儲裝置110中的已存儲電荷可以對存在于電源Vdd中的電荷尖峰和/或其它EMI相關(guān)效應(yīng)具有抗擾性。
[0019]耦接系統(tǒng)140可以具備開關(guān)、放大器、電流源、其它適當?shù)碾婑罱咏M件和/或其組合。下文進一步詳述耦接系統(tǒng)的不同實施方案。耦接系統(tǒng)140可以耦接到電源VDD、第二能量存儲裝置130和隔離能量傳遞裝置150。能量傳遞裝置150可以對跨隔離屏障的能量或數(shù)據(jù)提供傳輸介質(zhì)，并可以包括初級側(cè)上的初級端子和次級側(cè)上的次級端子。
[0020]電路100可以基于由控制系統(tǒng)120生成的控制信號在兩個階段(充電階段和轉(zhuǎn)儲階段)中操作。在充電階段中，不跨隔離能量傳遞裝置150傳輸能量或數(shù)據(jù)。在充電階段中，響應(yīng)于來自控制系統(tǒng)120的控制信號，耦接系統(tǒng)140可以將電源Vdd耦接到第二能量存儲裝置130，其可以包括電容器、電感器和/或其它適當?shù)哪芰看鎯M件。因此，在充電階段中，第二能量存儲裝置130由電源Vdd充電。
[0021]在轉(zhuǎn)儲階段中，響應(yīng)于來自控制系統(tǒng)120的控制信號，耦接系統(tǒng)140可以使電源Vdd與第二能量存儲裝置130斷開。此外，在轉(zhuǎn)儲階段中，耦接系統(tǒng)140可以將第二能量存儲裝置130 (其可以保存來自先前充電階段的電荷)耦接到隔離能量系統(tǒng)150的初級端子以跨隔離能量系統(tǒng)150將能量或數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱渭墏?cè)。
[0022]能量或數(shù)據(jù)可以跨隔離能量傳遞裝置150傳輸?shù)酱渭墏?cè)到接收器系統(tǒng)160。在能量或數(shù)據(jù)跨隔離能量傳遞裝置150傳輸?shù)酱渭墏?cè)后，初級側(cè)然后可以重新進入充電階段。
[0023]因此，電路100可能出于至少兩個原因而提供改進的EMI抗擾性。首先，跨隔離能量傳遞裝置150的能量或數(shù)據(jù)傳輸可以由第二能量存儲裝置130中的已存儲電荷供電，與電源Vdd (其可能具有噪音和其它EMI相關(guān)不規(guī)則性)相比，所述已存儲電荷無噪音效應(yīng)或其它EMI相關(guān)不規(guī)則性。其次，控制系統(tǒng)120可以由第一能量存儲裝置110供電，且因此控制系統(tǒng)120的操作(包括使用耦接系統(tǒng)140進行的能量傳遞操作)還可以對可在電源Vdd中存在的噪音和其它EMI相關(guān)不規(guī)則性具有抗擾性。
[0024]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電路200。電路200可以包括由隔離屏障分離的初級側(cè)和次級側(cè)。
[0025]電路200可用于從初級側(cè)到次級側(cè)的能量傳輸，且能量傳輸可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)傳輸。電路200可以包括提供在初級側(cè)上的第一能量存儲裝置210、控制系統(tǒng)220、第二能量存儲裝置230和耦接系統(tǒng)240。隔離能量傳遞裝置250可以提供在由隔離屏障分離的初級側(cè)與次級側(cè)之間。隔離能量裝置250可以提供作為具有初級繞組252和次級繞組254的變壓器。電路200還可以包括耦接到提供在次級側(cè)上的次級繞組254的接收器系統(tǒng)260。
[0026]初級側(cè)可以耦接到具有高電壓源Vdd+和低電壓源V.(統(tǒng)稱為Vdd)的電源。在實施方案中，低電壓源VDD_可以具備接地連接。在實施方案中，電源Vdd可以是初級側(cè)組件的外部電源。例如，初級側(cè)可以提供在集成電路上并可以包括耦接到電源Vdd的引腳?；蛘?，電源Vdd可以是接收跨隔離屏障傳輸?shù)妮斎胄盘柕谋镜匕l(fā)電機。除非下文描述，否則電源Vdd的配置是無關(guān)緊要的。為了本公開的目的，要充分注意電源Vdd具有可損害初級側(cè)的操作的噪音效應(yīng)。
[0027]此外，第一能量存儲裝置210可以包括電阻器212、216和存儲電容器214，且可以耦接到電源VDD。在實施方案中，電阻器212、216和存儲電容器214可以用作RC濾波器，且因此存儲電容器214可以存儲來自電源Vdd的經(jīng)濾波電荷。
[0028]第一能量存儲裝置210可以耦接到控制系統(tǒng)220，且第一能量存儲裝置210可以對控制系統(tǒng)220供電以進行控制系統(tǒng)操作。例如，控制系統(tǒng)220可以由存儲在存儲電容器214上的經(jīng)濾波電荷供電。在實施方案中，控制系統(tǒng)220可以包括邏輯電路組件。
[0029]控制系統(tǒng)220可以接收控制輸入，諸如時鐘輸入和數(shù)據(jù)輸入。響應(yīng)于控制輸入，控制系統(tǒng)220可以生成控制信號(諸如充電控制信號和傳輸控制信號)以控制耦接系統(tǒng)240的操作。通過由第一能量存儲裝置210 (尤其是存儲電容器214)對控制系統(tǒng)220供電，控制系統(tǒng)220可以改進其EMI抗擾性，因為第一能量存儲裝置210中的已存儲電荷可以對存在于電源Vdd中的電荷尖峰和/或其它EMI相關(guān)效應(yīng)具有抗擾性。
[0030]耦接系統(tǒng)240可以包括充電開關(guān)244.1、244.2 (和電阻器242.1、242.2)和轉(zhuǎn)儲開關(guān)246.1、246.2。充電開關(guān)244.1、244.2可以將第二能量存儲裝置230中的充電電容器232選擇性地耦接到電源VDD。充電電容器232可以提供為如圖2中所示的一個電容器，或替代地可以提供為多個電容器。下文進一步詳述多個電容器實施方案。充電開關(guān)244.1、244.2的操作可以受控于由控制系統(tǒng)220生成的充電控制信號。轉(zhuǎn)儲開關(guān)244.1、244.2可以將充電電容器232選擇性地耦接到初級繞組252。轉(zhuǎn)儲開關(guān)246.1、246.2的操作可以受控于由控制系統(tǒng)220生成的傳輸控制信號。因此，耦接系統(tǒng)240可以受控制于控制系統(tǒng)220，其可以再次由第一能量存儲裝置210供電。
[0031]第二能量存儲裝置230、耦接系統(tǒng)240和初級繞組252 (統(tǒng)稱為傳輸系統(tǒng))可以生成脈沖以跨隔離屏障傳輸數(shù)據(jù)。
[0032]電路200可以基于由控制系統(tǒng)220生成的控制信號在兩個階段中操作-充電階段和轉(zhuǎn)儲階段。在充電階段中，不跨隔離能量傳遞裝置250傳輸能量或數(shù)據(jù)。換句話說，不跨初級繞組252傳輸脈沖。在充電階段中，充電開關(guān)244.1、244.2可以響應(yīng)于來自控制系統(tǒng)220的充電控制信號而閉合以將電源Vdd耦接到充電電容器232。因此，在充電階段中，充電電容器232可以由電源Vdd充電且充電電容器232可以將所述電荷存儲在其金屬板上。此夕卜，電阻器242.1、242.2可以和充電電容器232形成RC濾波器，且因此可將經(jīng)濾波電荷存儲在充電電容器232中。此外，在充電階段中，充電電容器232可能未經(jīng)由轉(zhuǎn)儲開關(guān)246.1、246.2耦接到初級繞組252的端子(即，轉(zhuǎn)儲開關(guān)246.1,246.2可能斷開)，且因此充電階段中可能不存在數(shù)據(jù)傳輸。
[0033]在轉(zhuǎn)儲階段中，能量或數(shù)據(jù)可以跨隔離能量傳遞裝置250傳輸。換句話說，數(shù)據(jù)脈沖可以跨初級繞組252傳輸。在轉(zhuǎn)儲階段中，響應(yīng)于來自控制系統(tǒng)220的控制信號，耦接系統(tǒng)240可以使電源Vdd與第二能量存儲裝置230斷開。例如，可以打開充電開關(guān)244.1、244.2以使充電電容器232與電源Vdd斷開。此外，在轉(zhuǎn)儲階段中，耦接系統(tǒng)240可以將第二能量存儲裝置230 (其可以保存來自先前充電階段的電荷)耦接到隔離能量系統(tǒng)250的初級端子以跨隔離能量系統(tǒng)250將能量或數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱渭墏?cè)。例如，可以閉合轉(zhuǎn)儲開關(guān)246.1、246.2以將充電電容器234的帶電金屬板耦接到初級繞組252的端子以跨初級繞組254傳輸脈沖。轉(zhuǎn)儲開關(guān)246.1,246.2可以提供為如圖2中所示的雙極配置，或替代地可以提供為單極配置。存儲在充電電容器232上的來自先前充電階段的電荷可以為脈沖傳輸提供充足的電荷，且在脈沖傳輸期間電源Vdd可以與傳輸系統(tǒng)斷開。脈沖的數(shù)量可以基于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)且可以進行調(diào)整。
[0034]脈沖可以跨初級繞組252傳輸?shù)酱渭墏?cè)上的次級繞組252。然后脈沖可以由耦接到次級繞組254的接收器系統(tǒng)260解調(diào)以恢復(fù)數(shù)據(jù)。在脈沖從初級繞組252發(fā)送到次級繞組254后，初級側(cè)然后可以重新進入充電階段。
[0035]在實施方案中，第二能量存儲裝置230可以包括多個電容器，所述多個電容器可以在充電階段期間耦接到電源。例如，所述多個電容器可以相互平行配置。在另一實例中，所述多個電容器可以以雙極方式配置。此外，在轉(zhuǎn)儲階段期間所述多個電容器可以依次耦接到初級繞組254以在相同轉(zhuǎn)儲階段中傳輸多位信息。
[0036]此外，電路200可能出于至少兩個原因而提供改進的EMI抗擾性。首先，跨隔離能量傳遞裝置250的能量或數(shù)據(jù)傳輸可以由第二能量存儲裝置230中的已存儲電荷供電，與電源Vdd (其可能具有噪音和其它EMI相關(guān)不規(guī)則性)相比，所述已存儲電荷無噪音效應(yīng)或其它EMI相關(guān)不規(guī)則性。其次，控制系統(tǒng)220可以由第一能量存儲裝置210供電，且因此控制系統(tǒng)220的操作(包括使用耦接系統(tǒng)240進行的能量傳遞操作)還可以對可在電源Vdd中存在的噪音和其它EMI相關(guān)不規(guī)則性具有抗擾性。
[0037]圖3不出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的傳輸系統(tǒng)300。在實施方案中,傳輸系統(tǒng)300可以實施于圖1和圖2的電路100和200中。傳輸系統(tǒng)300可以包括初級繞組302和用于初級繞組302的驅(qū)動電路。驅(qū)動電路可以包括一對充電電容器316.1和316.2，其各具有耦接到共同點G的金屬板。充電電容器316.1的另一金屬板(例如,如所不的頂部金屬板)可以經(jīng)由充電開關(guān)306、318和電阻器304、320耦接到電源VDD。電容器316.1和316.2可以由轉(zhuǎn)儲開關(guān)310.1,310.2,312.1和312.2和電阻器308.1,308.2,314.1和314.2耦接到初級繞組302。傳輸系統(tǒng)300還可以包括以陰影示出的任選駐停開關(guān)(parking switch)322和324。所有開關(guān)操作均可以受控于控制系統(tǒng)(例如，圖2的控制系統(tǒng)220)，且在實施方案中，控制系統(tǒng)可以由如上文在圖1和圖2的討論中描述的第一能量存儲裝置(未示出)供電。此夕卜，一個電容器可以用作充電電容器(例如，一單個電容器316.1,但是沒有電容器316.2)；然而，兩個電容器可以提供共模以抵消由瞬態(tài)充電電流生成的電荷。
[0038]傳輸系統(tǒng)300可以在充電階段和轉(zhuǎn)儲階段中進行操作。在充電階段中，可以連接充電開關(guān)306和318。所有其它開關(guān)(包括轉(zhuǎn)儲開關(guān)310.1,310.2,312.1和312.2和駐停開關(guān)322和324)可以全部斷接。因此，在充電階段期間，電容器316.1的頂部金屬板可以經(jīng)由電阻器304和將由電源Vdd充電的電容器316.1連接到電源Vdd。充電速率可以由基于電阻器304的電阻和電容器316.1的電容的RC常數(shù)來確定。在實施方案中，電阻304的電阻越大，與電源引腳(例如，Vdd)上的波動或干擾的隔離越好。在實施方案中，跨電容器316.1的電壓可以是電源的經(jīng)濾波形式。
[0039]在轉(zhuǎn)儲階段中，可以連接一對轉(zhuǎn)儲開關(guān)310.1和310.2或312.1和312.2，同時可以斷接所有其它開關(guān)(包括充電開關(guān)306和318)。如果轉(zhuǎn)儲開關(guān)310.1和310.2連接，那么初級繞組302的頂部可以經(jīng)由電阻器308.1連接到電容器316.1的頂部金屬板，且初級繞組302的底部可以經(jīng)由電阻器308.2連接到電容器316.2的底部金屬板。因此，積累在電容器316.1的頂部金屬板上的電荷可以通過初級繞組302轉(zhuǎn)儲(重新分布)到電容器316.2。轉(zhuǎn)儲電荷可以觸發(fā)第一極性的信號從初級繞組302發(fā)送到次級繞組(未示出)。
[0040]如果轉(zhuǎn)儲開關(guān)312.1和312.2連接同時可以斷接所有其它開關(guān)，那么初級繞組302的頂部可以經(jīng)由電阻器314.2連接到電容器316.2的底部金屬板，且初級繞組202的底部可以經(jīng)由電阻器314.1連接到電容器216.1的頂部金屬板。因此，積累在電容器316.1的頂部金屬板上的電荷可以通過初級繞組302轉(zhuǎn)儲到電容器316.2的底部金屬板。電荷的轉(zhuǎn)儲可以觸發(fā)第二極性的信號從初級繞組302發(fā)送到次級繞組。第一極性可以是正極且第二極性可以是負極，或反之亦然。
[0041]在實施方案中，當任一對轉(zhuǎn)儲開關(guān)(310.1和310.2或312.1和312.2)連接且所有其它開關(guān)斷接時，初級繞組302和所述兩個電容器316.1和316.2可以形成諧振LCR電路。LCR電路的諧振頻率可以由用于跨初級繞組302發(fā)信號到次級繞組的期望信號頻率來決定，且電容器316.1和316.2的電容可以取決于諧振頻率而設(shè)置為與初級繞組的電感串聯(lián)。LCR電路中的電阻器(308.1和308.2或314.1和314.2)的電阻可以基于LC電路的阻尼要求而設(shè)置。因此，可以由LCR電路特性來確定用于發(fā)信號的脈寬。這個電路的瞬態(tài)響應(yīng)可以源自存儲在電容器316.1上的初始電荷，這造成阻尼振蕩。可以針對臨界阻尼設(shè)置電阻，使得瞬態(tài)響應(yīng)現(xiàn)僅具有一次過沖。其中電壓首次達到零的點是臨界阻尼系統(tǒng)的LC的平方根(4LC ),例如，IOOnH線圈和IOpF電容器可以具有寬度為Ins的對應(yīng)特征。
[0042]如果充電階段大于脈寬，那么電容器316.1可以按比例小于用于常規(guī)的濾波方案的濾波電容器。例如，在常規(guī)的H橋濾波配置(其中初級繞組的端子直接連接到電源，濾波電容器在所述端子與接地之間)中，對于500MHz信號，所述電容器可以是幾百pF的數(shù)量級(即，500pF)。此外，可以減小來自外部電源的電壓到跨充電電容器的電壓的傳遞的轉(zhuǎn)角頻率，從而改進的電源抗擾性。
[0043]在信號從初級繞組302發(fā)送到次級繞組后，可以斷接所連接的轉(zhuǎn)儲開關(guān)對，且可以連接充電開關(guān)306和318以針對下一個發(fā)信號操作進行充電(即，重新進入充電階段)。在實施方案中，在充電期間，可以同時連接駐停開關(guān)320和322以將初級繞組202的頂部和底部耦接到接地。在實施方案中，駐停開關(guān)320和322可以是低阻抗開關(guān)使得電場可能已由開關(guān)308耗散，且駐停開關(guān)322和324可以阻止線圈中由于外部瞬態(tài)行為而感應(yīng)出電流。在實施方案中，駐停開關(guān)322和324可以呈電阻性(或額外電阻器在路徑中耦接到接地)以允許在充電階段期間通過耗散電場而更快地發(fā)信號。
[0044]在一個或多個實施方案中，傳輸系統(tǒng)300的一個或多個或所有開關(guān)可以是自舉開關(guān)，串聯(lián)電阻器在閉合時提供線性電阻。[0045]圖4示出由根據(jù)本發(fā)明的實施方案的傳輸系統(tǒng)生成的信號。信號402和404可以表示兩個輸入信號。雖然其分別標記為“up in”和“down in”，但是輸入信號的極性僅是為了說明。次級電壓信號406和408可以表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的變壓器的初級繞組和次級繞組中的EM電壓。例如，次級電壓信號406可以表示放電轉(zhuǎn)儲階段中當轉(zhuǎn)儲開關(guān)310.1和310.2連接時初級繞組302的EM電壓，且次級電壓信號408可以表示放電轉(zhuǎn)儲階段中當轉(zhuǎn)儲開關(guān)312.1和312.2連接時初級繞組302的EM電壓。在實施方案中，次級電壓信號406和408可以由輸入信號402和404的上升邊緣觸發(fā)。
[0046]次級電壓信號406和408均可以包括頭部和尾部。超過某個正閾值的次級電壓信號406的頭部可以對應(yīng)于正次級電壓414，且低于某個負閾值的次級電壓信號406的尾部可以對應(yīng)于負次級電壓418。低于所述某個負閾值的次級電壓信號408的頭部可以對應(yīng)于負次級電壓414，且超過所述某個正閾值的次級電壓信號406的尾部可以對應(yīng)于正次級電壓416。所述某個正閾值和負閾值可以根據(jù)拒絕干擾的優(yōu)選級而被配置。在實施方案中，次級電壓信號的上升或下降邊緣可以觸發(fā)一發(fā)，其定義捕獲所傳輸信號的時間窗。例如，次級電壓信號406的上升邊緣可以觸發(fā)時間窗410且次級電壓信號408的下降邊緣可以觸發(fā)時間窗412。正次級電壓414的上升邊緣和負次級電壓418的下降邊緣可以在時間窗410內(nèi)，且這兩個邊緣可以用來構(gòu)成可以對應(yīng)于輸入信號402的輸出信號422。負次級電壓420的上升邊緣和正次級電壓416的下降邊緣可以在時間窗412內(nèi)，且這兩個邊緣可以用來構(gòu)成可以對應(yīng)于輸入信號404的輸出信號424。其中次級電壓經(jīng)過零并變?yōu)橄喾礃O性的點是LC
的平方根(4lc ).[0047]圖5A示出影響根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的圖3傳輸系統(tǒng)300的瞬態(tài)充電。除了為了簡潔起見省略開關(guān)312.1和312.2以及電阻器314.1和314.2以外，圖5A中的傳輸系統(tǒng)500與圖3中的傳輸系統(tǒng)300相同。除了圖3中已經(jīng)示出且描述的組件和對應(yīng)描述以夕卜，圖5A中的變壓器500還示出寄生二極管502、504、506和508、寄生電容器510和512以及寄生充電電流源514。二極管502、504、506和508示出初級繞組的頂部和底部分別如何與電源和接地電分離。
[0048]圖5A還包括指示瞬態(tài)階段期間生成的電流的兩個虛線箭頭。瞬態(tài)電流可以分別對電容器316.1的頂部金屬板和電容器316.2的底部金屬板充電。電容器510和512并非顯式電容器，但是表示初級繞組302與其對應(yīng)次級繞組(未示出)之間的固有寄生電容。初級繞組302的線圈可以大約具有其在每個端子之間的電容的一半，因此電容器510和512耦接在每個端子與電壓源514之間，所述電壓源514使電流流過電容器510和512。在實施方案中，電容器316.1和316.2可以具有基本上相同的電容，因此瞬態(tài)充電電流可能僅生成共模。
[0049]圖5B示出初級繞組302中的瞬態(tài)充電電流的效應(yīng)。在具有瞬態(tài)充電電流的情況下，信號516可以表示初級繞組302頂部的電壓，且信號518可以表示初級繞組302底部的電壓。在沒有瞬態(tài)充電電流的情況下，信號520可以表示初級繞組302頂部的電壓，且信號522可以表示初級繞組302底部的電壓。如圖5B中所示，信號520開始于其峰值(當初級繞組302的頂部端子連接到電容器的充電側(cè)時)并下降，而信號522開始于其接地(當初級繞組302的底部端子連接到電容器的未充電側(cè)時)并上升。最后，所述兩個信號520和522可以達到峰值與接地之間的中間的相同電平。相比之下，因為所述兩個電容器316.1和316.2各有一側(cè)接地，所以瞬態(tài)充電電流僅造成信號516和518偏離520和522但仍維持初級繞組302的頂部與底部之間的相同差值。在實施方案中，寄生充電電流源514可以是吸引正電荷使其遠離電容器316.1和316.2的電流阱，因此信號516和518可能低于曲線中的接地電平。
[0050]在實施方案中，電容器316.1和316.2可能需要足夠大使得寄生二極管不在所傳輸?shù)拿}沖完成前開啟。即，如果電容器316.1和316.2很小，那么這些電容器上的電壓可以快速改變且寄生二極管可以開啟。例如，如果準確地確定電容器316.1和316.2的大小，那么隨著電場幾乎隨時間而耗散，寄生二極管506和508開啟。為了準確地確定電容器的大小，電容器510/512和電容器316.1/316.2可以形成分壓器，在所述情況下，可以使電容器316足夠大使得電壓源514上的縮放形式的電壓波形將不會使寄生二極管中的任何一個正向偏壓。
[0051]在其中大至足以開啟二極管的瞬態(tài)施加于電壓源514的情況下，一旦脈沖被完全傳輸，初級繞組302的所述兩個端子上不存在差分信號，所述兩個端子均將等于二極管電壓。在無瞬態(tài)的情況下，所述兩個端子將等于Vdd/2。當不存在脈沖時，可以閉合駐停開關(guān)323和324以將初級繞組302的端子接地。切換的時點可能不重要且瞬態(tài)在脈沖外可能沒有影響。
[0052]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的傳輸系統(tǒng)的驅(qū)動緩沖器600。驅(qū)動緩沖器600可以包括:驅(qū)動電流源602，其用于控制充電電容器316.1的頂部金屬板的充電；和驅(qū)動放大器604，其用于控制充電電容器316.2的底部金屬板的充電。電流源602可以使用本領(lǐng)域中已知的組件來實施，且可以受控于如上文在圖1和圖2的討論中描述的控制系統(tǒng)(未示出)。驅(qū)動放大器604可以由控制信號Vdrv驅(qū)動，且可以使用本領(lǐng)域中已知的組件來實施。此外，驅(qū)動放大器604還可以受控于如上文在圖1和圖2的討論中描述的控制系統(tǒng)(未示出)。
[0053]在實施方案中，可將電容器316.1的頂部金屬板充電到電源Vdd的電壓電平，且可以將電容器316.2的底部金屬板充電到控制信號Vdrv的電壓電平。因此，在轉(zhuǎn)儲階段開始時，初級繞組302的頂部與底部之間的電壓差可以是VDD-Vdrv。
[0054]本文中已具體說明和/或描述本發(fā)明的多個實施方案。然而，應(yīng)明白，本發(fā)明的修改和變動由上述教學(xué)涵蓋且在隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，且不違背本發(fā)明的精神和期望范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電路,其包括: 初級側(cè)， 次級側(cè)，和 隔離能量傳遞裝置，其使所述初級側(cè)與所述次級側(cè)電隔離， 其中所述初級側(cè)包括: 第一能量存儲裝置，其耦接到電源， 控制系統(tǒng)，其耦接到所述第一能量存儲裝置以獲取電力， 第二能量存儲裝置，和 耦接系統(tǒng)，其耦接到所述控制系統(tǒng)以在第一階段中將所述第二能量存儲裝置選擇性地耦接到所述電源，并且在第二階段期間將所述第二能量存儲裝置選擇性地耦接到所述隔離能量傳遞裝置的所述初級側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述隔離能量傳遞裝置是在所述初級側(cè)上具有初級繞組且在所述次級側(cè)上具有次級繞組的變壓器電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一能量存儲裝置包括至少一個電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中所述第一能量存儲裝置經(jīng)由至少一個電阻器耦接到所述電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的電路，其中所述第二能量存儲裝置包括至少一個電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述耦接系統(tǒng)還被配置來在所述第一階段期間將多個電容器選擇性地耦接到所述電源，并且在所述第二階段期間依次將所述多個電容器選擇性地耦接到所述隔離能量傳遞裝置的所述初級側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述耦接系統(tǒng)還被配置來以雙極方式將所述第二能量存儲裝置選擇性地耦接到所述隔離能量傳遞裝置的所述初級側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述耦接系統(tǒng)還被配置來以雙極方式將所述第二能量存儲裝置選擇性地耦接到所述電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述耦接系統(tǒng)包括至少一個開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述耦接系統(tǒng)包括電流源以將所述第二能量存儲裝置選擇性地耦接到所述電源。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述耦接系統(tǒng)包括放大器以將所述第二能量存儲裝置選擇性地耦接到所述電源。
12.一種用于跨隔離屏障傳輸數(shù)據(jù)的方法，其包括: 將第一能量存儲裝置耦接到電源； 使用所述第一能量存儲裝置對控制系統(tǒng)供電； 響應(yīng)于由所述控制系統(tǒng)生成的至少一個控制信號，在充電階段期間將第二能量存儲裝置耦接到所述電源，并在轉(zhuǎn)儲階段將所述第二能量存儲裝置耦接到電隔離能量傳遞裝置的初級側(cè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在所述充電階段期間將所述第二能量存儲裝置耦接到電源包括對所述第二能量存儲裝置中的多個電容器充電。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其還包括在所述充電階段期間對所述多個電容器充電和在所述轉(zhuǎn)儲階段期間依次將所述多個電容器耦接到所述電隔離能量傳遞裝置的所述初級側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其還包括將所述第二能量存儲裝置充電到電源電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其還包括將所述第二能量存儲裝置充電到控制信號電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其還包括在所述轉(zhuǎn)儲階段期間以雙極方式將所述第二能量存儲裝置耦接到所述電隔離能量傳遞裝置的所述初級側(cè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其還包括在所述充電階段期間以雙極方式將所述第二能量存儲裝置耦接到所述電源。`
【文檔編號】H02J17/00GK103795153SQ201310515945
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】M·米克, A·戈利貝里 申請人:美國亞德諾半導(dǎo)體公司