[發(fā)明專利]與光電耦合器兼容的高速磁電隔離信號(hào)耦合器件

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910311123.6
• 申請日: 2009-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN101728377A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢正洪
• 申請（專利權(quán)）人: 錢正洪
• 主分類號(hào): H01L25/16
• 分類號(hào): H01L25/16
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務(wù)所 33206
• 代理人: 戴曉翔

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種與光電耦合器兼容的高速磁電隔離信號(hào)耦合器件，屬于接口數(shù)據(jù)信號(hào)通訊技術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】

隔離信號(hào)耦合器件廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)傳輸、通訊、傳感器/測量儀器、移動(dòng)電子、醫(yī)療電子等多個(gè)領(lǐng)域。隔離信號(hào)耦合器件的基本作用就是在電氣隔離的狀態(tài)下進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)通訊。隔離信號(hào)耦合器件能夠減小或消除地面回路噪音和共模電壓效應(yīng)以及由此而引起的對接口和附屬電路的損壞。現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的是光電信號(hào)隔離耦合器件(以下簡稱光電耦合器)，其操作原理是基于對光信號(hào)的發(fā)射和探測。光電耦合器由一層光學(xué)透明的絕緣層分開的光信號(hào)發(fā)射器和探測器密閉封裝在一起組成。光電耦合器存在以下幾個(gè)本質(zhì)缺點(diǎn)：體積大、速度慢(＜10MHz)、不易集成、不防輻射和容易老化。因此，光電耦合器越來越不適應(yīng)現(xiàn)代高速電子系統(tǒng)的要求。顯然，需要開發(fā)新的技術(shù)以應(yīng)對光電耦合器的本質(zhì)缺點(diǎn)所帶來的挑戰(zhàn)。光電耦合器依據(jù)光作為載體來傳遞信號(hào)，但信號(hào)也可通過其它載體如磁場或電場等來傳遞。近年來，美國ADI公司推出的基于線圈互感原理的iCoupler耦合器件技術(shù)和美國NVE公司開發(fā)成功的巨磁阻(GMR)磁電耦合器件技術(shù)都是通過磁場作為載體來進(jìn)行信號(hào)傳遞的。ADI公司的iCoupler耦合器件技術(shù)(美國專利申請?zhí)枺?9/838,520)是一種線圈線圈絕緣隔離配置的數(shù)字信號(hào)隔離耦合器件。它需要一個(gè)專用的驅(qū)動(dòng)電路將輸入電壓轉(zhuǎn)化為調(diào)制脈沖電流信號(hào)來產(chǎn)生調(diào)制脈沖磁場，然后通過獲取線圈接收到的磁場信號(hào)并將信號(hào)解調(diào)為原始信號(hào)。該器件與光電耦合器件有截然區(qū)別，它需要先將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖電流信號(hào)，這增加了器件電路的復(fù)雜性并使器件與大多數(shù)光電耦合器件在使用上不能兼容。NVE公司的巨磁阻(GMR)磁電耦合器件(美國專利號(hào)：US6,300,617)的中心結(jié)構(gòu)是平面絕緣隔離的線圈-GMR傳感器接收單元。這種信號(hào)隔離耦合器件需要一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)電路以使信號(hào)電流通過線圈產(chǎn)生信號(hào)磁場，然后通過GMR傳感器單元探測接收信號(hào)磁場并通過讀出電路進(jìn)行重構(gòu)和讀出(如圖1所示)。驅(qū)動(dòng)電路首先將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為一系列非常短的脈沖電流，該脈沖電流通過平面線圈以產(chǎn)生信號(hào)磁場。NVE所設(shè)計(jì)的線圈是單層平面線圈(如圖2所示)，其有兩個(gè)電流信號(hào)輸入焊接盤，一個(gè)在線圈內(nèi)，一個(gè)在線圈外。為了保證線圈能夠產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場以使工作在鎖存狀態(tài)下的磁敏傳感器能夠正常工作，線圈中的電流需要高達(dá)50mA。根據(jù)信號(hào)電流/磁場的方向，磁敏傳感器的輸出信號(hào)狀態(tài)將在磁滯回線的兩個(gè)剩磁狀態(tài)之間切換，即鎖存操作模式。探測到的信號(hào)通過輸出放大器輸出。這種鎖存操作模式主要有三個(gè)缺點(diǎn)：第一就是器件不能完全與光電耦合器兼容，需要一個(gè)專用的驅(qū)動(dòng)器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；第二是在意外的電源掉電后，輸出信號(hào)的狀態(tài)在重新啟動(dòng)后不確定。第三是自由層的磁化翻轉(zhuǎn)涉及到了磁疇壁運(yùn)動(dòng)，這不僅會(huì)產(chǎn)生巴克豪森噪音，而且還會(huì)限制翻轉(zhuǎn)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種采用高靈敏度的磁敏傳感器作為測量單元來傳遞磁場信號(hào)、磁信號(hào)強(qiáng)度好、體積小、速度快、靈敏度高、能耗低的與光電耦合器兼容的高速磁電隔離信號(hào)耦合器件，其與光電耦合器件的工作模式類似，在使用上可與其完全兼容。為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

與光電耦合器兼容的高速磁電隔離信號(hào)耦合器件，其特征在于包括由線圈及與線圈隔離并接受磁信號(hào)的高靈敏度磁敏傳感器和放大比較電路三部分，所述的線圈由相串聯(lián)的兩層金屬平面線圈組成。磁電隔離信號(hào)耦合器件與光電耦合器件原理相似：光電耦合器件用光來傳遞信號(hào)，而磁電耦合器件用磁場來傳遞信號(hào)。磁電隔離信號(hào)耦合器件的具體工作原理是先將電流輸入電壓信號(hào)通過線圈轉(zhuǎn)換成磁場信號(hào)，所產(chǎn)生的磁場信號(hào)被磁敏傳感器接收并傳遞給放大比較電路后輸出。本發(fā)明所采用的雙層線圈結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)相比于現(xiàn)有技術(shù)的單層線圈，單位電流通過時(shí)能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場信號(hào)，可增大通過線圈的輸入信號(hào)電流所產(chǎn)生的信號(hào)磁場強(qiáng)度，在線圈下相同距離處傳感器產(chǎn)生的輸出更大；2)線圈的電流焊盤位于同一側(cè)，可減小線圈的尺寸；3)輸入信號(hào)電流焊盤(Pad)可安排在線圈之外，有利于芯片整體排版和縮小芯片尺寸。線圈配合高靈敏度的磁敏傳感器，信號(hào)傳輸效果好。

對于上述技術(shù)方案的完善和補(bǔ)充，可以增加如下技術(shù)特征或其組合：

所述的磁敏傳感器是GMR磁敏電阻或由其組合而成的電橋。

所述的磁敏傳感器是MTJ磁敏電阻或由其組合而成的電橋。MTJ磁敏電阻為MTJ(磁隧道結(jié))單元串聯(lián)而組成。