[發(fā)明專利]一種基于磁場耦合的高性能隔離放大器結(jié)構(gòu)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010311735.1
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111654248A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃海濱;蔣賽尖
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫思泰迪半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H03F1/42
• 分類號: H03F1/42;H03F1/08;H03F1/26;H03M3/00
• 代理公司: 無錫盛陽專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32227
• 代理人: 張寧;楊辰

本發(fā)明涉及隔離放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于磁場耦合的高性能隔離放大器結(jié)構(gòu)，其能夠在有限的耦合帶寬限制下獲得更高性能的信號放大功能，其包括發(fā)送端模塊、接收端模塊、磁耦合器件，所述發(fā)送端模塊包括前置放大/濾波模塊，其特征在于，所述前置放大/濾波模塊順次連接N比特Delta?Sigma調(diào)制器、電流源開關(guān)組，所述接收端模塊包括順次布置的放大整形電路、并行/串行轉(zhuǎn)換器、低通濾波器，所述磁耦合器件對應(yīng)設(shè)置N+1個，N為正整數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隔離放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于磁場耦合的高性能隔離放大器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在芯片應(yīng)用領(lǐng)域，經(jīng)常會出現(xiàn)需要芯片進行兩個電壓域之間的信號傳輸/放大，這種傳輸/放大必須在不同的供電系統(tǒng)中進行，所以被稱為隔離放大器。

磁場耦合作為一種非電信號耦合方式，具有空間隔離性好、耦合帶寬幅度響應(yīng)平坦、半導(dǎo)體集成度高等諸多優(yōu)點。但是芯片上集成的磁傳感器（如：霍爾器件、磁阻器件）其響應(yīng)速度較慢，通常最高響應(yīng)頻率從幾百千赫茲到幾兆赫茲不等，這就造成可以耦合的放大器信號帶寬有限，無法滿足寬帶信號的放大要求。另一方面，為了降低芯片成本，常用隔離芯片采用普通封裝，無法對外部磁場干擾進行屏蔽。為了在干擾條件下對待傳輸信號進行耦合，通常采用數(shù)字信號耦合的方式進行，由于數(shù)字信號中天然存在的量化噪聲，通過這種方式傳輸模擬信號無疑會進一步限制待傳輸信號的帶寬。

由于數(shù)字信號天然具有比模擬信號更強的抗干擾特性，磁場耦合選擇采用數(shù)字信號進行耦合，現(xiàn)有的隔離放大器見圖1所示，在發(fā)送端，主要包括前置放大/濾波模塊101、某種形式的數(shù)字調(diào)制器102，其功能為將待傳輸模擬信號100轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號110，數(shù)字轉(zhuǎn)換方式可以是脈寬調(diào)制，也可以是更加復(fù)雜的轉(zhuǎn)換方式；103是將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號的電流源與開關(guān)電路。電流信號通過線圈104產(chǎn)生磁場，而磁傳感器105感應(yīng)磁場并輸出感應(yīng)電壓。接收端主要由磁傳感器感應(yīng)電壓讀取電路106、數(shù)字信號處理電路107和模擬濾波器和驅(qū)動電路108組成，在這種結(jié)構(gòu)中由于采用數(shù)字信號耦合，所以首先應(yīng)獲得高性能的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器性能。與普通模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器不同的是，轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號應(yīng)該是位數(shù)較少（減少耦合器件數(shù)量），頻率較高（利用過采樣保證信號質(zhì)量）的信號；其次，耦合到接收端的數(shù)字信號應(yīng)該易于被恢復(fù)成為模擬信號，并保證較高的恢復(fù)質(zhì)量。現(xiàn)有的隔離放大器無法滿足上述要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有傳統(tǒng)的隔離放大器無法在有限的耦合帶寬限制下獲得高性能的信號放大的問題，本發(fā)明提供了一種基于磁場耦合的高性能隔離放大器結(jié)構(gòu)，其能夠在有限的耦合帶寬限制下獲得更高性能的信號放大功能。

其技術(shù)方案是這樣的：一種基于磁場耦合的高性能隔離放大器結(jié)構(gòu)，其包括發(fā)送端模塊、接收端模塊、磁耦合器件，所述發(fā)送端模塊包括前置放大/濾波模塊，其特征在于，所述前置放大/濾波模塊順次連接N比特Delta-Sigma調(diào)制器、電流源開關(guān)組，所述接收端模塊包括順次布置的放大整形電路、并行/串行轉(zhuǎn)換器、低通濾波器，所述磁耦合器件對應(yīng)設(shè)置N+1個，N為正整數(shù)。

其進一步特征在于，所述N比特Delta-Sigma調(diào)制器包括至少兩個積分器和一個多比特量化器。

采用本發(fā)明后，與傳統(tǒng)的1比特數(shù)字調(diào)制信號不同，本發(fā)明的數(shù)字調(diào)制信號為多比特，就意味著它能夠攜帶更多的待傳輸模擬信號的信息，同時也意味著在相同的數(shù)字調(diào)制信號頻率（該頻率低于可以被磁傳感器感應(yīng)的頻率上限）條件下，多比特數(shù)字調(diào)制信息代表更高的待傳輸模擬信號帶寬與更好的信號質(zhì)量，滿足了有限的耦合帶寬限制下獲得更高性能的信號放大的要求。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)原理圖；

圖2為本發(fā)明原理圖；

圖3為N比特Delta-Sigma調(diào)制器原理圖；

圖4為3比特轉(zhuǎn)1比特示意圖。

具體實施方式