[發明專利]信號隔離器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210579256.7
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN115148892A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 劉明;朱家訓;吳金根;關蒙萌
• 申請（專利權）人: 珠海多創科技有限公司
• 主分類號: H01L41/08
• 分類號: H01L41/08;H01L41/25;H01L25/04;H03K19/0175
• 代理公司: 廣東朗乾律師事務所 44291
• 代理人: 楊煥軍

信號隔離器及其制備方法，信號隔離器包括：信號輸入部，信號輸入部為由壓電材料制成的塊體，在塊體相對的兩個表面上分別設置第一電極和第二電極，第一電極接地，第二電極接輸入信號；與信號輸入部相連的信號輸出部，信號輸出部為由壓電材料層和電極材料層交替疊置形成的塊體，壓電材料層所在平面及電極材料層所在平面垂直于信號輸入部和信號輸出部的連接界面，第一電極位于所述信號輸入部和信號輸出部的連接界面；電極材料層在信號輸出部內部形成第一內電極和第二內電極，第一內電極輸出信號，第二內電極接地。本發明基于壓電材料的壓電效應，用不同形式壓電應變之間的耦合實現信號在電氣隔離的情況下的傳輸，具有體積小、功耗低、壽命長等特點。

技術領域

本發明屬于接口數據信號通訊技術領域，具體涉及一種信號隔離器及其制備方法。

背景技術

信號隔離器可以實現電氣隔離下的數據傳輸，在網絡接口、通訊、數據傳輸、移動電子等領域具有非常廣泛的應用。現有的信號隔離器主要有光電信號隔離耦合器、變壓器隔離器以及磁耦隔離器等。光電信號隔離耦合器簡稱光電耦合器，其一般由三部分組成：光的發射、光的接收及信號放大。由于光電耦合器的輸入、輸出間互相隔離，電信號傳輸為單向性，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。但光電耦合器存在體積大、速度慢、易老化、不易集成、不防輻射等缺點，難以滿足高速、可集成的隔離耦合器件的需求。變壓器隔離器基于線圈的互感原理，通過使用變壓器線圈來構建隔離勢壘，隔離器前端的電流變化通過線圈感應，在隔離器后端產生電流變化。變壓器隔離的優點是速度高，而且可以給隔離端供電，但其也存在體積比較大的缺點。美國模擬器件公司ADI(Analog Devices Ins)開發了一款適合高壓環境的磁耦隔離器，該磁耦隔離器是基于芯片尺寸的變壓器，而非光電耦合器所采用的發光二極管與光敏三極管結合的結構。由于磁耦隔離器采用了高速的iCOMS工藝，因此在體積、集成度、速度等各方面都優于光電耦合器。然而，在磁耦隔離器中，需要驅動電路來對線圈輸入電流產生磁場，然后再利用磁敏探頭對磁場信號進行讀取，繼而實現數據的讀出與重構，由此會產生較大的功耗。另外，在磁敏材料中還存在巴克豪森噪音，會影響信號的保真度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低功耗、高傳輸速率、高集成度的基于壓電應變耦合的信號隔離器及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術解決方案：

信號隔離器，包括：信號輸入部，所述信號輸入部為由壓電材料制成的塊體，在所述塊體相對的兩個表面上分別設置第一電極和第二電極，所述第一電極接地，所述第二電極接輸入信號；與所述信號輸入部相連的信號輸出部，所述信號輸出部為由壓電材料層和電極材料層交替疊置形成的塊體，所述壓電材料層所在平面及所述電極材料層所在平面垂直于所述信號輸入部和所述信號輸出部的連接界面，所述第一電極位于所述信號輸入部和所述信號輸出部的連接界面；所述電極材料層在所述信號輸出部內部形成第一內電極和第二內電極，所述第一內電極輸出信號，所述第二內電極接地。

進一步的，所述第一電極和第二電極為薄膜電極，分別覆蓋各自所在表面。

進一步的，所述第一內電極和所述第二內電極為叉指電極。

進一步的，所述壓電材料層位于所述信號輸出部的最外層。

進一步的，所述信號輸入部和所述信號輸出部中壓電材料層所用的壓電材料為壓電陶瓷材料或壓電單晶材料或壓電高分子材料；和/或，所述第一電極和所述第二電極所用的材料為Au、Ag、Al、Cu、Pt、W、Fe、Co、Ni、Ti中的一種或多種；和/或，所述電極材料層所用的材料為所用的材料為Au、Ag、Al、Cu、Pt、W、Fe、Co、Ni、Ti中的一種或多種。

進一步的，所述信號輸出部壓電材料的體積與所述信號輸入部中壓電材料的體積比為0.01～10；和/或，所述信號輸出部中壓電材料層和電極材料層的厚度比為0.1～100。

進一步的，對所述信號輸入部進行電場極化時，電場方向和所述第一電極所在平面相垂直。