[发明专利]电压域间通信的接口

说明书

技术领域

本公开的方面涉及有关容性隔离(capacitive isolation)的设备、装置以及方法。

本公开的方面涉及在不同电压域中操作的电路之间的数据传输。例如，在电路之间的信号路径上使用容性耦合可以实现电路的电隔离(galvanic isolation)。这种隔离的结果是，按照共同的接地电压，电路在彼此非基准(unreferenced)的分离的电压域中操作。这样，相应电压域之间可能产生大的电压差。电隔离已被用于各种不同的应用。例如，在位于相同封装或不同封装中的多个集成电路芯片之间提供电隔离。使用电隔离技术，可以在集成电路之间传递信号。

背景技术

一种电隔离方法在两个电路之间的信号路径上使用电容器，作为在传输高频信号的同时阻挡直流电压和衰减低频信号的手段。对于某些应用，由于隔离的电压域之间可能产生大的电压差，因此需要具有高击穿电压的电容器。然而，物理距离制约可能使得难以实现所需击穿电压的电容器。例如，在使用常规工艺(例如，CMOS，互补金属氧化物半导体)的集成电路(IC)中，在其他电路旁侧实现平行板电容器。两个电容板实现在集成电路的不同金属化层中，并由介电层分隔。平行板电容器的击穿电压取决于介电层的厚度。对于较高电压应用，增加介电层的厚度来提供较高击穿电压。然而，在某些CMOS工艺中，可以实现的介电层的最大厚度被限制在约5-10微米。对于一些应用，这个厚度不足以保证足够的击穿电压。

发明内容

本公开的方面涉及彼此隔离的电路之间的数据传输。例如，通过在电路之间的信号路径上使用容性耦合来电隔离电路。这种隔离的结果是，按照共同的接地电压，电路在彼此不为基准的分离的电压域中操作。这样，相应电压域之间可能产生大的电压差。在某些实例中，相比于每个分离的电压域中的电压，该电压差可能相对较大。

在一个或多个实施例中，提供电路来用于隔离以及使用容性耦合的在不同电压域中操作的电路之间的信号通信。实施例利用电容结构，可用于提供高的击穿电压。电容结构包括三个电容板，布置为两个板位于上层和一个板位于下层。在操作中，电容结构用作串联耦合的两个电容器(即，输入板和中间板形成电容器，并且该板和输出板形成另一电容器)。这种配置可以十分有用地提供结构的总的高击穿电压。

本公开的实施例涉及在第一电压域中具有第一电容结构的隔离电路。第一电容结构包括第一导电基板，第一导电基板电连接到第一电压域的基准电压，如接地。例如，基板可以具有有源CMOS部件(例如，晶体管)，这要求导电基板被连接到地。输入和中间电容板作为第一电容器。中间和输出电容板作为第二电容器，第二电容器布置为与第一电容器串联。第一介电层通过中间电容器板分别与输入和输出电容器板之间的物理分隔来定义/提供第一击穿电压。中间电容器板可以位于输入和输出电容器板中每一个以下(例如，在较低的叠层中)。第二介电层配置和布置为提供与第一击穿电压基本相同的击穿电压。这是通过相应地设定导电基板与第一中间电容器板之间的物理分隔的距离实现的。虽然两个介电层可以是同一介电堆叠的一部分，但由于需要板和/或导电基板之间的堆叠关系，可以将两个介电层称为不同层。然后可以针对第二电压域的第二电容结构，重复上述板的布置，然后将第二电容结构布置为与第一电容结构串联。

在一些实施例中，电容结构可以在具有多个部分连接到一个或多个基准电压(例如，接地电压)的基板上实现。每个电容结构包括将输入和输出电容板与中间电容板分隔的第一介电层。每个电容结构还包括将中间电容板与基板分隔的第二介电层。第一和第二介电层具有厚度，使得电容板之间的第一击穿电压近似等于下电容板与连系至基准电压的基板之间的第二击穿电压。在一些实施例中，电容结构可实现在绝缘体上硅(SOI)基板上，其中硅层通过绝缘氧化物层与硅支撑晶片分离。电容结构布置为使得第二介电层和埋入氧化物两者提供下层中间电容板与基板之间的隔离。这样使用SOI基板的氧化物埋层，允许了第一介电层的厚度比标准的硅晶片基板的厚度有所增加。结果，电容板之间的击穿电压增大。

在一个或多个实施例中，提供了在第一和第二电压域之间通信的方法。通信信号从位于第一基板上的第一电压域中的发射机电路发送。通过经由隔离电路传送所发送的通信信号，在第一电压域和第二电压域之间为通信信号提供容性隔离。隔离电路包括位于第一基板上的第一电容结构，用于将通信信号从第一电压域提供到非基准电压域。隔离电路包括位于第二基板上的第二电容结构，用于将通信信号从非基准电压域提供到第二电压域。位于第二基板上的接收机电路被配置为在第二电压域的输入处从第二电容结构接收通信信号。