[发明专利]具有改进的共模瞬态拒绝的电气隔离的数据隔离器

说明书

提供一种基于变压器的数字隔离器，其具有改进的对共模干扰的抗扰度。通过将变压器与H‑桥驱动电路相关联地提供改进的抗扰度，并且需要额外的努力来定制晶体管的导通状态电阻以控制变压器处的共模电压。

相关申请的交叉引用

本申请是要求2016年8月8日以代理人案卷号G0766.70125US00提交的题为“具有改进的共模瞬态拒绝的电气隔离的数据隔离器”的美国专利序列号15/230,519的权益的继续申请，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种基于变压器的数据隔离器，其中与变压器相关联的驱动器电路被修改以改善诸如速度和共模抑制之类的参数方面的性能。

背景技术

在许多情况下，希望在第一和第二电压域之间传输数据，同时保持那些电压域之间的电流隔离。例子包括电力和工业控制系统、电机控制系统和医疗保健应用。通常希望这种数据隔离器提供高速数据传输和对杂散传输的良好抗扰性。伪数据传输的一个来源是共模噪声。通常，避免虚假传输会导致设计人员采用降低数据吞吐量的解决方案，例如变压器上的较大电压摆幅以及接收器中检测阈值之间的较大间隔，使得发送器处的共模噪声被错误地检测为数据的可能性接收器处的信号减小。

发明内容

提供一种基于变压器的数字隔离器，其具有改进的对共模干扰的抗扰度。通过将变压器与H-桥驱动电路相关联地提供改进的抗扰度，并且需要额外的努力来定制晶体管的导通状态电阻以控制变压器处的共模电压。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括隔离变压器的数据隔离器。变压器具有第一和第二绕组，其可以被视为主级和次级绕组。在使用中，发射器编码用于提供给初级绕组的信号，并且发射的信号由连接到次级绕组的接收器检测。初级绕组由驱动电路驱动，该驱动电路包括以H-桥配置布置的第一至第四晶体管。初级绕组是直流耦合到H-桥。

在一些设计中，耦合电容器与变压器初级串联添加，以便阻止DC电流流过变压器，从而降低功耗。然而，发明人意识到，虽然电容器减小了DC电流，但是它响应于共模干扰而产生瞬态，这降低了共模抑制。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括隔离变压器的数据隔离器。变压器具有第一和第二绕组，其可以被视为主级和次级绕组。在使用中，发射器编码用于提供给初级绕组的信号，并且发射的信号由连接到次级绕组的接收器检测。初级绕组由驱动电路驱动，该驱动电路包括以H桥配置布置的第一至第四晶体管。两个晶体管是P型器件，两个晶体管是N型器件。匹配P型和N型晶体管的导通电阻，以便将共模电压置于电源电压的大致一半，加上或减去适当的容差，例如10％至20％。

有利地，通过改变P型晶体管的宽度与N型晶体管的宽度相比来执行匹配。附加地或替代地，晶体管内的相对掺杂可以变化。

通常，当形成H桥驱动器时，H桥的P型和N型晶体管由相同尺寸的晶体管或类似尺寸的晶体管形成。因此，工作假设是晶体管匹配良好。虽然这通常是正确的，但发明人意识到具有P型沟道的晶体管和具有N型沟道的晶体管之间的导通状态电阻的固有差异意味着H中的驱动器的导通状态电阻之间存在不匹配，即使晶体管的尺寸形成相同或相似，也是如此。导通电阻的这种差异导致降低共模噪声抗扰度。此外，在基于变压器的数据隔离器的一些实施例中，包括与变压器串联的电容器以限制DC功率消耗。因此，为了控制边缘的上升和下降时间相似，有时认为匹配晶体管的问题是一件好事。在一些设计中没有考虑用于共模抑制的晶体管电阻的选择。调整晶体管的特性，例如P型器件的宽度相对于N型器件的宽度，以更准确地匹配它们的导通状态电阻，可以提高对共模瞬变的抗扰度。

附图说明

仅通过非限制性示例，参考附图，将描述本公开的实施例，其中：

图1示意性地示出了变压器基隔离器；

图2示意性地示出了编码方案，其中数据信号的上升沿被不同地编码为数据信号的下降沿；