[发明专利]一种模拟隔离器

说明书

本发明公开了一种模拟隔离器，包括发送端模块、隔离模块、接收端模块；发送端模块包含输入buffer、Σ‑Δ调制电路和输出驱动级，调制输入信号生成调制信号，并将调制信号传输至隔离模块；隔离模块一端连接发送端模块，另一端连接接收端模块，作为发送端模块与接收端模块之间唯一信号传输通道，将调制信号传输至接收端模块；接收端模块包含前置放大器、比较器、滤波器以及输出驱动级，用于解调调制信号并提供输出驱动能力，输出信号；调制信号的占空比与输入信号幅值呈线性关系。本发明采用无外接时钟一位数字信号输出的模拟连续时间Σ‑Δ调制，对比传统开关电容结构的Σ‑Δ调制电路，结构简单，降低功耗，降低成本。

技术领域

本发明属于信号隔离技术领域，具体涉及一种模拟隔离器。

背景技术

隔离器是一种传输信号的器件；在信号隔离技术领域，不同电压域之间信号传输时，需要电隔离，隔离器发送端和接收端的两供电系统相互隔离，可以在保证信号隔离的情况下完成信号安全传输。隔离器又名信号隔离器，是工业控制系统中重要组成部分，主要应用在模拟信号数据采集、隔离传输及供电、工业现场信号隔离传输、仪器仪表与传感器信号的隔离传输等方面。

最原始的隔离传输模拟信号的解决方案是光耦(Optocoupler)，线性光耦的输出电流与输入电流呈正相关；虽然随着技术发展，光耦的速度有一定的发展，但是受器件本身特性限制，精度较低，器件功耗大，而且它的传输特性随着温度以及老化等因素会发生明显变化，有明显需要改进的缺陷。

现在一种比较流行模拟信号传输调制是采用常规的Σ-ΔADC结构，其中带时钟产生电路且在系统中使用开关电容结构。东芝的隔离放大器TLP7820使用Σ-ΔADC将输入模拟信号转换为数字信号，将调制的数字信号传输通过隔离耐压部分，然后在输出端使用高阶开关电容滤波器将其恢复成模拟信号；但一般的Σ-ΔADC结构比较复杂，整体功耗高，其中Σ-ΔADC中核心模块为Σ-Δ调制器，图1所示了一位Σ-Δ调制器的结构，可以看出电路结构用到较多开关，结构复杂，且需要额外的时钟产生电路。

文献[陈铖颖,陈黎明,黄新栋等.基于共源共栅反相器的极低功耗Sigma-Delta调制器设计[J].浙江大学学报(工学版),2018,52(6):1068-1072]提出了一种低功耗Σ-Δ调制器设计方法，具有比较高的精度，但其电路仍采用开关电容结构，较为复杂，带宽受限，且需要额外振荡器等电路面积，成本高。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种模拟隔离器，其采用无外接时钟一位数字信号输出的模拟连续时间Σ-Δ调制，电路结构上构成环形振荡器，电路结构简单，降低电路功耗。

一种模拟隔离器，包括：

发送端模块，其由输入缓冲器、Σ-Δ调制电路以及输出驱动级依次连接组成，用于对输入信号进行调制，生成调制信号并将其传输至隔离模块；

隔离模块，其一侧与发送端模块连接，另一侧与接收端模块连接，作为发送端模块与接收端模块之间唯一信号传输通道，将从发送端模块接收到的调制信号传输至接收端模块；

接收端模块，其由前置放大器、比较器、滤波器以及输出驱动级依次连接组成，用于对调制信号进行解调并提供输出驱动能力，从而输出信号。

进一步地，所述Σ-Δ调制电路基于无外接时钟结构对输入信号采用模拟连续时间Σ-Δ调制后输出一位数字信号，发送端模块的输出驱动级对单端的数字信号进行驱动并将其转换为差分输出的调制信号，减小对后级共模影响，提高系统噪声性能，所述调制信号的占空比与输入信号的幅值变化呈线性关系。

进一步地，所述隔离模块采用串接的电容作为隔离器件且为两路差分传输结构，两路电容的参数相同，在其他应用中可以为单个高耐压电容。

进一步地，所述前置放大器和比较器一起构成调制信号恢复部分，用于恢复经过隔离模块的调制信号。