[发明专利]抗高位准共模瞬时干扰的数字隔离器

说明书

一种抗高位准共模瞬时干扰的数字隔离器，包括一发送端电路、一接收端电路、以及连接于其中的一隔离屏障。其中，发送端电路电性连接于一第一接地电压，接收端电路电性连接于一第二接地电压。所述的接收端电路更包括一对电阻、一快速侦测电路、以及一解调变电路。通过应用本发明所公开的电路架构，其可成功抑制现有的共模电压及其噪声。除此之外，接收端的输出电压亦可与输入电压达到同步，并且不具有信号传播延迟的问题。

技术领域

本发明有关于一种隔离电路，特别是有关于一种不具备传播延迟且可确保数据传输可靠度的抗高位准共模瞬时干扰的数字隔离器。

背景技术

已知现有的隔离电路是可在两个通讯区块，例如：发送端电路(transmittercircuit，TX)与接收端电路(receiver circuit，RX)之间提供电流隔离的一种中介电路。此类的隔离电路一般可用来消除可避免的接地回路，并且达到保护高压敏感电路的功效。利用隔离电路，不仅可确保电路之间的电性绝缘与信号隔离，在相异两个通讯电路之间建立可靠的数据传输，以使得信号可不受快速瞬时共模噪声(fast transient common modenoise)所干扰。在实际应用上，由于共模噪声通常是可预期的，并且使用者操作所引起的干扰亦为无可避免的，因此，可确保信号在传输间具备安全性与可靠度的隔离电路自然成为其中不可或缺的中介电路。目前已知在一些易受电压涌浪、快速瞬时与高噪影响的工业应用中，隔离电路遂已被广泛地用于确保传输信号的安全性和可靠度上。

请参阅图1所示，其公开现有技术中一种传统隔离电路架构的示意图，其中，两个通讯区块：发送端电路10与接收端电路20各自连接于一接地电压V_ss1和V_ss2，其中所设置的隔离电路旨在将这两个接地电压V_ss1和V_ss2隔绝开来。众所周知，DI是此类隔离电路的输入，RO是其输出。在信号的传输过程中，首先，输入DI以控制发送端电路10产生一组差动信号。一组隔离电容22配置于该发送端电路10与接收端电路20之间，以将来自发送端的信号耦合至接收端，并使得接收端电路20输出输出信号RO。一般来说，输出信号RO的电压位准通常会跟随输入信号DI的电压位准。然而，由于在该两个接地电压V_ss1和Vss2之间通常会存在有一定程度的瞬时共模噪声V_GND，将使得信号在传输过程中产生错误；举例来说，两个接地电压之间的尖峰(spike)、电力回路、抑或是任何系统上的缺失都是常见的瞬时噪声因素之一。同时，由于传统的发射端(RX)设计电路无法设计成能够承受过高的V_GND电压，因此在此种具有瞬时共模噪声干扰的情况下，信号的传输常会历经不可避免地出错，也使得隔离电路在传输信号的性能上遭受到极大的挑战。

有鉴于此，为了确保信号传输过程中的强健性(robustness)和可靠度，现有技术皆期待能够尽可能地提高电路中的共模瞬时抗扰防疫(common mode transientimmunity，CMTI)能力，除此之外，也致力于努力改善隔离电路的表现效能。举例来说，美国专利US 9,257,836公开了一种共模瞬时抑制电路，其耦合于一接收电路，以抑制由接收电路所接收信号中的瞬时干扰，其中，所述的信号通过光学、磁性、电感或其他机制由其隔离屏障的发送端传输而来。然而，值得注意的是，由于在此类设计电路中必须使用到特定的延迟器或延迟元件，因此使得其数据传输过程无可避免地会遭遇到传播延迟(propagationdelay)的问题。另一篇美国专利2017/0201399亦公开了一种具有共模瞬时抗扰防疫的仿光电耦合器电路，该电路设计中包含有一电压箝位电路，用于耦合并接收一输入信号以提供箝位信号；一振荡器，用于耦合以接收该箝位信号并提供差动输出信号；以及一共模瞬时抗扰防疫(CMTI)电路，用于响应该箝位信号，并将其电路中第一和第二电容的相应第一端信号耦合至该箝位信号以下。然而，此专利所公开的电路设计仅能选择性地配置于信号的发送端(TX)，并且只能应用于特定的情况下：也就是当共模噪声或接地端噪声下降，导致一感应电流被拉回发送端的期间，此期间亦被称作瞬时干扰的负缘(或称为下降缘)。承上观之，我们相信目前这些现有技术的设计皆仍然缺乏广泛的实用性，而无法被有效地应用于实际电路中。