電隔離器及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明主題除其他方面外討論了電隔離器及系統(tǒng)，并且更具體地講，討論了無線電隔離方法和設(shè)備。在一個(gè)例子中，電隔離器可包括發(fā)射電路和接收電路，所述發(fā)射電路包括發(fā)射天線，所述接收電路包括接收天線。所述發(fā)射電路可被配置為接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并用所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制發(fā)射信號(hào)，并使用所述發(fā)射天線發(fā)射轉(zhuǎn)接信號(hào)。所述接收天線可被配置為接收所述發(fā)射信號(hào)并使用解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)解調(diào)和提供來自所述發(fā)射信號(hào)的所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
【專利說明】電隔離器及系統(tǒng)
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明和相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求Philip J.Crawley的提交于2013年2月20日的名稱為“ISOLATIONCOMMUNICATION TECHNOLOGY USING COUPLED OSCILLATORS/ANTENNAS”(使用耦合振蕩器 /天線的隔離通信技術(shù))的美國臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/767，074的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該申請(qǐng)全文在此以引用方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明主題除其他方面外討論了電隔離，并且更具體地講，討論了無線電隔離方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]用以穿過隔離壁壘通信的現(xiàn)有技術(shù)包括光耦合器和數(shù)字隔離技術(shù)。光耦合器非常有效并滿足組件級(jí)別的隔離測(cè)試的要求，但不是特別可靠或快速。此外，光耦合器不具有CMOS技術(shù)所提供的有益效果，借助CMOS技術(shù)，成本和尺寸隨每一代技術(shù)而改善?，F(xiàn)有的數(shù)字隔離器可提供與光耦合器相比改善的速度和可靠性，但不能對(duì)組件級(jí)別隔離標(biāo)準(zhǔn)的遵從性進(jìn)行測(cè)試。此外，與如下所述的低功率數(shù)字隔離器相比，采用變壓器的現(xiàn)有隔離器在隔離組件之間傳送大量能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主題除其他方面外討論了電隔離，并且更具體地講，討論了無線電隔離方法和設(shè)備。在一個(gè)例子中，電隔離器可包括發(fā)射電路(包括發(fā)射天線)和接收電路(包括接收天線)。發(fā)射電路可被配置為接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并用該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制發(fā)射信號(hào)，并使用發(fā)射天線發(fā)射轉(zhuǎn)接信號(hào)。接收天線可被配置為接收發(fā)射信號(hào)并使用解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)解調(diào)和提供來自發(fā)射信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0006]此概述旨在提供本專利申請(qǐng)主題的非排他性
【發(fā)明內(nèi)容】
。并非意圖提供本發(fā)明的排他性或窮舉性說明。【具體實(shí)施方式】包括在本申請(qǐng)中以提供有關(guān)本專利申請(qǐng)的更多信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]附圖未必按比例繪制，在附圖中，類似的數(shù)字可描述不同視圖中的類似組件。帶有不同字母后綴的類似數(shù)字可表示類似組件的不同情形。附圖總體上以舉例的方式而非限制方式示出了本文中所討論的各種實(shí)施例。
[0008]圖1A總體上示出了示例性數(shù)字隔離器。
[0009]圖1B總體上示出了示例性多通道、雙向數(shù)字隔離器。
[0010]圖2示出了示例性數(shù)字隔離器的俯視圖。
[0011]圖3A示出了示例性數(shù)字隔離器的俯視圖，其中回路天線面向彼此。
[0012]圖3B總體上示出了圖3A中所示的回路天線的橫截面。[0013]圖4總體上示出了示例性調(diào)幅(AM)數(shù)字隔離器。
[0014]圖5示出了示例性AM數(shù)字隔離器，其允許發(fā)射機(jī)在無單獨(dú)的振蕩器的情況下工作。
[0015]圖6總體上示出了集成電路封裝，其包括用于耦合示例性數(shù)字隔離器的隔離組件的波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。
[0016]圖7總體上示出了集成電路封裝，其包括示例性曲折型感應(yīng)器/天線結(jié)構(gòu)。
[0017]圖8總體上示出了示例性數(shù)字隔離器，其包括偶極天線。
[0018]圖9總體上示出了示例性數(shù)字隔離器，其包括末端加載的偶極天線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本申請(qǐng)除其他方面外討論了用于穿過隔離壁壘通信的方法和設(shè)備，并且更具體地講，討論了用于穿過隔離壁壘通信的方法和設(shè)備:該方法和設(shè)備允許在組件級(jí)別測(cè)試隔離遵從性，而無需隔離組件之間的大量能量傳送?，F(xiàn)有光耦合器技術(shù)允許組件級(jí)別的隔離測(cè)試，但不是特別可靠或快速。此外，光耦合器技術(shù)不能提供CMOS技術(shù)的有益效果，借助CMOS技術(shù)，成本和尺寸可隨每一代技術(shù)而改善。依賴于電介質(zhì)隔離的現(xiàn)有數(shù)字隔離器可提供速度和可靠性，但不能提供對(duì)隔離標(biāo)準(zhǔn)的完全組件級(jí)別遵從性進(jìn)行測(cè)試的能力。
[0020]本發(fā)明的發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，可消除電介質(zhì)隔離裝置(如電容器或變壓器)需要的電隔離技術(shù)可提供速度和可靠性，并且可提供對(duì)完全組件級(jí)別隔離遵從性進(jìn)行測(cè)試的能力。該技術(shù)在某些例子中可用于在系統(tǒng)的高電壓和低電壓部分之間傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。例如，該技術(shù)可用于在兩個(gè)集成電路之間傳送數(shù)據(jù)，除非隔離技術(shù)使這兩個(gè)集成電路彼此電隔離。該技術(shù)可包括經(jīng)由耦合振蕩器的無線實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)的發(fā)射可經(jīng)由注入鎖定耦合振蕩器而實(shí)現(xiàn)，其中發(fā)射側(cè)(TX)可經(jīng)由數(shù)字輸入控制被驅(qū)動(dòng)至已知頻率并且接收側(cè)(RX)可鎖定至已知頻率并可解調(diào)數(shù)據(jù)。在某些例子中，注入鎖定耦合振蕩器可利用CMOS技術(shù)的有益效果，并且仍能夠滿足組件級(jí)別的隔離標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)可用于多種應(yīng)用，包括但不限于功率轉(zhuǎn)換、隔離柵極驅(qū)動(dòng)器、高速數(shù)字隔離器和電流傳感器。
[0021]圖1A總體上示出了示例性數(shù)字隔離器100。數(shù)字隔離器100可包括相隔距離(M)的第一集成電路或芯片101和第二集成電路或芯片102。在某些例子中，第一集成電路芯片101可包括發(fā)射機(jī)電路(TXO)并且第二集成電路芯片102可包括無線接收機(jī)電路(RXO)。可使用鎖相回路(未示出)在第一載波頻率處調(diào)制輸入數(shù)字信號(hào)(DOin)。在某些例子中，該頻率可在千兆赫范圍內(nèi)，但其他范圍也是可能的，并且可取決于所用的應(yīng)用和技術(shù)。在某些例子中，發(fā)射天線例如單回路發(fā)射感應(yīng)器103，104可耦合至發(fā)射機(jī)電路(ΤΧ0)，并且接收天線例如單回路接收感應(yīng)器104可耦合至接收機(jī)電路(RXO)。在某些例子中，接收機(jī)電路可包括注入鎖定振蕩器(ILO)。
[0022]在某些例子中，數(shù)字隔離器100可用于從第一集成電路至第二集成電路傳送信息。數(shù)字隔離器100的隔離功能對(duì)于例如高電壓第一集成電路和第二低電壓集成電路之間的電隔離可非常有用。接收數(shù)據(jù)(DOin)的發(fā)射可經(jīng)由注入鎖定耦合振蕩器實(shí)施，其中發(fā)射機(jī)電路(TXO)經(jīng)由數(shù)字輸入控制被驅(qū)動(dòng)至預(yù)定頻率，并且接收機(jī)電路(RXO)可鎖定到預(yù)定頻率并解調(diào)輸出數(shù)據(jù)(DOqut)。
[0023]圖1B總體上示出了示例性多通道、雙向數(shù)字隔離器100。數(shù)字隔離器100可包括相隔距離(M)的第一集成電路芯片101和第二集成電路芯片102。在某些例子中，每個(gè)芯片101，102可包括無線發(fā)射機(jī)電路(ΤΧΟ,ΤΧΙ)和無線接收機(jī)電路(RX0，RX1)。可使用每個(gè)發(fā)射機(jī)電路(ΤΧΟ,ΤΧΙ)的鎖相回路在多個(gè)頻率^ciJ1)處調(diào)制輸入數(shù)字信號(hào)(D0in、D1in)。在某些例子中，這些頻率可在千兆赫范圍內(nèi)，但其他范圍也是可能的，并且可取決于所用的應(yīng)用和技術(shù)。每個(gè)接收機(jī)電路(RX0，RX1)和發(fā)射機(jī)電路(ΤΧΟ,ΤΧΙ)可包括天線，例如單回路感應(yīng)器。發(fā)射機(jī)感應(yīng)器與接收機(jī)感應(yīng)器之間的耦合可允許接收機(jī)振蕩器鎖定到發(fā)射機(jī)電路頻率并解調(diào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在某些例子中，數(shù)字隔離器不是使用磁耦合單回路天線，而是可使用諧振天線來建立和保持?jǐn)?shù)字隔離器兩側(cè)之間的通信連接。在某些例子中，使用諧振天線可簡化發(fā)射或接收機(jī)電路，消除了一個(gè)或多個(gè)放大器或?yàn)V波器。在某些例子中，諧振發(fā)射和接收機(jī)電路的復(fù)阻抗可彼此匹配，而非匹配任意標(biāo)準(zhǔn)，例如50 Ω終端標(biāo)準(zhǔn)，以提供電路的更有效通信耦合。此類耦合可顯著減少電路的功耗，特別是當(dāng)使用注入鎖定振蕩器方案時(shí)，因?yàn)榇祟惙桨覆粫?huì)傳輸與現(xiàn)有變壓器隔離方案那樣多的能量。一些諧振天線的例子在下文討論。
[0024]圖2示出了示例性數(shù)字隔離器200的俯視圖。數(shù)字隔離器200可包括在第一集成電路201的頂部表面上的發(fā)射機(jī)單回路感應(yīng)器203和在第二集成電路芯片202的頂部表面上的接收機(jī)單回路感應(yīng)器204。圖3Α示出了示例性數(shù)字隔離器300的俯視圖，其中回路天線303，304面向彼此。在某些例子中，數(shù)字隔離器300可包括第一集成電路芯片301和第二集成電路芯片302?；芈诽炀€303，304可制造成每個(gè)對(duì)應(yīng)芯片的層，使得回路面向彼此以便更直接的耦合。圖3Β總體上示出了圖3Α中所示的回路天線304的橫截面。在某些例子中，數(shù)字隔離器300可包括在第一集成電路芯片301的側(cè)表面上的發(fā)射機(jī)單回路感應(yīng)器303和在第二集成電路芯片302的側(cè)表面上的接收機(jī)單回路感應(yīng)器304。在某些例子中，單回路感應(yīng)器可提供高自諧振頻率。在一些例子中，狹窄單回路可提供相對(duì)于互感較低的自感。在某些例子中，單回路與集成電路芯片的集成制造可利用用于制造集成電路芯片的標(biāo)準(zhǔn)CMOS制造工藝。
[0025]在某些例子中，數(shù)字隔離器的每側(cè)可包括耦合至天線/感應(yīng)器的電壓控制振蕩器(VCO)以調(diào)制在振蕩器不同半部之間傳送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在某些例子中，可限制數(shù)字隔離器的注入鎖定范圍。在一些例子中，可基于下式限制注入鎖定范圍:
【權(quán)利要求】
1.一種電隔離器，包括: 發(fā)射電路，所述發(fā)射電路包括發(fā)射天線，所述發(fā)射電路被配置為接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并用所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制發(fā)射信號(hào)，并使用所述發(fā)射天線發(fā)射轉(zhuǎn)接信號(hào)，所述發(fā)射信號(hào)具有第一標(biāo)稱頻率； 機(jī)械耦合至所述發(fā)射電路的接收電路，所述接收電路包括被配置為接收所述發(fā)射信號(hào)的接收天線，所述接收電路被配置為使用解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)解調(diào)和提供來自所述發(fā)射信號(hào)的所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述接收電路包括注入鎖定振蕩器，所述注入鎖定振蕩器被配置為接收所述發(fā)射信號(hào)并鎖定到所述第一標(biāo)稱頻率以提供所述解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電隔離器，其中所述注入鎖定振蕩器包括所述接收天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述發(fā)射天線與所述接收天線間隔至少I毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中第一集成電路管芯包括所述發(fā)射電路； 其中第二集成電路管芯包括所述接收電路；以及 其中所述電隔離器包括單個(gè)封裝，所述單個(gè)封裝包括所述第一集成電路管芯和所述第二集成電路管芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述發(fā)射天線包括單回路感應(yīng)器天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述發(fā)射天線包括偶極天線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述發(fā)射天線包括末端加載的偶極天線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述發(fā)射電路包括發(fā)射振蕩器；以及 其中所述發(fā)射振蕩器包括所述發(fā)射天線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述接收天線包括單回路感應(yīng)器天線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述接收天線包括偶極天線。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述接收天線包括末端加載的偶極天線。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述第一標(biāo)稱頻率大于8千兆赫(GHz)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中所述第一標(biāo)稱頻率介于約8千兆赫(GHz)與約40GHz之間。
15.—種系統(tǒng),包括: 第一電路； 與所述第一電路相鄰且機(jī)械耦合的第二電路；以及 電隔離器，所述電隔離器被配置為在所述第一電路和所述第二電路之間提供通信路徑并保持所述第一電路與所述第二電路之間的電隔離； 其中所述電隔離器包括: 第一發(fā)射電路，所述第一發(fā)射電路包括第一發(fā)射天線，所述發(fā)射電路被配置為接收來自所述第一電路的第一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并用所述第一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制第一發(fā)射信號(hào)，并使用所述第一發(fā)射天線發(fā)射第一轉(zhuǎn)接信號(hào)，所述第一發(fā)射信號(hào)具有第一標(biāo)稱頻率；以及第一接收電路，所述第一接收電路包括: 第一接收天線，所述第一接收天線被配置為接收所述第一發(fā)射信號(hào)并使用第一解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)向所述第二電路解調(diào)和提供所述第一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；以及 第一注入鎖定振蕩器，所述第一注入鎖定振蕩器被配置為接收所述第一發(fā)射信號(hào)并鎖定到所述第一標(biāo)稱頻率以提供所述第一解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述電隔離器包括: 第二發(fā)射電路，所述第二發(fā)射電路包括第二發(fā)射天線，所述發(fā)射電路被配置為接收來自所述第二電路的第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并用所述第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制第二發(fā)射信號(hào)，并使用所述第二發(fā)射天線發(fā)射第二轉(zhuǎn)接信號(hào)，所述第二發(fā)射信號(hào)具有第二標(biāo)稱頻率；以及 第二接收電路，所述第二接收電路包括: 第二接收天線，所述第二接收天線被配置為接收所述第二發(fā)射信號(hào)并使用第二解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)向所述第一電路解調(diào)和提供所述第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；以及 第二注入鎖定振蕩器，所述第二注入鎖定振蕩器被配置為接收所述第二發(fā)射信號(hào)并鎖定到所述第二標(biāo)稱頻率以提供所述第二解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電隔離器，其中第一集成電路管芯包括所述第一發(fā)射電路和所述第二接收電路； 其中第二集成電路管芯包括所述第二發(fā)射電路和所述第一接收電路；以及 其中所述電隔離器包括單個(gè)封裝，所述單個(gè)封裝包括所述第一集成電路管芯和所述第二集成電路管芯。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電隔離器，其中所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線中的至少一個(gè)包括末端加載的偶極天線。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電隔離器，其中所述第一接收天線和所述第二接收天線中的至少一個(gè)包括末端加載的偶極天線。
20.—種電隔離器,包括: 發(fā)射電路，所述發(fā)射電路包括發(fā)射天線，所述發(fā)射電路被配置為接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并用所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制發(fā)射信號(hào)，并使用所述發(fā)射天線發(fā)射轉(zhuǎn)接信號(hào)，所述發(fā)射信號(hào)具有第一標(biāo)稱頻率；以及 接收電路，所述接收電路包括接收天線，所述接收天線被配置為接收所述發(fā)射信號(hào)并使用解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)解調(diào)和提供來自所述發(fā)射信號(hào)的所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；以及 其中所述發(fā)射天線或所述接收天線中的至少一個(gè)包括諧振偶極天線。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的數(shù)字隔離器，其中所述諧振偶極天線包括末端加載的偶極天線。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的數(shù)字隔離器，其中所述發(fā)射電路包括調(diào)幅(AM)發(fā)射電路。
【文檔編號(hào)】H04B1/16GK104009768SQ201410057965
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月20日
【發(fā)明者】菲利普·J·克勞利 申請(qǐng)人:快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司, 快捷半導(dǎo)體公司