用于数字隔离驱动芯片的接收机电路设计

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随着精密电子设备在生活以及精密工业中的应用越来越广泛,电子设备越来越多的工作在恶劣的环境下,电路的可靠性与安全性受到越来越多的关注。隔离器的作用是将系统的低压域与高压域在物理层面进行隔离,信号或能量可以通过耦合的方式在两个电压域之间传输,极大程度的提高了系统的可靠性和安全性。随着隔离器的广泛运用,隔离器的工作环境可能会非常严苛,对隔离器的抗共模干扰的能力提出极高的要求。本论文基于片上电容和隔离驱动的应用场景,设计了一种适用于电容隔离并采用开关键控调制的接收机电路,提高了隔离器的共模瞬态抗扰度。首先本文以隔离驱动系统为例,讨论了在隔离驱动系统中隔离和共模瞬态抗扰度的重要性,然后介绍了隔离电容以及目前隔离器常用的调制解调方式的优缺点,随后分析了共模瞬态事件对于基于片上电容的隔离器接收机的影响机理,进而提出了5种可能的提高接收机共模瞬态抗扰度的方案,最终设计了针对开关键控调制方式的接收机架构。为了提高接收机电路的共模瞬态抗扰度,根据提出的方案对接收机电路的频带进行调整,使其具有带通和放大效果并增加了共模瞬态抑制电路。然后通过cadence仿真验证各个子模块的性能参数和电路功能,随后给出接收机电路的版图匹配要求并完成版图设计以及后仿验证,最后搭建了测试环境,对流片的隔离驱动器进行实物验证测试。测试结果表明隔离驱动器的上升沿延时最大值为120ns,下降沿延时约为115ns,滤波时间大约为60ns,各个管脚耐压大于30V,共模瞬态抗扰度大于150V/ns,隔离耐压的测试结果为大于4k V,浪涌耐压测试结果为大于6k V,测试结果表明各项参数和功能均满足设计要求。相比于同类产品耐压1200V,共模瞬态抗扰度100V/ns,本文所设计的产品在耐压与共模瞬态抗扰度上均有较大提高。
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