用于隔離器的儲能電路和頻率跳轉的制作方法

本公開通常涉及用于在隔離屏障上發射功率并對功率傳輸施加跳頻的電路。

背景技術：

一些集成電路包括彼此電隔離的兩個或多個電壓域。在這樣的集成電路中，可能期望將功率從一個域傳輸到另一個域。將電力從一個域傳輸到另一個域的現有電路在保持電隔離的同時遭受各種缺點。例如，一些常規的儲能電路使用交叉耦合的金屬氧化物半導體(mos)晶體管，這導致效率差和電磁干擾(emi)性能差。

因此，本發明人認識到在本領域中需要在電隔離域之間有效地傳輸功率并提高emi性能的電路和方法。

附圖說明

圖1示出了根據本公開的實施例的振蕩器電路。

圖2示出了根據本公開的實施例的振蕩器電路。

圖3示出了根據本公開的實施例的跳頻控制方法。

圖4示出了根據本公開的實施例的示例性跳頻圖。

圖5示出了根據本公開的實施例的用于集成電路的拓撲。

具體實施方式

本公開的實施例可以提供包括儲能電路的電路。儲能電路可以包括具有一對端子的電感器、第一對晶體管和第一對電容器。每個晶體管可以耦合在電感器的相應端子和沿晶體管的源極到漏極路徑的參考電壓之間。每個電容器可以設置在耦合到第一對中的相應第一晶體管的電感器端子與第一對中的第二晶體管的柵極之間的信號路徑中。

本公開的實施例可以提供用于產生振蕩頻率的控制器方法。所述方法可以包括在第一時間的情況下：激活所述儲能電路的第一對晶體管，每一個晶體管耦合在具有一對端子的電感器的相應端子和沿著所述晶體管的源極至漏極路徑的參考電壓之間；作為激活的結果，耦合設置在第一對中的第一晶體管的源極或漏極端子與第一對中的第二晶體管的柵極之間的信號路徑中的儲能電路的一對電容器中的第一對；并且作為激活的結果，耦合在所述第一對中的所述第二晶體管的源極或漏極端子與所述第一對中的所述第一晶體管的柵極之間的信號路徑中的所述一對電容器中的第二對，其中，在電感器的端子處產生具有振蕩頻率的電壓，以在隔離屏障上傳輸電力。

本公開的實施例可以提供電路。電路可以包括用于在第一時間激活電感器-電容器(lc)儲能電路的第一對晶體管的裝置，每個晶體管耦合在具有一對端子的電感器的相應端子和沿著源極的參考電壓到晶體管的漏極路徑。電路還可以包括第一裝置，作為激活的結果，耦合設置在第一對的第一晶體管的源極或漏極端子和第一對中的第二晶體管的柵極之間的信號路徑中的一對電容器的電容器中的第一個。電路還可以包括第二裝置，作為激活的結果，耦合在設置在第一對中的另一個晶體管的源極或漏極端子與第一對中第一晶體管的柵極之間的信號路徑中的一對電容器中的第二個之間，其中在電感器的端子處產生具有振蕩頻率的電壓以在隔離屏障上傳輸電力。

圖1示出了根據本公開的實施例的振蕩器電路100。振蕩器電路100可以包括由控制器120控制的lc儲能電路110。lc儲能電路110可以包括一對電感器l1.1，l1.2，一對電容器c0.1，c0.2，一對雙擴散金屬氧化物半導體(dmos)晶體管d0.1，d0.2和一對禁用晶體管td0.1，td0.2。

一對電感器l1.1，l1.2可以串聯耦合以形成中心抽頭和一對端子(vn，vp)。中心抽頭可以耦合到電源vdd。一對dmos晶體管d0.1，d0.2可以各自沿著相應的源極-漏極路徑耦合在該對電感器l1.1，l1.2的相應端子和參考電壓gnd之間。電容器c0.1可以設置在耦合到dmos晶體管d0.1的電感器l1.1和dmos晶體管d0.2的柵極之間的信號路徑中。類似地，電容器c0.2可以設置在耦合到dmos晶體管d0.2的電感器l1.2和dmos晶體管d0.1的柵極之間的信號路徑中。一對禁用晶體管td0.1，td0.2可以將其柵極耦合到控制輸入(off)(邏輯高)，并且可以沿著它們各自的源極-漏極路徑耦合在dmos晶體管d0.1，d0.2的柵極和參考電壓gnd之間。禁用晶體管td0.1，td0.2可以實現為任何已知的晶體管類型(例如，mos，fet，bjt，dmos等)。

控制器120可以向禁用晶體管td0.1，td0.2的柵極提供off(邏輯高)的控制信號以激活禁用晶體管t0.1，t0.2。當被激活時，禁用晶體管td0.1，td0.2可以將dmos晶體管d0.1，d0.2的柵極拉低，從而關閉dmos晶體管d0.1，d0.2并禁止lc儲能電路210。當禁用晶體管td0.1，td0.2被去激活(即沒有off信號)時，dmos晶體管d0.1，d0.2可以被激活，將電容器c0.1，c0.2耦合到電感器l1.1，l1.2。因此，lc儲能電路110可以以諧振或振蕩頻率fosc諧振或振蕩，并且經由一對電感器l2.1，l2.2從電源vdd向第二電壓域130發送功率。可以在電感器l1.1，l1.2和電感器l2.1，l2.2之間提供隔離屏障；因此，電感器l2.1，l2.2可以磁耦合，但與電感器l1.1，l1.2電隔離。在一個實施例中，電感器l1.1，l1.2可以是變壓器的第一繞組，并且電感器l2.1，l2.2可以是變壓器的次級繞組。節點vn和vp之間的lc儲能電路110的振蕩電壓的峰-峰電壓可以是電源vdd的兩倍至三倍。

振蕩器電路100的振蕩頻率fosc可以與電感器l1.1，l1.2的電感，電容器c0.1，c0.2的電容和dmos晶體管d0.1，d0.2的電容有關。因此，振蕩頻率fosc可以通過在lc的制造期間調諧電感器l1.1，l1.2，電容器c0.1，c0.2和dmos晶體管d0.1，d0.2的尺寸來調諧。理想地，電感器l1.1，l1.2將具有基本上相同的電感，電容器c0.1，c0.2將具有基本上相同的電容，并且dmos晶體管d0.1，d0.2將為具有大致相同(寄生)電容的尺寸。然而，實際上由于制造變化和其他因素，電感和電容可能不完全匹配。在一個實施例中，dmos晶體管d0.1，d0.2和禁用晶體管td0.1，td0.2可以制造為n型晶體管。

圖2示出了根據本公開的實施例的振蕩器電路200。振蕩器電路200可以包括lc儲能電路210，多個子容器240.1-240.n和控制器220。lc儲能電路210可以包括一對電感器l1.1，l1.2，一對電容器c0.1，c0.2，一對dmos晶體管d0.1，d0.2和一對禁用晶體管t0.1，t0.2。每個子儲能電路240.1-240.n可以包括一對電容器c1.1，c1.2-cn.1，cn.2，一對dmos晶體管d1.1，d1.2-dn.1，dn.2，一對禁用晶體管td1.1，td1.2-tdn.1，tdn.2和一對使能晶體管te1.3，te1.4-ten.3，ten.4。

在lc儲能電路210中，一對電感器l1.1，l1.2可以串聯耦合以形成中心抽頭和一對端子。中心抽頭可以耦合到電源vdd。一對dmos晶體管d0.1，d0.2可以各自沿著相應的源極-漏極路徑耦合在該對電感器l1.1，l1.2的相應端子和參考電壓gnd之間。電容器c0.1可以設置在耦合到dmos晶體管d0.1的電感器l1.1和dmos晶體管d0.2的柵極之間的信號路徑中。類似地，電容器c0.2可以設置在耦合到dmos晶體管d0.2的電感器l1.2和dmos晶體管d0.1的柵極之間的信號路徑中。一對禁用晶體管td0.1，td0.2可以將其柵極耦合到控制輸入(off)，并且可以沿其相應的源極-漏極路徑耦合在dmos晶體管d0.1，d0.2和參考電壓gnd之間。

如圖2所示，每個子儲能電路240.1-240.n可以跨過電感器l1.1，l1.2的一對端子(vn，vp)與lc儲能電路210并聯耦合。在每個子槽240.1-240.n中，一對dmos晶體管d1.1，d1.2-dn.1，dn.2可以各自沿著相應的源極-漏極路徑耦合在相應的端子的一對電感l1.1，l1.2和參考電壓gnd之間。電容器c1.1-cn.1可以與耦合到dmos晶體管d1.1-dn.1的電感器l1.1和耦合到dmos晶體管d1.1-dn.1的電感器l1.1之間的信號路徑中的使能晶體管te1.3-ten3串聯地提供dmos晶體管d1.2-dn.2。類似地，電容器c1.2-cn.2可以與耦合到dmos晶體管d1.2-dn.2的電感器l1.2和耦合到dmos晶體管d1.2-dn2的電感器l1.2之間的信號路徑中的使能晶體管te1.4-ten.4串聯提供dmos晶體管d1.1-dn.1的柵極。啟用晶體管te1.3-ten.3和te1.4-ten.4可以將其柵極耦合到相應的控制輸入(ctrl1.1-ctrln.1)。一對禁用晶體管td1.1，td1.2-tdn.1，tdn.2可以使其柵極耦合到另一個控制輸入(ctrl1.2-ctrln.2)，并且可以沿它們各自的源極漏極路徑耦合在dmos晶體管d1.1，d1.2-dn.1，dn2的柵極和參考電壓gnd之間。

控制器220可以向禁用晶體管td0.1，td0.2-tdn.1，tdn.2的柵極提供控制信號ctrl1.2-ctrln.2(例如，邏輯高電平)，以激活禁用晶體管td0.1，td0.2-tdn.1，tdn.2。控制信號ctrl1.2-ctrln2可以由控制器形成為控制信號off和控制信號ctrl1.1-ctrln.1之間的反相應一個的邏輯或。當激活時，禁用晶體管td0.1，td0.2-tdn.1，tdn.2可能會將dmos晶體管d0.1，d0.2-dn.1，dn.2的柵極拉低，從而關閉dmos晶體管d0.1，d0.2-dn.1，dn.2，并禁用lc儲能電路210和子儲能電路240.1-240.n。

當禁用晶體管td0.1，td0.2-tdn.1，tdn.2被禁用時，可以激活dmos晶體管d0.1，d0.2，將電容器c0.1，c0.2置于與電感l1.1，l1.2分別串聯。因此，lc儲能電路210可以以諧振或振蕩頻率fosc諧振或振蕩，并且經由一對電感器l2.1，l2.2從電源vdd向第二電壓域230發送功率。電感器l2.1，l2.2可以與電感器l1.1，l1.2磁耦合到電隔離。電感器l1.1，l1.2可以是變壓器的第一繞組，并且電感器l2.1，l2.2可以是變壓器的次級繞組。

當禁用晶體管td1.1，td1.2-tdn.1，tdn.2被禁用時，控制器220還可以利用控制信號ctrl1.1-ctrln.1激活一個或多個子容器240.1-240.n。控制器220可以向啟用晶體管te1.3，te1.4-tn.3，tn.4的柵極提供控制信號ctrl1.1，...，ctrln.1(例如，邏輯高電平)，以使能使能晶體管te1.3，te1.4-ten.3，ten.4。因此，可以激活dmos晶體管d1.1，d1.2-dn.1，dn.2，將電容器c1.1-cn.1與電容器c0.1并聯，并且電容器c1.2-cn.2與電容器c0.2并聯，從而增加振蕩器電路200的有效電容并降低振蕩頻率fosc。因此，基于由控制器220激活的子坦克240.1-240.n的組合/置換，可以將振蕩頻率fosc設置為多個離散值。控制器220可以被編程為從一個振蕩“跳”基于預定的振蕩頻率fosc序列選擇性地啟動子坦克240.1-240.n，在預定時間步長tstep頻率fosc到另一個。預定的振蕩頻率fosc序列可以持續一段時間t，并且之后可以重復。預定振蕩頻率fosc序列可以是升序、降序、隨機順序或任何其它合適的順序。

當子容器240.1-240.n停用時，在lc儲能電路210的制造期間，可以通過調整電感器l1.1，l1.2，電容器c0.1，c0.2和dmos電容器d0.1,d0.2的尺寸來調諧振蕩頻率fosc。理想情況下，電感器l1.1，l1.2將具有基本相同的電感，電容器c0.1，c0.2將具有基本相同的電容，dmos晶體管d0.1，d0.2的尺寸應具有基本相同的電容。然而，實際上由于制造變化和其他因素，電感和電容可能不完全匹配。在一個實施例中，dmos晶體管d0.1，d0.2-dn.1，dn.2，禁用晶體管td0.1，td0.2-tdn.1，tdn.2和使能晶體管te1.3，te1.4-ten.3，ten.4可以制造為n型晶體管。

子儲能電路240.1-240.n可以被制造成相同的，使得當被激活時，每個子儲能電路240.1，...，240.n可以通過頻率步長fstep來降低振蕩頻率fosc。可以通過調整電容器c1.1，c1.2-cn.1，cn.2和dmos晶體管d1.1，d1.2-dn.1，dn.2的尺寸來調諧頻率步長。理想情況下，電容器c1.1，c1.2-cn.1，cn.2將具有基本相同的電容，并且dmos晶體管d1.1，d1.2-dn.1，dn.2的尺寸應具有基本相同的尺寸電容。然而，實際上由于制造變化和其他因素，電容可能不完全匹配。例如，可以基于振蕩器電路200的應用和電磁干擾(emi)要求來設置時間步長tstep，時間段t和頻率步長fstep。此外，子儲能電路的數量可以對應于跳頻方案中的位數。例如，對于4位跳頻方案，可以提供15個子電路(24-1)。15個子儲能電路和lc儲能電路可以為4位跳頻方案提供16個載波。

圖3示出了根據本公開的實施例的頻率“跳頻”控制方法300。方法300可以由圖2的振蕩器電路200執行。方法300在步驟310開始，并且在步驟320，可以加載預定的振蕩頻率fosc序列{(t0，f0)，(t1，f1)，...，(tn，fn)}。預定振蕩頻率fosc序列可以是升序、降序、隨機順序或任何其它合適的順序。預定振蕩頻率fosc序列可以在不同時間定義不同的振蕩頻率。在步驟330，時間為t0；因此，選擇子儲能電路被激活(即轉向或保持)以產生相應的振蕩頻率fosc＝f0。在步驟340，時間為t1；因此，可以激活(即，轉動或保持)選擇子儲能電路以產生相應的振蕩頻率fosc＝f1。在步驟350，時間為t2；因此，可以激活(即，轉動或保持)選擇子儲能電路以產生相應的振蕩頻率fosc＝f2。該方法可以持續到在tn的時間段t的結束，其中在步驟360，可以激活(即，轉向或保持開啟)選擇子儲能電路以產生相應的振蕩頻率fosc＝fn。此后，跳頻步驟(即，步驟330-360)可以在隨后的時間段t重復。

圖4示出了根據本公開的實施例的示例性跳頻圖400。圖400示出了振蕩器電路(例如，振蕩器電路200)的振蕩頻率fosc可以如何在時間步長tstep上改變以遵循預定的振蕩頻率fosc序列{(t0，f0)，(t1，f1)，...，(tn，fn)}(例如，通過采用圖3的方法300的控制器220)。本例中的預定振蕩頻率fosc序列是隨機順序的。然而，如所討論的，預定振蕩頻率fosc序列也可以被設置為升序、降序、隨機順序或任何其它合適的順序。

圖5示出了根據本公開的實施例的用于集成電路500的拓撲。集成電路500可以包括第一管芯502和第二管芯504。第一管芯502可以包括lc儲能電路510和與lc儲能電路510并聯連接的多個子儲能電路540.1-540.n，并且次級電感器550。lc儲能電路510可以包括制造為與次級電感器550相鄰的初級電感器512，使得初級電感器512可以與次級電感器550磁耦合到但是電流隔離。次級電感器550可以是通過例如接合線耦合到第二管芯540。

lc儲能電路510和子儲能電路540.1-540.n可以分別對應于圖2中的lc儲能電路210和子儲能電路240.1-240.n。初級電感器512可以對應于一對電感器l1.1，l1.2和次級電感器550到一對電感器l2.1，l2.2。因此，利用圖5所示的布局，集成電路500可以將第一管芯502(即，第一電壓域)的功率傳送到第二管芯504(即，經由次級電感器550的第二電壓域)。

根據本申請的一個方面，提供了一種方法，包括：在第一時間實例通過以下方式激活電感器-電容器(lc)電路：激活所述儲能電路的第一對晶體管，每個晶體管耦合在電感器的相應端子沿著晶體管的源極-漏極路徑具有一對端子和參考電壓(在一些實施例中為接地參考電壓)，作為激活的結果，耦合作為第一設置在第一對中的第一晶體管的源極或漏極端子與第一對第一晶體管的柵極之間的信號路徑中的第一對的第二晶體管的柵極之間的信號路徑中的一對電容器，并且作為激活的結果，耦合設置在第一對中的第二晶體管的源極或漏極端子與第一對第一晶體管的柵極之間的信號路徑中的第二對電容器中的第二對，其中在端子處產生具有振蕩頻率的電壓電感器通過隔離屏障傳輸電力。

在一些這樣的實施例中，激活儲能電路的第一對晶體管包括去激活儲能電路的第二對晶體管，所述儲能電路的第二對晶體管沿著它們的源極-漏極路徑通過向第二對晶體管的柵極提供控制信號的第一狀態，以及第一對中的相應晶體管的柵極和參考電壓。

在一些實施例中，該方法還包括在第一時間選擇性地激活與lc儲能電路并聯連接的多個子儲能電路中的一個或多個。在一些這樣的實施例中，每個選擇性激活一個或多個子儲能電路的激活包括：激活子儲能電路的第一對晶體管，每個晶體管耦合在電感器的相應端子和沿著晶體管的源極到漏極路徑之間，并且作為激活的結果，耦合設置在第二晶體管的第一晶體管的源極或漏極端子之間的信號路徑中的一對電容器中的第一個，子儲能電路的第一對晶體管和子儲能電路的第一對晶體管中的第二晶體管的柵極，并且作為激活的結果，耦合設置在第二對晶體管中的第二對電容器子槽電路的第一對晶體管中的另一個晶體管的源極或漏極端子與第一對晶體管的柵極之間的信號路徑。在一些實施例中，激活子儲能電路的第一對晶體管包括去激活子儲能電路的第二對晶體管，子儲能電路的第二對晶體管沿其源極-漏極路徑通過向子儲能電路的第二對晶體管的柵極提供控制信號的第一狀態，在子儲能電路的第一對晶體管中的各個晶體管的柵極和參考電壓之間。在一些這樣的實施例中，激活子儲能電路的第一對晶體管還包括激活子儲能電路的第三對晶體管，子儲能電路的第三對晶體管沿著源極漏極路徑-通過向子儲能電路的第三對晶體管的柵極提供第二控制信號的第一狀態，耦合在子儲能電路的第一對晶體管中的各個晶體管的柵極和子儲能電路的一對電容器之間。

在一些實施例中，該方法還包括在第二時間實例下，通過選擇性地激活多個子容器電路中的一個或多個而不是第一時間實例來跳頻到第二振蕩頻率。

在該方法的一些實施例中，對于時間段的每個時間實例產生不同的振蕩頻率。

根據本申請的一個方面，提供了一種電路，包括用于在第一時間啟動電感器-電容器(lc)儲能電路的第一對晶體管的裝置，每個晶體管耦合在相應的端子之間電感器具有沿晶體管的源極至漏極路徑的一對端子和參考電壓。電路還包括第一裝置，作為激活的結果，耦合設置在第一對的第一晶體管的源極或漏極端子之間的信號路徑中的一對電容器的電容器中的第一個和柵極的第一對中的第二晶體管。電路還包括第二裝置，作為激活的結果，耦合在設置在第一對中的另一個晶體管的源極或漏極端子與第一晶體管的柵極之間的信號路徑中的第二對電容器第一對，其中在電感器的端子處產生具有振蕩頻率的電壓以在隔離屏障上傳輸電力。

在一些這樣的實施例中，用于激活儲能電路的第一對晶體管的裝置包括用于停用儲能電路的第二對晶體管的裝置，所述儲能電路的第二對晶體管沿其源極耦合到在儲能電路的第一對晶體管中的相應晶體管的柵極之間的引線路徑和參考電壓。

在一些實施例中，電路還包括用于在第一時間實例中選擇性地激活與lc電路并聯連接的多個子電池電路中的一個或多個的裝置。在一些這樣的實施例中，用于選擇性地激活一個或多個子儲能電路中的每一個的裝置包括：用于激活子儲能電路的第一對晶體管的裝置，每個耦合在電感器的相應端子和參考電壓沿著晶體管的源極到漏極通路，以及第一裝置，作為激活的結果，耦合在設置在源極或漏極之間的信號路徑中的子儲能電路的一對電容器中的第一個子儲能電路的第一對晶體管中的第一晶體管的端子和子儲能電路的第一對晶體管中的第二晶體管的柵極。用于選擇性地激活一個或多個子儲能電路中的每一個的裝置還可以包括第二裝置，用于作為激活的結果耦合設置在源極或漏極之間的信號路徑中的一對電容器中的第二個子儲能電路的第一對晶體管中的第二晶體管的端子和第一對中的第一晶體管的柵極。

在一些實施例中，電路還包括用于在第二時間段跳頻的裝置，通過選擇性地激活多個子容器電路中的一個或多個子電路的不同集合，而不是在第一時間實例。

在電路的一些實施例中，對于時間段的每個時間實例產生不同的振蕩頻率。

在本文中具體示出和/或描述了本公開的幾個實施例。然而，應當理解，在不脫離本公開的精神和預期范圍的情況下，本公開的修改和變化由上述教導涵蓋并且在所附權利要求的范圍內。允許與上述原理一致的進一步變化。