專利名稱：通過變壓器傳送數字數據的方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及電流的隔離阻障，更具體地說，涉及通過隔離阻障傳 輸數字信號。
背景技術：
圖1是舉例說明其中應用了本發明所涉及的類型的隔離系統或隔離器1(ISOL)的例子。這種隔離器在輸入端IN上接收數字信號Vin,其把以第一接 地Ml為基準的第一 電壓VI作為幅值，在輸出端OUT上接收數字信號Vout， 其把相對于第二接地M2的第二電壓V2作為幅值。幅值V1和V2可能不同也 可能相同。為了得到電流的絕緣，通常釆用光耦合器、電容性耦合器或變壓器。 更具體地說本發明適用于基于變壓器的隔離。圖2顯示了變壓器11的公知示意圖的第一示例。變壓器的初級線圈llp在 第一端12上接收要傳送的信號Vin,并使其第二端13與接地M1相連接。變壓 器的次級線圈lis將第一端14定義為端子輸出端OUT，而第二端15與接地 M2相連接。流壓轉換電阻R連接輸出端子14和第二端15，信號Vout穿過該 流壓轉換電阻R被釆樣。圖3A、 3B以及3C顯示了用于傳送數字信號Vin (例如時鐘信號)的圖2 中的變壓器的操作。圖3A顯示了信號Vin的形狀的示例。圖3B顯示了變壓器 的初級線圈llp中的電流Ip的形狀。圖3C顯示了次級線圏lls中的電流Is的 形狀。信號Vin的上升邊緣(例如，附圖中釆取的方向上的正)把電流Is轉化 成第一方向上的脈沖。下降邊緣轉化成反方向的脈沖。根據電流Is，適配的解 碼器能夠還原越過隔離阻障的該時鐘信號。
然而，圖2的組件的缺點在于它會產生很大的消耗。實際上，在初級線圈 側，在所有正的方形脈沖期間給變壓器供電，而次級線圈則僅利用了其邊緣。 這種無用消耗在圖3B中用影線來例示。圖4顯示了其目的在于避免這種無用消耗的一種技術方案的第一個示例。 兩個變壓器11和11'分別用于傳送輸入信號Vin的上升邊緣和下降邊緣。 為了這個目的，隔離器的輸入端IN被發送到編碼電路21 (PCODE)和編碼電 路22 (NCODE)上，以分別在信號Vin的上升邊緣和下降邊緣上提供脈沖。 電路21和22的輸出端被連接到變壓器11和11，的相應的第一端12和12', 所述變壓器11和11'使其相應的端13和13'連接到接地Ml。變壓器11和 11'的線圈的相應端子14、 15以及14' 、 15'被連接到譯碼電路23 (DECODE), 所述譯碼電路23在輸出端OUT上提供以接地M2為基準的信號Vout。 圖4的隔離器的缺點在于它需要兩個變壓器，增大了體積和成本。 圖5顯示了用于避免變壓器的過度消耗的技術方案的第二示例。 根據這個例子，用于對要處理的數字信號Vin進行編碼的電路21， ( CODE ) 向變壓器ll的初級線圈llp提供一個上升邊緣脈沖和兩個下降邊緣結東脈沖的 序列。譯碼電路23' (DECODE)在次級線圈側上利用該邊緣和該一對邊緣來 還原信號Vout。圖5的隔離器的缺點在于它在解碼側需要一個判斷觀察窗口，以能夠從下 降的一對邊緣中辨認出上升邊緣，所述邊緣在次級線圈被轉換成同方向上的脈 沖。因而可能要處理的數字信號的頻率受到了限制，以及由此系統傳輸頻帶受 到了限制。發明內容本發明目的在于克服用于通過隔離阻障傳送數字信號的已知變壓器的所有 或部分缺點。本發明更具體地說目的在于一種只需要一個變壓器的技術方案。 本發明的目的還在于一種利用簡化的編碼和譯碼電路的技術方案。本發明的目的還在于一種具有較寬傳輸頻帶的技術方案。為了實現所有或部分的這些目的以及其他目的，本發明提供了 一種用于通 過變壓器傳送數字信號的方法，其中根據要傳送的數字信號的上升邊緣或下降 邊緣而使通過變壓器初級線圈的電流反向。根據本發明的實施例，要傳送的數字信號被編碼以在它的每個邊緣產生脈沖。根據本發明的實施例，根據變壓器的次級線圈中的電流方向來產生輸出信 號的相應上升邊緣和下降邊緣。本發明還提供了一種用于通過變壓器傳送數字信號的系統，包括用于對要傳送的數字信號進行編碼的電路，其兩個輸出端連接到變壓器初 級線圈的相應端；以及用于在變壓器的次級線圈中對電流進行解碼的電路，其中根據所檢測的電 流脈沖的方向分別產生輸出信號的上升邊緣和下降邊緣。根據本發明的實施例，編碼電路包括與第一邏輯門相關聯的第一反相器，用以在上升邊緣產生脈沖；以及 與第二邏輯門相關聯的第二和第三反相器，用以在下降邊緣產生脈沖。 根據本發明的實施例，第一和第三反相器的相應輸出端通過電容連接到正 電源線。根據本發明的實施例，譯碼電路包括兩個比較器，其輸出端連接到觸發器 的相應的設置及復位輸入端，所述觸發器具有一個用于提供所傳送的數字信號 的輸出端。結合附圖，將在下述特定實施例的非限制說明中詳細地討論本發明的上述 及其他目的、特征和優點。
圖l為如前面所描述的，用于顯示技術狀況及要解決的問題
圖2為如前面所描述的，用于顯示技術狀況及要解決的問題； 圖3A-3C為如前面所描述的，用于顯示技術狀況及要解決的問題； 圖4為如前面所描述的，用于顯示技術狀況及要解決的問題； 圖5為如前面所描述的，用于顯示技術狀況及要解決的問題； 圖6是顯示根據本發明的傳送系統的第一實施例的示意方框圖； 圖7顯示了圖6的系統的輸入電路的第一實施例； 圖8顯示了圖6的系統的輸出電路的第一實施例；以及 圖9A、 9B、 9C、 9D、 9E、 9F、 9G以及9H以時序圖的方式顯示了上述附 圖所示系統的操作。
具體實施方式
在繪制規格不同的附圖中，對相同的元件指定了相同的參考標號。為了清 楚，僅描述了附圖中所示的對理解本發明有用的那些元件。尤其是，沒有詳細 地描述用于產生數字信號和利用這些信號的本發明的隔離阻障的上游以及下游 電路，本發明適合于要求把數字信號通過隔離阻障來轉送的任何常規系統。圖6是顯示根據本發明的通過隔離阻障傳送數字信號的系統的實施例的示 意方框圖。輸入端IN，其用于接收要向隔離阻障的下游傳送的數字信號Vin，其連接 到編碼器31 (PCODE)和編碼器32 (NCODE)的輸入端，所述編碼器31和 32分別在輸入數字信號的上升邊緣和下降邊緣上提供以第一接地(或參考電 壓)Ml為基準的幅值脈沖VI。電路31和32控制兩個選擇器S1和S2，以便 在變壓器11的初級線圈llp的相應端12和13的控制下與正的供電電平連接或 者與接地M1連接。選擇器Sl在出現表示有輸入信號的上升邊緣的脈沖的情況 下選擇電壓V1，否則選擇接地M1。類似地，選擇器S2在出現表示有信號Vin 的下降邊緣的脈沖的情況下選擇電壓VI ，否則選擇接地Ml。因此，即使電路31和32在檢測到相應的上升邊緣或下降邊緣時，都提供 相同方向的脈沖(例如，正向)，也能夠根據輸入信號Vin上呈現的邊緣的方向
來把變壓器11的初級線圈lip中的電流方向Ip反向。在變壓器的次級線圈側lls上，譯碼電路33 (DEODE)在輸出端子OUT 上提供用于表示該輸入數字信號的輸出信號。解碼器33通過利用次級線圈lis 的電流Is上呈現的脈沖的相應方向來再次產生該數字信號。圖7在使用反相器(例如，CMOS反相器)的基礎上顯示了圖6的系統的 輸入電路的構成的示例。在這個示例中，電路31包括反相器71 (INV),以電 壓VI為該反相器71供電。該反相器輸入端(串聯在電源線VI與Ml之間的P 溝道和N溝道晶體管的共柵極)連接到輸入端IN上。反相器輸出端通過電容 C72連接到電源線VI,所述電容C72在反相器開啟處設置了延遲(由此設置了 上升邊緣上的正脈沖的持續時間)。反相器71的輸出端連接到邏輯"與"型門 73的第一輸入端，所述邏輯"與"型門73的第二輸入端用于接收信號IN。門 73以某種方式定義選擇器S1。在靜止狀態下(信號Vm連在接地Ml)，反相器71的輸出端為高。門73 的輸出端因此為低。當上升邊緣到達輸入端IN時，反相器71的輸出端的切換 被延遲了由電容C72所帶來的時間，以在反相器的低晶體管的導通狀態下放電 到串聯電阻中。因為門73的第二輸入端在電容器C72放電之前就切換到了高 電平，所以門73的輸出端切換到高電平。當電容C72被充分地放電時，門73 轉回低電平。只要信號Vin保持為高，反相器71的輸出端就提供低電平而門 73保持在低電平。在信號Vin的下降邊緣期間，反相器71幾乎馬上就由電容C72切換成高 電平。進而，這個邊緣到達"與"門73的第二輸入端，"與"門73使其輸出端 由此保持在低狀態。從上文中可以得出選擇電容C72的值以引入一個延遲，該延遲大于把信 號傳送到門73的第二輸入端的傳輸時間。附加門(未顯示)可插入在輸入端IN與門73的第二輸入端之間以構成由 施加于這個附加門的其他輸入端的信號來控制的觸發元件。在編碼器32和選擇器S2側也設置有類似的結構，唯一的區別在于兩個反
相器INV74和75串聯于輸入端IN與"與"型門77之間，電容C76把第二反 相器75的輸出端連接到電壓VI上。門77的輸出端在輸入信號IN的下降邊緣 提供正脈沖。這個實施例的優點在于它在交替變壓器的激勵脈沖的方向方面的簡單性。門73和77的輸出信號可由緩沖器78和79 ( BUFF )放大，所述緩沖器78 和79例如由若干個反相器串聯來構成(與電路78和79中的反相器數目相同) 以增大提供給初級線圈llp的電流，以便x使傳送系統更快。圖8顯示了由變壓器11的次級線圈lls所提供的電流Is的解碼器33的實 施例。這個解碼器采用兩個比較器51和52，所述比較器51和52將其相應的 非反相輸入端和反相輸入端連接到變壓器11的次級線圈lis的端子14上。流 壓轉換電阻R連接了端子14和15。比較器51和52的相應反相輸入端和正相 輸入端接收閾值電壓TH1和TH2。電平TH1和TH2可以相同或者稍有不同， 并且由此引入了對抗噪聲性很好的滯后。每當脈沖的脈沖表示出現在次級線圈 電流上時，電平TH1和TH2就被選擇以使之相交并且過濾可能的寄生噪聲。 第一比較器51的輸出端連接到觸發器53的第一輸入端(例如，用于設置為1 的S),觸發器53的第二輸入端(重置R)連接到比較器52的輸出端。RS觸 發器的輸出端D形成隔離器的輸出端OUT。以電壓V2為比較器和觸發器供電。最好是如圖8中所顯示那樣，電壓調節器54插入在次級線圏的端子15和 接地M2之間以由電壓V'相對于接地M2來變換節點15的參考電壓，以便端 子14與接地M2之間的電壓Vs保持為正。圖9A到9H以時序圖的形式顯示了圖6到8的系統的操作。圖9A顯示了施加于系統輸入端的數字信號Vin的例子。在這個隨機的例 子中，信號不是時鐘信號而是數字信號，例如，數據傳輸信號。圖9B顯示了編碼器31所提供的信號的形狀，其在信號Vin的每個上升邊 緣都顯示電平V1的脈沖。脈沖的持續時間取決于由電容器C72引入的時間常 數并且取決于反相器71的低晶體管的導通狀態串聯電阻。為了簡化說明，相對 于初級線圈和次級線圈的相應電源電壓的電壓降被忽略，并且數字信號被認為
是具有這些電源電壓的全部幅值。類似地，信號的傳播時間被忽略。圖9C顯示了編碼器32的輸出端所提供的信號的過程，其在信號Vin的每 個下降邊緣都包括電平VI的正脈沖。對于已知的反相器技術，脈沖的持續時 間取決于電容器C76的值。最好是，電容器C72和C76被選擇成具有相同的值。圖9D顯示了變壓器11的初級線圈中的電流Ip的過程。由于這個初級線圈 的接地的反相，編碼器31的輸出端脈沖變換成附圖中所采用的方向的正脈沖， 而出現于編碼器32的輸出端的脈沖變換成負脈沖。圖9E顯示了變壓器的次級線圈側上所還原的電壓Vs的形狀。對于電流Ip 的每個正脈沖都呈現相對于電平V'的正脈沖，以及對于電流Ip的每個負脈沖 都呈現相對于電平V，的負電壓。圖9F顯示了比較器51的輸出信號的形狀，其顯示出了幅值V2的正脈沖 而電壓Vs高于閾值TH1。圖9G顯示了比較器52的輸出信號的形狀，其顯示出了幅值V2的正脈沖 而電壓Vs低于閾值TH2。圖9H顯示了觸發器53的輸出端的信號Vout的形狀。本發明的優點在于一個變壓器足以執行電流的絕緣。另一個優點在于，隔離阻障不局限于通過一個觀察窗口來辨別相繼的邊緣。 輸出信號上呈現的每個脈沖都表示相對于在前邊緣的反方向邊緣，因而簡化了 解碼系統。當然，本發明很可能具有所屬領域技術人員容易地想到的各種變更、修改 和改進。尤其是，根據以上所給出的功能性表示，在所屬領域技術人員的能力 范圍之內，可以根據應用來改變所釆用的不同組件的尺寸。此外，提供了其他編碼電路。例如，如果電路78和79包括奇數個反相器， 那么門73和77可以被替換為"與非"型門。根據另一種改變，電容器C72和 C76被省略并且被替換為門73和77的第一輸入端上所提供的信號相對于其第 二輸入端上所提供的信號Vin的傳播延遲(例如，借助于串聯反相器)。這種變更、修改和改進確定為本次公開的一部分，且確定為在本發明的精
神和范圍之內。因此，以上描述是僅是以示例的方式，而不是為了限制。本發 明僅限制于以下權利要求及其等價體所定義的那樣。
權利要求
1、 一種通過變壓器傳送數字信號的方法，其中要傳送的數字信號被編碼，以在要傳送的信號的每個上升邊緣產生第一方向上的脈沖，并在這個信號的每個下降邊緣產生第二方向上的脈沖；以及所產生的脈沖被施加于變壓器的初級線圏，根據要傳送的數字信號的上升 邊緣或下降邊緣，通過這個線圈的電流處于不同方向。
2、 權利要求1的方法，其中根據變壓器的次級線圈中的電流方向來產生輸 出信號的相應上升邊緣和下降邊緣。
3、 一種通過變壓器傳送數字信號的系統，其中包括 用于對要傳送的數字信號進行編碼的電路，其兩個輸出端連接到變壓器的初級線圈的相應端，該編碼電路包括與第一邏輯門相關聯的第一反相器，以在 上升邊緣產生脈沖，以及與第二邏輯門相關聯的第二和第三反相器，以在下降 邊緣產生脈沖，第一和第三反相器的相應輸出端連接到電容器的正電源線上； 以及用于在變壓器的次級線圈中對電流進行解碼的電路，根據所檢測的電流脈 沖的方向分別產生輸出信號的上升邊緣和下降邊緣。
4、 權利要求3的系統，其中解碼電路包括兩個比較器，它們的輸出端分別 連接到觸發器的相應設置和復位輸入端，上述觸發器的輸出端提供所要傳送的 數字信號。
全文摘要
一種用于通過變壓器傳送數字信號方法和系統，包括用于對要傳送的數字信號進行編碼的電路，其兩個輸出端連接到變壓器的初級線圈的相應端；以及用于在變壓器的次級線圈中對電流進行解碼的電路，其根據所檢測的電流脈沖的方向而分別產生輸出信號的上升邊緣和下降邊緣。
文檔編號H04L29/00GK101146086SQ200710153888
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月14日 優先權日2006年9月14日
發明者阿爾諾·弗羅倫斯 申請人:意法半導體有限公司