本发明涉及隔离器技术领域，尤其涉及一种基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器，包括输入缓冲器、编码器、发射器、二氧化硅绝缘栅、接收器、译码器和输出驱动器。本发明在保证信号传输质量的同时，大幅降低了系统整体功耗，延长了待机时间，拓展了数字隔离器在功耗和热性能受限的系统中的应用。
1.基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器，其特征在于：包括输入缓冲器（100）、编码器（101）、发射器（102）、二氧化硅绝缘栅（200）、接收器（300）、译码器（301）和输出驱动器（303），外部信号通过输入缓冲器（100）进入编码器（101），编码器（101）对输入信号进行编码，编码器（101）同时对输入信号的边沿进行检测，若检测到输入信号的上升沿时，则编码器（101）输出两个窄脉冲信号到发射器（102）；若检测到输入信号的下降沿时，则编码器（101）输出一个窄脉冲信号到发射器（102）；根据编码器（101）输出的脉冲个数，发射器（102）通过二氧化硅绝缘栅（200）发送相应组数的高频脉冲至接收器（300），接收器（300）对收到的高频脉冲进行整形并送入译码器（301），若译码器（301）收到两个脉冲，则输出高电平至输出驱动器（303）；若译码器（301）收到一个脉冲，则输出低电平至输出驱动器（303）；输出驱动器（303）对译码器（301）的输出结果进行缓冲，并驱动阻性负载或容性负载；
编码器（101）包括上升沿检测、下降沿检测和上升或下降沿检测，检测后的信号经信号合成后输出；
译码器（301）采用异步电路对接收到的脉冲进行处理，在接收到脉冲的同时完成译码，并输出相应电平；
二氧化硅绝缘栅（200）包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，第一电容C1和第二电容C2串联连接在发射器（102）和接收器（300）之间，第三电容C3和第四电容C4串联连接在发射器（102）和接收器（300）之间。
2.根据权利要求1所述的基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器，其特征在于：所述基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器还包括第一低压差线性稳压器LDO1、第二低压差线性稳压器LDO2和第三低压差线性稳压器LDO3，所述的第一低压差线性稳压器LDO1用于为编码器（101）供电，所述的第二低压差线性稳压器LDO2用于为发射器（102）供电，所述的第三低压差线性稳压器LDO3用于分别为接收器（300）和译码器（301）供电。
3.根据权利要求2所述的基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器，其特征在于：所述基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器还包括刷新器（103）和第一振荡器（104），所述的第一振荡器（104）用于为刷新器（103）提供参考时钟，刷新器（103）用于监视输入信号，若输入信号长时间未发生翻转，则刷新器（103）驱动编码器（101）输出窄脉冲；若信号为高电平，则刷新器（103）驱动编码器（101）发送两个窄脉冲到发射器（102）；
若信号为低电平，则刷新器（103）驱动编码器（101）发送一个窄脉冲到发射器（102）。
4.根据权利要求3所述的基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器，其特征在于：所述基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器还包括看门狗定时器（304）和第二振荡器（302），第二振荡器（302）为看门狗定时器（304）提供参考时钟，看门狗定时器（304）与译码器（301）相连，看门狗定时器（304）用于监视接收器（300）的输出信号，若输出信号长时间未发生翻转，则看门狗定时器（304）驱动译码器（301）输出默认电平。
5.根据权利要求1‑4任一项所述的基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离
器，其特征在于：编码器（101）采用异步电路对输入信号进行处理，在输入信号发生翻转的同时完成基于边沿的检测和编码。
6.根据权利要求5所述的基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器，其特征在于：刷新器（103）、第一振荡器（104）、第二振荡器（302）和看门狗定时器（304）均可通过芯片管脚关闭实现更低静态功耗。
基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器
技术领域
[0001] 本发明涉及隔离器技术领域，尤其涉及一种基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器。
背景技术
[0002] 隔离器是一种在电气隔离状态下，进行信号传输的器件，其可有效减小不同电路之间的干扰，其广泛应用于工业控制、通信网络、汽车电子、消费电子等各种电子系统设备中。现有隔离器技术可以确保在一个系统中的两个电路之间保持独立，保障了操作人员的安全，避免了对电路和设备造成伤害。
[0003] 图7是传统基于On‑Off‑Keying（OOK）调制的二氧化硅绝缘栅数字隔离器，整体架构主要由高频振荡器10、OOK调制器11、驱动器12、二氧化硅绝缘栅20、放大器31和OOK解调器32组成。高频振荡器10持续工作并消耗大量电流。当输入信号为高电平时，OOK调制器11将高频振荡器产生的信号输出至驱动器12。放大器31通过二氧化硅绝缘栅20接收驱动器12输出的信号，对信号进行放大，并送入OOK解调器32。OOK解调器32将被放大过的高频信号恢复成直流电平信号。具体传输波形如图6所示。
[0004] 在数字隔离的应用中，OOK调制解调技术应用广泛，具有很好的可靠性和稳定性。但是持续工作的高频振荡器和高频放大器不可避免地消耗了过多的电流，造成过高的静态功耗（≥1mA），因此，OOK调制解调技术在以电池供电为代表的功耗和热性能受限的系统中应用受到了极大的限制。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器，通过检测输入信号的边沿，对输入信号的边沿进行编码，从而在保证隔离能力的同时，大幅降低系统功耗。
[0006] 为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器，包括输入缓冲器、编码器、发射器、二氧化硅绝缘栅、接收器、译码器和输出驱动器，外部信号通过输入缓冲器进入编码器，编码器对输入信号进行编码，编码器同时对输入信号的边沿进行检测，若检测到输入信号的上升沿时，则编码器输出两个窄脉冲信号到发射器；若检测到输入信号的下降沿时，则编码器输出一个窄脉冲信号到发射器；根据编码器输出的脉冲个数，发射器通过二氧化硅绝缘栅发送相应组数的高频脉冲至接收器，接收器对收到的高频脉冲进行整形并送入译码器，若译码器收到两个脉冲，则输出高电平至输出驱动器；若译码器收到一个脉冲，则输出低电平至输出驱动器；输出驱动器对译码器的输出结果进行缓冲，并驱动阻性负载或容性负载。
[0007] 作为本发明的优化方案，基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器还包括第一低压差线性稳压器LDO1、第二低压差线性稳压器LDO2和第三低压差线性稳压器LDO3，第一低压差线性稳压器LDO1用于为编码器供电，第二低压差线性稳压器LDO2用于为发射器供电，第三低压差线性稳压器LDO3用于分别为接收器和译码器供电。
[0008] 作为本发明的优化方案，基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器还包括刷新器和第一振荡器，第一振荡器用于为刷新器提供参考时钟，刷新器用于监视输入信号，若输入信号长时间未发生翻转，则刷新器驱动编码器输出窄脉冲；若信号为高电平，则刷新器驱动编码器发送两个窄脉冲到发射器；若信号为低电平，则刷新器驱动编码器发送一个窄脉冲到发射器。
[0009] 作为本发明的优化方案，基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器还包括看门狗定时器和第二振荡器，第二振荡器为看门狗定时器提供参考时钟，看门狗定时器与译码器相连，看门狗定时器用于监视接收器的输出信号，若输出信号长时间未发生翻转，则看门狗定时器驱动译码器输出默认电平。
[0010] 作为本发明的优化方案，二氧化硅绝缘栅包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，第一电容C1和第二电容C2串联连接在发射器和接收器之间，第三电容C3和第四电容C4串联连接在发射器和接收器之间。
[0011] 作为本发明的优化方案，编码器采用异步电路对输入信号进行处理，在输入信号发生翻转的同时完成基于边沿的检测和编码。
[0012] 作为本发明的优化方案，译码器采用异步电路对接收到的脉冲进行处理，在接收到脉冲的同时完成译码，并输出相应电平。
[0013] 作为本发明的优化方案，刷新器、第一振荡器、第二振荡器和看门狗定时器均可通过芯片管脚关闭实现更低静态功耗。
[0014] 本发明具有积极的效果：本发明基于OOK调制解调技术，在保证信号传输质量的同时，大幅降低了系统整体功耗，延长了待机时间，拓展了数字隔离器在功耗和热性能受限的系统设计中的应用。
附图说明
[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0016] 图1是本发明的整体原理框图；
[0017] 图2是本发明的信号传输过程波形示意图；
[0018] 图3是本发明编码器的内部电路结构示意图；
[0019] 图4是本发明接收器的内部电路结构示意图；
[0020] 图5是本发明输出驱动器的内部电路结构示意图；
[0021] 图6是传统的On‑Off‑keying调制的传输过程波形示意图。
[0022] 图7是传统的On‑Off‑Keying调制的结构示意图。
[0023] 其中：100、输入缓冲器，101、编码器，102、发射器，103、刷新器，104、第一振荡器，200、二氧化硅绝缘栅，300、接收器，301、译码器，302、第二振荡器，303、输出驱动器，304、门狗定时器。
具体实施方式
[0024] 如图1所示，本发明公开了一种基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器，包括输入缓冲器100、编码器101、发射器102、二氧化硅绝缘栅200、接收器300、译码器301和输出驱动器303，外部信号通过输入缓冲器100进入编码器101，编码器101对输入信号进行编码，编码器101同时对输入信号的边沿进行检测，若检测到输入信号的上升沿时，则编码器101输出两个窄脉冲信号到发射器102；若检测到输入信号的下降沿时，则编码器101输出一个窄脉冲信号到发射器102；根据编码器101输出的脉冲个数，发射器102通过二氧化硅绝缘栅200发送相应组数的高频脉冲至接收器300，接收器300对收到的高频脉冲进行整形并送入译码器301，若译码器301收到两个脉冲，则输出高电平至输出驱动器303；若译码器301收到一个脉冲，则输出低电平至输出驱动器303；输出驱动器303对译码器301的输出结果进行缓冲，并驱负载。整个传输过程的波形如图2所示。
[0025] 刷新器103时刻监视输入信号的直流状态。若输入信号在设定的时间内没有发生翻转，则没有信号边沿供编码器101检测，刷新器103会对当前信号的直流状态进行检测。若信号为高电平，则刷新器103驱动编码器101发送两个脉冲。若信号为低电平，则刷新器103驱动编码器101发送一个脉冲。译码器301在收到脉冲信号后，根据脉冲数量保持相应的直流状态。若译码器301收到两个脉冲，则译码器301保持高电平。若译码器301收到一个脉冲，则译码器301保持低电平。
[0026] 基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器还包括第一低压差线性稳压器LDO1、第二低压差线性稳压器LDO2和第三低压差线性稳压器LDO3，第一低压差线性稳压器LDO1用于为编码器101供电，第二低压差线性稳压器LDO2用于为发射器102供电，第三低压差线性稳压器LDO3用于分别为接收器300和译码器301供电。
[0027] 基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器还包括刷新器103和第一振荡器104，第一振荡器104用于为刷新器103提供参考时钟。刷新器103用于监视输入信号，若输入信号长时间未发生翻转，则刷新器103驱动编码器101输出窄脉冲。若信号为高电平，则刷新器103驱动编码器101发送两个窄脉冲到发射器102。若信号为低电平，则刷新器103驱动编码器101发送一个窄脉冲到发射器102。
[0028] 基于边沿检测的低功耗二氧化硅绝缘栅数字隔离器还包括看门狗定时器304和第二振荡器302，第二振荡器302为看门狗定时器304提供参考时钟，看门狗定时器304与译码器301相连，看门狗定时器304用于监视接收器300的输出信号，若输出信号长时间未发生翻转，则看门狗定时器304驱动译码器301输出默认电平。默认电平为高电平或低电平。
[0029] 二氧化硅绝缘栅200包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，第一电容C1和第二电容C2串联连接在发射器102和接收器300之间，第三电容C3和第四电容C4串联连接在发射器102和接收器300之间。二氧化硅绝缘栅具有成本低、耐压特性好、电磁兼容性强和CMOS工艺易兼容的优点。通过两个二氧化硅绝缘栅的串联，实现了耐压能力的倍增，对收发端起到了双重保护的作用。
[0030] 如图3所示，编码器101采用异步电路对输入信号进行处理，在输入信号发生翻转的同时完成基于边沿的检测和编码。其中，编码器101仅在输入信号发生翻转的时刻消耗电流，且没有静态待机功耗。此外，不同于基于时钟沿触发的同步编码电路，基于异步电路工作的编码器101可以在输入信号发生翻转的同时完成基于边沿的检测和编码，且无需参考时钟信号，简化了电路结构。编码器101包括上升沿检测、下降沿检测和上升或下降沿检测，检测后的信号经信号合成后输出。
[0031] 如图4所示，接收器300包括电流源I、第一P型场效应管PM1、第二P型场效应管PM2、第一N型场效应管NM1、第二N型场效应管NM2、第三N型场效应管NM3、第一电阻R1、第二电阻R2、第五电容C5和第六电容C6，第五电容C5连接在接收器300的正输入端和第一N型场效应管NM1的栅极之间，第一N型场效应管NM1的漏极分别与电流源I和第一P型场效应管PM1的漏极相连，第一电阻R1和第二电阻R2串联连接在第一N型场效应管NM1的栅极和第二N型场效应管NM2的栅极之间，第六电容C6连接在第二N型场效应管NM2的栅极和接收器300的负输入端之间，第二N型场效应管NM2的漏极与第一P型场效应管PM1的漏极相连，第二N型场效应管NM2的源极接地，第一P型场效应管PM1的源极与第二P型场效应管PM2的源极相连，第三N型场效应管NM3的漏极和第二P型场效应管PM2的漏极均与接收器300的输出端相连。
[0032] 如图5所示，输出驱动器303包括与门、非门、PMOSFET功率场效应管和NMOSFET功率场效应管，负载包括阻性负载C和容性负载R，PMOSFET功率场效应管的栅极与非门的输出端连接，NMOSFET功率场效应管的栅极和与门的输出端连接，PMOSFET功率场效应管的漏极与NMOSFET功率场效应管的漏极相连，PMOSFET功率场效应管的源极接电源，NMOSFET功率场效应管接地。
[0033] 译码器301采用异步电路对接收到的脉冲进行处理，在接收到脉冲的同时完成译码，并输出相应电平。译码器301仅在收到脉冲的时刻消耗电流，且没有静态待机功耗。此外，不同于基于时钟沿触发的同步译码电路，基于异步电路工作的译码器301可以接收到脉冲的同时完成译码，并输出相应电平，且无需参考时钟信号、计数器、比较器等，简化了电路结构。
[0034] 刷新器103、第一振荡器104、第二振荡器302和看门狗定时器304均可通过芯片管脚关闭实现更低静态功耗。芯片管脚关闭即将芯片管脚连接至芯片地。
[0035] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
