引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)和汽車電子的高速發(fā)展，隔離驅(qū)動(dòng)芯片已廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制與自動(dòng)化領(lǐng)域、通信領(lǐng)域和航空航天等高可靠性應(yīng)用中[1-5]。其中隔離驅(qū)動(dòng)芯片所驅(qū)動(dòng)的硅基功率器件是應(yīng)用最廣泛的功率器件，但是其性能已經(jīng)無法進(jìn)行突破。隨著第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的發(fā)展，GaN和SiC等新型功率開關(guān)管較于硅基功率器件具有更小的寄生電容、更快的開關(guān)速度和更高的效率，已有替代傳統(tǒng)硅基功率器件的趨勢(shì)。為了充分利用GaN和SiC功率管能提供的高開關(guān)頻率，隔離驅(qū)動(dòng)芯片必須提高其控制信號(hào)的頻率，但是頻率的增加會(huì)導(dǎo)致開關(guān)點(diǎn)產(chǎn)生較高的dV/dt和dI/dt，CMTI是隔離驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)，其決定了芯片的最高工作頻率，為了實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)速度，必須對(duì)CMTI的影響因素進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)一種高CMTI的編解碼電路。

文獻(xiàn)[6-7]采用變壓器隔離方案，改善了光耦隔離電流不穩(wěn)定的傳輸率和非線性傳輸，提高了CMTI，但是其編解碼方案為脈沖調(diào)制，將信號(hào)的上升沿和下降沿分別編碼為雙脈沖和單脈沖，抗干擾能力差，CMTI上限較低，無法滿足高開關(guān)頻率的CMTI要求。文獻(xiàn)[8]將上升沿和下降沿分別編碼為正負(fù)單脈沖，并利用吉赫茲頻段諧波的發(fā)射器和一個(gè)可以檢測吉赫茲頻段脈沖的接收器，減小變壓器面積的同時(shí)提升了CMTI，但是CMTI只有35 kV/μs。為解決脈沖調(diào)制CMTI上限較低的問題，文獻(xiàn)[9]采用OOK的編解碼架構(gòu)，編碼電路采用混頻器將輸入信號(hào)和高頻載波信號(hào)組合一起，為提高CMTI，并采用一種具有源零負(fù)載的高性能前置放大器，這種OOK架構(gòu)振蕩器和編碼電路分開，并且解碼電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，面積較大。文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)一種OOK編解碼結(jié)構(gòu)，編碼電路由振蕩器和混頻器組成，采用振蕩器和編碼電路分離的結(jié)構(gòu)，解碼電路由前置放大器、包絡(luò)檢波器和高通濾波器組成，這種結(jié)構(gòu)提高了CMTI，但是消耗了功耗和面積。

針對(duì)上述問題，本文基于片上變壓器隔離傳輸?shù)募軜?gòu)，設(shè)計(jì)一種高CMTI的編解碼電路，為了提升CMTI，編解碼電路采用開關(guān)鍵控架構(gòu)，編碼電路將信號(hào)的高電平編碼為差分的振蕩信號(hào)，并設(shè)計(jì)共模點(diǎn)提升電路提升衰減后的振蕩幅度。為了減小電路的面積和功耗，編碼電路采用負(fù)跨導(dǎo)振蕩器結(jié)構(gòu)，解碼電路采用一個(gè)比較器就可以將輸入信號(hào)還原。

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作者信息：

劉甲俊，李飛

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