一种高共模瞬态抑制隔离芯片的设计.pdfVIP

摘要

随着精密电子设备在工业检测、新能源汽车以及5G通讯等领域的广泛应用，

其发展趋向于多元化、智能化。而越发严苛的工作场景对于设备的可靠性与安全性

提出更具挑战的要求。隔离器能有效隔离操作端与被控制端所处电压域，避免因电

气故障引发安全问题，在安全性、抗共模干扰等方面具有显著优势，因此便成为了

最佳的解决方案之一，并在近年来得以飞速发展。

本文基于电容耦合架构设计了一款数字信号隔离器，通过以下方案实现其高

共模瞬态抑制，并具有高速、低传输延时的性能优势。首先，通过隔离电容建模，

确定其理论耐压值超过5kVrms；其次，通过对共模瞬态事件分析，提出四种解决

方案：1.优化版图匹配；2.加入电流源与检测控制模块；3.加入阈值调整电路；4.提

出基于LDO（Lowdropoutregulator，低压差线性稳压器）结构的改进电路，最终

确定共模瞬态抑制提升电路并保证接收端节点处共模电平稳定；最后采用峰值增

益放大器与检波比较电路，在实现信号高速传输的同时减小信号传输延时。

本文基于东部0.18μm隔离型BCD工艺，在Cadence平台进行电路设计。首

先设计了电路核心子模块并仿真验证了各电路模块的性能参数与电路功能；其次

电路在工作电压为2.5-5.5V，工作温度为-40°C-125°C时，整仿结果显示芯片可

实现150Mbps的数据传输速率，共模噪声抑制能力达到350kV/μs，信号传输上升

沿延时典型值为6.21ns，下降沿延时典型值为5.49ns，脉宽失真典型值为0.72ns，

芯片在单通道150Mbps信号传输速率下功耗为7.83mA。上述结果表明，本设计

具备完备的功能，符合预设指标要求。

关键词：数字信号隔离器，片上隔离电容，高共模瞬态抑制

ABSTRACT

Withthewidespreadapplicationofprecisionelectronicdevicesinindustrialtesting,

newenergyvehicles,and5Gcommunications,thedevelopmenttendstowards

diversificationandintelligence.However,theincreasinglystringentworking

environmentsdemandhigherreliabilityandsafetyfromthesedevices.Isolators,which

effectivelyseparatetheoperatingendfromthecontrolledendsvoltagedomaintoprevent

safetyissuesduetoelectricalfaults,havesignificantadvantagesinsafetyandcommon-

modeinterferenceresistance,makingthemoneofthebestsolutions.Theyhaveseenrapid

developmentinrecentyears.

Thisthesisdesignedadigitalsignalisolatorbasedoncapacitivecoupling

architecture,aimingtoachievehighcommon-modetransientsuppressionandpossessing

performanceadvantagesinhighspeedandlowtransmissiondelay.Throughisolation

capacitormodeling,thetheoreticalbreakdownvoltageexceeding5kVrmswas

det