用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，该电路包括：输入接收电路、X级前后级联的共模可调放大电路CM1～CMX、高灵敏度共模可调放大电路CMN、输出整形电路和共模自适应调整电路。本发明专利技术所提供的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，一方面，可自动检测地电位共模瞬态噪声的大小，并在噪声超过阈值时对共模瞬态噪声产生的误差进行动态补偿。另一方面，输出整形电路进一步采用RC低通滤波和施密特触发器组合滤波，以滤除高频噪声的影响，从而产生稳定数据输出。本发明专利技术可以广泛应用于各类高压绝缘隔离栅驱动芯片和数据隔离器中。芯片和数据隔离器中。芯片和数据隔离器中。

【技术实现步骤摘要】
用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路


[0001]本专利技术涉及一种用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，属于集成电路


技术介绍

[0002]在智能电网、移动通信以及新能源汽车等新兴产业的牵引下，电力电子应用系统要求进一步提高系统的效率、小型化和增加功能，特别要求系统装备在尺寸、质量、功率和效率之间的权衡，比如服务器电源管理、电池充电器和太阳能电场的微逆变器。新一代电力电子整机系统对其内部高压栅驱动芯片的可靠性、速度、智能化提出了更高的需求，从而进一步提高整机可靠性，并降低整机系统设计复杂度。高压栅驱动芯片作为系统信号处理部分和执行部分的桥梁，将高压功率器件与控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在一起，需要在功率集成技术就是需要在有限的芯片面积上实现高低压兼容、高性能、高效率与高可靠性。
[0003]图1示出了电力电子应用系统中最常用的一种高压栅驱动芯片，该电路为典型高压半桥栅驱动芯片及应用系统电路框图。典型半桥驱动电路分为高侧和低侧两路通道驱动电路，高侧驱动电路采用自举升压的方式实现信号传输控制，两路低压输入HI和LI，分别进入高侧和低侧两路通道。在低侧LI输入高电平期间，LO输出高电平，开关ML导通，开关节点(SW)被下拉至地，输入电源电压为VCC，高侧电路电源电压为VDD(HB点电压)，通过自举二极管给自举电容充电使得自举电容两端电压差接近VCC。当高侧HI输入高电平期间，HO输出高电平，高侧管MH开启，开关节点电压上升至VH，即SW上升至VH。由于自举电容两端电压不变，故HB点电压＝自举电压VHB被自举到SW+VCC。高侧电路始终保持电源电压VHB
–
SW≈VCC，SW在0和VH之间摆动，导致高侧电路电源电压VDD和衬底电位存在巨大的波动，产生非常严重的共模噪声。由于高/低侧输出电压最大值之间存在VH的压差，芯片内部产生高/低侧输出信号的电路之间必须进行高压隔离；此外，高压和低压区电路之间还必须进行信号连接，因此芯片内必须有负责隔离区两侧之间信号传输功能的隔离区信号传输模块；图1中高压隔离信号传输模块00即为完成上述2大核心功能的电路模块。
[0004]由于功率半导体器件的应用场景存在很大差异，VH电压可以从40V跨度到6500V，电流从几安培跨度到上百安培，开关频率从几KHz跨度到几MHz，不同的应用场景对于栅驱动IC的性能和成本要求完全不同。VH大小直接决定了芯片内部高/低侧信号电路之间的电气隔离等级，而在芯片内部实现不同等级的电气隔离功能模块，所需要采用的电路器件技术和成本质量等级存在较大差异。用于栅驱动IC的高压电气隔离技术主要有单片集成隔离技术和物理绝缘隔离技术两大类。其中，单片集成的隔离技术主要为PN结隔离技术，PN结隔离技术常用于实现650V以下的单片集成栅驱动IC产品；物理绝缘隔离技术将高低压信号处理电路在物理空间上隔离开，可实现超过6500V的超高压电气隔离，但是该技术实现栅驱动IC产品必须采用芯片组封装集成，具体实现时可采用变压器、电容或光电耦合进行高低压电路之间隔离区的信号传输。
[0005]图2给出了现有技术中一种电容隔离驱动电路架构的示意图，其中，两个信号通信模块：发送端电路与接收端电路各自连接于一接地电压Vgnd1和Vgnd2，其中所设置的隔离电路20旨在将这两个接地电压Vgnd1和Vgnd2隔绝开来。众所周知，DI是电容隔离驱动电路的输入，RO是其输出。在信号的传输过程中，首先，输入DI控制发送端电路产生一组差动信号，通过配置于该发送端电路与接收端电路之间的2组隔离电容，将来自发送端的差动信号耦合至接收端电路，通过信号解调和输出驱动，得到输出信号RO。然而，由于在该两个接地电压Vgnd1和Vgnd2之间通常会存在有一定程度的共模瞬时噪声，将使得信号在传输过程中产生错误。举例来说，两个接地电压之间的尖峰(spike)、电力回路、抑或是任何系统上的缺失都是常见的瞬时噪声因素之一。
[0006]如图3所示，共模瞬时噪声形成的干扰波形示意图，在这些数据图标中，共模瞬时噪声V
GND
即等于(Vgnd1
‑
Vgnd2)的电压差值，其可在时间1.1ms至1.10001ms间由0V快速升高到5KV，并从时间1.101ms至1.10101ms间再由5KV快速降低到0V。假设接收电路端的输入共模电压V
CM
为2.4V，则在此共模瞬时噪声V
GND
的干扰下，将使得V
CM
会在时间1.1ms到1.10001ms内，就快速上升到6.405V，再由时间1.101ms到1.10101ms间，再降低到
‑
364mV。Vcm电压的尖峰误差，将不可避免的引起接收端电路数据错误。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对高压绝缘隔离栅驱动芯片的系统应用中不可避免的共模瞬态干扰噪声问题，提供一种具有高共模瞬态噪声抑制特性的差分信号接收电路。
[0008]按照本专利技术提供的技术方案，所述用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路包括：输入接收电路、X级前后级联的共模可调放大电路、高灵敏度共模可调放大电路、输出整形电路和共模自适应调整电路；所述输入接收电路首先接收正端接收信号RXP和负端接收信号RXN，经滤波处理得到正端输入信号Vip和负端输入信号Vin；正端输入信号Vip和负端输入信号Vin进入X级前后级联的共模可调放大电路中的第一级共模可调放大电路，最终得到第X级共模可调放大电路的正端输出信号VoXp和负端输出信号VoXn；正端输出信号VoXp和负端输出信号VoXn分别连接高灵敏度共模可调放大电路的正输入端和负输入端，高灵敏度共模可调放大电路输出一组差分输出信号，包括正端输出信号VoNp和负端输出信号VoNn；输出整形电路根据正端输出信号VoNp和负端输出信号VoNn的大小，经处理得到最终的输出数据Dout；所述共模自适应调整电路根据电源和地电压信号的变化，自适应产生用于各级放大电路的共模调整信号C11，C12，C21，C22，
…
，CX1，CX2，共模自适应调整电路产生的共模调整信号C11和C12分别连接到第一级共模可调放大电路的共模调整信号输入端；共模调整信号C21和C22分别连接到第二级共模可调放大电路的共模调整信号输入端；以此类推，共模调整信号CX1和CX2分别连接到第X级共模可调放大电路的共模调整信号输入端；共模自适应调整电路还产生共模调整信号CN1和CN2，分别连接到高灵敏度共模可调放大电路的共模调整信号输入端；其中，X为大于1的正整数，N为大于X的正整数。
[0009]具体的，所述输入接收电路包括：正端隔离电容C51、正端接地电阻R51、正端耦合电容C52、正端共模电阻R53、负端隔离电容C53、负端接地电阻R52、负端耦合电容C54、负端共模电阻R54和接收共模产生电路；所述正端隔离电容C51的左端和负端隔离电容C53的左端分别连接到正端接收信号RXP和负端接收信号RXN；正端隔离电容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，其特征是，包括：输入接收电路(1)、X级前后级联的共模可调放大电路(2)、高灵敏度共模可调放大电路(3)、输出整形电路(4)和共模自适应调整电路(5)；所述输入接收电路(1)首先接收正端接收信号RXP和负端接收信号RXN，经滤波处理得到正端输入信号Vip和负端输入信号Vin；正端输入信号Vip和负端输入信号Vin进入X级前后级联的共模可调放大电路(2)中的第一级共模可调放大电路，最终得到第X级共模可调放大电路的正端输出信号VoXp和负端输出信号VoXn；正端输出信号VoXp和负端输出信号VoXn分别连接高灵敏度共模可调放大电路(3)的正输入端和负输入端，高灵敏度共模可调放大电路(3)输出一组差分输出信号，包括正端输出信号VoNp和负端输出信号VoNn；输出整形电路(4)根据正端输出信号VoNp和负端输出信号VoNn的大小，经处理得到最终的输出数据Dout；所述共模自适应调整电路(5)根据电源和地电压信号的变化，自适应产生用于各级放大电路的共模调整信号C11，C12，C21，C22，
…
，CX1，CX2，共模自适应调整电路(5)产生的共模调整信号C11和C12分别连接到第一级共模可调放大电路的共模调整信号输入端；共模调整信号C21和C22分别连接到第二级共模可调放大电路的共模调整信号输入端；以此类推，共模调整信号CX1和CX2分别连接到第X级共模可调放大电路的共模调整信号输入端；共模自适应调整电路(5)还产生共模调整信号CN1和CN2，分别连接到高灵敏度共模可调放大电路(3)的共模调整信号输入端；其中，X为大于1的正整数，N为大于X的正整数。2.根据权利要求1所述的用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，其特征是，所述输入接收电路(1)包括：正端隔离电容C51、正端接地电阻R51、正端耦合电容C52、正端共模电阻R53、负端隔离电容C53、负端接地电阻R52、负端耦合电容C54、负端共模电阻R54和接收共模产生电路(101)；所述正端隔离电容C51的左端和负端隔离电容C53的左端分别连接到正端接收信号RXP和负端接收信号RXN；正端隔离电容C51的右端连接到正端接地电阻R51的下端和正端耦合电容C52的左端；负端隔离电容C53的右端连接到负端接地电阻R52的下端和负端耦合电容C54的左端；正端耦合电容C52的右端连接到正端共模电阻R53的上端，并作为正端输入信号Vip的输出端；负端耦合电容C54的右端连接到负端共模电阻R54的下端，并作为负端输入信号Vin的输出端；正端共模电阻R53的下端和负端共模电阻R54的上端相连，并同时连接到接收共模产生电路(101)的共模输出端Vicm。3.根据权利要求2所述的用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，其特征是，所述接收共模产生电路(101)包括：NMOS管M60、NMOS管M61、PMOS管M62、NMOS管M63、PMOS管M610、NMOS管M611、PMOS管M612、NMOS管M613、NMOS管M614、PMOS管M615和电阻R61，以及一个施密特触发器(600)；NMOS管M60的栅极连接到输入共模电压Vcm；NMOS管M60的漏极连接到PMOS管M62的漏极和栅极、以及NMOS管M63的栅极；NMOS管M61的栅极连接到输入共模控制信号Vctrl；NMOS管M61的漏极和NMOS管M63的漏极相连，并连接到所述施密特触发器(600)的输入端；所述施密特触发器(600)的输出端同时连接到PMOS管M610栅极、NMOS管M611栅极、PMOS管M612栅极和NMOS管M613栅极；PMOS管M610的漏极和NMOS管M611的漏极相连，还连接到NMOS管M614的栅极；PMOS管M612的漏极和NMOS管M613的漏极相连，还连接到PMOS管M615的栅极；NMOS管M614的源极和PMOS管M615的源极相连，还作为所述共模输出端Vicm的输出端口；NMOS管M614的漏极连接到高输入共模电平Vcmh，PMOS管M615的漏极连接到低输入共模电平Vcml；NMOS管
M613的源极连接到电阻R61的上端；NMOS管M60源极、NMOS管M61源极、NMOS管M611源极和电阻R61的下端同时连接到地电压GND；PMOS管M62源极、NMOS管M63源极和PMOS管M610源极同时连接到电源电压VDD。4.根据权利要求3所述的用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，其特征是，所述接收共模产生电路(101)能够动态跟踪调整共模输出端Vicm的大小；并且采用NMOS管传输所述高输入共模电平Vcmh，采用PMOS管传输所述低输入共模电平Vcml。5.根据权利要求1所述的用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，其特征是，所述高灵敏度共模可调放大电路(3)为前后两级全差分放大电路，包括互相连接的前级共模可调放大电路以及后级的差动差分放大电路；所述前级共模可调放大电路的正输入端即高灵敏度共模可调放大电路(3)的正输入端，前级共模可调放大电路的负输入端即高灵敏度共模可调放大电路(3)的负输入端；差动差分放大电路的正输出端VoNp即高灵敏度共模可调放大电路(3)的正输出端，差动差分放大电路的负输出端VoNn即高灵敏度共模可调放大电路(3)的负输出端。6.根据权利要求5所述的用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，其特征是：所述前级共模可调放大电路的左侧包括：通过漏极串联的PMOS管M81和NMOS管M8...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈珍海，宁仁霞，汪礼，何宁业，许媛，鲍婕，吕海江，
申请(专利权)人：黄山学院，
类型：发明
国别省市：