阅读说明：本技术 一种数字信号调制系统及方法 (Digital signal modulation system and method ) 是由 黄海滨 马辉 于 2020-04-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及隔离放大器技术领域,具体为一种数字信号调制系统及方法,其能够有效解决带传输信号干扰的问题,其包括发送端模块和接收端模块,其特征在于,所述发送端模块和所述接收端模块之间通过磁耦合电路,所述磁耦合电路包括线圈和磁传感器,所述发送端模块包括顺次连接的前置放大器/滤波电路、二进制调制开关、Delta-Sigma带通调制器、电流源开关组,所述接收端模块包括二进制解调开关,所述二进制解调开关连接低通滤波器或数字信号处理单元；同时,本发明提供了对应的方法。(The invention relates to the technical field of isolation amplifiers, in particular to a digital signal modulation system and a digital signal modulation method, which can effectively solve the problem of interference of signals with transmission and comprises a sending end module and a receiving end module, and is characterized in that a magnetic coupling circuit is arranged between the sending end module and the receiving end module and comprises a coil and a magnetic sensor, the sending end module comprises a preamplifier/filter circuit, a binary modulation switch, a Delta-Sigma band-pass modulator and a current source switch group which are sequentially connected, the receiving end module comprises a binary demodulation switch, and the binary demodulation switch is connected with a low-pass filter or a digital signal processing unit; meanwhile, the invention provides a corresponding method.)

一种数字信号调制系统及方法

技术领域

本发明涉及隔离放大器技术领域，具体为一种数字信号调制系统及方法。

背景技术

在芯片应用领域，经常会出现需要芯片进行两个电压域之间的模拟信号传输，这种传输必须在不同的供电系统中进行，所以被称为隔离放大器；如果需要将模拟信号传输并进行模拟数字转换，则被成为隔离模数转换器。

传统的隔离放大器如图1所示，在发送端101和接收端102之间采用有别于普通耦合方式的传输途径，通常会采用光耦合103、电场耦合104、磁耦合105等方式进行。其中光耦合需要特殊的半导体工艺及封装，成本较高且集成度不高；而电场耦合的方式则受限于芯片面积较大，无法导通低频信号，但高频信号又易受干扰等问题。

磁耦合由于芯片上集成磁传感器（如：霍尔器件、磁阻器件等）工艺较为成熟，且磁传感器面积较小，所以具有集成度高、芯片成本低等优点。常用磁耦合电路如图 2所示（右半部分为示意图，左半部分为芯片俯视图），由产生磁场的线圈与感应磁场的磁传感器组成。由于常用磁传感器（如：霍尔器件、磁阻器件等）对于磁场感应的频率范围覆盖从直流到高频（几十千赫兹到几兆赫兹），而磁传感器容易受到这个频率范围内外部磁场的干扰。同时，磁传感器自身也存在诸如：直流零漂较大（霍尔器件）、本身热噪声较大（磁阻器件）等问题。如果使用模拟信号直接耦合，则容易造成待传输信号被干扰的情况。

发明内容

为了解决现有磁耦合隔离放大器使用模拟信号直接耦合时，容易造成待传输信号被干扰的问题，本发明提供了一种数字信号调制系统，其能够有效解决带传输信号干扰的问题，同时，本发明提供了对应的方法。

其技术方案是这样的：一种数字信号调制系统，其包括发送端模块和接收端模块，其特征在于，所述发送端模块和所述接收端模块之间通过磁耦合电路，所述磁耦合电路包括线圈和磁传感器，所述发送端模块包括顺次连接的前置放大器/滤波电路、二进制调制开关、Delta-Sigma带通调制器、电流源开关组，所述接收端模块包括二进制解调开关，所述二进制解调开关连接低通滤波器或数字信号处理单元。

一种数字信号调制方法，其特征在于，待传输的模拟信号经过前置放大器/滤波电路后采用二进制调制开关调制，调制信号经过Delta-Sigma带通调制器进一步进行调制，其中Delta-Sigma带通调制器的通带中心频率与二进制调制的调制频率相一致，进一步调制的信号通过电流源开关组将电压信号转换为电流形式的信号，电流信号通过磁耦合电路发送至接收端模块，二进制解调开关将信号解调，解调信号经过低通滤波器滤除中高频噪声还原出低频的待传输信号并输出到芯片管脚或经过数字信号处理单元对其进行数字滤波，直接输出待传输模拟信号的数字波形，完成模拟数字转换。

采用本发明后，经过重新设计的发送端模块和接收端模块，应用了数字调制方式，最大程度地抑制了磁耦合中直流零漂及热噪声的影响，以及芯片上如前置放大器/滤波电路中的噪声和零漂的影响，最终得到需要的信号。

附图说明

图1为现有隔离放大器原理图；

图2为磁耦合电路原理图；

图3为本发明系统原理图；

图4为霍尔器件外形结构示意图。

具体实施方式

见图3所示，一种数字信号调制系统，其包括发送端模块和接收端模块，发送端模块和接收端模块之间通过磁耦合电路，磁耦合电路包括线圈305和磁传感器306，发送端模块包括顺次连接的前置放大器/滤波电路301、二进制调制开关302、Delta-Sigma带通调制器303、电流源开关组304，接收端模块包括二级制解调开关307，二级制解调开关307连接低通滤波器308或数字信号处理单元309。

一种数字信号调制方法，待传输的模拟信号300经过前置放大器/滤波电路301后采用简单的二进制调制开关302进行二进制调制，调制信号经过Delta-Sigma带通调制器303进一步进行调制，其中Delta-Sigma带通调制器303的通带中心频率与二进制调制的调制频率相一致；该信号通过电流源开关组304，将电压信号转换为电流形式的信号；该电流流经特定形状的线圈305，具体见图4中展示的霍尔器件外形分别为正方形、六边形和八边形时，响应的线圈形状，形成对应的磁场信号；以上模块完成了待传输信号向磁场信号的转换；此时磁场信号的频域特征如310所示，需要进行传输的频率处于中频位置，而低频和高频则为不需要的噪声（310中的阴影部分）。

在接收端中，通过简单的二进制解调开关307，将磁传感器306输出的信号解调，其频谱如311所示，可见待传输信号已经由中频部分解调到低频部分，而噪声（阴影部分）则集中在中频和高频部分；该信号经过低通滤波器308滤除不必要的中高频噪声（虚线围住的阴影部分），最终还原出低频的待传输信号310，并输出到芯片管脚；或者在隔离模数转换器中，直接由数字信号处理单元309对二进制解调开关307输出的数字信号进行数字滤波，直接输出待传输模拟信号300的数字波形320，完成模拟数字转换。

图2为磁耦合器件原理图，其中201为线圈，202为磁传感器。

本发明的调制方法由于应用了数字调制方式，最大程度地抑制了磁耦合中直流零漂及热噪声的影响，以及芯片上其它电路，如：前置放大器/滤波电路301中的噪声和零漂的影响。其功能部件较为简单，如二进制调制开关302和二进制解调开关307，另外增加了一路时钟耦合传输，即图中的312，本发明的电路结构相对简单，易于芯片集成。