阅读说明：本技术 一种数字电气隔离装置 (Digital electric isolation device ) 是由 林甲富 许明伟 樊晓兵 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种数字电气隔离装置,包括发射端,用于产生发射输出的第一电信号；压电换能器,用于接收所述发射端发出的第一电信号,所述压电换能器在其内部将所述第一电信号依次转换为机械信号、第二电信号,然后将所述第二电信号输出至接收端；接收端,用于接收由所述压电换能器发来的第二电信号。本发明解决了现有技术中隔离装置存在能耗高、效率低、体积大、笨重等缺点,提供一种数字电气隔离装置,该装置成本低、体积小、集成度高,便于推广使用。(The invention discloses a digital electric isolation device, which comprises a transmitting end, a receiving end and a control end, wherein the transmitting end is used for generating a first electric signal for transmitting and outputting; the piezoelectric transducer is used for receiving a first electric signal sent by the transmitting end, sequentially converting the first electric signal into a mechanical signal and a second electric signal in the piezoelectric transducer, and then outputting the second electric signal to the receiving end; and the receiving end is used for receiving the second electric signal sent by the piezoelectric transducer. The invention solves the defects of high energy consumption, low efficiency, large volume, heavy weight and the like of an isolation device in the prior art, and provides the digital electrical isolation device which has low cost, small volume, high integration level and convenient popularization and use.)

一种数字电气隔离装置

技术领域

本发明属于电气隔离技术领域，具体涉及一种数字电气隔离装置。

背景技术

电气隔离(Galvanic isolation)是指在电路中避免电流直接从某一区域流到另外一区域的方式，也就是在两个区域间不建立电流直接流动的路径。虽然电流无法直接流过，但能量或是资讯仍可以经由其他方式传递，例如电磁感应或电磁波，或是利用光学、声学或是机械的方式进行。

现有电气隔离技术有变压器隔离和电容器隔离等。变压器隔离靠磁通量互相耦合一次侧和二次侧的线圈之间没有导体使电流可以直接流过(自耦变压器的一次侧和二次侧是相连的，因此没有电气隔离的功能)，依照工业标准，二个线圈之间的电压差可以高达数千伏特(隔离电压)，而不会有绝缘破坏的情形。此放大器也是依类似的原理运作。变压器一般会用来改变交流电压的大小，而匝数比1:1的隔离变压器则用在安全相关的应用上。目前有些芯片也使用变压器进行隔离。现有变压器隔离存在能耗高，效率低，体积大，笨重等问题。

电容器隔离，电容器可以允许交流电通过，但是会阻隔直流电，因此可以在不同直流电压的电路中传递交流信号，不过若电压差过大，电容器也可能会失效，变成二端直接短路的情形。

因此，现如今缺少一种成本低、体积小、集成度高的隔离装置。

发明内容

本发明的技术解决问题是：解决现有技术中隔离装置存在能耗高、效率低、体积大、笨重等缺点，提供一种数字电气隔离装置，该装置成本低、体积小、集成度高，便于推广使用。

本发明的技术解决方案是：

一种数字电气隔离装置，包括

发射端，用于产生发射输出的第一电信号；

压电换能器，用于接收所述发射端发出的第一电信号，所述压电换能器在其内部将所述第一电信号依次转换为机械信号、第二电信号，然后将所述第二电信号输出至接收端；

接收端，用于接收由所述压电换能器发来的第二电信号。

本发明提供的数字电气隔离装置，采用半导体工艺将所述压电换能器与所述发射端、所述接收端集成在一起。

所述发射端、所述压电换能器与所述接收端集成在至少一个晶圆上。

本发明实施例提供的数字电气隔离装置，所述发射端、所述压电换能器与所述接收端依次集成在相邻的三个晶圆上。

所述发射端通过CMOS工艺集成在第一晶圆上，所述压电换能器通过SAW filter工艺集成在第二晶圆上，所述接收端通过CMOS工艺集成在第三晶圆上。

本发明实施例提供的数字电气隔离装置，所述发射端包括：混频器，用于将数据输入信号Attain与CLK信号进行混频，将所述数据输入信号Attain搬移到CLK信号的频率f0上；第一放大器INV1，用于放大所述混频器发来的信号，输出放大后的TXB信号至所述压电换能器的第一输入端；第二放大器INV2，用于放大所述混频器发来的信号，输出放大后的TXA信号至所述压电换能器的第二输入端；其中，所述TXB信号与所述TXA信号幅度相同，相位相反。

本发明实施例提供的数字电气隔离装置，所述接收端包括：第三放大器AMP1，用于接收并放大所述压电换能器的第一输出信号RXA，将RXA信号发送给功率检测器；第四放大器AMP2，用于接收并放大所述压电换能器的第二输出信号RXB，将RXB信号发送给功率检测器；功率检测器，用于将所述RXA信号与所述RXB信号合成在一起，输出数据输出信号DATAout；其中，所述RXA信号与所述RXB信号幅度相同，相位相反。

本发明的有益效果是：本发明采用半导体工艺将压电换能器与发射端、接收端集成在一起，巧妙地通过压电换能器将发射端的第一电信号依次转换为机械信号、第二电信号，然后输出至接收端。这种电气隔离的设计思想独特，并且通过将发射端、压电换能器与接收端集成在晶圆上，使得设计出来的数字电气隔离装置成本低、体积小、集成度高，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明提供的数字电气隔离装置的电路结构组成图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例一种数字电气隔离装置进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供的一种数字电气隔离装置，包括发射端，用于产生发射输出的第一电信号；压电换能器，用于接收发射端发出的第一电信号，压电换能器在其内部将所述第一电信号依次转换为机械信号(本实施例中的机械信号确切是指声学机械信号)、第二电信号，然后将所述第二电信号输出至接收端；接收端，用于接收由压电换能器发来的第二电信号。

本发明中发射端包括：混频器(MIX)，用于将数据输入信号DATAin与CLK信号进行混频，将数据输入信号DATAin搬移到CLK信号的频率f0上；第一放大器INV1，用于放大混频器发来的信号，输出放大后的TXB信号至压电换能器的第一输入端；第二放大器INV2，用于放大混频器发来的信号，输出放大后的TXA信号至压电换能器的第二输入端；其中，TXB信号与TXA信号幅度相同，相位相反。TXB/TXA这两个信号的能量集中在CLK信号的f0频率上。

本发明的压电换能器包括：第一输入端，用于接收发射端中第一放大器INV1输出的TXB信号；第二输入端，用于接收发射端中第二放大器INV2输出的TXA信号；第一输出端，用于输出第一输出信号RXA；第二输出端，用于输出第二输出信号RXB。

本发明的接收端包括：第三放大器AMP1，用于接收并放大压电换能器的第一输出信号RXA，将RXA信号发送给功率检测器；第四放大器AMP2，用于接收并放大压电换能器的第二输出信号RXB，将RXB信号发送给功率检测器；功率检测器，用于将RXA信号与RXB信号合成在一起，输出数据输出信号DATAout；其中，RXA信号与RXB信号幅度相同，相位相反。RXA信号与RXB信号的能量集中在CLK信号的f0频率上。

通过功率检测器,还可以是混频器，恢复原来的DATAin到DATAout。

本发明实施例提供的一种数字电气隔离装置，压电换能器与发射端、接收端，是采用半导体工艺集成在一起的；采用半导体工艺能够低成本地实现装置，并且产品具有体积小的特点。

发射端、压电换能器与接收端可以集成在至少一个晶圆上。例如，将发射端、压电换能器与接收端集成在一个晶圆上。本实施例是将发射端、压电换能器与接收端依次集成在相邻的三个晶圆上，发射端通过CMOS工艺集成在第一晶圆上，压电换能器通过SAWfilter工艺集成在第二晶圆上，接收端通过CMOS工艺集成在第三晶圆上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。