一文看懂川土微電子隔離器核心技術(shù)
一、Pulse-Coding調(diào)制解調(diào)技術(shù)
所謂隔離器,類似于在一顆芯片左右兩側(cè)的微距離上實(shí)現(xiàn)無線射頻收發(fā)系統(tǒng),在這樣一個(gè)收發(fā)系統(tǒng)里面,其實(shí)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)以及隔離介質(zhì)三部分。
目前主流架構(gòu)主要包括Pulse調(diào)制架構(gòu)和OOK調(diào)制架構(gòu)。Pulse架構(gòu)和OOK調(diào)制架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是低功耗、低傳輸延遲、高傳輸速率,缺點(diǎn)則是在有干擾信號的時(shí)候容易丟碼或增加碼造成傳輸出錯(cuò),所以CMTI的能力比較差。
于是市場上就出現(xiàn)了一種需求:既能滿足可靠性高,還要達(dá)到低功耗。Pulse-Coding調(diào)制解調(diào)技術(shù)就是一種這樣的架構(gòu)。它的原理是采用邊沿編碼技術(shù),對上升沿和下降沿進(jìn)行編碼,同時(shí)在編碼結(jié)束之后,會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài),這樣的話就同時(shí)克服了抗干擾能力差和功耗低的缺點(diǎn),同時(shí)還集成了一個(gè)refresh的技術(shù),確保輸入與輸出在任何狀態(tài)下都是一致的。這種架構(gòu)的CMTI會(huì)達(dá)到200Kv/uS。
二、增強(qiáng)耐壓技術(shù)
眾所周知,隔離器的耐壓主要是由其中間絕緣介質(zhì)的材料來決定的,而現(xiàn)在主流的絕緣材質(zhì)有三種:光耦、磁隔、容隔。光耦和磁隔所采用的絕緣介質(zhì)是聚酰亞胺,容隔的絕緣介質(zhì)是二氧化硅。
下圖的表格可以看到,聚酰亞胺特性大約是300伏每微米,二氧化硅的耐壓大約是500伏每微米。同時(shí)由于PI也就是聚酰亞胺的制作工藝難度,一般只能做到20um左右,技術(shù)較高的話可以做到30um。
二氧化硅的厚度可以達(dá)到10~20,乘以2的話能到20~40um,所以容隔的二氧化硅耐壓特性是非常好的。
川土微電子的隔離器采用的就是容隔這種架構(gòu)。容隔還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),它一般是用兩個(gè)隔離電容進(jìn)行串聯(lián),耐壓就是兩個(gè)隔離電容耐壓之和,可以起到雙重保護(hù)作用。如果有一個(gè)電容出現(xiàn)故障,另外一個(gè)電容依舊能作用起到隔離作用。川土微電子為了實(shí)現(xiàn)耐壓增強(qiáng)的技術(shù),從四方面做了工作:
工藝合作開發(fā):川土微電子與一些工廠進(jìn)行工藝合作開發(fā),提升產(chǎn)品耐壓。
2.版圖設(shè)計(jì):采用圓形電容,實(shí)現(xiàn)更高的耐壓。
3.超強(qiáng)解調(diào)電路設(shè)計(jì)
4.封裝設(shè)計(jì)
三、高CMTI技術(shù)
所謂CMTI就是共模瞬態(tài)抗擾度,它是指在原邊和副邊兩個(gè)地之間加入一個(gè)快速的擾動(dòng),然后看傳輸信號是否出錯(cuò)。它的關(guān)鍵因素是擾動(dòng)幅度和斜率,幅度一般為1500v,斜率一般是用千伏每微秒的單位來衡量。川土微電子的CMTI技術(shù)包含以下三種:
全差分發(fā)射及接收機(jī)架構(gòu)技術(shù):創(chuàng)新的高CMTI接收電路(專利保護(hù))
等效共模輸入阻抗控制技術(shù):實(shí)現(xiàn)接收電路共模電平在CMTI情形下仍能夠正常工作
數(shù)字濾波技術(shù):以延遲時(shí)間或更低的傳輸碼率兌換更優(yōu)的CMTI性能
四、低EMI技術(shù)
由于越來越多的客戶對EMI都非常關(guān)注,川土微電子針對EMI也實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù):
抖頻技術(shù):將內(nèi)部時(shí)鐘頻率進(jìn)行展頻,將頻譜能量打散,將能量峰值降低。
晶圓上使用金屬屏蔽層:在裸芯的頂層鋪滿金屬,用來屏蔽電磁干擾和電場干擾。
Pulse-Coding技術(shù):只在信號邊沿發(fā)射編碼脈沖,降低發(fā)射能量。
高增益RX電路設(shè)計(jì):只需較小隔離電容值,便能正常解調(diào)工作,減小共模耦合。
容隔架構(gòu):通過電場傳遞信號,相比磁隔通過磁場傳遞信號,輻射天然較小。
五、全集成隔離DC-DC
全集成隔離DC-DC相當(dāng)于多合一的高度集成的芯片。如下圖所示:
左邊是用分離的一種方案,它包括三個(gè)部分:隔離電源模組、數(shù)字隔離器、數(shù)字隔離接口。
這顆集高度集成三合一的產(chǎn)品,能夠?qū)⒆筮吶咄瑫r(shí)集成到一顆芯片里面,可以看到上圖右側(cè),就是這顆芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,芯片內(nèi)部有平面變壓器、隔離器以及接口多顆裸芯合封在一起,將全集成的隔離器芯片的封裝尺寸做到業(yè)界最小,裝在一顆SOW16封裝里。同時(shí)轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了53%,這在業(yè)界也是非常高的一個(gè)指標(biāo)。
以上,就是川土微電子隔離器的一些核心技術(shù)。目前川土微電子的隔離器產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電源能源、儀器儀表、消費(fèi)電子、汽車電子等多個(gè)領(lǐng)域,未來,川土微電子將持續(xù)新品研發(fā),以滿足不同客戶需求。
編輯:admin 最后修改時(shí)間:2023-03-04