一种新型数字隔离器芯片

技术领域

本发明涉及一种集成电路，特别是涉及一种半导体芯片的隔离电路。

背景技术

现有的片上电容隔离器芯片(ON-CHIP)的隔离方法，主要是通过隔离电容下极板金属与隔离电容上极板金属之间的二氧化硅(SiO2)来实现耐压的。通常的方案是，电容的下极板采用第一层金属(M1)，电容的上极板采用第六层金属(M6)，在M1和M6之间填充致密的SiO2，尽可能让SiO2层的厚度更厚一些，这样能隔离更高的电压。

请参阅图1，隔离器芯片的工作原理如下：数字信号从隔离器芯片的VIN管脚输入，该信号的频率一般为DC～150Mbps，由于该信号受传输路径长短和寄生的影响而信号质量下降，譬如上升沿/下降沿时间增长，需要一个施密特触发器做信号整形，变成质量很好的方波；然后调制器与内部的高频振荡器产生的载波做调制，把信号调制到载波上去；该信号与隔离器芯片的隔离模块的一端连接，信号经过隔离模块输入解调器进行放大并且解调，恢复为原来的输入信号；最后再经过驱动模块增强驱动能力，从隔离器芯片的输出端输出，这样就完成了信号的隔离传输。

请参阅图2，所述隔离模块包括第一裸芯及第二裸芯，所述第一裸芯、所述第二裸芯上各设有一对耐压隔离电容：电容C

通常6层金属的CMOS的M1到M6之间的SiO2厚度大概7um左右，SiO2的耐压能力按400V/um的保守值估计，大概总耐压能到5600V。但是在一些特殊应用场合下，仍然会出现高于5600V的电压使隔离电容击穿，击穿后数字隔离器芯片的输入输出之间的阻抗值下降到小于100～500kΩ左右。若按照极端100kΩ阻抗计算，并假设高压仍然保持未撤离，会产生几十到上百mA的漏电，造成人员受伤或者设备受损。所述隔离模块的这个特性严重限制了数字隔离器芯片在一些对耐压高，特别注重安全的场合。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种新型数字隔离器芯片，用于解决现有技术中在高压击穿后，隔离模块会出现低阻状态、隔离器芯片不再具有任何保护功能。可能会损伤低压侧的人员或设备的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种新型数字隔离器芯片，包括：

设于原边侧的发射模块，用于将数字信号整形调制后进行发射；

设于副边侧的接收模块，用于将接收到的高频差分信号解调，并增强驱动能力后输出；

以及设于原边侧与副边侧之间的隔离模块；

所述隔离模块包括第一裸芯、第二裸芯及第三裸芯，所述第三裸芯串接在所述第一裸芯、所述第二裸芯之间。

于本发明的一实施例中，所述发射模块包括整形单元及调制单元；所述接收模块包括解调器及驱动单元；

所述整形单元的输入端为所述芯片的输入端，输入的数字信号依次经过所述整形单元、所述调制单元后输出到所述隔离模块；

隔离后的数字信号依次经过所述解调器及所述驱动单元后从所述芯片的输出端输出。

于本发明的一实施例中，所述整形单元包括施密特触发器。

于本发明的一实施例中，所述调制单元包括解调器及高频振荡器。

于本发明的一实施例中，所述第一裸芯上设有电容C1P及电容C1N；

所述第二裸芯上设有电容C2P及电容C2N；

所述第三裸芯上设有熔断器F1及熔断器F2。

于本发明的一实施例中，电容C1P的上级板与熔断器F1的一侧焊盘连接，熔断器F1的另一侧焊盘与电容C2P的上级板连接。

于本发明的一实施例中，电容C1P、熔断器F1、电容C2P之间通过压焊线连接。

于本发明的一实施例中，电容C1N的上级板与熔断器F2的一侧焊盘连接，熔断器F2的另一侧焊盘与电容C2N的上级板连接。

于本发明的一实施例中，电容C1N、熔断器F2、电容C2N之间通过压焊线连接。

于本发明的一实施例中，所述熔断器F1及所述熔断器F2的材料均为多晶硅。

如上所述，本发明的一种新型数字隔离器芯片，在原隔离模块的两个耐压隔离电容之间串接熔断器，当数字隔离器芯片被高压击穿时，在熔断器两端形成高阻态，限制了输入与输出间的直流电流，对低压侧的人员和设备起到了很好的保护作用。

附图说明

图1显示为本发明现有技术的隔离器芯片接线示意图。

图2显示为本发明现有技术的隔离模块接线示意图。

图3显示为本发明的隔离器芯片接线示意图。

图4显示为本发明的隔离模块接线示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图3，本发明提供一种新型数字隔离器芯片，包括：

设于原边侧的发射模块，用于将数字信号整形后调制后发射出去；所述发射模块包括整形单元及调制单元。所述整形单元包括施密特触发器，所述调制单元包括解调器及高频振荡器。

设于副边侧的接收模块，用于将接收到的高频差分信号解调，并增强驱动能力后输出；所述接收模块包括解调器及驱动单元。

以及设于原边侧与副边侧之间的隔离模块；

所述隔离模块包括第一裸芯、第二裸芯及第三裸芯，所述第三裸芯串接在所述第一裸芯、所述第二裸芯之间。

请参阅图4，所述第一裸芯和所述第二裸芯是相同的两颗裸芯，所述第一裸芯上设有一对隔离耐压电容：电容C

所述第三裸芯上设有熔断器F1及熔断器F2，所述熔断器F1及所述熔断器F2的材料均为多晶硅。

电容C

电容C1

正常情况下，高压主要由所述第一裸芯和所述第二裸芯上的隔离耐压电容来承受，所述第三裸芯上的熔断器没有熔断，两端呈现低阻，对隔离器芯片没有影响，同时正常状态下流过熔断器的电流非常小，熔断器保持良好的导通不会发生熔断；

当输入与输出间的电压过高，所述第一裸芯和所述第二裸芯上的隔离耐压电容被击穿，瞬间会有较大的电流从高压侧流向低压侧；当电流超过熔断器的承受电流，熔断器就会熔断，使其两端变成高阻，隔离器芯片即可对低压侧的人员和设备进行保护。

请参阅图3，单端信号从隔离器芯片的VIN管脚输入，经过施密特触发器整形，然后调制器与内部的高频振荡器产生的载波进行OOK调制，调制到高频，并且转换为差分信号，发射到隔离模块，第一差分信号经电容C

综上所述，本发明的一种新型数字隔离器芯片，在原隔离模块的两个耐压隔离电容之间串接熔断器，当数字隔离器芯片被高压击穿时，在熔断器两端形成高阻态，限制了输入与输出间的直流电流，对低压侧的人员和设备起到了很好的保护作用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。