磐霖Family
2021/07/01
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一文看懂川土微电子隔离器核心技术

 

一、Pulse-Coding调制解调技术

所谓隔离器,类似于在一颗芯片左右两侧的微距离上实现无线射频收发系统,在这样一个收发系统里面,其实包括发射机和接收机以及隔离介质三部分。

 

目前主流架构主要包括Pulse调制架构和OOK调制架构。Pulse架构和OOK调制架构的优点是低功耗、低传输延迟、高传输速率,缺点则是在有干扰信号的时候容易丢码或增加码造成传输出错,所以CMTI的能力比较差。

于是市场上就出现了一种需求:既能满足可靠性高,还要达到低功耗。Pulse-Coding调制解调技术就是一种这样的架构。它的原理是采用边沿编码技术,对上升沿和下降沿进行编码,同时在编码结束之后,会进入休眠状态,这样的话就同时克服了抗干扰能力差和功耗低的缺点,同时还集成了一个refresh的技术,确保输入与输出在任何状态下都是一致的。这种架构的CMTI会达到200Kv/uS。

 

 

 

二、增强耐压技术

众所周知,隔离器的耐压主要是由其中间绝缘介质的材料来决定的,而现在主流的绝缘材质有三种:光耦、磁隔、容隔。光耦和磁隔所采用的绝缘介质是聚酰亚胺,容隔的绝缘介质是二氧化硅。

下图的表格可以看到,聚酰亚胺特性大约是300伏每微米,二氧化硅的耐压大约是500伏每微米。同时由于PI也就是聚酰亚胺的制作工艺难度,一般只能做到20um左右,技术较高的话可以做到30um。

二氧化硅的厚度可以达到10~20,乘以2的话能到20~40um,所以容隔的二氧化硅耐压特性是非常好的。

川土微电子的隔离器采用的就是容隔这种架构。容隔还有一个优点,它一般是用两个隔离电容进行串联,耐压就是两个隔离电容耐压之和,可以起到双重保护作用。如果有一个电容出现故障,另外一个电容依旧能作用起到隔离作用。川土微电子为了实现耐压增强的技术,从四方面做了工作:

1.工艺合作开发:川土微电子与一些工厂进行工艺合作开发,提升产品耐压。

2.版图设计:采用圆形电容,实现更高的耐压。

3.超强解调电路设计

4.封装设计

 

 

三、高CMTI技术

信号是否出错。它的关键因素是扰动幅度和斜率,幅度一般为1500v,斜率一般是用千伏每微秒的单位来衡量。川土微电子的CMTI技术包含以下三种:

 

全差分发射及接收机架构技术:创新的高CMTI接收电路(专利保护)

等效共模输入阻抗控制技术:实现接收电路共模电平在CMTI情形下仍能够正常工作

数字滤波技术:以延迟时间或更低的传输码率兑换更优的CMTI性能

 

四、低EMI技术

由于越来越多的客户对EMI都非常关注,川土微电子针对EMI也实现了以下技术:

 

抖频技术:将内部时钟频率进行展频,将频谱能量打散,将能量峰值降低。

晶圆上使用金属屏蔽层:在裸芯的顶层铺满金属,用来屏蔽电磁干扰和电场干扰。

Pulse-Coding技术:只在信号边沿发射编码脉冲,降低发射能量。

高增益RX电路设计:只需较小隔离电容值,便能正常解调工作,减小共模耦合。

容隔架构:通过电场传递信号,相比磁隔通过磁场传递信号,辐射天然较小。

 

五、全集成隔离DC-DC

全集成隔离DC-DC相当于多合一的高度集成的芯片,包括三个部分:隔离电源模组、数字隔离器、数字隔离接口。

 

这颗集高度集成三合一的产品,能够将左边三者同时集成到一颗芯片里面,可以看到上图右侧,就是这颗芯片的内部结构示意图,芯片内部有平面变压器、隔离器以及接口多颗裸芯合封在一起,将全集成的隔离器芯片的封装尺寸做到业界最小,装在一颗SOW16封装里。同时转化效率达到了53%,这在业界也是非常高的一个指标。

 

以上,就是川土微电子隔离器的一些核心技术。目前川土微电子的隔离器产品已经广泛应用于工业控制、电源能源、仪器仪表、消费电子、汽车电子等多个领域,未来,川土微电子将持续新品研发,以满足不同客户需求。