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(lèi)似于在一顆芯片左右兩側(cè)的微距離上實(shí)現(xiàn)無(wú)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(hào)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(chǎng)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(duì)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(lái)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(kāi)發(fā)：川土微電子與一些工廠進(jìn)行工藝合作開(kāi)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(hào)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(lái)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(zhuān)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(lái)越多的客戶對(duì)EMI都非常關(guān)注，川土微電子針對(duì)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(lái)屏蔽電磁干擾和電場(chǎng)干擾。
Pulse-Coding技術(shù)：只在信號(hào)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(guò)電場(chǎng)傳遞信號(hào)，相比磁隔通過(guò)磁場(chǎng)傳遞信號(hào)，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(chē)電子等多個(gè)領(lǐng)域，未來(lái)，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
