一种单端输出的高CMTI磁隔离电路-AET-电子技术应用

一种单端输出的高CMTI磁隔离电路

电子技术应用

陈荣昕，季禹坤，刘甲俊

中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要： 随着第三代宽禁带半导体材料GaN和SiC等的发展，更快开关速度的新型功率管对隔离驱动的共模瞬变抗扰度（Common Mode Transient Immunity， CMTI）提出了更高的要求。设计了一种单端输出的高CMTI的编解码电路，采用开关键（On-Off Krying， OOK）调制结构，编码电路采用LC自激振荡器结构将高电平信号编码为共模点为地的单端输出振荡信号，解码电路采用RC低通滤波，进一步过滤共模瞬变噪声信号并通过比较器将振荡信号还原为数字信号。仿真结果表明，该编解码电路输入信号的速度可达120 Mb/s，差分振荡信号频率为850 MHz，典型传输延时为8 ns，应用在某款隔离驱动芯片中，经过实测CMTI最高可达200 kV/μs。关键词：；；

关键词： 磁隔离电路高CMTI 开关键控

中图分类号：TN433 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257508
中文引用格式： 陈荣昕，季禹坤，刘甲俊. 一种单端输出的高CMTI磁隔离电路[J]. 电子技术应用，2026，52(8)：131-135.
英文引用格式： Chen Rongxin，Ji Yukun，Liu Jiajun. A single-ended output high CMTI magnetic isolation circuit[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(8)：131-135.

A single-ended output high CMTI magnetic isolation circuit

Chen Rongxin，Ji Yukun，Liu Jiajun

The 58th Research Institute of China Electronics Technology Group

Abstract： With the development of third-generation wide-bandgap semiconductor materials such as GaN and SiC, new power transistors with faster switching speeds have put forward higher requirements for the Common Mode Transient Immunity (CMTI) of isolated drives. This paper designs a single-ended output high CMTI codec circuit, adopting an OOK (On-Off Keying) modulation structure. The encoding circuit uses an LC self-oscillator structure to encode high-level signals into single-ended output oscillation signals with the common-mode point as ground. The decoding circuit adopts RC low-pass filtering to further filter common-mode transient noise signals and restores the oscillation signals to digital signals through a comparator. Simulation results show that the input signal speed of the codec circuit can reach 120 Mb/s, the differential oscillation signal frequency is 850 MHz, and the typical transmission delay is 8 ns. Applied in a certain isolated driver chip, the measured CMTI can reach up to 200 kV/μs.

Key words : magnetic isolation circuit；high CMTI；on-off keying （OOK）

引言

数字隔离器广泛应用于工业自动化、航空航天、汽车电子、电力电子、医疗设备及通信系统等多个领域[1-4]，通过隔离电压差及抑制噪声为系统提供安全性与可靠性支持。

数字隔离器的主要发展趋势可分为两个方向：一是降低制造成本，包括降低制造工艺成本、减小芯片面积等方面；二是提升性能，包括降低功耗，降低传输延迟等。随着集成电路技术的发展，传统光耦合隔离器由于尺寸限制与集成电路技术不兼容等问题，正在逐步被基于半导体集成电路工艺的数字隔离器取代。数字隔离器主要分为磁耦合隔离器和电容耦合隔离器。磁耦合数字隔离器采用聚酰亚胺作为变压器的隔离介质，其场强可达 300 V/μm。通过采用聚酰亚胺厚介质变压器，可实现较高的隔离电压强度，因此更常被应用于高压隔离驱动芯片中。随着第三代宽禁带半导体材料的发展，GaN和SiC等新型功率器件相比硅基功率器件具有更快的开关速度和更高的工作电压。为了充分利用GaN和SiC功率器件能提供的高开关频率，隔离驱动芯片对CMTI有了更高的要求。On-Off Keying (OOK)编解码方式相对于传统的单双脉冲或者极性脉冲编解码方案具备更高的CMTI[5]，但传统双通道的LC振荡器结构需持续输出电流，具有较大功耗。

本文提出了一种采用开关键控（OOK）调制的单端口输出的数字隔离器。与脉冲调制相比，开关键控（OOK）调制能实现更高的共模瞬态抗扰度（CMTI）和更优的性能。与传统LC振荡器结构相比，单端口输出仅在振荡幅值低于1.6 V时输出电流，极大地降低了编码模块功耗。该设计架构可实现120 Mb/s的数据速率和 200 kV/μs的共模瞬态抗扰度（CMTI）。

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作者信息：

陈荣昕，季禹坤，刘甲俊

（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏无锡204135）

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