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1. WO2020114074 - ISOLATION CIRCUIT SYSTEM AND METHOD FOR SIGNAL ISOLATION THEREBY

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

附图

1A   1B   1C   2A   2B   3A   3B   3C   3D   3E  

说明书

发明名称 : 隔离电路系统及其进行信号隔离的方法

[0001]
相关申请
[0002]
本申请要求2018年12月03日申请的,申请号为201811465316.2,名称为“一种隔离电路系统及其进行信号隔离的方法”的中国专利申请的优先权,在此将其全文引入作为参考。

技术领域

[0003]
本申请涉及低功耗电路技术,尤其涉及一种隔离电路系统及其进行信号隔离的方法。

背景技术

[0004]
在低功耗技术的实际应用中,现在的SOC系统普遍存在多个电压域,以便于在系统应用处在待机的情况下关掉一些不需要的电压域,留下电池供电应用唤醒电路的常开电压域;在多个电压域下,除常开电压域,其他与常开电压域交互的信号,都会有可能遇到外部突然掉电时,出现与常开电压域的信号的交互状态不稳定不可控,存在误操作常开电压域的控制电路的可能性,甚至导致常开电压域的唤醒异常,无法再次唤醒电路等;
[0005]
Isolation(隔离)电路常常用在两个电压域之间的信号交互上,用来隔离掉电区域输入到常开电压域的信号,使掉电区域输入的信号稳定在固定状态,用来减少掉电信号处在一个中间电平导致电域漏电的问题,以及在掉电区域掉电时,使其输入到有点区域的信号可控。
[0006]
相关技术的Isolation电路采用微处理器CPU主动发起掉电的情况,即微控制器先发起控制Isolation电路的信号,将可掉电区域输入到常开电压域的信号变更为无效信号并维持在固定状态,然后再向电源管理单元发起掉电信号,但是当可掉电区域被动掉电时,上述通过微控制器控制的Isolation电路无法及时将输入到常开电压域的信号变更为无效信号并维持在固定状态,导致大概率地出现常开电压域工作异常的情况。
[0007]
发明内容
[0008]
本申请提供一种隔离电路系统及其进行信号隔离的方法,解决在低功耗技术领域,Isolation电路采用微处理器稳定电路信号时,无法及时将输入到常开电压域的信号维持在固定状态,导致大概率地出现常开电压域工作异常情况的问题。
[0009]
本申请第一方面,提供一种隔离电路系统,该系统包括:
[0010]
电源管理器,用于监测到第一电路区域掉电时输出第一信号到数字逻辑电路,未监测到第一电路区域出现掉电时输出第二信号到数字逻辑电路;
[0011]
数字逻辑电路,用于将从电源管理器接收的第一信号经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路;和
[0012]
隔离电路,用于同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收隔离信号,将所述交互信号进行阻断,或者,同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收连通信号,将所述交互信号经稳压处理后输出到第二电路区域。
[0013]
本申请第二方面,提供一种隔离电路系统进行信号隔离的方法,该方法包括:
[0014]
电源管理器监测到第一电路区域掉电时输出第一信号到数字逻辑电路,未监测到第一电路区域出现掉电时输出第二信号到数字逻辑电路;
[0015]
数字逻辑电路将从电源管理器接收的第一信号经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路;和
[0016]
隔离电路同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收隔离信号,将所述交互信号进行阻断,或者,同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收连通信号,将所述交互信号经稳压处理输出到第二电路区域。
[0017]
本申请通过电源管理器实时监控第一电路区域的掉电情况,根据掉电情况发出第一信号和第二信号,通过逻辑数字电路发送隔离信号/连通信号到隔离电路,在第一电路区域掉电时,将第一电路区域掉电后不稳定的交互信号及时地隔离掉,避免其输出到第二电路区域,从而减少了突发掉电时,导致的对上述交互信号的误操作引起的电路系统不稳定的情况,提升了隔离电路系统的稳定性。

附图说明

[0018]
图1A为实施例一提供的隔离电路系统的系统示意图;
[0019]
图1B为实施例一提供的隔离电路系统结构示意图;
[0020]
图1C为实施例一提供的包括微处理器的隔离电路系统示意图;
[0021]
图2A为实施例二提供的隔离电路系统的工作流程示意图;
[0022]
图2B为实施例二提供的包括微处理器的隔离电路系统的工作流程示意图;
[0023]
图3A为实施例三提供的常见的隔离电路系统的电路示意图;
[0024]
图3B为实施例三提供的基于常见的隔离电路的信号时序分析图;
[0025]
图3C为实施例三提供的改进的隔离电路系统的电路示意图;
[0026]
图3D为实施例三提供的基于改进1的隔离电路的信号时序分析图;
[0027]
图3E为实施例三提供的基于改进2的隔离电路的信号时序分析图。

具体实施方式

[0028]
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下通过实施例,并结合附图,对本申请的光伏组件清洁系统进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
[0029]
实施例一:
[0030]
本申请提供一种隔离电路系统,系统示意图如图1A,包括:
[0031]
电源管理器10,用于当监测到第一电路区域掉电时输出第一信号到数字逻辑电路,当未监测到第一电路区域出现掉电时输出第二信号到数字逻辑电路;
[0032]
数字逻辑电路20,用于将从电源管理器接收的第一信号经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路;
[0033]
隔离电路30,用于同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收隔离信号,将上述交互信号进行阻断,或者,同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收连通信号,将上述交互信号经稳压处理后输出到第二电路区域。
[0034]
在实施中,上述隔离电路系统中,通过电源管理器实时监测第一电路区域的电压情况,并根据监测到的第一电路区域的电压情况,判断第一电路区域是否发生掉电现象,并根据判断结果向数字逻辑电路输出第一信号/第二信号,以此向数字逻辑电路传递第一电路区域的掉电情况;作为一种可选的实施方式,当电源管理器检测到上述第一电路区域掉电时,发出第一信号到数字逻辑电路,上述第一信号的值可以设置为1(即可认为是一个高电平信号);当未检测到上述第一电路区域掉电时,发出第二信号到数字逻辑电路,上述第二信号的值可以设置为0(即可认为是一个低电平信号);
[0035]
上述隔离电路系统中,数字逻辑电路将接收的第一信号/第二信号经逻辑处理后对应地向隔离电路输出隔离信号/连通信号;
[0036]
作为一种可选的实施方式,上述数字逻辑电路可以包括一个非门,上述非门的输入端与电源管理器输出端连接,输出端与上述隔离电路连接;即当上述非门的输入值是第一信号,即值为1时,对应的输出隔离信号(值为0);上述非门的输入值是第二信号,即值为0时,对应的输出隔离信号(值为1);
[0037]
上述隔离电路系统中,隔离电路同时从第一电路区域接收交互信号,和从数字逻辑电路接收隔离信号,将上述交互信号进行阻断,或者,将上述交互信号经稳压处理输出到第 二电路区域;
[0038]
上述第一电路区域为可掉电区域,上述第二电路区域为常开电压域。
[0039]
隔离电路同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收隔离信号/连通信号,将上述交互信号进行阻断,或者,将上述交互信号经稳压处理输出到第二电路区域;
[0040]
上述从第一电路区域接收交互信号包括写使能信号和数据信号;
[0041]
上述第二电路区域包括寄存器,用于采集第一电路区域传递的数据信号;当上述第二电路区域包括寄存器时,上述隔离电路,用于在同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收连通信号时,将上述交互信号经稳压处理输出到第二电路区域的寄存器。
[0042]
作为一种可选的实施方式,上述隔离电路系统包括至少一个与门,每个与门的两个输入端分别与数字逻辑电路的输出端和上述第一电路区域的一个输出端连接;
[0043]
在本实施例中,上述隔离电路包括两个与门,如图1B,当上述隔离电路从数字逻辑电路接收的是隔离信号(值为0)时,将上述隔离信号和上述交互信号通过与门后,即将上述交互信号设置为无效,将其隔离掉,不被上述第二电路区域的寄存器采集到;当上述隔离电路从数字逻辑电路接收的是连通信号(值为1)时,将上述连通信号和上述交互信号通过与门后,输出到第二电路区域的寄存器;
[0044]
当上述交互信号包括数据信号时,上述隔离电路系统还包括缓冲模块,如图1B,上述缓冲模块连接在上述数字逻辑电路输出端和上述数据信号输入的与门的输入端之间,用于将上述数字逻辑电路输出的隔离信号/连通信号缓冲后经稳压处理输出到第二电路区域,以便使上述数据信号撞上上述第二电路区域的寄存器的时钟采写频率;
[0045]
在实施中,上述隔离电路系统还包括微处理器40,系统如图1C所示,上述微处理器用于监测到第一电路区域掉电时输出第三信号到数字逻辑电路,未监测到第一电路区域出现掉电时输出第四信号到数字逻辑电路;
[0046]
当上述隔离电路系统包括微处理器时,上述数字逻辑电路,用于将从电源管理器接收的第一信号及从微处理器接收的第三信号,经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号及从微处理器接收的第四信号,经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路。
[0047]
作为一种选的实施方式,当上述隔离电路系统包括微处理器时,上述数字逻辑电路包括一个或非门,上述或非门的两个输入端分别与电源管理器和微处理器的输出端连接,输出端与上述隔离电路连接;
[0048]
当上述隔离电路系统包括微处理器时,实现通过电源管理器和微处理器的双重控制,保证了隔离电路系统的稳定性。
[0049]
实施例二:
[0050]
基于同一方案构思,本实施例给出一种隔离电路系统进行信号隔离的方法,上述隔离电路系统的工作流程示意图如图2A,具体包括:
[0051]
步骤210,电源管理器监测到第一电路区域掉电时输出第一信号到数字逻辑电路,未监测到第一电路区域出现掉电时输出第二信号到数字逻辑电路;
[0052]
步骤220,数字逻辑电路将从电源管理器接收的第一信号经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路;
[0053]
步骤230,隔离电路同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收隔离信号,将上述交互信号进行阻断,或者,同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收连通信号,将上述交互信号经稳压处理输出到第二电路区域。
[0054]
在实施中,当上述交互信号包括数据信号时,上述隔离电路通过缓冲模块从上述数字逻辑电路接收隔离信号/连通信号。
[0055]
当上述隔离电路系统包括微处理器时,上述一种隔离电路系统进行信号隔离的方法,如图2B所示,还包括:
[0056]
步骤240,微处理器监测到第一电路区域掉电时输出第三信号到数字逻辑电路,未监测到第一电路区域出现掉电时输出第四信号到数字逻辑电路;
[0057]
步骤250,数字逻辑电路,将从电源管理器接收的第一信号及从微处理器接收的第三信号,经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号及从微处理器接收的第四信号,经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路。
[0058]
以下分别给出上述隔离电路系统包括微处理器时,上述第一电路区域掉电和未掉电时的工作流程:
[0059]
1)出上述第一电路区域掉电的工作流程如下:
[0060]
电源管理器监测到第一电路区域掉电,输出第一信号(值为1)到数字逻辑电路;
[0061]
同时,微处理器监测到第一电路区域掉电,输出第三信号(值为1)到数字逻辑电路;
[0062]
数字逻辑电路接收第一信号和第三信号,将上述第一信号和第三信号经过或非门后输出隔离信号(值为0)到隔离电路;
[0063]
隔离电路接收第一电路区域传递的写使能信号和数据信号,分别将写使能信号和数据信号与隔离信号经过与门后,将上述写使能信号和数据信号置为无效(可以理解为值为0)隔离掉;
[0064]
第二电路区域的寄存器检测不到高电平(即值为1)的写使能信号,则不会采写上述 数据信号。
[0065]
2)出上述第一电路区域未掉电的工作流程如下:
[0066]
电源管理器未监测到第一电路区域掉电,输出第二信号(值为0)到数字逻辑电路;
[0067]
同时,微处理器未监测到第一电路区域掉电,输出第四信号(值为0)到数字逻辑电路;
[0068]
数字逻辑电路接收第二信号和第四信号,将上述第二信号和第四信号经过或非门后输出连通信号(值为1)到隔离电路;
[0069]
隔离电路接收第一电路区域传递的写使能信号和数据信号,分别将写使能信号和数据信号与连通信号经过与门后,将上述写使能信号和数据信号传输到第二电路区域的寄存器;
[0070]
第二电路区域的寄存器检测到高电平(即值为1)的写使能信号,则对上述数据信号进行采写。
[0071]
实施例三:
[0072]
本实施例结合实施例一提供的一种隔离电路系统,和实施例二提供的一种隔离电路系统进行信号隔离的方法,给出具体的应用如下:
[0073]
结合图3A、3B、3C、3D和3E,对本实施例提供的具体应用给出以下的工作原理的说明:
[0074]
图3A是常见的隔离(Isolation)电路系统的电路示意图,用于把掉电区域输出常开电压域的交互信号(写使能信号和数据信号),和微控制器CPU发出的isolation_en经取反电路取反的信号相与,在可掉电区域掉电前将上述交互信号的值固定成0,确保常开电路域在可掉电区域掉电时,能够正常工作。
[0075]
图3B是基于图3A的隔离电路的信号时序分析图,其中:
[0076]
isolation_en1信号描述的是,在正常工作时,CPU先主动发出控制指令控制Isolation电路系统,把输入到常开电压域的交互信号固定为0,然后CPU再向电源管理器PMU发起请求掉电信号,把输入到可掉电区域的电压VDD关掉,datasig1数据输入信号在sample1时刻因掉电变为灰色不稳定状态,但此时常开电压域寄存器data_register1已经把固定状态缓存下来了,因此不影响正常工作。
[0077]
isolation_en2信号描述的是,异常掉电的情况,CPU来不及发出指令控制Isolation电路系统,此时isolation_en2一直没值起来(即isolation_en2为无效状态),在sample1时刻,VDD关掉了,datasig2的数据变为不稳定状态,由于未提前收到有效的isolation_en2控制, 导致常开电压域的寄存器data_register2把不稳定的数据信号状态缓存下来了,进而导致此时常开电压域出现异常。
[0078]
本申请提出了图3C的基于上述Isolation电路系统的改进电路,其工作流程如下:
[0079]
改进1是针对图3A中的Isolation电路系统中不能解决可掉电区域异常掉电,导致常开电压域出现工作异常的情况,其具体工作原理如下:
[0080]
增加电源管理器PMU检测可掉电区域的电压情况的掉电指示标志control2信号,一旦PMU检测到可掉电区域掉电时,则将上述control2的值置为1,当PMU未检测到可掉电区域掉电时,将上述control2的值置为0输入图中改进1(数字逻辑电路)的或非门的输入端,将control2和CPU发出的isolation_en信号经或非门后,作为isolation1_en和isolation2_en输入到常开电压域;当control2和isolation_en任一的值为1(高电平有效)时,isolation1和isolation2的值都为0,当control2和isolation_en的值都为0(即低电平无效)时,isolation1和isolation2的值都为1;
[0081]
当可掉电区域掉电时,利用isolation1_en和与门将write_en_new的值置为0;用isolation_en 2和与门将data_register的值也置为0;常开电压域的寄存器检测不到值为1的write_en_new,便不会对data_register进行采写,从而避免在可掉电区域掉电时,寄存器采集到不稳定的写使能信号和数据信号;
[0082]
当可掉电区域未掉电时,上述isolation_en 1和isolation2_en的值均为1,经过与门后,不会影响write_en_new和data_register的值,常开电压域的寄存器检测到值为1的write_en_new时,便会对data_register进行采写。
[0083]
图3C中的改进2是为提升图3C中的改进1的工作性能做出的改进,因为可掉电区域突发异常掉电是随机发生的,很可能撞到isolation1_en和isolation2_en控制信号起作用时间不在寄存器采样时钟的采样点上,以图3D作为说明:
[0084]
在图3D的采样点sample1点上,导致寄存器采样建立时间无法满足,从而出现寄存器采样出错的情况,如图3D的常开电压域得到的寄存器data_register1出现不确定状态(如图3D在sample点之后,data_register1的灰色部分表示不确定状态),从而导致常开电压域出现误操作的情况。
[0085]
图3C中的改进2是针对图3D出现的情况作出的改进,其工作原理如下:
[0086]
改进2电路是在对输入数据端isolation1电路的isolation1_en的控制信号加了2级buff作为延时单元,将isolation2_en信号与isolation1_en分时错开控制。
[0087]
在上述改进2的作用下,时钟采样同步的时候不会同时让write_en和data_sig信号建立时间不足的情况发生,如图3E所示,在可掉电区域突发掉电时,isolation2_en信号会先 起来在经过与门后产生write_en_new信号,在图3E的sample1点时,write_en_new变低,使写使能信号无效掉。在控制输入数据data_sig2的isolation1_en在延迟了一段时间之后在sample2点置起,此时刚好撞上时钟的采样点,但由于控制数据写入的write_en_new已经提前置低为无效,则在sample2点由于数据输入的建立时间不满足,而导致常开电压域的寄存器data_resiger写入了数据不确定的状态。
[0088]
本实施例将改进1和改进2相互结合,作为可掉电区域突发掉电时,对常开电压域的保护电路,从而减少了可掉电区域异常掉电时,常开电压域出现误操作的情况。
[0089]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
[0090]
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

权利要求书

[权利要求 1]
一种隔离电路系统,其特征在于,包括: 电源管理器,用于当监测到第一电路区域掉电时输出第一信号到数字逻辑电路,当未监测到第一电路区域出现掉电时输出第二信号到数字逻辑电路; 数字逻辑电路,用于将从电源管理器接收的第一信号经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路;和 隔离电路,用于同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收隔离信号,将所述交互信号进行阻断,或者,同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收连通信号,将所述交互信号经稳压处理后输出到第二电路区域。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括: 微处理器,用于当监测到第一电路区域掉电时输出第三信号到数字逻辑电路,当未监测到第一电路区域出现掉电时输出第四信号到数字逻辑电路; 所述数字逻辑电路,用于将从电源管理器接收的第一信号及从微处理器接收的第三信号,经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号及从微处理器接收的第四信号,经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述数字逻辑电路包括一个非门,所述非门的输入端与电源管理器输出端连接,输出端与所述隔离电路连接。
[权利要求 4]
根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述数字逻辑电路包括一个或非门,所述或非门的两个输入端分别与电源管理器和微处理器的输出端连接,输出端与所述隔离电路连接。
[权利要求 5]
根据权利要求1~4中任一项所述的系统,其特征在于,所述隔离电路包括至少一个与门,每个与门的两个输入端分别与数字逻辑电路的输出端和所述第一电路区域的一个输出端连接。
[权利要求 6]
根据权利要求1~4中任一项所述的系统,其特征在于,所述第一电路区域输出的交互信号包括写使能信号和数据信号。
[权利要求 7]
根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述第二电路区域包括寄存器,其中: 所述隔离电路,用于在同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收连通信号时,将所述交互信号经稳压处理输出到第二电路区域的寄存器。
[权利要求 8]
根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述交互信号包括数据信号,还包括: 缓冲模块,连接在所述数字逻辑电路输出端和所述数据信号输入的与门的输入端之间,用于将所述数字逻辑电路输出的隔离信号/连通信号缓冲后经稳压处理输出到第二电路 区域。
[权利要求 9]
一种隔离电路系统进行信号隔离的方法,其特征在于,该方法包括: 电源管理器监测到第一电路区域掉电时输出第一信号到数字逻辑电路,未监测到第一电路区域出现掉电时输出第二信号到数字逻辑电路; 数字逻辑电路将从电源管理器接收的第一信号经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路;和 隔离电路同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收隔离信号,将所述交互信号进行阻断,或者,同时从第一电路区域接收交互信号和从数字逻辑电路接收连通信号,将所述交互信号经稳压处理输出到第二电路区域。
[权利要求 10]
如权利要求9所述的方法,其特征在于,还包括: 微处理器监测到第一电路区域掉电时输出第三信号到数字逻辑电路,未监测到第一电路区域出现掉电时输出第四信号到数字逻辑电路; 数字逻辑电路将从电源管理器接收的第一信号经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路,包括: 将从电源管理器接收的第一信号及从微处理器接收的第三信号,经逻辑处理后输出隔离信号到隔离电路,将从电源管理器接收的第二信号及从微处理器接收的第四信号,经逻辑处理后输出连通信号到隔离电路。
[权利要求 11]
如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述交互信号包括数据信号,所述隔离电路从数字逻辑电路接收隔离信号/连通信号,包括: 所述隔离电路通过缓冲模块从所述数字逻辑电路接收隔离信号/连通信号。

附图

[ 图 1A]  
[ 图 1B]  
[ 图 1C]  
[ 图 2A]  
[ 图 2B]  
[ 图 3A]  
[ 图 3B]  
[ 图 3C]  
[ 图 3D]  
[ 图 3E]