特開 2017-130906 ガルバニーアイソレータ回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-130906(P2017-130906A)

(43)【公開日】2017年7月27日

(54)【発明の名称】ガルバニーアイソレータ回路

(51)【国際特許分類】

   H04B 5/02 20060101AFI20170630BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20170630BHJP

   G01R 33/07 20060101ALI20170630BHJP

【ＦＩ】

   H04B5/02

   G01R33/02 Z

   G01R33/06 H

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-90143(P2016-90143)

(22)【出願日】2016年4月28日

(31)【優先権主張番号】105101495

(32)【優先日】2016年1月19日

(33)【優先権主張国】TW

(71)【出願人】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100134577

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】張 元泰

(72)【発明者】

【氏名】▲莊▼ 凱翔

【テーマコード（参考）】

2G017

5K012

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AB07

2G017AB09

2G017AD04

2G017AD53

2G017BA05

5K012AB03

5K012AC06

5K012AC07

(57)【要約】

【課題】コイルと磁界センサを用いて、電磁結合によりガルバニーアイソレータの機能を実現するガルバニーアイソレータ回路を提供する。
【解決手段】ガルバニーアイソレータ回路は、コイルと、磁界センサとを含む。コイルは、第１回路の上に結合される。磁界センサは、第２回路の上に結合され、コイルに対応して配置される。第１回路は、コイルを介して磁界センサに磁界信号を伝送する。磁界センサは、磁界信号を出力信号に変換して、出力信号を第２回路に提供する。したがって、ガルバニーアイソレータ回路は、コイルと磁界センサを用いてガルバニーアイソレータの機能を実現することができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１回路に結合されたコイルと、
第２回路に結合され、前記コイルに対応して配置された磁界センサと、
を含み、前記第１回路が、前記コイルを介して前記磁界センサに磁界信号を伝送し、前記磁界センサが、前記磁界信号を出力信号に変換して、前記出力信号を前記第２回路に提供するガルバニーアイソレータ回路。

【請求項2】

前記第１回路が、
制御信号を生成する制御回路と、
前記コイルに結合され、前記制御信号を受信して、前記制御信号に基づいて送信電流を生成するとともに、前記送信電流を前記コイルに提供して、前記コイルが前記磁界信号を生成できるようにする送信側回路と、
を含む請求項１に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項3】

前記送信側回路が、
制御電流源と、
前記制御電流源を制御する電流エンコーダと、
を含み、前記電流エンコーダが、前記制御信号の電位遷移部分に基づいて、前記制御電流源により前記送信電流においてパルス部分を生成する請求項２に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項4】

前記第２回路が、
前記出力信号を受信する受信側回路と、
前記受信側回路に結合され、前記出力信号に基づいて、エネルギーを負荷に提供するかどうかを判断する出力段回路と、
を含む請求項１に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項5】

前記受信側回路が、
前記磁界センサの両端に結合され、出力ゲインに基づいて前記出力信号を増幅する出力アンプを含む請求項４に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項6】

前記第１回路が、第１電圧ドメインに属し、前記第２回路が、前記第１電圧ドメインと異なる第２電圧ドメインに属する請求項１に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項7】

前記磁界センサが、ホールセンサである請求項１に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項8】

前記第１回路が、
制御信号を変調するよう構成された変調器を含み、前記第１回路が、前記変調された制御信号に基づいて、前記コイルを介して前記磁界信号を前記磁界センサに伝送し、
前記第２回路が、
前記磁界センサによって生成された前記出力信号を復調するよう構成された復調器を含む請求項１に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項9】

送信側回路に結合された第１コイルおよび第２コイルと、
それぞれ前記第１受信側回路および前記第２受信側回路に結合された第１磁界センサおよび第２磁界センサと、
を含み、前記第１磁界センサが、前記第１コイルに対応して配置され、前記第２磁界センサが、前記第２コイルに対応して配置され、
前記送信側回路が、前記第１コイルおよび前記第２コイルを介して、第１磁界信号および第２磁界信号をそれぞれ前記第１磁界センサおよび前記第２磁界センサに伝送し、
前記第１磁界センサが、前記第１磁界信号を第１出力信号に変換して、前記第１出力信号を前記第１受信側回路に提供し、前記第２磁界センサが、前記第２磁界信号を第２出力信号に変換して、前記第２出力信号を前記第２受信側回路に提供するガルバニーアイソレータ回路。

【請求項10】

前記第１磁界センサおよび前記第２磁界センサが、ホールセンサである請求項９に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項11】

前記送信側回路が、
前記第１コイルの第１端に結合された第１端、前記第２コイルの第１端に結合された前記第１コイルの第２端、および前記第２コイルの第２端に結合された第２端を有する制御電流源を含み、前記第１コイルの巻線方向が、前記第２コイルの巻線方向と異なり、
前記制御電流源が、前記第１コイルおよび前記第２コイルを同時に流れる送信電流を生成する請求項９に記載のガルバニーアイソレータ回路

【請求項12】

前記送信側回路が、さらに、
前記制御電流源を制御する電流エンコーダ
を含み、前記電流エンコーダが、制御信号の電位遷移部分に基づいて、前記制御電流源により前記送信電流においてパルス部分を生成する請求項１１に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項13】

前記第１受信側回路が、第１出力アンプであり、前記第２受信側回路が、第２出力アンプである請求項１１に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項14】

前記第１出力アンプが、前記第１磁界センサの非反転出力に結合された非反転受信端、および前記第２磁界センサの反転出力に結合された反転受信端を有し、前記第２出力アンプが、前記第１磁界センサの反転出力に結合された非反転受信端、および前記第２磁界センサの非反転出力に結合された反転受信端を有する請求項１３に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項15】

前記第１出力アンプが、前記第１磁界センサの非反転出力に結合された非反転受信端、および前記第１磁界センサの反転出力に結合された反転受信端を有し、
前記第２出力アンプが、前記第２磁界センサの非反転出力に結合された非反転受信端、および前記第２磁界センサの反転出力に結合された反転受信端を有する請求項１３に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項16】

前記送信側回路が、
前記第１コイルに結合され、第１送信電流を生成する第１制御電流源と、
前記第２コイルに結合され、第２送信電流を生成する第２制御電流源と、
を含み、前記第１コイルの巻線方向が、前記第２コイルの巻線方向と同じであり、前記第１送信電流が、前記第１コイルの第１端から流入し、前記第２送信電流が、前記第２コイルの第２端から流入する請求項９に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項17】

前記送信側回路が、さらに、
前記制御電流源を制御する電流エンコーダ
を含み、前記電流エンコーダが、制御信号の電位遷移部分に基づいて、前記制御電流源により前記送信電流においてパルス部分を生成する請求項１６に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項18】

前記第１受信側回路が、第１出力アンプであり、前記第２受信側回路が、第２出力アンプである請求項１６に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項19】

前記第１出力アンプが、前記第１磁界センサの非反転出力に結合された非反転受信端、および前記第２磁界センサの反転出力に結合された反転受信端を有し、前記第２出力アンプが、前記第１磁界センサの反転出力に結合された非反転受信端、および前記第２磁界センサの非反転出力に結合された反転受信端を有する請求項１８に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【請求項20】

前記第１出力アンプが、前記第１磁界センサの非反転出力に結合された非反転受信端、および前記第１磁界センサの反転出力に結合された反転受信端を有し、
前記第２出力アンプが、前記第２磁界センサの非反転出力に結合された非反転受信端、および前記第２磁界センサの反転出力に結合された反転受信端を有する請求項１８に記載のガルバニーアイソレータ回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガルバニーアイソレータ（galvanic isolator）回路に関するものである。

【背景技術】

【0002】

信号伝送の分野において、１つの電圧ドメインの回路から別の電圧ドメインの回路へ、または１つの媒体から別の媒体へ、信号やエネルギーを伝送しなければならないことがある。電圧ドメインや媒体が異なることによって、信号は、寄生路（parasitic path）により送信中に周辺回路との干渉や周辺回路内での故障を起こし、損傷する可能性がある。回路の信頼性を考慮して、通常、ガルバニーアイソレータ、信号アイソレータ、結合器、または隔離バリア（isolation barrier）を用いて異なる電圧ドメインの回路間で信号を送信し、回路を保護する。

【0003】

ガルバニーアイソレータは、電源システム（例えば、電源、モータ制御システム、サーバー電源システム、家電機器）、照明制御システム（例えば、ＬＥＤコントローラ）、工業モータシステム（例えば、ロボットアーム、自動車モータ）等の電源供給回路の多くの分野に応用可能である。上述した電源供給回路システムは、通常、制御回路により信号又は命令を生成して出力段回路を制御し、負荷にエネルギーを伝送する。

【0004】

現在、ガルバニーアイソレータは、通常、光結合器、キャパシタ、または変圧器により実現される。光結合器をガルバニーアイソレータとして使用する場合、ＬＥＤの製造プロセスは、トランジスタの製造プロセス（例えば、ＣＭＯＳ製造プロセス）と互換性がなく、且つＬＥＤに光減衰や熱損失等の問題が生じる。そのため、ＬＥＤをチップに集積することができず、追加の実装が必要になる。しかし、チップに集積することのできる変圧器やキャパシタをガルバニーアイソレータとして使用する場合は、、効率のよい送信を達成するため、高周波信号の送信が必要になる。その結果、このようなガルバニーアイソレータを設置した回路は、信号を送信するための追加の変調および復調機能が必要になる。したがって、電力消費量を削減し、且つ信号歪みを低減することのできるガルバニーアイソレータをいかにして実現するかが、解決すべき課題となっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、コイルと磁界センサを用いて、磁気結合（magnetic coupling）によりガルバニーアイソレータの機能を実現するガルバニーアイソレータ回路を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の１つの実施形態において、ガルバニーアイソレータ回路は、コイルと、磁界センサとを含む。コイルは、第１回路に結合される。磁界センサは、第２回路に結合され、磁界センサは、コイルに対応して配置される。第１回路は、コイルを介して磁界センサに磁界信号を伝送する。磁界センサは、磁界信号を出力信号に変換して、出力信号を第２回路に提供する。

【0007】

本発明の１つの実施形態において、ガルバニーアイソレータ回路は、第１コイルと、第２コイルと、第１磁界センサと、第２磁界センサとを含む。第１コイルおよび第２コイルは、送信側回路に結合される。第１磁界センサおよび第２磁界センサは、それぞれ第１受信側回路および第２受信側回路に結合される。第１磁界センサは、第１コイルに対応して配置され、第２磁界センサは、第２コイルに対応して配置される。送信側回路は、第１コイルおよび第２コイルを介して、第１磁界信号および第２磁界信号をそれぞれ第１磁界センサおよび第２磁界センサに伝送する。第１磁界センサは、第１磁界信号を第１出力信号に変換して、第１出力信号を第１受信側回路に提供する。第２磁界センサは、第２磁界信号を第２出力信号に変換して、第２出力信号を第２受信側回路に提供する。

【発明の効果】

【0008】

以上のように、本発明の実施形態のガルバニーアイソレータ回路は、コイルと磁界センサを用いて、電磁結合によりガルバニーアイソレータの機能を実現する。本発明の実施形態のガルバニーアイソレータは、チップ製造プロセスと組み合わせることができ、送信された信号は、高周波信号であっても低周波信号であってもよいため、変調または復調する必要がない。したがって、本発明の実施形態のガルバニーアイソレータは、電力消費量を削減し、信号歪みを低減するとともに、製造工程コストと実装コストを削減することができる。さらに、ガルバニーアイソレータは、半導体製造プロセスで製造し、チップに統合することができる。一方、ガルバニーアイソレータは、２つのコイルおよび２つの磁界センサを用いてガルバニーアイソレータの機能を実現することにより、同相ノイズ（common mode noise）の除去および差動信号（differential mode signal）の増幅を行い、ノイズ干渉に抵抗することができる。

【0009】

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係るガルバニーアイソレータを適用した回路を示す概略図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係るガルバニーアイソレータを適用した回路を示す機能ブロック図である。

【図3】回路における送信側回路および受信側回路の詳細な回路図である。

【図4】制御信号、符号化されていない送信電流、符号化された送信電流、および出力信号のタイミング図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る２つのガルバニーアイソレータを適用した回路を示す機能ブロック図である。

【図6】本発明の第３実施形態に係るガルバニーアイソレータ回路を適用した回路を示す概略図である。

【図7】本発明の第４実施形態に係るガルバニーアイソレータ回路を適用した回路を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下の詳細な説明において、説明の目的で、開示される実施形態が十分に理解されるよう、多数の具体的詳細を示す。しかしながら、これらの具体的詳細がなくとも、１つまたはそれ以上の実施形態が実施され得ることは明らかである。別の場合では、図面を簡潔にするため、周知の構造および装置は概略的に示される。

【0012】

図１は、本発明の第１実施形態に係るガルバニーアイソレータ１１０を使用した回路１００を示す概略図である。回路１００は、主に、ガルバニーアイソレータ１１０と、第１回路１２０と、第２回路１３０とを含む。第１回路１２０の電源は、第１電圧ドメインＶＤ１に接続され、第２回路１３０の電源は、第２電圧ドメインＶＤ２に接続される。つまり、第１回路１２０は、第１電圧ドメインＶＤ１に属し、第２回路１３０は、第２電圧ドメインＶＤ２に属する。回路１００は、さらに、負荷１４０を含んでもよい。負荷１４０は、第２回路１３０の出力に接続される。

【0013】

本実施形態において、第１電圧ドメインＶＤ１と第２電圧ドメインＶＤ２は、異なっていてもよい。この場合、ガルバニーアイソレータ１１０を使用して信号を伝送し、電圧ドメインを隔離する必要がある。本実施形態において、回路１００は、電源供給回路システムに適用可能である。そのため、第２電圧ドメインＶＤ２は、使用する電源供給回路システムに応じて、２０Ｖ〜３５ｋＶであってもよい。第１電圧ドメインＶＤ１は、制御回路に通常使用される電圧範囲（例えば、１．２５Ｖ、３．３Ｖ、５Ｖ等）である。また、電源供給回路システムの異なる応用に応じて、負荷１４０は、電源、照明機器、モータ、家電機器、ロボットアーム、自動車モータ等であってもよい。しかしながら、本発明の実施形態は、これらに限定されない。

【0014】

図２は、本発明の第１実施形態に係るガルバニーアイソレータ１１０を採用した回路１００を示す機能ブロック図である。図２を参照すると、ガルバニーアイソレータ１１０は、コイル２１０と、磁界センサ２２０とを含む。本実施形態において、磁界センサ２２０は、ホールセンサ（Hall sensor）（または、ホールデバイスと称す）により実現される。第１回路１２０は、制御回路２３０と、送信側回路２４０とを含む。制御回路２３０は、制御信号ＣＳを生成することができる。本実施形態において、制御信号ＣＳは、パルス幅変調（pulse width modulation, PWM）信号により実現されるが、本発明はこれに限定されない。送信側回路２４０は、コイル２１０に結合される。送信側回路２４０は、主に、制御信号ＣＳを受信し、制御信号ＣＳに基づいて送信電流Ｉを生成するとともに、送信電流Ｉをコイル２１０に提供して、コイル２１０が磁界信号Ｂを生成できるようにする。

【0015】

第２回路１３０は、受信側回路２５０と、出力段回路２６０とを含む。磁界センサ２２０は、磁界信号Ｂの大きさに基づいて出力信号ＶＳを生成する。本実施形態において、磁界センサ２２０は、ホールセンサであってもよい。受信側回路２５０は、出力信号ＶＳを受信して、出力信号（例えば、増幅信号、フィルタリング信号）を処理するよう構成される。出力段回路２６０は、処理した出力信号ＳＡに基づいて、エネルギーを図１の負荷１４０に提供するかどうかを判断することができる。本実施形態において、出力段回路２６０は、電力出力段回路であってもよい。

【0016】

図３は、回路１００における送信側回路２４０および受信側回路２５０の詳細な回路図である。図３において、コイル２１０、磁界センサ２２０、制御回路２３０、および出力段回路２６０は、図２において同一名称を有する素子と類似する。送信側回路２４０は、制御電流源３１０と、電流エンコーダ３２０とを含む。本発明の本実施形態において、電流エンコーダ３２０は、制御電流源３１０を制御するよう構成され、制御信号ＣＳを送信電流Ｉに変換して、コイル２１０が磁界信号Ｂを生成できるようにする。しかしながら、制御信号ＣＳ（例えば、ＰＷＭ信号）が単に送信電流Ｉに変換される場合、制御電流源３１０は、制御信号ＣＳのイネーブル（enable）期間の間に送信電流Ｉを維持し続けるため、不必要な電力の無駄が生じる。

【0017】

図４は、制御信号ＣＳ、符号化されていない送信電流ＩＯ、符号化された送信電流ＩＮ、および出力信号ＳＡのタイミング図である。図３および図４を同時に参照すると、制御信号ＣＳがイネーブル期間Ｔ１にある時、符号化されていない送信電流ＩＯは、上述したイネーブル期間Ｔ１の間電流量を維持して、電力を無駄にする。電力の無駄を回避するため、本発明の本実施形態の送信側回路２４０において、電流エンコーダ３２０は、制御信号ＣＳの電位遷移部分（例えば、制御信号ＣＳがディセーブル状態からイネーブル状態に変化する期間ＴＣ１、および制御信号ＣＳがイネーブル状態からディセーブル状態に変化する期間ＴＣ２）に基づいて制御電流源３１０を制御することにより、符号化された送信電流ＩＮにおいてパルス部分（例えば、ＰＬ１、ＰＬ２）を生成することができる。したがって、磁界センサ２２０および受信側回路２５０によって処理された出力信号ＳＡは、チップ（tip）形状のパルスを生成するため、制御信号ＣＳの遷移時間点を知ることができる。つまり、電流エンコーダ３２０は、遷移中に制御信号ＣＳの辺縁部分を検出して、その辺縁部分が検出された時に符号化された送信電流ＩＮにおいて対応するパルス部分（例えば、ＰＬ１、ＰＬ２）を生成するため、後続の回路（例えば、出力段回路２６０）は、制御信号ＣＳの遷移時間点を知ることができ、省電力の効果を達成することができる。

【0018】

図３を参照すると、受信側回路２５０は、主に、出力アンプ３３０を含む。出力アンプ３３０は、磁界センサ２２０の両端に結合される。出力アンプ３３０の非反転（non-inverting）受信端は、磁界センサ２２０の非反転出力に結合され、出力アンプ３３０の反転（inverting）受信端は、磁界センサ２２０の反転出力に結合される。したがって、磁界センサ２２０は、内蔵された出力ゲイン（例えば、内蔵されたゲインはＡである）に基づいて、出力信号ＳＡを適度に増幅し、後続の出力段回路２６０が信号を処理しやすいようにすることができる。受信側回路２５０は、回路の異なる応用および設計要求に基づいて調整可能なフィルタや整流器（rectifier）等を含んでもよい。

【0019】

本発明の本実施形態の回路１００は、さらに、変調および復調機能を用いて、制御信号ＣＳをよりスムーズに送信することができる。図２および図３を参照すると、第１回路１２０内の制御回路２３０は、変調器（図示せず）を含んでもよく、第１回路１２０内の出力段回路２６０は、それに応じて復調器（図示せず）を含んでもよい。変調器は、制御信号ＣＳを変調するよう構成される。第１回路１２０は、変調された制御信号ＣＳに基づいて、コイル２１０を介して磁界信号Ｂを磁界センサ２２０に伝送する。復調器は、磁界センサ２２０によって生成された出力信号ＳＡを復調するよう構成される。しかしながら、本発明の本実施形態では、コイル２１０と磁界センサ２２０の間の磁気誘導を用いて結合する。このように、上述した方法によってノイズ干渉が少なくなるため、変調器と復調器を用いて送信している間、制御信号ＣＳを保護する必要が比較的少なくなる。

【0020】

いくつかの実施形態において、１つのガルバニーアイソレータを通過した信号が消失したりノイズ干渉を受けたりしないよう、２つのガルバニーアイソレータを用いて信号を伝送してもよい。図５は、本発明の第２実施形態に係る２つのガルバニーアイソレータ５１０および５２０を採用した回路５００を示す機能ブロック図である。回路５００は、主に、第１コイル５１２と磁界センサ５１４で構成されたガルバニーアイソレータ５１０、および第２コイル５２２と磁界センサ５２４で構成されたガルバニーアイソレータ５２０を含む。

【0021】

また、回路５００は、送信側回路５３０および受信側回路５４０を含む。２つのガルバニーアイソレータを用いて信号を伝送するため、送信側回路５３０は、２つの電流エンコーダ５３２および５３４と、２つの制御電流源５３６および５３８とを含む。電流エンコーダ５３２および５３４は、それぞれ異なる制御信号ＣＳ１およびＣＳ２を受信するとともに、それぞれ制御電流源５３６および５３８を制御して、送信電流Ｉ１およびＩ２を生成する。制御信号ＣＳ１およびＣＳ２が同じである場合、１つの電流エンコーダのみで制御電流源５３６および５３８を同時に制御し、送信電流Ｉ１およびＩ２を生成することも可能である。受信側回路５４０は、２つの出力アンプ５４２および５４４を含み、これらを使用して、それぞれ磁界センサ５１４および磁界センサ５２４からの信号を受信および増幅し、出力信号ＳＡ１およびＳＡ２を生成する。

【0022】

しかしながら、回路５００が外部の磁界ノイズからの干渉を受けた場合、磁界センサ５１４および磁界センサ５２４もそれにより影響を受ける。その結果、出力信号ＳＡ１およびＳＡ２に信号歪みが生じる可能性もある。ノイズ干渉を減らし、同時に省電力の要求を達成するため、本発明の本実施形態は、同相ノイズ除去および差動信号増幅の概念を用いて、ガルバニーアイソレータ回路を追加して設計する。図６は、本発明の第３実施形態に係るガルバニーアイソレータ回路６００を示す概略図である。図６において、ガルバニーアイソレータ回路６００は、単に制御電流源６３６および電流エンコーダ６３２を送信側回路６３０として使用する。制御電流源６３６の第１端は、第１コイル６１２の第１端に結合される。第１コイル６１２の第２端は、第２コイル６２２の第１端に結合される。制御電流源６３６の第２端は、第２コイル６２２の第２端に結合される。さらに、本発明の本実施形態は、２つの磁界信号Ｂ１およびＢ２が信号差動入力機能を含むものとする。そのため、本発明の本実施形態において、第１コイル６１２の巻線方向は、第２コイル６２２の巻線方向と異なるよう設計される。例えば、第１コイル６１２の巻線方向が時計回りの時、第２コイル６２２の巻線方向は、逆時計回りに変化する。したがって、電流エンコーダ６３２が送信電流Ｉを生成するよう制御電流源６３６を制御した時、送信電流Ｉは、第１コイル６１２および第２コイル６２２を同時に流れて、異なる位相を有する磁界信号Ｂ１および磁界信号Ｂ２を同時に生成する。これにより、ガルバニーアイソレータ回路６００は、２つの電流エンコーダまたは２つの制御電流源を含む必要がないため、コストと電力消費量の両方を節約することができる。

【0023】

一方、ガルバニーアイソレータ回路６００の受信側回路６４０は、第１受信側回路（例えば、第１出力アンプ６４２）および第２受信側回路（例えば、第２出力アンプ６４４）を含む。本発明の本実施形態は、第１磁界センサ６１４、第２磁界センサ６２４、第１出力アンプ６４２、および第２出力アンプ６４４の間の接続関係を特別設計することにより、同相ノイズを除去し、差動信号の振幅を増幅することができる。詳しく説明すると、第１出力アンプ６４２の非反転受信端は、第１磁界センサ６１４の非反転出力に結合され、第１出力アンプ６４２の反転受信端は、第２磁界センサ６２４の反転出力に結合される。一方、第２出力アンプ６４４の非反転受信端は、第１磁界センサ６１４の反転出力に結合され、第２出力アンプ６４４の反転受信端は、第２磁界センサ６２４の非反転出力に結合される。したがって、磁界信号Ｂ１およびＢ２は、互いに逆位相を有するため、磁界信号Ｂ１およびＢ２に含まれる制御信号は、出力アンプ６２４および６４４の演算（computation）を介して増幅される。反対に、磁界ノイズからの干渉が生じた時、第１磁界センサ６１４および第２磁界センサ６２４は、磁界ノイズを同時に検出するため、出力アンプ６２４および６４４の演算後、同相ノイズを除去することができる。

【0024】

いくつかの実施形態において、受信側回路６４０の設計時に磁界センサと後段アンプを接続する方向を微調整して、受信側回路６４０が後段アンプにおいて信号差動入力機能を提供することができれば、第１コイル６１２の巻線方向を第２コイル６２２と同じ巻線方向に設計してもよい。

【0025】

図７は、本発明の第４実施形態に係るガルバニーアイソレータ回路７００を示す概略図である。ガルバニーアイソレータ回路７００は、第１コイル７１２と、第２コイル７２２と、第１磁界センサ７１４と、第２磁界センサ７２４と、送信側回路７３０と、受信側回路７４０とを含む。図７の受信側回路７４０および出力アンプ７４２、７４４は、図６の受信側回路６４０および出力アンプ６４２、６４４と類似する。図６と図７の相違点は、図７の送信側回路７３０が主に２つの電流エンコーダ７３２および７３４と、２つの制御電流源７３６および７３８とを含むことである。制御電流源７３６および７３８は、それぞれ第１コイル７１２および第２コイル７２２に結合される。第１コイル７１２の巻線方向は、第２コイル７２２の巻線方向と同じである（例えば、両方が時計回りに巻かれているか、反時計回りに巻かれている）。詳しく説明すると、制御電流源７３６の非反転送信端は、第１コイル７１２の第１端に接続され、制御電流源７３６の反転送信端は、第１コイル７１２の第２端に接続される。一方、制御電流源７３８の非反転送信端は、第２コイル７２２の第２端に接続され、制御電流源７３８の反転送信端は、第２コイル７２２の第１端に接続される。したがって、制御電流源７３６によって生成された第１送信電流Ｉ１は、第１コイル７１２の第１端から流入し、制御電流源７３８によって生成された第２送信電流Ｉ２は、第２コイル７２２の第２端から流入する。したがって、第１コイル７１２および第２コイル７２２は、互いに逆位相を有する磁界信号Ｂ１およびＢ２を生成することができる。

【0026】

以上のように、本発明の実施形態のガルバニーアイソレータ回路は、コイルと磁界センサ（例えば、ホールセンサ）を用いて、磁気結合によりガルバニーアイソレータの機能を実現する。本発明の実施形態のガルバニーアイソレータは、チップ製造プロセスと組み合わせることができ、送信された信号は、高周波信号であっても低周波信号であってもよいため、変調または復調する必要がない。したがって、本発明の実施形態のガルバニーアイソレータは、電力消費量を削減し、信号歪みを低減するとともに、製造工程コストと実装コストを削減することができる。さらに、ガルバニーアイソレータは、半導体製造プロセスで製造し、チップに統合することができる。一方、ガルバニーアイソレータは、２つのコイルおよび２つの磁界センサを用いてガルバニーアイソレータの機能を実現することにより、同相ノイズの除去および差動信号の増幅を行い、ノイズ干渉に抵抗することができる。

【0027】

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

【産業上の利用可能性】

【0028】

本発明は、一般的に、コイルおよび磁界センサを用いて、磁気結合によりガルバニーアイソレータの機能を実現するガルバニーアイソレータ回路を提供する。

【符号の説明】

【0029】

１００、５００、６００、７００ 回路
１１０ ガルバニーアイソレータ
１２０ 第１回路
１３０ 第２回路
１４０ 負荷
ＶＤ１、ＶＤ２ 電圧ドメイン
２１０、５１２、５２２、６１２、６２２、７１４、７２４ コイル
２２０、５１４，５２４、６１４、６２４、７１４、７２４ 磁界センサ
２３０ 制御回路
２４０、５３０、６３０、７３０ 送信側回路
２５０、５４０、６４０、７４０ 受信側回路
２６０ 出力段回路
ＣＳ、ＣＳ１、ＣＳ２ 制御信号
Ｉ、Ｉ１、Ｉ２ 送信電流
Ｂ、Ｂ１，Ｂ２ 磁界信号
ＶＡ、ＳＡ、ＳＡ１、ＳＡ２ 出力信号
３１０、５３６、５３８、６３６、７３６、７３８ 制御電流源
３２０、５３２、５３４、６３２、７３２、７３４ 電流エンコーダ
３３０、５４２、５４４、６４２、６４４、７４２、７４４ 出力アンプ
ＩＯ 符号化されていない送信電流
ＩＮ 符号化された送信電流
Ｔ１ 制御信号のイネーブル期間
ＴＣ１、ＴＣ２ 期間
ＰＬ１、ＰＬ２ パルス部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】

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