光隔离放大器集成电路中时钟信号发生器的设计

北方工业大学信息学院 祁宣霖 刘丙旭 韩 庆 张晓波

光隔离放大器集成电路，采用Σ-Δ调制技术进行信号传输，其时钟信号特性对系统整体性能影响较大，本文设计完成了一种新型的时钟信号发生器电路。并对该电路进行了设计和仿真验证，结果表明该电路具有较小的温度系数，电源电压抑制能力较好，且结构简单，占用面积小。

在电机驱动、光伏逆变器和不间断电源等工业系统中需要坚固、可靠的电隔离，通过隔离放大器将高电压上测量的反馈信号与低压控制器进行电隔离。

光隔离放大器集成电路中将输入的模拟信号经过Σ-Δ调制器转换为数字脉冲信号，再经过编码，驱动LED发光，接收端的光电检测器将接收的光脉冲信号经过放大解码和滤波，还原出模拟信号。

其中核心的Σ-Δ调制器是利用过采样技术来提高信噪比，其所需时钟信号频率是所采集信号带宽的几十倍，本设计中采用64倍的过采样，信号带宽100kHz，则时钟信号频率12.8MHz。

1 电路基本结构原理

集成电路中的时钟信号发生器最常采用的是环形振荡器和张弛式振荡器。环形振荡器利用电路的延迟特性工作，对温度和工艺敏感，精度不高，若要提高精度必须加很多的补偿和校正电路。张弛式振荡器利用电容充放电原理，输出频率与电容大小、充放电电流、充放电阈值电压有关。

图1所示为本文所采用的时钟信号发生器电路结构图。

由M1、M4、R1与M9-M12组成电流源电路，无需运算放大器和带隙基准电压。……