本实用新型涉及电路领域，更具体地，涉及高压电路领域的隔离电路。
背景技术：
光耦是以光为媒介来传输信号的器件，通常把发光器与接收器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电流信号时发光器发出光线，接收器接收到光线之后就产生光电流，从输出端输出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，光电耦合器是五十年以前的技术，它第一次实现了由一个器件来实现信号隔离，它在电力控制电路上获得广泛的应用。
但是，光耦的缺点在于：因为发光二极管的电性能随温度变化，所以光耦的电性能随温度变化，不稳定。此外，因为发光二极管和隔离的塑料有老化问题，所以光耦隔离器也有性能老化问题。更进一步地，光耦还存在共模抑制比低的问题，因为发光二极管和接受电路之间有寄生电容，当两边有很大的共模电压变化时，如30kV/us，寄生电容的电流会让发光二极管发光而形成误操作。最后，另外基于光耦的原理，有速度低，功耗高，不容易集成等缺点。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种能够克服现有技术中耦合器缺点的隔离电路。
根据本实用新型的一个方面，提供一种隔离电路，包括：主隔离电容器(C1)、第二电容器(C2)、次隔离电容器(C3)、第四电容器(C4)和放大器(AMP)，其中，所述主隔离电容器(C1)的第二端连接到所述第二电容器(C2)的第一端和所述放大器(AMP)的输入端；所述次隔离电容器(C3)的第二端连接到所述第四电容器(C4)的第一端和所述放大器(AMP)的输入端；所述第二电容器(C2)的第二端和第四电容器(C4)的第二端共同连接到接地端(GND)；所述主隔离电容器(C1)的第一端和所述次隔离电容器(C2)的第一端的输入呈反相；并且其中所述第二电容器(C2)、第四电容器(C4)和放大器(AMP)处于第二管芯中。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述放大器(AMP)的输入端包括第一输入端和第二输入端，并且其中，所述主隔离电容器(C1)的第二端连接到所述第二电容器(C2)的第一端和所述放大器(AMP)的第一输入端；所述次隔离电容器(C3)的第二端连接到所述第四电容器(C4)的第一端和所述放大器(AMP)的第二输入端。
根据本实用新型的一个实施方式，进一步包括锁存器(L1)，所述锁存器(L1)包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述主隔离电容器(C1)的第二端连接到所述锁存器(L1)的第一输入端；所述次隔离电容器(C3)的第二端连接到所述锁存器(L1)的第二输入端；所述锁存器(L1)的输出端连接到所述放大器(AMP)的输入端。
根据本实用新型的一个实施方式，进一步包括反相器(12)，所述反相器(12)的输入端连接到所述主隔离电容器(C1)的第一端和所述次隔离电容器(C2)的第一端中的一个，以接收所述隔离电容器的输入；而所述反相器(12)的输出端连接到所述主隔离电容器(C1)的第一端和所述次隔离电容器(C2)的第一端中的另一个；所述反相器(12)处于第一管芯中。
根据本实用新型的一个实施方式，进一步包括缓冲器(11)，所述缓冲器(11)的输出端连接到所述反相器(12)的输入端，并连接到所述主隔离电容器(C1)的第一端和所述次隔离电容器(C2)的第一端中的一个；所述缓冲器(11)处于第一管芯中。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述主隔离电容器(C1)和次隔离电容器(C3)中的至少一个处于第一管芯中。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述主隔离电容器(C1)和次隔离电容器(C3)中的至少一个处于第二管芯中。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述主隔离电容器(C1)包括串联的第一主隔离电容器(C11)和第二主隔离电容器(C12)，所述第一主隔离电容器(C11)处于第一管芯中，所述第二主隔离电容器(C12)处于第二管芯中；所述次隔离电容器(C3)包括串联的第一次隔离电容器(C31)和第二次隔离电容器(C32)，所述第一次隔离电容器(C31)处于第一管芯中，所述第二次隔离电容器(C32)处于第二管芯中。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述第一主隔离电容器(C11)和第二主隔离电容器(C12)的电容值相等；所述第一次隔离电容器(C31)和第二次隔离电容器(C32)的电容值相等。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述接地端(GND)为第二管芯的接地端。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述主隔离电容器(C1)与所述第二电容器(C2)之间的比值为1:0至1:1000。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述主隔离电容器(C1)与所述第二电容器(C2)之间的比值为1:100。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述主隔离电容器(C1)与所述第二电容器(C2)之间的比值等于所述次隔离电容器(C3)与所述第四电容器(C4)之间的比值。
根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述主隔离电容器(C1)和所述次隔离电容器(C3)的电容值相等；以及所述第二电容器(C2)和第四电容器(C4)的电容值相等。
根据本实用新型的另一方面，提供一种多通道隔离电路，包括并列的至少两个上述隔离电路。
通过本实用新型的一个或多个实施方式，可以实现较高的隔离电压，并且由于器件为二氧化硅器件，不存在光耦的老化问题，因此质量稳定，寿命长，成本低。
进一步地，本实用新型的两个输入端采用反相信号，有利于使得输出信号得到双倍放大，从而实现更好的信噪比。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为根据本实用新型一个实施方式的隔离电路的电路图；
图2为根据本实用新型一个实施方式的隔离电路的电路图；
图3为根据本实用新型图2所示电路的各个节点的波形示意图；
图4为根据本实用新型一个实施方式的具有增强信噪比的隔离电路的电路图；
图5为根据本实用新型另一个实施方式的隔离电路的电路图；
图6示出了根据本实用新型一个实施方式的包括反相器的隔离电路的电路图；
图7示出了根据本实用新型一个优选实施方式的隔离电路的电路图；
图8示出了根据图6所示的电路的波形示意图；
图9示出了两个隔离电路并列组成的多通道隔离电路的框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1为根据本实用新型一个实施方式的隔离电路的电路图。
如图1所示，本实用新型提供的隔离电路包括：缓冲器11，主隔离电容器C1，第二电容器C2，次隔离电容器C3，第四电容器C4和放大器AMP，其中，缓冲器11的输入端用于接收该隔离电路的输入，主隔离电容器C1的第一端连接到该缓冲器11的输出端，该主隔离电容器C1的第二端连接到所述第二电容器C2的第一端和放大器AMP的第一输入端；次隔离电容器C3的第二端连接到所述第四电容器C4的第一端和所述放大器AMP的第二输入端；所述第二电容器C2的第二端和第四电容器C4的第二端共同连接到接地端GND；次隔离电容器C3的第一端连接到第一接地端GND1。
在图1中，缓冲器11是可以省略的，其主要作用在于消除噪声。
通常，由于主隔离电容器C1和第二电容器C2是电容值很低的电容，C1一般在飞法(fF)级别，而电路一般都有漏电流。即使漏电流处于皮安(pA)级别，电容本身也只能维持到毫秒级别，而不能长时间维持在一定电压，从而不能在输入不变的情况维持输出不变，由此对于电压隔离造成负面影响。
为此，需要稳定主隔离电容器C1的输出，以使得放大器的输出端的信号保持稳定，特别是，期望在较长时间维持特定电压，从而使得在输入不变的情况下维持输出稳定。
图2为根据本实用新型一个实施方式的隔离电路的电路图。
如图2所示，在图1的基础上，根据本实用新型的一个实施方式，进一步包括锁存器L1。具体而言，图2的隔离电路包括缓冲器11，主隔离电容器C1，第二电容器C2，次隔离电容器C3，第四电容器C4和放大器AMP，其中，缓冲器11的输入端用于接收该隔离电路的输入，主隔离电容器C1的第一端连接到该缓冲器11的输出端，该主隔离电容器C1的第二端连接到所述第二电容器C2的第一端和锁存器L1的第一输入端；次隔离电容器C3的第二端连接到所述第四电容器C4的第一端和所述锁存器L1的第二输入端；所述第二电容器C2的第二端和第四电容器C4的第二端共同连接到接地端GND；次隔离电容器C3的第一端连接到第一接地端GND1；该锁存器L1的输出端连接到放大器AMP的输入端。
图3为根据本实用新型图2所示电路的各个节点的波形示意图。示出了图2中节点A、B、C、D和E处的波形示意图，其中A和B的波形相似或相同，区别在于节点A处的波形可能存在噪声、或非方波信号等情形(这些噪声在图2节点A的波形处未示出)，缓冲器11的作用在于消除这些噪声。设节点A处的高电平为Vdd，节点B处的高电平因此也是Vdd。
如图3所示，节点A和B的波形图例如是方波信号，经过主隔离电容器C1之后，波形图成为如图2中节点C所示的方波信号，其电平为C1/(C1+C2)*Vdd。经过锁存器L1之后到达D点。由于锁存器的存在，其将保持在C点的电平，因此，节点C和D处的电平可以均为C1/(C1+C2)*Vdd。根据本实用新型另一个实施方式，D处的电平可以相对于C点有一定的放大，例如D处的电平是C处电平的2-3倍。最后，经过数字放大器到达E点，信号经过放大之后，放大为所需的电平以供进一步处理。
需要理解的是，对于图1-2中的放大器AMP，可以采用单端输入的放大器，也可以采用双输入端的放大器，本领域技术人员可以根据实际需求来选择适合的放大器。
在图1和图2中，次隔离电容器C3的第一端连接到第一接地端GND1，这有利于降低或消除隔离电路中的共模噪声。为了进一步提高隔离电路的信噪比，本实用新型进行了进一步的改进。
图4为根据本实用新型一个实施方式的具有增强信噪比的隔离电路的电路图。
如图4所示，本实用新型提供的隔离电路包括：主隔离电容器C1，第二电容器C2，次隔离电容器C3，第四电容器C4和放大器AMP，其中，主隔离电容器C1的第二端连接到所述第二电容器C2的第一端和放大器AMP的输入端；次隔离电容器C3的第二端连接到所述第四电容器C4的第一端和所述放大器AMP的输入端；所述第二电容器C2的第二端和第四电容器C4的第二端共同连接到接地端GND；主隔离电容器C1的第一端的第一输入INPUT1和所述次隔离电容器C2的第一端的第二输入INPUT2呈反相；并且其中，第二电容器C2、第四电容器C4和放大器AMP处于第二管芯中。
在图4中，第一输入INPUT1和第二输入INPUT2呈反相，即当INPUT1为数字信号“1”时，INPUT2的输入为数字信号“0”，则相对于图2所述的电路，图4所示的放大器AMP的输出可以被放大为原来的两倍，从而显著地增加信噪比。
根据本实用新型的一个实施方式，如图4所示，所述放大器AMP的输入端可以包括第一输入端和第二输入端，并且其中，所述主隔离电容器C1的第二端连接到所述第二电容器C2的第一端和所述放大器AMP的第一输入端；所述次隔离电容器C3的第二端连接到所述第四电容器C4的第一端和所述放大器AMP的第二输入端。
如上所述，由于主隔离电容器C1、第二电容器C2、次隔离电容器C3以及第四电容器C4是电容值很低的电容，C1和C3一般在飞法(fF)级别，而电路一般都有漏电流。即使漏电流处于皮安(pA)级别，电容本身也只能维持到毫秒级别，而不能长时间维持在一定电压，从而不能在输入不变的情况维持输出不变，由此对于电压隔离造成负面影响。
为此，需要稳定主隔离电容器C1和次隔离电容器C3的输出，以使得放大器的输出端的信号保持稳定，特别是，期望在较长时间维持特定电压，从而使得在输入不变的情况下维持输出稳定。
图5为根据本实用新型另一个实施方式的隔离电路的电路图。
如图5所示，在图4的基础上，本实用新型进一步包括锁存器L1，所述锁存器(L1)包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述主隔离电容器C1的第二端连接到所述锁存器L1的第一输入端；所述次隔离电容器C3的第二端连接到所述锁存器L1的第二输入端；所述锁存器L1的输出端连接到所述放大器AMP的输入端。
需要理解的是，尽管图5中示出的放大器AMP仅为单个输入端，但这仅仅是示意，也可以是两个输入端，例如如图4所示的那样。
图6示出了根据本实用新型一个实施方式的包括反相器的隔离电路的电路图。
为了实现隔离电容器的第一输入端INPUT1和第二输入端INPUT2呈反相，根据本实用新型的一个实施方式，可以采用反相器12，所述反相器12的输入端连接到所述主隔离电容器C1的第一端和所述次隔离电容器C3的第一端中的一个，以接收所述隔离电容器的输入；而所述反相器12的输出端连接到所述主隔离电容器C1的第一端和所述次隔离电容器C3的第一端中的另一个；所述反相器12处于第一管芯中。
在图6中，示出了反相器12的输入端连接到主隔离电容器C1的第一端，而反相器12的输出端连接到次隔离电容器C3的第一端。尽管未示出，但可以理解的是，反相器12的输出端可以连接到主隔离电容器C1的第一端，而反相器12的输入端可以连接到次隔离电容器C3的第一端。
在图6中，主隔离电容器C1的第一端可以直接连接到了该隔离电路的第一输入端INPUT1，由于INPUT1可能存在一些噪声，则优选地，根据本实用新型的一个实施方式，进一步包括缓冲器11，所述缓冲器11的输出端连接到所述反相器12的输入端，并连接到所述主隔离电容器C1的第一端和所述次隔离电容器C2的第一端中的一个；所述缓冲器11处于第一管芯中。
对于主隔离电容器C1和次隔离电容器C3，可以采用多种设置方式。主隔离电容器C1和次隔离电容器C3中的至少一个处于第一管芯或第二管芯中。例如，可以是主隔离电容器C1和次隔离电容器C3均处于第一管芯中；或者，仅仅是主隔离电容器C1处于第一管芯中，而次隔离电容器C3处于第二管芯中；或者，仅仅是主隔离电容器C1处于第二管芯中，而次隔离电容器C3处于第一管芯中；或者，可以是主隔离电容器C1和次隔离电容器C3均处于第二管芯中。
上述的设置给设计带来了很多方便，设计师可以把输入和输出电路设计在同一管芯中，然后根据市场需求让输入电路工作或输出电路工作。这给设计和市场带来更多的灵活性。
根据本实用新型的一个实施方式，所述主隔离电容器C1与所述第二电容器C2之间的比值等于所述次隔离电容器C3与所述第四电容器C4之间的比值，即C1：C2＝C3：C4。
在上述的实施方式中，可以存在如下可能性，即C1＝n*C3，并且C2＝n*C4，其中n为任意大于0的数，由此，可以实现C1：C2＝C3：C4。优选地，C1＝C3，C2＝C4，这有利于元器件的批量生产和采购，降低系统成本，并且由于电容器之间的数值相同，也使得系统更稳定。
图7示出了根据本实用新型一个优选实施方式的隔离电路的电路图。
根据本实用新型的一个优选实施方式，所述主隔离电容器C1包括串联的第一主隔离电容器C11和第二主隔离电容器C12，所述第一主隔离电容器C11处于第一管芯中，所述第二主隔离电容器C12处于第二管芯中；所述次隔离电容器C3包括串联的第一次隔离电容器C31和第二次隔离电容器C32，所述第一次隔离电容器C31处于第一管芯中，所述第二次隔离电容器C32处于第二管芯中。
优选地，所述第一主隔离电容器C11和第二主隔离电容器C12的电容值相等；所述第一次隔离电容器C31和第二次隔离电容器C32的电容值相等。更优选地，第一主隔离电容器C11、第二主隔离电容器C12第一次隔离电容器C31、第二次隔离电容器C32的电容值相等。
根据本实用新型的一个实施方式，所述接地端GND可以为第二管芯的接地端。
根据本实用新型的一个实施方式，所述主隔离电容器C1与所述第二电容器C2之间的比值，以及C3与C4之间的比值为1:0至1:1000，优选为1:10至1:1000，更优选为1:100。
从图7中可以看出，假设输入电平INPUT1为Vdd，则第二电容器C2处的电平为C1/(C1+C2)*Vdd，而经过反相器12之后，第四电容器C4处的电平为-C3/(C3+C4)*Vdd。因此，第二电容器C2和第四电容C4理论上并且最优选地为0，即主隔离电容C1的第二端以及次隔离电容器C3的第二端与接地端GND断开连接。但是，实际上，断开连接也会产生寄生电容。本实用新型从原理上也可以使得C2和C4的电容值无限地接近于0，因此也处于本实用新型的保护范围之内。第二电容器C2以及第四电容器C4也可以是电路的输入电容和寄生电容等其他电容的组合。
从性能的角度上来看，本实用新型优选C1：C2＝C3：C4＝1:0，这将展现最好的性能。但是，从成本上而言，C1和C3太大则会影响到成本。根据本实用新型的一个实施方式，优选C1：C2的比值较小。本实用新型还可以采用其他比例的电容，例如C1:C2＝C3:C4＝1:10，1:30，1:50，1:150，1:200等。
通过本实用新型的一个或多个实施方式，可以实现较高的隔离电压，并且由于器件为二氧化硅器件，不存在光耦的老化问题，因此质量稳定，寿命长，成本低。本实用新型可以通过隔离电容的方式，使得信号能够直接穿过隔离介质，结构简单，损耗小，成本低。
此外，相对于图1和图2的方案，图4至图7所示的方案能够实现更大的增益和更佳的信噪比。
图8示出了根据图6所示的电路的波形示意图。
如图8所示，节点A、B和B’的波形图例如是方波信号，B点和B’点的波形呈反相，经过主隔离电容器C1和次隔离电容器C3之后，波形图成为如图8中节点C和C’(C点和C’点的信号呈反相)所示的方波信号，其电平分别为C1/(C1+C2)*Vdd和-C3/(C3+C4)*Vdd。经过锁存器L1之后到达D点，D点的电平将为C1/(C1+C2)*Vdd+C3/(C3+C4)*Vdd。根据本实用新型另一个实施方式，D处的电平可以有一定的放大，例如D处的电平是C处电平的3倍或更多。最后，经过数字放大器到达E点，信号经过放大之后，放大为所需的电平以供进一步处理。
此外，可以将本实用新型提供的多个隔离电路并列起来，形成多通道的输入和输出。
图9示出了两个隔离电路并列组成的多通道隔离电路的框图。
如图9所示，该多通道隔离电路900包括并列的两个单通道隔离电路模块910和920，其中出于描述清楚和简洁的原因，如图6和图7所示的电路图被简化表示为模块910或920。多通道隔离电路将有效地提升数据的速率。
需要理解的是，尽管图9示出了两个并列的但通道隔离电路模块，但本领域技术人员可以理解，可以包括更多的单通道隔离电路模块。
应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。