Analogtipp Was unterscheidet isolierte digitale Eingänge von Digitalisolatoren?

Autor / Redakteur: Gina Hann * / Kristin Rinortner

Auch wenn die Begriffe ähnlich sind, gibt es doch einige wichtige Unterschiede zwischen isolierten digitalen Eingängen und Digitalisolatoren. Letztere sorgen für die galvanische Isolation digitaler Signalpfade.

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Analogtipp: Welche Unterschiede ergeben sich bei Isolatoren in der Anwendung?
Analogtipp: Welche Unterschiede ergeben sich bei Isolatoren in der Anwendung?
(Bild: VCG)

Die von TI verwendeten Iso­lationsstrukturen sind kapazitiv und die Isolationsbarriere besteht aus zwei Hochspannungs-Kondensatoren, die in einem CMOS-Prozessß hergestellt werden.

Ein Hochfrequenz-Träger übernimmt die Signalübertragung über die Isolationsbarriere hinweg, also von der Primär- zur Sekundärseite. Die Digitalisolatoren unterstützen eine kurzzeitige Stoßspannung bis zu 12,8 kV und eine Arbeitsspannung von 1,5 kV, ohne dass es zu einem Durchbruch der doppelten kapazitiven Barriere kommt. Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal von Digitalisolatoren ist, ob eine Basisisolation oder eine verstärkte Isolation geboten wird.

Bild 1: Schematischer Aufbau eines isolierten digitalen Eingangs.
Bild 1: Schematischer Aufbau eines isolierten digitalen Eingangs.
(Bild: TI)

Isolierte digitale Eingänge sorgen dagegen für die galvanische Isolation beispielsweise zwischen einem Sensoreingang und einem Logikausgang. Anders als bei Digitalisolatoren besitzt die Eingangsstufe eines isolierten digitalen Eingangs (Bild 1) eine vom Benutzer einzustellende Eingangsschwelle und eine integrierte Strombegrenzung.

Damit werden Eingangsspannungen zwischen 9 und 60 V in einen Logikausgang umgesetzt. In ihrer einfachsten Form fungieren isolierte digitale Eingänge somit als eine Art isolierter Komparatoren mit einigen nützlichen Zusatzeigenschaften, die das Design vereinfachen.

Isolatoren: Unterschiede bei der Anwendung

Digitalisolatoren kommen meist im Signalpfad zwischen A/D-Wandlern oder Datenerfassungs-Wandlern und einem als Host fungierenden Controller oder Mikrocontroller zum Einsatz. Auch für die isolierte Stromversorgung eines Systems setzt man Digitalisolatoren ein. Isolierte digitale Eingänge sind dagegen eigens als digitale Eingangs-Empfänger für SPS-, Motorsteuerungs- und Netz-Anwendungen ausgelegt, und dienen als Schnittstelle zwischen feldseitigen Eingängen und einem Host-Controller. Ohne großen Aufwand lassen sie sich für die Verwendung als Stromquelle oder -senke konfigurieren.

Die eingebaute Strombegrenzung, die die Wärmeentwicklung am Eingang in Anwendungen mit höheren Eingangsspannungen minimiert, wird mit einem einfachen externen Widerstand eingestellt und entspricht den Schaltertypen 1, 2 oder 3 der IEC-Norm 61131-2. Die Eingangsspannungs-Schwelle wird mit einem weiteren Widerstand eingestellt. Der Widerstandswert lässt sich einfach über ein Online-Rechentool ermitteln.

Digitalisolatoren benötigen eine primär- und eine sekundärseitige Stromversorgung. Eine isolierte Stromversorgung versorgt beispielsweise den A/D-Wandler und die mit dem A/D-Wandler verbundene „Feldseite“ des Digitalisolators.

Isolatoren: Unterschiede beim Stromverbrauch

Bild 2: Der isolierte digitale Eingang ISO1211, konfiguriert als digitales Eingangsmodul für eine SPS.
Bild 2: Der isolierte digitale Eingang ISO1211, konfiguriert als digitales Eingangsmodul für eine SPS.
(Bild: TI)

Isolierte digitale Eingänge kommen dagegen mit einer sekundärseitigen Stromversorgung aus. Bei den Bausteinen ISO1211 (Bild 2) und ISO1212 wird die Feldseite vom Eingang gespeist, was das Frontend-Design gegenüber alternativen diskreten Lösungen einfacher gestaltet.

Diese neuen isolierten digitalen Eingänge sind somit ein Beispiel für die innovativen Konzepte, mit denen die robusten und zuverlässigen Isolationslösungen noch unkomplizierter und effizienter werden.

* Gina Hann ist Ingenieurin im Produktmarketing in der Gruppe für Isolationsprodukte bei Texas Instruments in Southlake / USA.

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