GMR/TMR

Isolierende Datenkoppler lösen Optokoppler ab

Galvanische Trennung ist in vielen Elektronikschaltungen gefragt, ob in der Messtechnik oder in Feldbussystemen und anderen ausgedehnten Verdrahtungen in Produktionsanlagen, um Potentialdifferenzen mit teils fatalen Auswirkungen zu vermeiden. Doch auch in der Audio- und Videotechnik ist sie gefragt, damit keine „Brummschleifen“ entstehen, oder in der Medizintechnik aus Sicherheitsgründen.

Übertrager können nur Wechselspannungen übertragen und sind nicht impulstreu. Optokoppler sind wiederum viel zu langsam für heutige Ansprüche und zudem nicht langzeitstabil, was Isolation und Transparenz des Isolationsmaterials betrifft. Andere kapazitive, induktive oder hochfrequente Kopplungen haben ebenfalls Nachteile gegenüber GMR und TMR:

GMR: Giant Magnetoresistance

Ein nobelpreisprämierter Effekt wertet Magnetfelder aus

Bei GMR steigt der Widerstand nanokristalliner Schichten, wenn diese gegenläufig magnetisiert werden und sinkt, wenn sie gleichsinnig magnetisiert werden . Es handelt sich um eine nanotechnische Anwendung sogenannter „Spintronik“, bei der nicht die elektrische Ladung der Elektronen relevant ist, sondern ihre Orientierung („Spin“).

Eine GMR-Widerstandsbrücke kann dann Magnetfelder als Sensor auswerten. Die Ruheströme sind weit geringer als bei anderen Systemen, die Reaktionsgeschwindigkeit dafür höher. Beim alternativ verwendeten Tunnel Magnetoresistive Effect (TMR) sind die Widerstände der Brücke noch hochohmiger und damit der Ruhestromverbrauch noch geringer.

 

Vorzüge der GMR- und TMR-Technologie

  • Höherer Übertragungsraten: Das GMR-Element selbst kann gegenwärtig bis zu 2 GHz übertragen, die Datenrate der kompletten NVE-Isoloop-Koppler liegt aktuell bei bis zu 150 MBit/s. Für LVDS-Schnittstellen sind 600 MBit/s in Planung.
     
  • Geringere Ruheströme: Der Strombedarf steigt erst bei höheren Datenraten an. TMR-Koppler sind auch für Batteriebetrieb geeignet.
     
  • Geringe Alterung: Um Größenordnungen geringer als bei Optokopplern; die Isolationsbarriere hat mit 44.000 Jahren ein praktisch unbegrenze Lebensdauer.
     
  • Geringer Jitter: Liegt mit 100 ps um Größenordnungen unter dem anderer Systeme, was Klangfehler in digitalen Audioübertragungen vermeidet und genaue, rauscharme Messungen in Präzisionssystemen ermöglicht.

Isoloop-Koppler

Sichere und schnelle galvanische Trennung

In diesen Bausteinen sind als Einzel- und Doppelkoppler GMR-Elemente, Steuerspulen und Elektronik im bislang kleinsten Format (MSOP-Gehäuse) eines isolierenden Datenkopplers verbaut; in nur wenig größeren Gehäusen sind dann bis zu fünf Kopplerkanäle untergebracht.

Es gibt unterschiedliche Isolatorbaureihen; so sind NVE IL5xx und IL8xx pegel- und flankengesteuert, IL2xx/IL7xx dagegen ausschließlich flankengesteuert. Die Modelle IL6xx verzichten auf der Eingangsseite auf Logikschaltungen: Die Magnetspule ist hier direkt ansteuerbar. Dies ermöglicht reine Pegelsteuerung bei dennoch hohen Bitraten von 100 MB/s, Steuerung durch strom- statt spannungsliefernde Quellen und den direkten Ersatz von Optokopplern, deren Sendedioden ja ebenfalls stromgesteuert sind. Somit sind bei den IL6xx mit entsprechender Dimensionierung des Vorwiderstands Steuerspannungen von weniger als einem bis zu einigen 100 Volt oder die Steuerung mit schwebenden Differenzspannungen möglich.

Rein flankengesteuerte Logik-Eingangsstufen ermöglichen hohe Geschwindigkeiten bei geringen Kosten. Allerdings kann es hier vorkommen, dass nach einem Einschalten der logische Pegel erst nach dem ersten Umschalten wieder korrekt definiert ist. Mit IL5xx bei bis zu 2 MBit/s und IL8xx für höhere Geschwindigkeiten kann dies vermieden werden („DC-correct“).

Die Bausteine liefern in kompakten IC-Gehäusen ohne weitere Elektronik saubere Digital-Datenpegel am Ausgang. Daneben gibt es auch komplette Schnittstellenkoppler, die bereits die Logik für CAN-Bus, RS422- und RS485-Übertragungen enthalten und bis zu 40 MBit/s erreichen. Die CTMI-spezifizierten Bausteine (200 kV/µs, 300 kV/µs mit Deglitch-Beschaltung) sind als ultraschnelle MOSFET-Treiber verwendbar

Mit „True8“ gibt es zudem Bauformen, die echte 8 mm Kriechstrecke nach IEC 60601 einhalten. Nach VDE V 0884-11 sind hier bei einzelnen Typen bis zu 1200 V AC RMS Arbeitsspannung zertifiziert.

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