Isolierende Datenkoppler im Vergleich Bye Bye Optokoppler?

Guter Digitalklang dank geringem Jitter

Ein weiterer Vorteil der GMR-Koppler ist ein geringer Jitter: Der Hersteller NVE gibt diesen mit gerade einmal 100 ps an. Dieser Wert liegt unter denen anderer Systeme und ist in der digitalen Audio- und Videotechnik von Vorteil. Dort wird galvanische Trennung benötigt, um lästige Knackser und Aussetzer durch Einstreuungen zu vermeiden, doch bringt Jitter neue Klangfehler in die vermeintlich fehlerfreie digitale Audiowelt. Dies können die GMR-Koppler vermeiden.

Ebenso nützlich sind die isolierenden Koppler mit geringem Jitter in Präzisions-Messsystemen oder Taktgebern: Sie sorgen für genaue, rauscharme Messungen. Das GMR-Element selbst kann 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.

Gegenüber anderen Kopplern bietet die GMR-Technik geringere Ruheströme. Der Strombedarf steigt erst bei hohen Datenraten an. Hohe Temperaturfestigkeit (bis 125°C) und -stabilität und das große Spektrum unterschiedlicher Bausteine sind weitere Pluspunkte. 2500 Volt Isolationsspannung (außer MSOP-Gehäuse) und 20 bis 30 kV/s Transientenfestigkeit sind bei Isoloop Standard, Bausteine mit bis zu 6 kV Isolationsspannung sind verfügbar. Zudem ist eine durch Alterung bedingte Änderung der Kenndaten (Bild 4) um den Faktor 100 geringer als bei Optokopplern und die Isolationsbarriere hat mit 44.000 Jahren praktisch unbegrenzte Lebensdauer.

Für eine so junge Technik sind die Isoloop-Koppler bereits sehr vielseitig einsetzbar. Die relevanten Normen zu enthaltenen Materialien, Isolation, Betriebssicherheit und Funkentstörung werden erfüllt. Es gibt die Koppler in SMD-MSOP- und QSOP-Gehäusen. Mit »True8« sind zudem Bauformen verfügbar, die echte 8 mm Kriechstrecke nach IEC 60601 einhalten, was bei Standard-Gehäusen oft nicht der Fall ist. Die Fertigung von NVE ist IATF16949-konform und die Bausteine werden auch die kommende VDE 0884-11 einhalten.

TMR: Noch sparsamer

Bereits länger bekannt als der Giant Magnetoresistive Effect (GMR) ist der ebenfalls zur Spintronik zählende Tunnel Magnetoresistive Effect (TMR): Er wurde 1975 von M. Jullière an der Universität Rennes in Frankreich entdeckt. Da die Widerstandsänderungen bei Raumtemperatur unter einem Prozent blieben und dieser Quanteneffekt nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt nennenswert in Erscheinung trat, ergab sich daraus jedoch zunächst kein praktischer Nutzwert. Erst 1994 konnte Terunobu Miyazaki an der Universität Tohoku in Japan einen »Riesen-TMR« mit 18 Prozent Widerstandsänderung erzielen.

Bei den Datenkopplern kann statt GMR auch TMR genutzt werden, was in den IL01x-Baureihen umgesetzt wird. Dort sind die Datenraten zwar etwas geringer (maximal 10 MBit/s). Dafür ist allerdings auch die Ruhestromaufnahme deutlich geringer, weil die TMR-Brücken weit hochohmiger realisiert werden können. Ein Datenkanal kommt so mit 0,3 mA Ruhestrom aus, ein kompletter Datentransceiver beispielsweise für RS485 mit 2,4 mA. Damit können die Isolatorschaltungen auch aus Batterien oder einer Stromschleife versorgt werden. Ebenso nützlich sind TMR-Koppler, wenn eine minimale Erwärmung in der Baugruppe wichtig ist.

Werden DC/DC-Wandler zur galvanisch getrennten Betriebsspannungsversorgung der Sekundärseite eines Datenkopplers genutzt, kann die besonders geringe Stromaufnahme der GMR- und TMR-Technik allerdings Probleme verursachen: Die Ausgangsspannung vieler DC/DC-Wandlers steigt im Leerlauf über den Nominalwert. Hy-Line Power Components kann aber auch hierfür geeignete DC/DC-Wandler anbieten.

 

 

Über den Autor

Wolf-Dieter Roth ist technischer Redakteur bei HY-LINE Power Components.