Inmunidad transitoria de modo común | Dispositivos analógicos

La inmunidad transitoria de modo común (CMTI) es una de las tres características clave asociadas con aisladores como iAcopladores de aisladores digitales así como optoacopladores. Las otras características clave son la clasificación de aislamiento y el voltaje de trabajo. Este artículo analiza cómo ADI mide CMTI para nuestros transformadores iAcople aisladores digitales y muestra comparaciones con aisladores digitales de la competencia basados ​​en capacitores.

CMTI es importante porque los transitorios de alta frecuencia (alta frecuencia) pueden corromper la transmisión de datos a través de la barrera de aislamiento. Comprender y medir la susceptibilidad a estos transitorios es fundamental. La capacitancia a través de la barrera (es decir, entre los planos de tierra aislados) proporciona el camino para que estos transitorios rápidos crucen la barrera de aislamiento y corrompan la forma de onda de salida.

La figura (1) muestra una configuración típica para realizar la prueba CMTI de un aislador digital de 4 canales. Durante las pruebas de CMTI, se aplica un transitorio pulsado a través de los planos de tierra aislados y las salidas del dispositivo se monitorean en busca de interrupciones de datos. La característica clave de este transitorio es su velocidad de respuesta. En el caso que se muestra en la Figura 1, se aplica un pulso transitorio a tierra en el lado izquierdo de la barrera de aislamiento mientras se monitorean las salidas del dispositivo bajo prueba en el lado derecho de la barrera. La prueba CMTI se realiza tanto para transitorios positivos como negativos y también se realiza con las entradas del dispositivo bajo prueba vinculadas tanto en ALTO como en BAJO.

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Figura 1: Configuración típica de CMTI de un aislador digital de 4 canales.

Aislamiento basado en transformador versus aislamiento basado en capacitor

El aislador digital de 4 canales ADuM1402 de ADI se basa en un método de aislamiento basado en transformadores y utiliza transformadores de núcleo de aire en chip para proporcionar la barrera de aislamiento. Las bobinas primaria y secundaria están separadas por una gruesa capa de poliimida que proporciona miles de voltios de aislamiento. A través del acoplamiento inductivo y un campo magnético cambiante entre las dos bobinas del transformador, los datos se transmiten a través de la barrera de aislamiento.

Una alternativa al aislamiento basado en transformadores emplea condensadores tanto para el aislamiento como para la transmisión de datos a través de la barrera de aislamiento. El material dieléctrico entre las placas del condensador actúa como barrera de aislamiento galvánico. Similar al caso del transformador, el acoplamiento capacitivo usa un campo eléctrico cambiante para transmitir información a través de la barrera de aislamiento.

En nuestras pruebas, hemos demostrado que el aislamiento basado en transformadores tiene ventajas inherentes sobre el aislamiento basado en capacitores con respecto a CMTI. Como demuestra la siguiente tabla, el aislamiento del transformador es menos sensible a CMTI.

PruebaPolaridad transitoriaEstado de salidaNivel de paso del transformadorNivel de paso capacitivoNivel de falla del transformadorNivel de falla capacitiva
CMHPositivoAlto100 kV/μs9 kV/μs> 100 kV/μs10 kV/μs
CMLPositivoBajo100 kV/μs100 kV/μs> 100 kV/μs> 100 kV/μs
CMHNegativoAlto100 kV/μs18 kV/μs> 100 kV/μs20 kV/μs
CMLNegativoBajo100 kV/μs100 kV/μs> 100 kV/μs> 100 kV/μs
(Todas las pruebas realizadas @ VBATERIA = VDD2 = 4,50 V, +25 C)

el cmH El parámetro de prueba es la velocidad máxima de cambio de voltaje de modo común que se puede sostener mientras se mantiene VAFUERA > 0,8*VDD2. CML es la tasa máxima de cambio de voltaje de modo común que se puede mantener mientras se mantiene VAFUERA <0,8 V.

La Figura 2 muestra un transitorio de modo común positivo de 10 kV/μs y su efecto adverso en el aislador digital capacitivo cuando el estado de salida es Alto (CMH). Mientras que la Figura 3 muestra que el ADuM1402 es inmune a transitorios de modo común positivos de hasta 100 kV/μs.

Transitorios positivos

Figura 2: Aislador capacitivo CMH~10 kV/μs.

Figura 3: ADuM1402, CMH~100 kV/μs, VOAVtransmisión exterior.

Como es el caso de los transitorios positivos, la Figura 4 indica que un aislador digital capacitivo también es susceptible a los transitorios negativos de modo común cuando el estado de salida es Alto (CMH). Sin embargo, la Figura 5 muestra que el ADuM1402 es inmune a los transitorios negativos en modo común de hasta 100 kV/μs. Las hojas de datos de iCoupler a menudo especifican un nivel de CMTI garantizado mucho más bajo que 100 kV/μs, normalmente garantizado en al menos 25 kV/μs; sin embargo, esto es para asegurar esa calificación sobre todo el proceso y las condiciones de operación.

Transitorios negativos

Figura 4: Aislador capacitivo CMH~20 kV/μs.

Figura 5: ADuM1402, CMH~100 kV/μs, VOAVtransmisión exterior.

Conclusión

Según las mediciones anteriores, se puede ver que los aisladores digitales basados ​​en condensadores pueden ser más susceptibles a los transitorios de modo común cuando su estado de salida es Alto (CMH). Sin embargo, en el caso de que el estado de salida sea Bajo (CML), los aisladores digitales de base capacitiva pueden proporcionar una CMTI comparable a la de los aisladores digitales de base inductiva. La ventaja del acoplamiento inductivo es que proporciona una alta impedancia de modo común al ruido y una baja impedancia diferencial a la señal. Sin embargo, a diferencia del aislador basado en transformador, en el aislador basado en capacitor no hay señal diferencial y el ruido y la señal comparten la misma ruta de transmisión. Por lo tanto, esto requiere que las frecuencias de la señal estén muy por encima de la frecuencia esperada del ruido para que la capacitancia de la barrera presente baja impedancia a la señal y alta impedancia al ruido.

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