Inmunidad a los transitorios en modo común | 亚德诺半导体

La inmunidad a los transitorios en modo común (CMTI) es una de las tres características clave asociadas a los aisladores como iAisladores digitales de acopladores y optoacopladores. Otras características clave son el índice de aislamiento y la tensión de funcionamiento. En este artículo se explica cómo ADI mide el CMTI de nuestros aisladores de transformadores iAisladores digitales de acoplamiento y presenta comparaciones con los aisladores digitales basados en condensadores de la competencia.

La CMTI es importante porque los transitorios de alta velocidad (alta frecuencia) pueden corromper la transmisión de datos a través de la barrera de aislamiento. Es esencial comprender y medir la susceptibilidad a estos transitorios. La capacitancia a través de la barrera (es decir, entre los planos de tierra aislados) proporciona la vía 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 la prueba CMTI, se aplica un transitorio pulsado a los planos de tierra aislados y se controlan las salidas del dispositivo para detectar perturbaciones en los datos. La característica principal de este transitorio es su velocidad de giro. En el caso mostrado en la Figura 1, se aplica un impulso transitorio a la tierra en el lado izquierdo de la barrera de aislamiento, mientras se monitorizan las salidas del DUT en el lado derecho de la barrera. La prueba CMTI se realiza tanto para los transitorios positivos como para los negativos y también se lleva a cabo con las entradas del DUT ligadas tanto a HIGH como a LOW.

Aislamiento basado en transformadores y aislamiento basado en condensadores

El aislador digital de 4 canales ADuM1402 de ADI se basa en un método de aislamiento basado en transformadores y utiliza transformadores de aire en el chip para proporcionar la barrera de aislamiento. Las bobinas primarias y secundarias están separadas por una gruesa capa de poliamida que proporciona varios miles de voltios de aislamiento. Mediante el 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. Al igual que el transformador, el acoplamiento capacitivo utiliza un campo eléctrico cambiante para transmitir la información a través de la barrera de aislamiento.

En nuestras pruebas, hemos demostrado que el aislamiento por transformador tiene ventajas inherentes sobre el aislamiento por condensador con respecto a la CMTI. Como se muestra en la siguiente tabla, el aislamiento de los transformadores es menos sensible a la CMTI.

El CM_H el parámetro de prueba es la máxima velocidad de giro de la tensión en modo común que se puede mantener manteniendo V_OUT > 0.8*V_DD2. CM_L es la máxima velocidad de giro de la tensión en modo común que puede mantenerse manteniendo V_OUT < 0.8V.

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

Transitorios positivos

Al igual que en el caso de los transitorios de modo común positivo, la figura 4 muestra que un aislador digital capacitivo también es sensible a los transitorios de modo común negativo cuando el estado de salida es alto (CM_H). Sin embargo, la figura 5 muestra que el ADuM1402 es inmune a los transitorios de modo común negativo de hasta 100 kV/μs. Las hojas de datos de los iCouplers suelen especificar un nivel de CMTI garantizado muy por debajo de los 100 kV/μs, normalmente garantizado como mínimo a 25 kV/μs; sin embargo, este valor debe garantizarse en todas las condiciones de proceso y funcionamiento.

Transitorios negativos

Conclusión

De las mediciones anteriores se desprende que los aisladores digitales de condensadores pueden ser más sensibles a los transitorios de modo común cuando su estado de salida es alto (CM_H). Sin embargo, en el caso de que el estado de salida sea Bajo (CM_L), los aislantes digitales de base capacitiva pueden proporcionar una CMTI comparable a la de los aislantes 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 condensador no hay señal diferencial y el ruido y la señal comparten la misma vía de transmisión. Por lo tanto, esto requiere que las frecuencias de la señal sean mucho más altas que la frecuencia del ruido esperado, de modo que la capacitancia de la barrera tenga una baja impedancia para la señal y una alta impedancia para el ruido.