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Verschiedene Anwendungen in der Industrie und im Automobilbereich erfordern eine gewisse Isolierung, um die digitalen Schaltkreise vor dem Hochspannungsschaltkreis zu schützen, der eine Funktion ausführt. Texas Instruments bietet ein umfassendes Portfolio an isolierten Verstärkern und Datenwandlern mit einer kapazitiven Isolierungsbarriere an, um Kunden bei der Bewältigung ihrer Anforderungen an die isolierte Datenwandlung zu unterstützen. Die kapazitive Isolationsbarriere von Texas Instruments ermöglicht eine außergewöhnliche Zuverlässigkeit, die oft über 100 Jahre Betriebsdauer liegt. Weitere Informationen zur kapazitiven Isolierungsbarriere von TI finden Sie auf der Isolierungs-Website.
Prüfungen der Strahlungsemissionen sind in diesen Anwendungen üblich, um sicherzustellen, dass das System keine Strahlungsemissionen erzeugt, die die festgelegten Grenzwerte überschreiten und sich negativ auf andere Komponenten oder Schaltungen im System auswirken können. Eine ausführlichere Beschreibung der elektromagnetischen Verträglichkeit finden Sie im Marketing-Whitepaper Verständnis der elektromagnetischen Konformitätsprüfungen in digitalen Isolatoren. Die Größe der zulässigen Strahlung und das Prüfverfahren für Strahlungsemissionen wird vom Comité International Spécial des Perturbations Radio, auch CISPR genannt, festgelegt. Industrielle Anwendungen messen nach der Norm CISPR 11, während Automobilanwendungen nach der Norm CISPR 25 messen. Weitere Informationen zu den CISPR-Normen und ihren jeweiligen Größenordnungen über der Frequenz finden Sie im Marketing-Whitepaper Übersicht über die Spezifikationen für leitungsgeführte EMI-Störungen bei Netzteilen.
Dieses Dokument zeigt die Leistung bei elektromagnetischen Störungen (EMI) für isolierte Verstärker von Texas Instruments, einschließlich der Bausteine AMC1300B-Q1, AMC1300, AMC1302 und AMC1311 sowie die Leistung bei Strahlungsemissionen früherer isolierter Verstärkergenerationen.
Informationen zur EMI-Richtlinie für die AMC3301-Familie finden Sie in diesem Anwendungshinweis Bewährte Methoden zur Dämpfung von EMI-Emissionen der AMC3301-Familie.
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Bei isolierten Verstärkern mit einer kapazitiven Isolierungsbarriere können abgestrahlte Störstrahlungen erzeugt werden, wenn die Kondensatoren, die die Barriere umspannen, geladen und entladen werden, um Daten in Form eines 1 oder eines 0 zu übertragen. Die Ladungen fließen durch die Differenzialkondensatoren in entgegengesetzte Richtungen und heben sich einander meistens auf. Allerdings führt jeder Größenunterschied oder Zeitunterschied zwischen diesen Ladungsflüssen zu einer elektromagnetischen Energie, die zwischen die isolierten Massepunkte GND1 und GND2 eingespeist wird. Aufgrund der Art der Isolierungsbarriere kann die Energie keinen Leiter finden, der zur Quelle zurückkehrt. Da es keinen Weg zurück zur Quelle gibt, wird die Energie in Form von Strahlungsemissionen von den Pins des Bausteins (und allen Leiterbahnen oder Platinenebenen, mit denen sie verbunden sind) abgestrahlt. Diese Strahlung kann sich auf Frequenzen ausbreiten, die deutlich über der Signalbandbreite und den Datenraten des Verstärkers liegen, da sie durch Timing-Abweichungen im Picosekunden-Bereich verursacht wird.
In den letzten Jahren wurde die Architektur der isolierten Verstärker von Texas Instruments erheblich verbessert, um die Leistung der abgestrahlten EMI-Störungen zu optimieren. Ab dem Jahr 2018 begannen mit dem ISO224 isolierte Verstärker von Texas Instruments im Vergleich zur bisherigen Impulscodierung mit OOK-Signalmodulation (On or Off Keying) zu arbeiten. Die OOK-Modulation ermöglichte eine erheblich verbesserte Gleichtakt-Transientenfestigkeit. Dann im Jahr 2020 war der AMC1300B-Q1 der erste isolierte Verstärker, der die Menge an Energie, die die Isolationsbarriere überschritt, erheblich reduzierte. Dies reduziert die abgestrahlten Emissionen und bietet ausreichende Margen für die Standardspezifikationen. Diese Designänderungen sowie ein neu gestalteter isolierter Signalpfad sind jetzt im gesamten Texas Instruments Portfolio isolierter Verstärker mit Ausnahme der Bausteine AMC1100,AMC1200 und ISO224 verfügbar. Das optimierte Timing und die optimierte Amplitude in der Signalkette reduzieren die abgestrahlten Emissionen EMI bei hohen Frequenzen auf ein noch niedrigeres Niveau.
Die folgenden Abschnitte zeigen die EMI-Störstrahlungen der isolierten Verstärker von Texas Instruments. Die Leistung der aktuellen Generation von isolierten Verstärkern in Bezug auf die abgestrahlten Emissionen wird am Beispiel der AMC1300B-Q1 während die ISO224 und AMC1200 für die Darstellung von Daten der Vorgängergeneration verwendet werden. Die Strahlungsemissionsmessungen wurden alle gemäß den von CISPR 11 festgelegten Standards durchgeführt. Alle Tests wurden mit der AMC1300EVM-Leiterplatte (PCB) durchgeführt, bei denen die Eingänge gegen Masse kurzgeschlossen wurden, der Transformatortreiber (U3) entfernt wurde und externe 3,6 V-Batterien mit kurzen Leitungen verwendet wurden. Bei jedem Scan werden die Ergebnisse des horizontalen Scans des zu prüfenden Gerätes (DUT) in blau sowie der Umgebungsscan in rot dargestellt, um das Grundrauschen der Kammer darzustellen. Auf den Diagrammen werden auch die Grenzwerte gemäß CISPR 11 Klasse A und Klasse B angezeigt. Die horizontale Polarisierung wurde gewählt, weil die von der Antenne des Prüfgerätes erkannten Emissionswerte aufgrund der Ausrichtung mit der Leiterplatte höher waren als bei der vertikalen Polarisierung.
Die Isolationsverstärker von Texas Instruments, wie beispielsweise der AMC1300B-Q1, AMC1300 und AMC1311 https://www.ti.com/product/AMC1311 verfügen über eine mehrjährige Erfahrung an Fortschritten bei der EMI-Leistung bei abgestrahlten Emissionen, darunter unter anderem: eine optimierte analoge Signalkette, eine engere Verwaltung der Energiemenge, die die Isolierungsbarriere durchquert, und eine OOK-Datenübertragung. Wie in Abbildung 2-1gezeigt haben diese Geräte hervorragende EMI-Störaussendungen Leistung, mit nur wenigen Hochfrequenz-abgestrahlte Emissionen sichtbar über dem Rauschboden der Kammer. Diese hochfrequenten Emissionen sind um 820 MHz mit 20 dB Reserve sichtbar und erstreckten sich bis zu 980 MHz mit 16 dB Reserve.