EBVchip Hunter Sensorsignale in Industrieumgebungen trotz großer Störeinflüsse übertragen

Autor / Redakteur: Rolf Richter / Margit Kuther

Der EBVchip Hunter, realisiert von EBV und Avago Technologies, kann via differenziellem Ausgang galvanisch getrennte Sensor- und Messsignale auch in stark elektromagnetisch belasteten Umgebungen sicher zur Auswerte-Elektronik übertragen. Er unterstützt so Entwickler, die in Industrieumgebungen Sensorsignale zuverlässig bei großen Störeinflüssen übertragen müssen

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ACPL-798J von Avago: Der Wandler liefert am Ausgang ein differentielles LVDS-Signal
ACPL-798J von Avago: Der Wandler liefert am Ausgang ein differentielles LVDS-Signal
(Bild: Avago Technologies / EBV)

In vielen Motorsteuerungen, Datenerfassungssystemen und industriellen Prozesssteuerungen aber auch in verschiedensten Anwendungen zur Strommessung und Stromüberwachung besteht eine wesentliche Aufgabe derartiger Systeme darin, von Sensoren angelieferte Messdaten an die Steuerungselektronik zu übermitteln.

In Antrieben gilt es beispielsweise, die Ströme und die Zwischenkreis-Spannung zu messen. Die hierfür notwendigen Sensoren sind dabei direkt im Hochvolt-System beziehungsweise im Leistungskreislauf integriert, aber die Steuerungselektronik arbeitet bei Spannungen von 5 V oder 3,3 V mit reiner Niedervolt-Technologie. Um Personen- und Sachschäden zu vermeiden, muss die Sensorwelt aus Sicherheitsgründen galvanisch von der Steuerungswelt getrennt sein: Es darf somit keine leitende Verbindung zwischen den beiden Stromkreisläufen geben.

Die Methoden und Prüfstandards zur galvanischen Trennung sind am Markt bestens bekannt, und je nach Lösungsansatz kommen drei unterschiedliche Kopplungsverfahren zum Einsatz: kapazitive, induktive oder optische Kopplung.

Galvanisch getrennter Σ-Δ-Modulator

Eine auf dem Markt auf Grund seiner Robustheit und Zuverlässigkeit besonders geschätzte Methode ist dabei der Einsatz von galvanisch getrennten Sigma-Delta-Modulatoren (Σ-Δ-Modulatoren), bei denen die Signalübertragung auf optischem Wege erfolgt. An ihrem Ausgang liefern derartige Wandler einen hochfrequenten Datenstrom mit einer Frequenz von bis zu 20 MHz sowie ein Taktsignal.

Das Sigma Delta-Verfahren funktioniert ähnlich wie eine Pulsbreitenmodulation: Wenn am Eingang der Wert Null anliegt, dann werden lauter Nullen übertragen, beim Maximalwert überträgt die Leitung permanent den Wert Eins und beim 50%-Wert wird zu 50% der Wert Eins und zu 50% der Wert Null übertragen. Dieses vom Sigma-Delta-Modulator angelieferte Signal wertet die Steuerungselektronik aus. EBV-Kunden nutzen zur Auswertung dieser Signale häufig ein FPGA, in dem ein Sinc3-Filter implementiert ist. So hat sich beispielsweise das von EBV Elektronik selbst erstellte Referenzdesign Falcon Eye in diesem Zusammenhang bestens bewährt.

Differentieller Datenstrom gegen Übertragungsprobleme

Allerdings kommt es in manchen Applikationen dabei zu Problemen bei der Übertragung des 20-MHz-Signals zum/vom Sigma-Delta-ADC, weil dieses Signal nicht immer störungsfrei oder EMV-sicher über die Leitung beziehungsweise über die Leiterplatte gelangt. Um diesem Problem vorzubeugen, suchte EBV Elektronik nach einer Lösungsmöglichkeit und fand sie in der Idee, für diese Datenübertragung einen differentiellen Datenstrom zu nutzen.

Genau diese Funktionalität hat EBV Elektronik jetzt implementieren lassen: als Basis diente dabei ein bereits auf dem Markt erhältlicher Wandler von Avago des Typs ACPL-796J, der eine vom TÜV zugelassene sichere Trennung zwischen den beiden Seiten bietet. In punkto Kriechstrecke, Transientenfestigkeit, Schutzschaltungen etc. entspricht der neue EBVchip dem bereits auf dem Markt bewährten ACPL-796J.

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