1 Einführung

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.

Abbildung 1-1 Blockschaltbild eines isolierten Verstärkers

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.