Toshiba erweitert sein Portfolio an digitalen Isolatoren für die industrielle Automatisierung
Toshiba Electronics Europe hat vier vierkanalige digitale DCL34xx0B-Isolatoren für die industrielle Automatisierung hinzugefügt, die einen typischen Stromverbrauch von 0,2 mA/Kanal mit Datenraten v...
DÜSSELDORF — Toshiba Electronics Europe hat seine digitale Standard-Isolatorfamilie DCL34xx0B um vier vierkanalige Bausteine für die industrielle Automatisierung erweitert, nicht um die Automotive-DCL-Reihe. Das Konzept ist praxisorientiert: ein typischer Strom von 0,2 mA pro Kanal, Datenraten bis 25 Mbit/s und ein Betriebstemperaturbereich von −40 °C bis +125 °C im SSOP16-Gehäuse.
Diese Kombination ist für Platinen gedacht, die tatsächlich zwischen Logik und einer störbehafteten Industrieanlage sitzen – etwa Ein-/Ausgänge von speicherprogrammierbaren Steuerungen, Sensor- und Aktorschnittstellen, Motorantriebe, Wechselrichter und Schaltnetzteile. Die Isolierung ist hier kein Katalogmerkmal zum Abhaken. Schnelleres Silizium auf derselben Karte erhöht Gleichtakttransienten; eine beeinträchtigte Isolationsbarriere kann dazu führen, dass ein Ground Bounce in einem Antrieb eine Fehlauslösung an einem SPS-Eingang verursacht.
Toshibas DCL34xx0B-Familie: magnetisch gekoppelte Vierkanal-Isolatoren im SSOP16 für industrielle I/O- und Steuerplatinen.
Was sich bei den vier neuen Teilen tatsächlich ändert
Die neuen Bausteine ergänzen Kanalbelegungen, die in der Serie bislang fehlten. DCL340L0B und DCL340H0B sind Bausteine mit vier Vorwärts- und keinem Rückwärtskanal (4:0) für unidirektionale digitale Verbindungen. DCL342L0B und DCL342H0B verfügen über zwei Vorwärts- und zwei Rückwärtskanäle (2:2) für bidirektionale Verbindungen. Sie ergänzen die bereits erhältlichen Bausteine DCL341L0B / DCL341H0B mit einer 3:1-Belegung, die für SPI-ähnliche Takt- und Datenverbindungen geeignet ist.
Das Suffix L/H bezeichnet die Standardausgangslogik – Low oder High –, wenn der Eingang beim Einschalten undefiniert ist oder offen bleibt. Dieses Detail auf Pin-Ebene entscheidet mitunter darüber, ob eine Reset-Leitung in den ersten Millisekunden nach dem Anlegen von 24 V die Freigabe eines Antriebs kurzzeitig stört.
| Bauteil | Kanäle (vorwärts:rückwärts) | Standardausgang |
|---|---|---|
| DCL340L0B | 4:0 | Low |
| DCL340H0B | 4:0 | High |
| DCL342L0B | 2:2 | Low |
| DCL342H0B | 2:2 | High |
| DCL341L0B / H0B (bereits erhältlich) | 3:1 | Low / High |
Isolationswerte, die auf einer DIN-Schienenkarte zählen
Für alle vier Bausteine sind eine minimale Isolationsspannung von 3.000 Vrms (eine Minute) und eine minimale Gleichtakttransientenfestigkeit von 30 kV/μs spezifiziert. Der Versorgungsspannungsbereich beträgt auf beiden Seiten der Barriere 2,25 V bis 5,5 V. Dadurch kann derselbe Isolator zwischen einem 3,3-V-MCU und einem 5-V-Übersetzer auf der Feldseite eingesetzt werden, ohne einen zweiten Regler ausschließlich für den Koppler zu benötigen.
Toshiba verwendet eine magnetisch gekoppelte Isolierung – Modulations- und Demodulationschips, die mit einer Isolationsschicht übereinander angeordnet sind und Signale über ein Magnetfeld übertragen – statt eines LED-/Fotodiodenpaars. Das Unternehmen bietet weiterhin Optokoppler an; die Digitalisolatorfamilie ist die Antwort für Entwickler, die einen niedrigeren Ruhestrom und eine längere Lebensdauer als bei einer alternden LED wünschen. Toshiba gibt bei 1 Mbit/s einen typischen Strom von 0,2 mA pro Kanal an, berechnet aus dem Betriebsstrom (IDD1 + IDD2), geteilt durch vier Kanäle bei 3,3 V und 25 °C. Bei 25 Mbit/s steigen die Ströme erwartungsgemäß: Für die 4:0-Bausteine nennt Toshiba unter seinen Testbedingungen bei 25 Mbit/s typische Werte von etwa 6,7 mA auf der Primär- und 5,4 mA auf der Sekundärseite. Die maximale Laufzeitverzögerung beträgt bei 3,3 V 52 ns.
Diese Werte werden kein Datenblatt für einen 150-Mbit/s-Isolator beeindrucken. Sie sind für industrielle Verbindungen mittlerer Geschwindigkeit gedacht – SPI, UART und GPIO-Bänke auf einer SPS- oder Wechselrichterkarte –, bei denen 25 Mbit/s ausreichen und die Wärmeentwicklung in einem geschlossenen Schaltschrank eine Rolle spielt.
Einordnung der Familie
DCL34xx0B ist Toshibas kompakte industrielle Isolatorserie. Schnellere industrielle Bausteine bleiben in den Familien DCL54xx01A und DCL52xx00, während Automotive-qualifizierte Bausteine als DCM34xx01 und DCM32xx00 angeboten werden. Die Erweiterungen im August führen keine neue Isolationsphysik ein. Sie geben I/O-Entwicklern 4:0- und 2:2-Belegungen im selben SSOP16-Gehäuse (4,9 × 6,0 × 1,75 mm), in dem bereits die 3:1-Bausteine für SPI-freundliche Anwendungen untergebracht sind. So kann eine Platinenfamilie denselben Footprint nutzen, während sich im Schaltplan lediglich die Kanalrichtung ändert.
Für Steuerungshersteller, die isolierte I/O für SPS- und PAC-Systeme entwickeln, lautet die entscheidende Frage nicht, ob eine Isolierung erforderlich ist – das ist sie –, sondern ob Kanalbelegung, Standardlogik und CMTI zu den Transienten passen, die der benachbarte Antrieb oder das 24-V-Feld bereits erzeugt.