DÜSSELDORF — Toshiba Electronics Europe hat seine standardmäßige Digitalisolator-Familie 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 Mbps und ein Betriebstemperaturbereich von −40 °C bis +125 °C im SSOP16-Gehäuse.

Diese Kombination ist für Platinen vorgesehen, die tatsächlich zwischen Logik und einer störbehafteten Anlage sitzen – etwa SPS-I/Os, Sensor- und Aktorschnittstellen, Motorantriebe, Wechselrichter und Schaltnetzteile. Isolation ist hier kein Katalogmerkmal. Schnellere Halbleiter auf derselben Karte erhöhen die Gleichtakttransienten; eine übersehene Isolationsbarriere kann dazu führen, dass ein Ground Bounce an einem Antrieb eine Fehlauslösung an einem SPS-Eingang verursacht.

Toshibas DCL34xx0B-Familie: vierkanalige Isolatoren mit magnetischer Kopplung im SSOP16-Gehäuse für industrielle I/Os und Steuerplatinen.

Was sich bei den vier neuen Bauteilnummern tatsächlich ändert

Die neuen Bausteine ergänzen Kanalbelegungen, die in der Serie bislang noch nicht abgedeckt waren. DCL340L0B und DCL340H0B sind Bausteine mit vier Vorwärts- und null Rückwärtskanälen (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 verfügbaren Bausteine DCL341L0B / DCL341H0B mit einer 3:1-Belegung, die für SPI-ähnliche Takt- und Datenleitungen geeignet ist.

Das Suffix L/H bezeichnet die Standard-Ausgangslogik – Low oder High –, wenn der Eingang beim Einschalten undefiniert ist oder offen bleibt. Ein solches Detail auf Pin-Ebene entscheidet darüber, ob eine Reset-Leitung in den ersten Millisekunden nach dem Anlegen von 24 V kurzzeitig einen Antriebsfreigabeeingang aktiviert.

Isolationswerte, die auf einer DIN-Schienen-Karte zählen

Alle vier Bausteine sind für eine minimale Isolationsspannung von 3.000 Vrms (eine Minute) und eine minimale Gleichtakt-Transientenfestigkeit von 30 kV/μs spezifiziert. Der Versorgungsspannungsbereich beträgt auf beiden Seiten der Barriere 2,25 V bis 5,5 V. Damit kann derselbe Isolator zwischen einem 3,3-V-MCU und einem 5-V-Übersetzer auf der Feldseite eingesetzt werden, ohne einen zusätzlichen Regler ausschließlich für den Koppler zu benötigen.

Toshiba verwendet eine Isolation mit magnetischer Kopplung – Modulations- und Demodulationschips sind mit einer Isolationsschicht übereinandergestapelt, die Signale werden als Magnetfeld übertragen – statt eines LED-/Fotodiodenpaars. Das Unternehmen verkauft weiterhin Optokoppler; die Digitalisolator-Reihe ist die Lösung für Entwickler, die einen niedrigeren Ruhestrom und eine längere Lebensdauer als bei einer alternden LED wünschen. Toshiba gibt bei 1 Mbps 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 Mbps steigen die Ströme wie zu erwarten: Für die 4:0-Bausteine nennt Toshiba unter seinen Testbedingungen bei 25 Mbps etwa 6,7 mA typisch auf der Primärseite und 5,4 mA typisch auf der Sekundärseite. Die maximale Laufzeitverzögerung beträgt bei 3,3 V 52 ns.

Diese Werte werden kein Datenblatt eines 150-Mbps-Isolators beeindrucken. Sie sind für industrielle Verbindungen mittlerer Geschwindigkeit gedacht – SPI, UART und GPIO-Bänke auf einer SPS- oder Wechselrichterkarte –, bei denen 25 Mbps ausreichen und die Wärmeentwicklung in einem geschlossenen Schaltschrank begrenzt bleiben soll.

Einordnung der Familie

DCL34xx0B ist Toshibas kompakte industrielle Isolatorserie. Schnellere industrielle Bausteine sind weiterhin in den Reihen DCL54xx01A und DCL52xx00 verfügbar; Automotive-qualifizierte Bausteine tragen die Bezeichnungen DCM34xx01 und DCM32xx00. Die Ergänzungen im August führen keine neue Isolationsphysik ein. Sie bieten I/O-Entwicklern 4:0- und 2:2-Belegungen im selben SSOP16-Gehäuse (4,9 × 6,0 × 1,75 mm), das bereits die 3:1-Bausteine für SPI-Anwendungen aufnimmt. Damit kann eine Platinenfamilie denselben Footprint verwenden, während sich im Schaltplan lediglich die Kanalrichtung ändert.

Für Steuerungs-OEMs, die isolierte I/Os für SPS- und PAC-Systeme entwickeln, lautet die entscheidende Frage nicht, ob eine Isolation 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.