Una importante tarea en muchas unidades de control de motores, sistemas de recogida de datos y unidades de control de proceso industrial, así como en numerosas aplicaciones de medida y monitorización de corriente, incluye la transmisión de los datos de medida que proporcionan los sensores a la electrónica de control.

Por ejemplo, en los actuadores se deben medir las corrientes y la tensión de la conexión. Los sensores necesarios para ello se integran directamente en el circuito de potencia en el sistema de alta tensión pero la electrónica de control solo funciona con tecnología de baja tensión de 5 o 3,3 V. Para evitar que personas o bienes resulten dañados, el circuito sensor debe estar separado galvánicamente del circuito de control por razones de seguridad.

No debe existir conexión eléctrica entre los dos circuitos. Los métodos y los estándares de test para separación galvánica son bien conocidos. Dependiendo de la solución se aplica uno de estos procedimientos de unión: capacitivo, inductivo u óptico.

Modulador Sigma-Delta con separación galvánica
Un método especialmente apreciado, gracias a su robustez y fiabilidad, incorpora la modulación sigma-delta con separación galvánica, en la cual las señales de transmiten ópticamente. A su salida, los convertidores de este tipo suministran un flujo de datos de alta frecuencia de hasta 25 MHz, así como la señal de reloj.

El método sigma-delta funciona de forma parecida a la modulación por ancho de impulso. Si hay un valor cero a la entrada, solo se transmiten ceros. Si a la entrada está el valor máximo, la línea transmite permanentemente el valor uno; si el valor de entrada es del 50%, se transmiten el valor uno y el valor cero un 50% del tiempo cada uno.

La electrónica de control evalúa la señal que proporciona el modulador sigma-delta. Para evaluar estas señales, los clientes de EBV utilizan a menudo una FPGA a la que se ha incorporado un filtro sinc3. A este respecto, el diseño de referencia FalconEye creado por EBV Elektronik ha demostrado ser muy valioso.

Cómo evitar problemas de transmisión
No obstante, se producen problemas en algunas aplicaciones cuando se transmite una señal de 20 MHz de/hacia el convertidor A/D sigma-delta ya que esta señal no siempre atraviesa la línea o la placa del circuito sin problemas o con conformidad desde el punto de vista de la compatibilidad electromagnética (EMC). Dado que este problema siguió aumentando, EBV Elektronik empezó a buscar una solución y la halló en la utilización de un flujo de datos diferencial para esta transmisión de datos. Ésta es exactamente la función que ahora implementa EBV Elektronik. Se empleó como base para ello un convertidor de Avago, de tipo ACPL-796J, ya disponible en el mercado. Este producto ofrece una separación segura, certificada por TÜV, entre ambos lados. Por lo que respecta a la distancia de aislamiento (creepage), la intensidad de los transitorios, los circuitos de protección, etc., el nuevo EBVchip está en línea con el ACPL-796J, que ha demostrado su validez en el mercado.

El nuevo convertidor, denominado ACPL-798J, proporciona una señal LVDS diferencial (LVDS: low-voltage differential signalling o señalización diferencial de baja tensión) a la salida. En esta versión modificada, las señales alcanzan su destino de manera fiable en entornos con una potente interferencia electromagnética (EMI).

Dado que el ACPL-798J genera señales de salida diferenciales y la interferencia electromagnética afecta a ambas líneas de salida simultáneamente y prácticamente con la misma intensidad, la señal útil en destino se puede recuperar mediante la sustracción de las dos señales, mientras que las señales de interferencia provocadas en ambas líneas se cancelan entre sí durante esta sustracción.

Mientras la salida estándar, cuya señal toma la tierra como referencia, trabaja a 5 o 3,3 V, la transmisión de señal diferencial mediante LVDS puede trabajar a niveles mucho más bajos. En cumplimiento de su estándar, LVDS utiliza un nivel diferencial de 200 mV cuyo compartimiento de corriente se cancela al final. Durante la transmisión de señal con LVDS, esto da como resultado unas pérdidas de potencia mucho más bajas que con las señales convencionales de terminación sencilla. La mayoría de FPGA puede trabajar con señales LVDS sin dificultad. Gracias a ello, prácticamente no es necesario introducir modificaciones en la evaluación.

Pequeños ajustes y grandes ventajas
Se trata por tanto de un pequeño cambio que ofrece como resultado una ventaja importante. Este innovador modulador delta-sigma aislado LVDS se encuentra disponible a través de EBV Elektronik dentro de su programa EBVchip con el proyecto denominado Hunter o ACPL-798J. EBV Elektronik no conoce ningún otro semiconductor en todo el mercado mundial cuyas propiedades sean comparables a las del Hunter.

Hunter se ajusta a las especificaciones de aislamiento de clase IIIa según DIN VDE 0110 y funciona con señales de reloj externas en el rango 15...25 MHz; la señal de impulso del reloj se transmite de manera fiable a través de la separación galvánica. Gracias a ello, el módulo puede efectuar la adquisición de los datos de forma síncrona con cualquier controlador digital. El módulo incluso transmite los datos del modulador codificados por la ruta separada galvánicamente. Los datos se recuperan, decodifican y convierten en un flujo de datos serie en el otro lado.

Con una relación señal/ruido típica de 78 dB y el filtro digital apropiado, una no linealidad diferencial de 0,9 LSB con una resolución de 16 bits sin pérdida de códigos (12 bits ENOB) y un error de ganancia típico del 2%, el Hunter, que ha sido diseñado para temperaturas ambiente de -40...+105 °C, resulta indicado para numerosas aplicaciones industriales.

Autor:

Autor: Sr. Rolf Richter

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