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Sonderbausteine Bits pro Sekunde bereiten mir Kopfschmerzen

| Autor: Kristin Rinortner

Frage: Ich bin verunsichert durch die Angabe der Einheit „MBit/s" in Datenblättern von Digitalisolatoren. Warum verwendet man nicht MHz?

Selten gestellte Fragen
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(Quelle: fotolia)

Antwort: Digitalisolatoren wie auch Optokoppler übertragen Information zwischen zwei Schaltkreisen unter Beibehaltung galvanischer Isolation (dies verhindert, dass Strom zwischen den Schaltkreisen fließt). Die übertragene Information ist digital und durch einen Logikpegel gekennzeichnet.

Zu Änderungen des Logikpegels kommt es durch Übergänge des Signals von „Low" auf „High" oder umgekehrt. Jeder Zustand, der auf einen solchen Übergang folgt, ist ein digitales Bit. Die Übergänge können in regelmäßigen Intervallen auftreten oder auch nicht.

Im Gegensatz dazu hat ein sich kontinuierlich änderndes Signal, zum Beispiel ein Sinus- oder ein Rechteckverlauf, regelmäßige Übergänge zwischen Logik-Zuständen. Bei einem Tastverhältnis von 50% ist die Zeit, in der sich ein Signal in jedem Zustand befindet, gleich und vom einen bis zum nächsten Zyklus konstant. Die Frequenz, mit der sich ein Signal ändert, wird oft als Zyklen pro Sekunde oder Hertz (Hz) ausgedrückt.

Da es sich bei den digitalen Daten, die über einen Digitalisolator übertragen werden, nicht notwendigerweise um ein kontinuierliches Signal handelt, wird die Einheit „Bit pro Sekunde" verwendet. Dabei ist jedoch ein wichtiger Unterschied zu beachten. Ein kontinuierliches Signal (spezifiziert in Hz) ändert seinen Zustand zwei Mal pro Zyklus. Dies bedeutet, dass ein Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis von 50% bei 1 MHz Daten mit 2 MBit/s an den Digitalisolator liefert. Anders ausgedrückt: Der Durchsatz eines Digitalisolators muss doppelt so hoch sein wie die maximale kontinuierliche Signalfrequenz, die er unterstützen kann.

Ein Beispiel soll dies auf den Punkt bringen. Die Isolation einer seriellen Peripherieschnittstelle (SPI). Ein isolierter SPI-Bus verfügt normalerweise über vier Signale: SCLK (Serial Clock), CS (Chip Select), SDI (Serial Data In) und SDO (Serial Data Out).

Die Ausgangsdaten (SDO) werden bei der einen Flanke von SCLK übernommen, während Eingangsdaten (SDI) bei der entgegengesetzten Flanke übernommen werden. An dieser Stelle können Unklarheiten entstehen. Ein Eingangsbit wird bei jedem Taktzyklus übernommen. Somit ist der SPI-Durchsatz (in MBit/s) gleich der Taktfrequenz (in MHz). Daher würde ein serielles Taktsignal mit 1 MHz Ein- und Ausgangsdaten jeweils mit 1 Mbit/s übertragen. Das SCLK-Signal ist jedoch ebenfalls isoliert. Somit muss der Digitalisolator 2 Mbit/s übertragen können (SCLK schaltet mit 1 MHz um). Anwender verwechseln manchmal den SPI-Datendurchsatz in MBit/s mit dem erforderlichen Durchsatz des Digitalisolators.

 

Autor: Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices

 

Über den Autor

 Kristin Rinortner

Kristin Rinortner

, ELEKTRONIKPRAXIS - Wissen. Impulse. Kontakte.