DE10159607A1

DE10159607A1 - Analog/Digital-Signalwandlereinrichtung mit galvanischer Trennung in ihrem Singalübertragungsweg

Info

Publication number: DE10159607A1
Application number: DE10159607A
Authority: DE
Inventors: Jens Hauch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Sensitec GmbH
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: DE10159607B4

Abstract

Die Analog/Digital-Signalwandlereinrichtung (2) weist auf der Eingangsseite (E) Mittel zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals (V¶in¶) in ein Magnetfeldsignal (H) mit einer eindeutig von der Signalstärke des analogen Signals abhängenden Magnetfeldstärke auf. Durch eine Isolationsbarriere (3) galvanisch davon getrennt ist auf einer Ausgangsseite (A) ein das Magnetfeldsignal (H) detektierender Sensor (7) zu einer eindeutigen, von der Kennlinie des Sensors abhängenden Umwandlung des Magnetfeldsignals in ein analoges Folgesignal (S¶out¶) vorhanden, wobei dem Sensor (7) Mittel zum Umwandeln des Folgesignals (S¶out¶) in ein digitales Ausgangssignal (V¶out¶) zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Analog/Digital-Signal wandlereinrichtung für hohe Informationsinhalte und Daten übertragungsraten mit einer Eingangsseite, die durch eine Isolationsbarriere galvanisch getrennt von einer Ausgangssei te ist.

Auf vielen Gebieten der Technik wie insbesondere der digita len Informationsübertragung muss zunächst eingangsseitig ein analoges Signal elektronisch mittels eines Wandlers in ein digitales Signal umgewandelt werden. Die entsprechenden Wand ler werden allgemein als A/D(= Analog/Digital)-Wandler be zeichnet. Das so gewonnene digitale Signal wird dann poten zialfrei übertragen und weiterverarbeitet. Für eine entspre chende, galvanisch getrennte Signalübertragung werden in der Kommunikations- und Automatisierungstechnik überwiegend soge nannte Optokoppler verwendet. Hierbei wird auf einen Eingang ein elektrisches (primäres) Datensignal gegeben, das mittels einer lichtemittierenden Diode (LED) in ein optisches Strah lungssignal umgewandelt wird. Dieses Strahlungssignal wird durch eine Isolationsbarriere in Form eines optisch transpa renten Mediums hindurch auf einen optischen Sensor übertra gen, mittels dessen es wieder in ein elektrisches (sekundä res) Signal rückverwandelt wird. Eine derartige digitale In formationsübertragung mittels Optokopplern ist begrenzt in der Übertragungsrate durch die beschränkte Bandbreite der op tischen Elemente - mit etwa 50 bis 100 Mbps (Megabits pro Se kunde) entsprechend 25 bis 50 MHz - und in der Bauform durch die beschränkte Integrierbarkeit solcher optischen Elemente mit der Siliziumtechnologie. Ferner können die optischen Ele mente auch nur in einem Temperaturbereich bis maximal etwa 85°C und außerdem im allgemeinen nur mit Betriebsspannungen von mindestens 3 V betrieben werden.

Ein entsprechender A/D-Wandler geht aus der JP 60-148229 A1 hervor. Bei diesem bekannten Wandler wird ein eingangsseiti ges analoges Signal zunächst in ein pulsbreitenmoduliertes Signal umgewandelt, da das verwendete LED-Transistor-Kop pelelement nur die Zustände "ein" (= "1") und "aus" (= "0") kennt. Ein Signal mit einem höheren Informationsinhalt muss nämlich seriell übertragen werden, wodurch sich aber die Bandbreite des Übertragers entsprechend der Bit-Tiefe verrin gert. Eine pulsbreitenmodulierte Signalübertragung ist dabei ein Spezialfall einer seriellen Übertragung, wo die Wandlung in das digitale Signal besonders einfach über eine analoge Elektronik zu gestalten ist. Bei dem bekannten Wandler ist also der Ablauf der Signalübertragung wie folgt: Analog/Di gital-Wandlung auf der Eingangsseite (hier in Form einer Pulsbreitenmodulation) → serielle Übertragung des digitalen Signals → Digital/Analog-Wandlung auf der Ausgangsseite → Ausgabe des Signals analog.

Neben einer solchen optoelektrischen Signalübertragung ist auch eine magnetische Übertragung beispielsweise unter Ver wendung von Hall-Sonden bekannt. Mit solchen Sonden lassen sich nämlich Signalgrößen erfassen, welche Magnetfelder er zeugen oder beeinflussen. So ist z. B. aus dem Buch von E. Schrüfer "Elektrische Messtechnik", 6. Aufl., 1995, Hanser-Verlag München, Seiten 165 bis 168 eine entsprechende potentialfreie Messung eines Stromes zu entnehmen.

Darüber hinaus ist auf dem Gebiet der Magnetoelektronik be kannt, mit magnetoresistiven Sensorelementen sogenannte Mag netokoppler aufzubauen, die ebenfalls eine galvanisch ge trennte Datenübertragung ermöglichen (vgl. z. B. die WO 98/07165). Hier lassen sich die aufgezeigten Begrenzungen der Optokoppler deutlich überschreiten, z. B. mit einer deut lich höheren Datenübertragungsrate und der Möglichkeit, ent sprechende Bauteile auch noch bei kleineren Spannungen als 3 V zu betreiben. Ferner sind derartige Magnetokoppler mit Elektronikbauteilen der Si-Technologie zu integrieren. Der aus der genannten WO-Schrift entnehmbare Magnetkoppler be sitzt zur Stromdetektion Sensorelemente, mit denen ein magne tisches Signalfeld zu detektieren ist, welches mittels Strom flusses durch eine Flachspule erzeugt wird. Die Leiterbahnen dieser Flachspule verlaufen dabei orthogonal über die Sensor elemente und sind galvanisch gegenüber diesen getrennt. Die Sensorelemente sind dabei als magnetoresistive Mehrschichten systeme aufgebaut und können insbesondere den sogenannten GMR-Effekt zeigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Analog/Digi tal-Signalwandlereinrichtung für hohe Informationsinhalte von insbesondere mehr als 1 Bit, vorzugsweise mindestens 2 Bit, anzugeben, die eine galvanische Trennstrecke in Form einer Isolationsbarriere aufweist und deren konstruktiver Aufwand gegenüber bekannten Einrichtungen vermindert ist. Außerdem soll die Einrichtung eine hohe Datenübertragungsrate von ins besondere über 50 Mbps ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 an gegebenen Maßnahmen gelöst. Dementsprechend hat die Ana log/Digital-Signalwandlereinrichtung für hohe Informationsin halte eine Eingangsseite, die durch eine Isolationsbarriere galvanisch getrennt von einer Ausgangsseite ist, wobei

a) auf der Eingangsseite Mittel zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals in ein analoges Magnetfeldsignal (mit ei ner eindeutig von der Signalstärke des analogen Signals abhängenden Magnetfeldstärke vorgesehen sind

und

1. auf der Ausgangsseite ein das Magnetfeldsignal detektie render Sensor zu einer eindeutigen, von der Kennlinie des Sensors abhängenden Umwandlung des Magnetfeldsignals in ein analoges Folgesignal vorhanden ist, wobei dem Sensor Mittel zum Umwandeln des Folgesignals in ein digitales Ausgangssignal zugeordnet sind.

Die mit dieser Ausgestaltung der Signalwandlereinrichtung verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass auf Grund der Nutzung eines Magnetsignals zur analogen Sig nalübertragung über die Isolationsbarriere hinweg ein Ana log/Digital-Wandler auf der Eingangsseite einzusparen ist.

Im Gegensatz zu der aus der genannten JP 60-148229 A zu ent nehmenden Signalwandlereinrichtung ist der Ablauf der Signal übertragung bei dem erfindungsgemäßen Wandler wie folgt:
Analoges Signal auf der Eingangsseite → analoge Übertragung des Signals → Analog/Digital-Wandlung auf der Ausgangsseite → Signalaufbereitung auf der Ausgangsseite → Ausgabe des Signals in beliebiger Form (digital oder analog nach entspre chender Digital/Analog-Wandlung). Der Vorteil dieses Übertra gungsverfahrens liegt darin, dass ein vergleichsweise höherer Informationsinhalt übertragen werden kann, ohne die Bandbrei te zu verringern. Der Grund hierfür ist, dass der Informati onsinhalt des analogen Signals prinzipiell unbegrenzt ist. Da aber ideale Übertragungskennlinien in der Praxis kaum reali sierbar sind, würde das Signal ohne Aufbereitung durch die Übertragung verfälscht. Aus diesem Grunde wird das Signal auf der Ausgangsseite von analog auf digital gewandelt und in oder nach diesem Prozess entsprechend aufbereitet. Hierzu sind gegebenenfalls elektronische Mittel zur die Linearität der Kennlinie verbessernden Signalaufbereitung vorgesehen. Die theoretische Auflösung dieses Verfahrens ist nur durch die Eigenschaften der Übertragungskennlinie insbesondere durch deren Hysterese und/oder Nichtlinearität begrenzt. In der Praxis wird man vorteilhaft jedoch mit 8, 12 oder 16 Bit arbeiten.

Im Vergleich dazu kann mit konventionellen Optokopplern nur ein 8-Bit-Signal entweder parallel oder seriell übertragen werden. In diesem Fall muss ein Bit nach dem anderen gesendet werden, was mit einer entsprechenden Einbuße an Übertragungs geschwindigkeit verbunden ist. Wenn man das Signal parallel überträgt, dann kann man zwar die Geschwindigkeit beibehal ten, braucht aber 8 Kanäle. Einen Spezialfall bildet das pulsbreitenmodulierte Signal. Auch hier kennt die Übertra gungseinheit nur zwei Zustände ("0" und "1"); jedoch steckt die Information in der Pulsbreite und der Zeitspanne, für die der Zustand "1" während eines vorbestimmten Intervalls Tertas sung existiert. Die höchste Auflösung, also 1 Bit, wird hier bei durch die Dauer der steigenden (t_rise) und der fallenden (t_fall) Flanke bestimmt, deren Summe gleichzeitig die nutzbare Bandbreite des Übertragers bestimmt. Wird nun z. B. ein 8-Bit- Signal über Pulsbreitenmodulierung übertragen, muss T_erfassung in 256 eindeutig erkennbare Zeiteinheiten unterteilt werden. Um Eindeutigkeit zu gewährleisten, darf eine Zeiteinheit nicht kleiner t_fall sein. Dies bedeutet, die Bandbreite reduziert sich bei einer Übertragung mit Pulsbreitenmodulation nicht nur linear, sondern exponentiell mit der Bit-Tiefe des zu übertragenden Signals. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen sind aber weniger Kopplerkanäle erforderlich, da die volle analoge Information jederzeit abgreifbar ist und beispiels weise bei 8 Bit Informationsinhalt acht Kopplerkanäle durch einen galvanisch getrennten Analog/Digital-Wandler ersetzt werden können.

Darüber hinaus ermöglicht die analoge Magnetsignalübertragung eine Datenübertragung mit hohen Frequenzen von insbesondere über 50 MHz, vorzugsweise über 100 MHz.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Signal wandlereinrichtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen her vor.

So können vorteilhaft dem Sensor Mittel zur die Linearität der Kennlinie verbessernden Signalaufbereitung zugeordnet sein. Denn im Allgemeinen ist davon auszugehen, dass eine ex akte Linearität der Kennlinie in der Praxis nicht zu errei chen ist, so dass das über die Isolationsstrecke übertragene und an dem Sensor abgenommene Signal elektronisch zu bearbei ten ist. Dabei können die Mittel zur Linearitätsverbesserung insbesondere Teil der Mittel zum Umwandeln des Folgesignals sein.

Darüber hinaus können auf der Eingangsseite die Mittel zur Umwandlung des analogen Eingangssignals vorzugsweise ein Mag netfeldsignal mit einer Magnetfeldstärke erzeugen, die eine stetig steigende, insbesondere zumindest annähernd lineare Funktion der Signalstärke bildet. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn auf der Ausgangsseite die Signalstärke des analogen Fol gesignals des Sensors eine stetig steigende, vorzugsweise zu mindest annähernd lineare Funktion der Magnetfeldstärke des Magnetfeldsignals bildet. In beiden Fällen wird die Signal auswertung erleichtert.

Ferner kann vorteilhaft der Sensor mindestens ein magnetore sistives Sensorelement aufweisen. Ein solches Sensorelement kann mit der Isolationsbarriere und den eingangsseitigen Mit teln zur Erzeugung eines Magnetfeldsignals wie z. B. einer elektrischen Leiterbahn in an sich bekannter Weise eine magne toresistive Kopplervorrichtung bilden.

Stattdessen kann als Sensor auch eine Spule dienen, die in duktiv über die Isolationsbarriere an die eingangsseitigen Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldsignals wie z. B. einer Stromleiterbahn gekoppelt ist. Die Leiterbahn, die Isolati onsbarriere und die Spule können dann an sich bekannter Weise eine induktive Kopplervorrichtung bilden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Signalwandlereinrichtung sind Gegenstand der restlichen Un teransprüchen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figuren jeweils sche matisch bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Analog/Digital-Signalwandlereinrichtungen veranschaulicht sind. So zeigen deren

Fig. 1 in einem Ersatzschaltbild die wesentlichen Komponen ten für eine Wandlereinrichtung unter Verwendung ei ner magnetoresistiven Kopplervorrichtung,

Fig. 2 als Diagramm die Kennlinie eines Sensorelementes dieser Kopplervorrichtung,

Fig. 3 und 4 den Aufbau dieser Kopplervorrichtung in Auf sicht bzw. als Querschnitt,

Fig. 5 in einem Ersatzschaltbild die wesentlichen Komponen ten einer weiteren Wandlereinrichtung unter Verwen dung einer induktiven Kopplervorrichtung, sowie

Fig. 6 und 7 den Aufbau der Kopplervorrichtung nach Fig. 5 in Aufsicht bzw. als Querschnitt.

Dabei sind in den einzelnen Figuren sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Für die in Fig. 1 angedeutete Ersatzschaltung einer Ana log/Digital(A/D)-Signalwandlereinrichtung nach der Erfindung sind weitgehend an sich bekannte Komponenten vorgesehen. Die Ersatzschaltung dieser allgemein mit 2 bezeichneten Wandler einrichtung unterteilt sich in eine Eingangsseite E und eine Ausgangsseite A. Diese Seiten sind durch eine Isolationsbar riere 3 galvanisch voneinander getrennt. Auf der Eingangssei te E wird zunächst eine eingangsseitiges, analoges Spannungs signal V_in mit Hilfe einer Ansteuerungselektronik 4 in ein eingangsseitiges, analoges Stromsignal S_in umgewandelt. Die ses Stromsignal wird über einen Strompfad 5 geleitet, in dem sich ein ein magnetisches Signalfeld H erzeugendes Leiterele ment 6 befindet. Dieses Leiterelement stellt folglich eine Ausführungsform eines Mittels zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals in ein Magnetfeldsignal dar. Die erzeugte Magnetfeldstärke soll dabei zumindest annähernd proportional der Signalstärke des analogen Signals sein. Dem entsprechen den, beispielsweise spulenförmig ausgebildeten Leiterelement ist ein über die Isolationsbarriere 3 galvanisch von ihm ge trennter magnetfeldempfindlicher Sensor 7 zugeordnet, welcher gemäß dem gewählten Ausführungsbeispiel einen magnetoresisti ven Effekt zeigt. Er umfasst ein oder mehrere Sensorelemente, die anisotrop magnetoresistiv (sogenannte "AMR-Elemente"), giant-magnetoresistiv (sogenannte "GMR-Elemente"), tunnel magnetoresistiv (sogenannte "TMR-Elemente") oder kolossal magnetoresistiv (sogenannte "CMR-Elemente") sein können und die in bekannter Weise als GMR- oder TMR- oder XMR-Mehr schichtensystem mit einem erhöhten magnetoresistiven Effekt ausgebildet sind (vgl. z. B. den Band "XMR-Technologien"- Technologieanalyse: Magnetismus Band 2- des VDI-Techno logiezentrums "Physikalische Technologien", Düsseldorf (DE), 1997, Seiten 11 bis 46). Eine bevorzugte Ausführungsform ei ner so gebildeten magnetischen Kopplervorrichtung 8 mit we nigstens einem ein magnetisches Signalfeld H mittels Strom fluss' erzeugenden elektrischen Leiterelement 6 sowie mit mindestens einem diesem Leiterelement zugeordneten, von die sem über die Isolationsbarriere 3 galvanisch getrennten, mag netfeldempfindlichen XMR-Sensor 7 geht aus der DE 100 17 374 A1 hervor. Eine derartige Kopplervorrichtung ist in der Lage, mit hoher Übertragungsbandbreite von mindes tens 50 MHz, vorzugsweise über 100 MHz, ein Magnetfeldsignal H in ein analoges Folgesignal umzuwandeln. Dieses Folgesignal liegt nunmehr auf der Ausgangsseite A in Form eines analogen Stromsignals S_out vor. Das Folgesignal kann aber auch ein Spannungssignal oder ein Widerstandswert sein. Für das Aus führungsbeispiel sei jedoch ein Stromsignal I_out = S_out ange nommen. Dieses Signal wird einer Auswertungselektronik 9 mit einem A/D-Wandler zugeführt, in dem es in ein digitales Aus gangssignal V_out in Form eines Spannungssignals umgewandelt wird. Die Auswertungselektronik stellt dabei eine mögliche Ausführungsform eines Mittels zum Umwandeln des Folgesignals in ein digitales Ausgangssignal dar. Zugleich wird in der Auswerteelektronik eine in der Praxis nicht ohne weiteres zu vermeidende Nicht-Linearität der Kennlinie der Übertragung bzw. des Sensors zumindest weitgehend reduziert. Das dement sprechend mit Hilfe der erfindungsgemäßen A/D-Signalwandler einrichtung 2 von einem analogen Spannungssignal V_in in ein digitales Spannungssignal V_out umgewandelte Signal lässt sich dann in bekannter Weise in einer nachgeordneten, in der Figur nicht dargestellten Elektronik weiterverarbeiten.

Damit eine eindeutige Signalübertragung bzw. Zuordnung des Folgesignals S_out dem Magnetfeldsignal H über die Isolations barriere 3 hinweg möglich ist, muss die Kopplervorrichtung 8 eine Kennlinie aufweisen, die im interessierenden Messbereich eine (im mathematischen Sinne) eindeutige, insbesondere ste tig steigende, vorzugsweise zumindest annähernd (unter zuge lassenen Abweichungen um +/- 5%) lineare Funktion des Magnet feldes H bezüglich des Strom- bzw. Folgesignals S_out dar stellt. Eine entsprechende Kennlinie, wie sie bei aus der ge nannten DE-A1 entnehmbaren Kopplervorrichtungen gegeben ist, geht aus dem Diagramm der Fig. 2 hervor. In der Figur ist in Abszissenrichtung das Magnetfeld H und in Ordinatenrichtung das Sensorsignal S_out aufgetragen. In dem Diagramm ist ferner das sich bei einer Sättigungsfeldstärke H_sat ergebende maxima le Sensorsignal S_max vermerkt. Der Übertragungsbereich der Kopplervorrichtung liegt folglich in dem kontinuierlich, ste tig steigenden Kennlinienteil unterhalb dieser Sättigungs feldstärke. Ein derartiger kontinuierlicher, stetig steigen der Kennlinienbereich ist eine Voraussetzung der Funktionsfä higkeit der erfindungsgemäßen A/D-Signalwandlereinrichtung. Die Kennlinie ist idealisiert dargestellt; in der Praxis sind Abweichungen von der Linearität nicht zu vermeiden. Diese Ab weichungen werden durch die vorhandene Auswerteelektronik zu mindest weitgehend kompensiert (sogenannte "Glättung der Kennlinie").

Die Fig. 3 und 4 zeigen in Aufsicht bzw. im Querschnitt den Aufbau einer für die Wandlereinrichtung 2 nach den Fig. 1 und 2 geeigneten Kopplervorrichtung 8. Ihr Leiterele ment 6 wird durch eine Signalspule 11 gebildet, die vorzugs weise in Form einer Flachspule ausgeführt ist. Mittels einer die Isolationsbarriere 3 bildenden Isolation 3' galvanisch getrennt ist ein magnetoresistiver Sensor 7 mit beispielswei se vier Sensorelementen 7a bis 7d angeordnet. Die durch die Isolation 3' passivierten Sensorelemente können dabei zu einer Wheatstone'schen Brücke verschaltet sein. Ferner kann noch eine magnetische Schirmung 12a bzw. 12b im Bereich der jeweils paarweise angeordneten Sensorelemente vorgesehen sein. Wie sich ferner aus Fig. 4 entnehmen lässt, befindet. sich der Aufbau auf einem Substrat 13, das beispielsweise eine Metallisierung besitzt und auch als Substrat für eine integrierte Schaltung, beispielsweise der erforderlichen Elektronikteile, dient.

Eine in Fig. 5 angedeutete A/D-Signalwandlereinrichtung 15, für die eine Fig. 1 entsprechende Darstellung gewählt ist, unterscheidet sich von der Wandlereinrichtung 2 nach Fig. 1 lediglich in ihrer Kopplervorrichtung 16. Bei dieser Vorrich tung wird nicht das von einem Stromleiterelement 6 erzeugte analoge Magnetfeldsignal H von einem magnetoresistiven Sensor detektiert. Vielmehr erfolgt hier eine induktive, transforma torische Kopplung über die Isolationsbarriere 3. Es ist des halb auf der Eingangsseite E eine Signalspule 17 vorgesehen, mit deren Hilfe das analoge Magnetfeldsignal H erzeugt wird. Dieses Signal wird auf der Ausgangsseite A von einer Empfän gerspule 18 detektiert. Diese Empfängerspule stellt somit bei diese Ausführungsform den Sensor dar.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer ent sprechenden induktiven Kopplervorrichtung 16 geht aus den Fig. 6 und 7 in Aufsicht bzw. im Querschnitt hervor. Diese Kopplervorrichtung kann vorzugsweise in Form eines Flachspu lenkopplers mit einem Dünnschicht-Magnetkern 20 (Schichtdicke unter 50 µm, vorzugsweise unter 10 µm) und ebenfalls den in Dünnschichttechnik zu erstellenden, induktiv gekoppelten Sig nal- und Empfängerspulen 17 bzw. 18 (Schichtdicken unter 50 µm, vorzugsweise unter 10 µm) hergestellt werden. Dabei sind in diesen Figuren für die zeichnerische Darstellung für die eingangsseitige Signalspule 17 durchgezogene Linien und für die ausgangsseitige Empfängerspule 18 gestrichelte Linien gewählt. Ferner wurden für in unterschiedlichen Ebenen lie gende Leiter jeder dieser Spulen unterschiedliche Strichstär ken gewählt, obwohl die Leiterstärken, insbesondere Leiter breiten, zumindest der zu einer Spule gehörenden Teilspulen gleich sind.

Zur Herstellung der Kopplervorrichtung 16 wird zunächst auf einem nicht dargestellten Substrat ein unterer Kernteil 20a eines Magnetkerns 20 aus einem weichmagnetischen Magnetmate rial strukturiert. Bis auf Randzonen 20b und das Zentrum 20c werden dann auf diesem Kernteil isoliert von diesem und un tereinander isoliert in zwei parallelen Ebenen e1 und e2 fla che Teilspulen 18a und 18b der Empfängerspule 18 ebenfalls in Dünnschichttechnik erstellt. Diese Teilspulen umschließen das Zentrum 20c des Kernteils 20a und haben in Aufsicht eine schneckenhausähnliche, ineinander gewundene Anordnung. Nach diesen beiden Teilspulen werden in entsprechender Weise in einander gewundene Teilspulen 17a und 17b isoliert von diesen und untereinander isoliert in zwei parallelen Ebene e3 und e4 ausgebildet. Kontaktflächen k18a und k18a' der Teilspule 18a, Kontaktflächen k18b und k18b' der Teilspule 18b sowie in ent sprechender Weise Kontaktflächen 17a und 17a' der Teilspule 17a und Kontaktflächen k17b und k17b' der Teilspule 17b wer den selbstverständlich von dem erforderlichen Isolationsmate rial 22 freigehalten. Der zwischen den Spulen 17 und 18 lie gende Teil dieses Isolationsmaterials bildet dabei die Isola tionsbarriere 3. Der so gewonnene Aufbau wird dann mit einer Schicht aus dem Material des Magnetkerns überzogen, so dass sich ein in einer zweiten Ebene liegender oberer Kernteil 20d ergibt. Dieser Kernteil ist im Zentrum 20c mit dem unteren Kernteil 20a verbunden. Es ergibt sich so ein Aufbau des Mag netkerns 20 vom bekannten Topf-Typ. Entsprechende induktive Kopplervorrichtungen sind Gegenstand der DE-Patentanmeldung 101 02 367.7 vom 19.01.2001.

Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen der Spulen einer induktiven Kopplervorrichtung möglich. So können sich beispielsweise je eine Teilspule der Signalspule und der Empfängerspule in einer gemeinsamen Ebene in ineinander ge wundener Anordnung befinden. Auch Ausführungsformen ohne Mag netkern sind möglich.

Claims

1. Analog/Digital-Signalwandlereinrichtung (2, 15) für hohe Informationsinhalte mit einer Eingangsseite (E), die durch eine Isolationsbarriere (3) galvanisch getrennt von einer Ausgangsseite (A) ist, wobei

a) auf der Eingangsseite (E) Mittel zur Umwandlung eines analogen Eingangssignals (Vin) in ein analoges Magnetfeld signal (H) mit einer eindeutig von der Signalstärke des analogen Signals abhängenden Magnetfeldstärke vorgesehen sind

und

1. auf der Ausgangsseite (A) ein das Magnetfeldsignal (H) detektierender Sensor (7, 18) zu einer eindeutigen, von der Kennlinie des Sensors abhängenden Umwandlung des Mag netfeldsignals in ein analoges Folgesignal (S_out) vorhan den ist, wobei dem Sensor (7, 18) Mittel zum Umwandeln des Folgesignals (S_out) in ein digitales Ausgangssignal (V_out) zugeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass dem Sensor (7, 18) Mittel zur die Linearität der Kennlinie verbessernden Signalaufbe reitung zugeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Mittel zur Linearitäts verbesserung Teil der Mittel zum Umwandeln des Folgesignals (S_out) sind.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Eingangsseite (E) die Mittel zur Umwandlung des analogen Ein gangssignals (V_in) ein Magnetfeldsignal (H) mit einer Magnet feldstärke erzeugen, die eine stetig steigende, vorzugsweise zumindest annähernd lineare Funktion der Signalstärke bildet.

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ausgangsseite (A) die Signalstärke des analogen Folgesignals (S_out) des Sensors (7, 18) eine stetig steigende, vorzugsweise zumindest annähernd lineare Funktion der Magnetfeldstärke des Magnetfeldsignals (H) bildet.

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ein gangsseitigen Umwandlungsmittel wenigstens ein das Magnet feldsignal (H) aus einem Stromsignal (S_in) erzeugendes elekt risches Leiterelement (6) umfassen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass das Leiterelement (6) als eine Signalspule (11, 17) ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Signalspule (11, 17) die Form mindestens einer Flachspule aufweist.

9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sen sor (7) mindestens ein magnetoresistives Sensorelement (7a bis 7d) aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass das mindestens eine Sensor element als GMR-, TMR- oder XMR-Element aufgebaut ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 und einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekenn zeichnet, dass das Leiterelement (6), die Isola tionsbarriere (3, 3') und der Sensor (7) Teile einer magneto resistiven Kopplervorrichtung (8) sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeich net durch eine Kopplervorrichtung (8) in Dünnfilmtechnik.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da durch gekennzeichnet, dass der Sensor als eine induktiv an das Leiterelement (6) gekoppelte Empfän gerspule (18) ausgebildet ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, dass die Empfängerspule (18) die Form mindestens einer Flachspule (18a, 18b) aufweist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (6), die Isolationsbarriere (3, 3') und die Empfängerspule (18) Teile einer induktiven Kopplervorrichtung (16) sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, gekennzeich net durch eine Kopplervorrichtung (16) in Dünnfilmtech nik.