ورقة بيانات سلسلة EL083L/EL086L: عازل ضوئي ثنائي القنوات عالي السرعة 15 ميجابت/ثانية بتغذية 3.3 فولت/5 فولت في حزمة SOP-8

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة EL08XL عائلة من العوازل الضوئية المنطقية (الفوتوكوبلر) ثنائية القنوات وعالية السرعة، المصممة لتطبيقات العزل الرقمي الحديثة. تُدمج هذه الأجهزة ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء مقترنًا ضوئيًا بدائرة كشف CMOS داخل حزمة صغيرة مكونة من 8 أطراف (SOP). الوظيفة الأساسية هي توفير عزل كهربائي كامل بين دوائر الإدخال والإخراج مع نقل الإشارات الرقمية عالية السرعة بأقل تشويه ممكن.

تكمن الميزة الأساسية لهذه السلسلة في الجمع بين الأداء العالي للسرعة (حتى 15 ميجابت في الثانية)، والتوافق مع عائلات المنطق CMOS منخفضة الجهد (3.3 فولت و5 فولت)، وخصائص العزل القوية. تم تصميم هذه الأجهزة لتحل محل المحولات النبضية وطرق العزل الأخرى في التطبيقات المتطلبة، حيث تقدم حلاً موثوقًا به ومضغوطًا وقابلًا للتركيب السطحي. تشمل الأسواق المستهدحة أتمتة المصانع، والاتصالات، والتحكم في مصادر الطاقة، وملحقات الحاسوب، وأي نظام يتطلب نقل بيانات محصن ضد الضوضاء عبر مجالات جهد مختلفة.

2. الغوص العميق في المعلمات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد الجهاز للعمل الموثوق ضمن حدود معينة. تشمل القيم القصوى المطلقة الرئيسية: تيار الأمام (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير لثنائي الباعث للإدخال، وجهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت، وحدود تبديد قدرة تبلغ 35 مللي واط للإدخال و85 مللي واط للإخراج. يجب ألا يتجاوز جهد التغذية (V_CC) وجهد الخرج (V_O) 5.5 فولت. معلمة حاسمة هي جهد العزل (V_ISO) البالغ 3750 فولت_RMSلمدة دقيقة واحدة، تم اختباره تحت ظروف رطوبة محددة مع توصيل أطراف الإدخال والإخراج بشكل منفصل. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -40°C إلى +85°C.

2.2 الخصائص الكهربائية

تضمن المعلمات التفصيلية للتيار المستمر التوافق مع تصميم النظام. يمتلك ثنائي الباعث للإدخال جهد أمامي نموذجي (V_F) بقيمة 1.4 فولت عند 8 مللي أمبير، بحد أقصى 1.8 فولت. تم تعريف خصائص الخرج لكل من تشغيل مصدر 3.3 فولت و5 فولت. يتم ضمان أن جهد الخرج العالي المستوى (V_OH) يكون ضمن 1 فولت من V_CC(الحد الأدنى) عند سحب تيار 4 مللي أمبير. جهد الخرج المنخفض المستوى (V_OL) هو نموذجيًا 0.21 فولت (3.3 فولت) أو 0.17 فولت (5 فولت) عند تزويد تيار 4 مللي أمبير مع تشغيل ثنائي الباعث للإدخال عند 8 مللي أمبير، مما يضمن مستويات منطقية قوية. تيار عتبة الإدخال (I_FT) للحصول على خرج منخفض صالح هو نموذجيًا 2.5 مللي أمبير، بحد أقصى 5 مللي أمبير.

2.3 خصائص التبديل

يحدد هذا القسم الأداء الديناميكي. أوقات تأخر الانتشار (t_PHLو t_PLH) هي نموذجيًا 38-41 نانو ثانية لمصدر 3.3 فولت و35-46 نانو ثانية لمصدر 5 فولت، بحد أقصى 60 نانو ثانية تحت ظروف الاختبار المحددة (I_F=8 مللي أمبير، C_L=15 بيكو فاراد). تشويه عرض النبضة (|t_PHL– t_PLH|)، والذي يؤثر على سلامة الإشارة، هو نموذجيًا 6-8 نانو ثانية بحد أقصى 30 نانو ثانية. أوقات صعود وهبوط الخرج (t_r, t_f) هي نموذجيًا 5.5-6 نانو ثانية. المميز الرئيسي هو مناعة التداخل العابر المشترك (CMTI). يضمن النوع EL086L حدًا أدنى قدره 10,000 فولت/ميكرو ثانية لكل من حالتي الخرج العالي والمنخفض، بينما يضمن EL083L 5,000 فولت/ميكرو ثانية. هذه المعلمة حاسمة في البيئات الصاخبة ذات إمكانيات الأرض سريعة التغير.

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية. بينما لا يتم تفصيل رسوم بيانية محددة في النص المقدم، فإن مثل هذه المنحنيات توضح عادةً العلاقة بين تيار الأمام وجهد الأمام لثنائي الباعث للإدخال، وتأخر الانتشار مقابل درجة الحرارة، وأداء مناعة التداخل العابر المشترك. هذه المنحنيات أساسية للمصممين لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف غير قياسية وتحسين نقطة التشغيل للسرعة والطاقة والموثوقية.

4. معلومات الميكانيكا والحزمة

4.1 أبعاد الحزمة

يتم وضع الجهاز داخل حزمة SOP مكونة من 8 أطراف. يوفر الرسم البعدي القياسات الحرجة لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة، بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع الكلي للحزمة، ومسافة الأطراف (نموذجيًا 1.27 ملم)، وأبعاد الأطراف. الالتزام بهذه الأبعاد ضروري للحام المناسب والملاءمة الميكانيكية.

4.2 تكوين الأطراف والقطبية

تكوين الأطراف كما يلي: الطرف 1 (الأنود 1)، الطرف 2 (الكاثود 1)، الطرف 3 (الكاثود 2)، الطرف 4 (الأنود 2)، الطرف 5 (الأرضي)، الطرف 6 (V_OUT2)، الطرف 7 (V_OUT1)، الطرف 8 (V_CC). يدعم هذا التكوين قناتين مستقلتين. توصيل القطبية الصحيح لثنائيات الباعث للإدخال (الأنود/الكاثود) ومصدر الخرج (V_CC/الأرضي) إلزامي لمنع تلف الجهاز.

4.3 تخطيط وسادة اللحام الموصى به على PCB

يتم توفير تخطيط مقترح لوسادة التركيب السطحي. تؤكد الملاحظة أن هذا تصميم مرجعي ويجب تعديله بناءً على عمليات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المحددة والمتطلبات الحرارية. يهدف تصميم الوسادة إلى ضمان حبات لحام موثوقة وقوة ميكانيكية بعد لحام إعادة التدفق.

5. إرشادات اللحام والتركيب

تحدد القيم القصوى المطلقة درجة حرارة اللحام (T_SOL) بقيمة 260°C لمدة 10 ثوانٍ. يتوافق هذا مع ملفات إعادة التدفق النموذجية الخالية من الرصاص. من الحاسم اتباع ملف إعادة التدفق الموصى به لتجميع لوحة الدوائر المطبوعة المحددة لتجنب التلف الحراري. يجب تخزين الجهاز تحت ظروف مناسبة (T_STG: -55°C إلى +125°C) قبل الاستخدام للحفاظ على قابلية اللحام.

6. اقتراحات التطبيق

6.1 دوائر التطبيق النموذجية

التطبيقات الأساسية المدرجة هي مستقبلات الخط، أنظمة نقل البيانات، تعدد الإرسال، عزل التغذية الراجعة لمصادر الطاقة التبديلية، استبدال المحول النبضي، واجهات ملحقات الحاسوب، وعزل الأرض المنطقي عالي السرعة. في دائرة نموذجية، يتم تشغيل جانب الإدخال بواسطة إشارة منطقية عبر مقاومة تحديد تيار لضبط I_F. يتطلب جانب الخرج مكثف تجاوز (0.1 ميكروفاراد أو أكبر، بخصائص تردد عالي جيدة) متصلًا بأقرب مسافة ممكنة بين V_CCوأطراف الأرضي لضمان تشغيل مستقر وتقليل الضوضاء.

6.2 اعتبارات التصميم

• فصل مصدر الطاقة:الاستخدام الإلزامي لمكثف تجاوز محلي على جانب الخرج أمر بالغ الأهمية لتحقيق الأداء العالي للسرعة المحدد والمناعة ضد الضوضاء.
• ضبط تيار الإدخال:يجب ضبط تيار الأمام (I_F) بناءً على السرعة المطلوبة و I_FTالمضمون. التشغيل عند 8 مللي أمبير الموصى به يضمن هامش ضوضاء مناسب وسرعة تبديل صحيحة.
• اعتبارات الحمل:يمكن للخرج تشغيل ما يصل إلى 10 أحمال CMOS قياسية. تحدد ورقة البيانات ظروف الاختبار مع I_O= ±4 مللي أمبير لـ V_OH/V_OL.
• اختيار القناة:اختر بين EL083L (5 كيلو فولت/ميكرو ثانية CMTI) و EL086L (10 كيلو فولت/ميكرو ثانية CMTI) بناءً على بيئة الضوضاء الكهربائية للتطبيق.

7. المقارنة الفنية والتمييز

تميز سلسلة EL08XL نفسها من خلال تصميمها ثنائي القنوات في حزمة SOP-8 قياسية، مما يوفر توفيرًا في مساحة اللوحة مقارنة بجهازين أحاديي القناة. السرعة المضمونة 15 ميجابت/ثانية عند 3.3 فولت/5 فولت هي علامة أداء رئيسية للواجهات الرقمية الحديثة. توفر مناعة التداخل العابر المشترك العالية، خاصة تصنيف 10 كيلو فولت/ميكرو ثانية لـ EL086L، أداءً فائقًا في بيئات الصناعة وتحويل الطاقة عالية الضوضاء مقارنة بالعوازل الضوئية القياسية. الامتثال للمعايير الدولية الرئيسية الخالية من الهالوجين وRoHS وREACH والسلامة (UL، cUL، VDE، إلخ.) يجعلها مناسبة للأسواق العالمية.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: هل يمكنني استخدام مصدر 5 فولت للخرج إذا كان منطقي يعمل على 3.3 فولت؟

A: مرحلة الخرج متوافقة مع مستويات منطق CMOS 3.3 فولت و5 فولت. ومع ذلك، يجب عليك التأكد من أن الجهاز المنطقي المستقبل متحمل لجهد 5 فولت إذا كنت تستخدم V_CCبقيمة 5 فولت. سيكون V_OHقريبًا من 5 فولت.

س: ما هو الغرض من مواصفة CMTI؟

A: تقيس CMTI قدرة الجهاز على رفض التغيرات السريعة في الجهد بين أرضي الإدخال والإخراج. تمنع CMTI العالية (مثل 10 كيلو فولت/ميكرو ثانية) هذه التغيرات من التسبب في تبديل خاطئ للخرج، وهو أمر حيوي في محركات المحركات، ومصادر الطاقة، ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الصناعية (PLC).

س: كيف أحسب مقاومة الإدخال التسلسلية؟

A: R_series= (V_driver- V_F) / I_F. استخدم V_Fمن ورقة البيانات (الحد الأقصى 1.8 فولت) واختر I_F(مثل 8 مللي أمبير للأداء الكامل). تأكد من أن المشغل يمكنه توفير التيار المطلوب.

س: هل هناك حاجة لمقاومة سحب لأعلى/لأسفل خارجية على الخرج؟

A: لا. الخرج هو مرحلة دفع-سحب CMOS نشطة، توفر قدرة على تزويد وسحب التيار.

9. حالة تصميم عملية

السيناريو:عزل إشارة UART بجهد 3.3 فولت (115200 باود) بين متحكم دقيق على لوحة تحكم محرك صاخبة ووحدة اتصال على لوحة منطقية نظيفة.

التنفيذ:استخدم قناة واحدة من EL086L. على جانب المتحكم الدقيق، قم بتوصيل طرف TX عبر مقاومة 180 أوم (لـ I_Fتقريبًا 8 مللي أمبير مع مشغل 3.3 فولت) إلى إدخال العازل الضوئي (الأنود). قم بتوصيل الكاثود بالأرضي. على الجانب المعزول، قم بتغذية طرف V_CC(الطرف 8) بجهد 3.3 فولت من مصدر وحدة الاتصالات. ضع مكثف سيراميك 0.1 ميكروفاراد مباشرة بين الطرف 8 (V_CC) والطرف 5 (الأرضي). قم بتوصيل الخرج (الطرف 7، V_OUT1) إلى طرف RX لوحدة الاتصالات. تضمن CMTI العالية لـ EL086L سلامة البيانات على الرغم من ضوضاء الأرض من مشغل المحرك.

10. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ العزل الضوئي. يتسبب التيار الكهربائي المطبق على ثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء (LED) للإدخال في إصداره للضوء. يعبر هذا الضوء حاجز عزل شفاف ضوئيًا (عادة بوليمر مصبوب). على الجانب الآخر، تقوم دائرة متكاملة أحادية الشريحة لكشف الضوء CMOS بتحويل شدة الضوء المستلمة مرة أخرى إلى إشارة كهربائية. تتضمن دائرة CMOS هذه تضخيمًا وتشكيلًا ومرحلة خرج دفع-سحب لإنتاج شكل موجي رقمي نظيف. يوفر المسار الضوئي العزل الكهربائي الكامل، حيث لا يوجد اتصال كهربائي بين الإدخال والإخراج، فقط شعاع ضوئي.

11. اتجاهات الصناعة

يتجه تطور العزل الرقمي نحو سرعات أعلى، واستهلاك طاقة أقل، وحزم أصغر، وتكامل أعلى. بينما تظل العوازل الضوئية التقليدية مثل هذه السلسلة شائعة لبساطتها وجهد العزل العالي، فإن التقنيات البديلة القائمة على الاقتران السعوي (باستخدام حواجز SiO₂) أو المغناطيسي (مقاومة مغناطيسية عملاقة) آخذة في الظهور. يمكن أن تقدم هذه التقنيات سرعات أعلى، ودقة توقيت أفضل، وعمر أطول لأنها لا تحتوي على LED يتدهور. ومع ذلك، تستمر العوازل الضوئية عالية الجهد في الهيمنة على التطبيقات التي تتطلب جهود عزل عمل عالية جدًا (عدة كيلو فولت) وموثوقية مثبتة. يعد دمج وظائف إضافية مثل توصيل الطاقة عبر الحاجز (محولات DC-DC المعزولة) أو قنوات متعددة بتصنيفات سلامة محسنة أيضًا اتجاه تطور رئيسي.