ورقة بيانات مقرن ضوئي منطقي EL260L - عبوة 8 دبابيس DIP - جهد تغذية 3.3V/5V - سرعة 10 ميجابت/ثانية - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

مقرن الضوء المنطقي EL260L هو مقرن ضوئي منطقي عالي السرعة مصمم لعزل الإشارات الرقمية. فهو يدمج ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء مقترنًا ضوئيًا بكاشف ضوئي متكامل عالي السرعة مع مخرج بوابة منطقية قابل للتشغيل. مُعبأ في عبوة مزدوجة الخطوط (DIP) ذات 8 دبابيس، وهو مصمم لتوفير عزل كهربائي موثوق وسلامة الإشارة في التطبيقات المتطلبة.

المزايا الأساسية:تشمل نقاط القوة الأساسية للجهاز قدرته على نقل البيانات عالي السرعة حتى 10 ميجابت/ثانية، ومناعته القوية للتداخل المشترك العابر (CMTI) بحد أدنى 10 كيلو فولت/ميكروثانية، وتوافق جهد التغذية المزدوج (3.3 فولت و5 فولت). يضمن الأداء عبر نطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل من -40°C إلى +85°C. يمكن لمخرج البوابة المنطقية تشغيل ما يصل إلى 10 أحمال قياسية (Fan-out 10).

السوق المستهدف:يستهدف هذا المكون التطبيقات التي تتطلب عزلًا رقميًا عالي السرعة، وإزالة حلقات التأريض، ومقاومة الضوضاء في أتمتة العمليات الصناعية، وأنظمة إمداد الطاقة، وملحقات الكمبيوتر، وواجهات الاتصالات.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. تشمل المعايير الرئيسية أقصى تيار أمامي (I_F) بقيمة 50 مللي أمبير لثنائي الباعث للضوء المدخل، وجهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت، وجهدي التغذية/المخرج (V_CC, V_O) بقيمة 7.0 فولت. إجمالي تبديد الطاقة للجانب المدخل هو 45 ملي واط، بينما يمكن للجانب المخرج التعامل مع 85 ملي واط. جهد العزل (V_ISO) بين المدخل والمخرج مقدر بـ 5000 فولت_rmsلمدة دقيقة واحدة. نطاقات درجة حرارة التشغيل والتخزين هي -40°C إلى +85°C و -55°C إلى +125°C على التوالي. يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهربائية

تحدد هذه المواصفات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية (T_A= -40°C إلى 85°C).

خصائص المدخل:يبلغ الجهد الأمامي (V_F) عادةً 1.4 فولت عند I_F=10 مللي أمبير، بحد أقصى 1.8 فولت. سعة المدخل (C_IN) تبلغ عادةً 60 بيكو فاراد.

خصائص المخرج:يختلف تيار التغذية مع الحالة: I_CCH(المستوى العالي) يبلغ عادةً 7 مللي أمبير (أقصى 10 مللي أمبير)، و I_CCL(المستوى المنخفض) يبلغ عادةً 9 مللي أمبير (أقصى 13 مللي أمبير) عند V_CC=3.3 فولت. لمُدخل التمكين مقاومة سحب داخلية لأعلى، مما يلغي الحاجة لمكون خارجي. جهد تمكين المستوى المنخفض (V_EL) مضمون أن يكون أقل من 0.8 فولت.

خصائص النقل:حرجة للعملية المنطقية، جهد المخرج المنخفض المستوى (V_OL) يبلغ عادةً 0.35 فولت (أقصى 0.6 فولت) عند سحب 13 مللي أمبير. تيار عتبة المدخل (I_FT) لتحفيز مخرج منطقي منخفض يبلغ عادةً 2.5 مللي أمبير (أقصى 5 مللي أمبير).

2.3 خصائص التبديل

مقاسة عند V_CC=3.3 فولت، I_F=7.5 مللي أمبير، مع حمل R_L=350 أوم و C_L=15 بيكو فاراد.

تأخيرات الانتشار:زمن تأخر الانتشار للمخرج المنخفض (t_PHL) يبلغ عادةً 40 نانو ثانية (أقصى 75 نانو ثانية)، وللمخرج العالي (t_PLH) يبلغ عادةً 45 نانو ثانية (أقصى 75 نانو ثانية). تشوه عرض النبضة، وهو الفرق المطلق بين t_PHLو t_PLH, يبلغ عادةً 5 نانو ثانية (أقصى 35 نانو ثانية)، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الحساسة للتوقيت.

أوقات الانتقال:زمن صعود المخرج (t_r) يبلغ عادةً 40 نانو ثانية، بينما زمن الهبوط (t_f) يبلغ عادةً 10 نانو ثانية، مما يشير إلى إيقاف أسرع.

أوقات التمكين:تأخر انتشار التمكين للمخرج المنخفض (t_EHL) يبلغ عادةً 10 نانو ثانية، وللمخرج العالي (t_ELH) يبلغ عادةً 25 نانو ثانية.

مناعة التداخل المشترك العابر (CMTI):مقياس عزل رئيسي. يضمن الجهاز حدًا أدنى قدره 10,000 فولت/ميكروثانية لكل من حالة المنطق العالي (CM_H) وحالة المنطق المنخفض (CM_L)، مما يضمن تشغيلًا موثوقًا في البيئات الصاخبة ذات التغيرات السريعة في الجهد عبر حاجز العزل.

3. تكوين الدبابيس والمخطط التخطيطي

تكوين الـ DIP ذو 8 دبابيس هو كما يلي: الدبوس 1 (غير متصل NC)، الدبوس 2 (المصعد Anode)، الدبوس 3 (المهبط Cathode)، الدبوس 4 (غير متصل NC)، الدبوس 5 (الأرضي GND)، الدبوس 6 (V_OUT)، الدبوس 7 (V_E- التمكين Enable)، الدبوس 8 (V_CC). أحد متطلبات التصميم الحرجة هو وضع مكثف تجاوز سعته 0.1 ميكرو فاراد (أو أكبر) بخصائص تردد عالي جيدة بين الدبوسين 8 (V_CC) و 5 (الأرضي GND)، ويجب وضعه بأقرب ما يمكن من العبوة لضمان تشغيل مستقر وتقليل الضوضاء إلى الحد الأدنى.

4. جدول الحقيقة والوظيفة المنطقية

يعمل الجهاز كبوابة منطقية قابلة للتشغيل. يحدد جدول الحقيقة (باستخدام المنطق الإيجابي) طريقة عمله:

• المدخل (I_F) عالي، التمكين (V_E) عالي: المخرج (V_O) = منخفض
• المدخل منخفض، التمكين عالي: المخرج = عالي
• المدخل عالي، التمكين منخفض: المخرج = عالي
• المدخل منخفض، التمكين منخفض: المخرج = عالي
• المدخل عالي، التمكين غير متصل (NC): المخرج = منخفض
• المدخل منخفض، التمكين غير متصل: المخرج = عالي

يوفر دبوس التمكين تحكمًا بحالة ثالثة، مما يسمح بإجبار المخرج إلى حالة منطقية عالية بغض النظر عن إشارة المدخل عندما يكون التمكين منخفضًا.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يُقدم الجهاز في عبوة DIP قياسية ذات 8 دبابيس. تشير ورقة البيانات إلى التوفر بخيارات تباعد واسع للأطراف وخيارات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD)، على الرغم من أن التركيز الأساسي هنا هو على نوع DIP ذو الثقوب المارة. عادةً ما يتم تضمين رسومات أبعاد مفصلة في ورقة البيانات الكاملة لتوجيه تخطيط اللوحة PCB وتصميم البصمة.

6. إرشادات اللحام والتركيب

تحدد القيم القصوى المطلقة درجة حرارة لحام (T_SOL) تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ. هذا معيار حاسم لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق. يجب اتباع إرشادات IPC القياسية للحم مكونات الثقوب المارة. يُوصى بإجراءات التعامل المناسبة مع الكهرباء الساكنة ESD أثناء التركيب بسبب المكونات شبه الموصلة الحساسة داخل الجهاز.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• إزالة حلقات التأريض وترجمة مستويات المنطق:عزل الإشارات الرقمية بين الدوائر ذات جهود التأريض المختلفة، مثل ترجمة الإشارات بين عائلات المنطق LSTTL و TTL/CMOS.
• نقل البيانات والتعدد الإحصائي:عزل البيانات التسلسلية عالية السرعة في خطوط الاتصال وعزل ناقل البيانات.
• مفاتيح إمداد الطاقة:توفير عزل للتغذية الراجعة في دوائر محولات القفز العكسي Flyback أو دوائر المحولات المعزولة الأخرى.
• استبدال محول النبض:تقديم بديل ذو حالة صلبة، وأكثر إحكامًا وموثوقية محتملة، لمحولات النبض التقليدية لعزل الإشارات.
• واجهات الملحقات الحاسوبية والصناعية:عزل خطوط الإدخال/الإخراج الرقمية I/O في البيئات الصناعية الصاخبة أو للوصل مع المحركات والمشغلات.

7.2 اعتبارات التصميم

• مكثف التجاوز:مكثف 0.1 ميكرو فاراد عبر V_CCوالأرضي GND إلزامي للتشغيل المستقر عالي السرعة ويجب وضعه بالقرب من الدبابيس.
• مقاومة تحديد التيار:مطلوب مقاومة خارجية على التوالي مع ثنائي الباعث للضوء المدخل (المصعد) لضبط التيار الأمامي (I_F) وفقًا لاحتياجات التطبيق (مثل 7.5 مللي أمبير لأوقات التبديل المحددة).
• مقاومة الحمل:يتم تحديد خصائص المخرج بمقاومة سحب لأعلى بقيمة 350 أوم إلى V_CC. يجب استخدام هذه القيمة أو تعديلها بعناية بناءً على تيار المخرج المطلوب والسرعة.
• دبوس التمكين:مقاومة السحب الداخلية لأعلى على دبوس التمكين تبسط التصميم. تحفيزه إلى مستوى منخفض يجبر المخرج على أن يكون عاليًا؛ وتركه غير متصل (NC) يجعله في حالة افتراضية عالية، مما يسمح بالتشغيل العادي الذي يتحكم فيه المدخل فقط.
• تخطيط اللوحة PCB:الحفاظ على مسافات عزل وتباعد زحفي جيدة على اللوحة PCB بين جانبي المدخل والمخرج وفقًا لمعايير السلامة، حتى مع أن المكون نفسه يوفر حاجز العزل الأساسي.

8. المقارنة والتمييز التقني

يميز EL260L نفسه في سوق المقارن الضوئية من خلال الجمع بينالسرعة العالية (10 ميجابت/ثانية)ومناعة التداخل المشترك العابر CMTI المرتفعة للغاية (10 كيلو فولت/ميكروثانية). تعمل العديد من المقارنات الضوئية القياسية بسرعات أقل (مثل 1 ميجابت/ثانية) أو لها تصنيفات CMTI أقل. يوفر توافق جهد التغذية المزدوج 3.3V/5V مرونة في التصميم في أنظمة الجهد المختلط الحديثة. البوابة المنطقية المتكاملة مع وظيفة التمكين والأداء المضمون عبر نطاق واسع لدرجة الحرارة تجعله خيارًا قويًا للتطبيقات الصناعية مقارنة بمقارنات الضوء الأساسية ذات مخرج الترانزستور.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما هو الغرض من دبوس التمكين (V_E؟)

ج: يوفر دبوس التمكين تحكمًا بحالة ثالثة. عند تحفيزه إلى مستوى منخفض، يتجاوز إشارة المدخل ويجبر المخرج على حالة منطقية عالية. يمكن استخدام هذا لإدارة تنازع الناقل أو لتعطيل المخرج.

س: لماذا يعتبر مكثف التجاوز 0.1 ميكرو فاراد بالغ الأهمية؟

ج: عند سرعات التبديل العالية (10 ميجابت/ثانية)، يمكن أن تسبب الطلبات المفاجئة للتيار طفرات جهد على خط التغذية. يوفر مكثف التجاوز الموضعي مخزون شحن فوري، مما يثبت V_CCويمنع الأعطال أو توليد الضوضاء.

س: كيف أختار قيمة مقاومة تحديد تيار المدخل؟

ج: استخدم قانون أوم: R_LIMIT= (جهد التغذية - V_F) / I_F. على سبيل المثال، مع جهد تغذية 5 فولت، V_F~1.4 فولت، والتيار المطلوب I_F=10 مللي أمبير: R = (5 - 1.4) / 0.01 = 360 أوم. اختر قيمة قياسية مثل 360 أوم أو 390 أوم. للحصول على السرعة المثلى، استخدم I_F=7.5 مللي أمبير وفقًا لمواصفات التبديل.

س: هل يمكنني استخدام هذا مع جهد تغذية 5 فولت للجانب المخرج؟

ج: نعم، تحدد ورقة البيانات توافق جهد التغذية المزدوج (3.3 فولت و5 فولت). غالبًا ما تدرج جداول الخصائص الكهربائية الظروف عند V_CC=3.3 فولت، ولكن الجهاز مصمم للعمل بجهد 5 فولت أيضًا. تحقق دائمًا من جميع المعايير عند جهد التغذية المقصود لديك.

10. حالة عملية للتصميم والاستخدام

السيناريو: واجهة جهاز إرسال واستقبال RS-485/RS-422 المعزولة.في عقدة مستشعر صناعية، يتواصل متحكم دقيق مع جهاز إرسال واستقبال RS-485 عبر UART. لحماية المتحكم الدقيق الحساس من تحولات التأريض والتغيرات العابرة عالية الجهد على ناقل RS-485 الطويل، يمكن استخدام EL260L لعزل خطي إرسال واستقبال UART. يعمل جانب المتحكم الدقيق (المدخل) بجهد 3.3 فولت، بينما يمكن أن يعمل جانب جهاز الإرسال والاستقبال (المخرج) بجهد 5 فولت. السرعة العالية 10 ميجابت/ثانية تتعامل بسهولة مع معدلات الباود التسلسلية القياسية (مثل 115200 باود، 1 ميجا باود). تضمن مناعة التداخل المشترك العابر CMTI البالغة 10 كيلو فولت/ميكروثانية بقاء العزل فعالاً حتى أثناء أحداث الضوضاء الكهربائية الشديدة على الناقل. يمكن ربط دبوس التمكين بمخرج GPIO للمتحكم الدقيق لتعطيل مسار الاتصال إذا لزم الأمر.

11. مبدأ التشغيل

يعمل EL260L على مبدأ الاقتران الضوئي. يسبب التيار الكهربائي المطبق على جانب المدخل (الدبابيس 2 و 3) في إصدار ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (LED) للضوء. يعبر هذا الضوء حاجز عزل شفاف داخل العبوة. على جانب المخرج، يحول كاشف ضوئي متكامل عالي السرعة الضوء المستلم مرة أخرى إلى تيار كهربائي. تتم معالجة هذا التيار بواسطة دائرة مكبر وبوابة منطقية داخلية لإنتاج إشارة مخرج رقمية نظيفة ومخزنة (على الدبوس 6) تعكس حالة المدخل ولكنها معزولة كهربائيًا عنه. يوفر حاجز العزل، المصنوع عادةً من مركب قولبة أو مادة مماثلة، العزل عالي الجهد (5000 فولت_rms) بين الجانبين.

12. اتجاهات وسياق الصناعة

يتم دفع الطلب على المعزلات الرقمية عالية السرعة من خلال عدة اتجاهات: انتشار إنترنت الأشياء الصناعي والأتمتة الذي يتطلب اتصالاً قويًا في البيئات الصاخبة؛ اعتماد ترددات تبديل أعلى في الإلكترونيات القوية التي تتطلب عزل تغذية راجعة أسرع؛ والتحول نحو تكامل وموثوقية أعلى على مستوى النظام. تمثل مكونات مثل EL260L تقنية ناضجة وفعالة من حيث التكلفة للعزل الجلفاني. تشهد الصناعة أيضًا نموًا في تقنيات العزل البديلة مثل المعزلات السعوية والمغناطيسية (مقاومة مغناطيسية عملاقة)، والتي يمكن أن توفر سرعات أعلى، واستهلاك طاقة أقل، وكثافة تكامل أكبر. ومع ذلك، تظل المقارنات الضوئية شائعة للغاية بسبب بساطتها، وموثوقيتها المثبتة، ومناعة التداخل المشترك العابر CMTI العالية، وسهولة استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات. يستمر التركيز على المقارنات الضوئية المتقدمة في زيادة السرعة، وتحسين كفاءة الطاقة، وتقليل حجم العبوة، وتعزيز مقاييس الموثوقية مثل مقاومة العزل طويلة الأجل.