ورقة بيانات عازل الضوء المنطقي EL060L - حزمة SOP-8 - جهد مزدوج 3.3V/5V - سرعة 10 ميجابت/ثانية - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

EL060L هو عازل ضوئي منطقي (عازل ضوئي) عالي السرعة، مصمم لعزل الإشارات بشكل موثوق في الدوائر الإلكترونية المتطلبة. يجمع بين ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء وكاشف ضوئي متكامل عالي السرعة يتميز بمخرج بوابة منطقية قابل للتشغيل. معبأ في حزمة صغيرة ذات 8 أطراف (SOP)، وهو مُحسّن لعمليات تجميع تقنية التركيب السطحي (SMT). وظيفته الأساسية هي توفير عزل كهربائي بين دوائر الإدخال والإخراج، مما يلغي حلقات التأريض ويحمي المنطق الحساس من ارتفاع الجهد والضوضاء.

المزايا الأساسية:تشمل نقاط القوة الرئيسية للجهاز معدل نقل بيانات مرتفع يصل إلى 10 ميجابت في الثانية (Mbit/s)، وتوافق جهد تغذية مزدوج (3.3V و5V)، ومقاومة ممتازة للضوضاء المشتركة العابرة (CMTI) بحد أدنى 10kV/μs. يوفر مخرج بوابة منطقية قادر على تشغيل ما يصل إلى 10 أحمال قياسية (Fan-out 10). علاوة على ذلك، يحقق جهد عزل مرتفع يبلغ 3750 فولت_RMSبين جانب الإدخال والإخراج، مما يضمن حماية قوية.

السوق المستهدف والتطبيقات:يستهدف هذا المكون التطبيقات التي تتطلب نقل إشارات رقمية معزولة وسريعة. تشمل حالات الاستخدام النموذجية إزالة حلقات التأريض في واجهات الاتصال، وتحويل المستوى بين عائلات المنطق (مثلًا من LSTTL إلى TTL/CMOS)، وأنظمة نقل البيانات والتعدد، والعزل في التغذية الراجعة لمحولات الطاقة، واستبدال محولات النبض، وواجهات أجهزة الكمبيوتر الطرفية، وتوفير عزل تأريض منطقي عالي السرعة في الأنظمة ذات الإشارات المختلطة.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تيار الأمام للإدخال (I_F):50 مللي أمبير كحد أقصى. تجاوز هذا يمكن أن يدمر ثنائي LED للأشعة تحت الحمراء.
• جهد تفعيل الإدخال (V_E):يجب ألا يتجاوز V_CCبأكثر من 500 مللي فولت.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت كحد أقصى لثنائي LED للإدخال.
• جهد التغذية (V_CC):7.0 فولت كحد أقصى لجانب الإخراج.
• جهد الإخراج (V_O):7.0 فولت كحد أقصى.
• جهد العزل (V_ISO):3750 فولت_RMSلمدة دقيقة واحدة (ظروف الاختبار: رطوبة نسبية 40-60%، الأطراف 1-4 موصولة معًا، الأطراف 5-8 موصولة معًا).
• درجة حرارة التشغيل (T_OPR):-40°C إلى +85°C.
• درجة حرارة اللحام (T_SOL):260°C لمدة 10 ثوانٍ (ملف إعادة التدفق).

2.2 الخصائص الكهربائية ونقل الإشارة

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

خصائص الإدخال:

• جهد الأمام (V_F):عادة 1.4V، بحد أقصى 1.8V عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 10mA.
• معامل درجة حرارة V_F:تقريبًا -1.8 mV/°C، مما يشير إلى أن V_Fينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة.
• سعة الإدخال (C_IN):عادة 60 pF، مما يؤثر على متطلبات تشغيل الإدخال عالي التردد.

خصائص الإخراج والتغذية:

• تيار التغذية (المستوى العالي): I_CCHعادة 5mA (حد أقصى 10mA) عندما يكون الإدخال مغلقًا (I_F=0) ويكون الإخراج عاليًا.
• تيار التغذية (المستوى المنخفض): I_CCLعادة 9mA (حد أقصى 13mA) عندما يكون الإدخال مفتوحًا (I_F=10mA) ويكون الإخراج منخفضًا.
• جهود التفعيل:طرف التفعيل (V_E) له عتبة مستوى عالي (V_EH) بحد أدنى 2.0V وعتبة مستوى منخفض (V_EL) بحد أقصى 0.8V. يوجد مقاوم سحب داخلي، مما يلغي الحاجة إلى مقاوم خارجي.
• مستويات المنطق للإخراج:مع V_CC=3.3V، يكون جهد الإخراج المنخفض (V_OL) عادة 0.35V (حد أقصى 0.6V) عند سحب 13mA. يتم تحديد قدرة تيار الإخراج العالي (I_OH) تحت ظروف اختبار محددة.
• تيار عتبة الإدخال (I_FT):التيار المطلوب عند الإدخال لضمان إخراج منخفض صالح (V_O=0.6V) هو عادة 3mA (حد أقصى 5mA). هذه معلمة رئيسية لتصميم دائرة تشغيل الإدخال.

2.3 خصائص التبديل

تحدد هذه المعايير أداء التوقيت الحرج لنقل البيانات عالي السرعة (الشروط: V_CC=3.3V، I_F=7.5mA، C_L=15pF، R_L=350Ω).

• تأخيرات الانتشار:
  • t_PHL(من عالي إلى منخفض): عادة 50ns، حد أقصى 75ns.
  • t_PLH(من منخفض إلى عالي): عادة 45ns، حد أقصى 75ns.
• تشويه عرض النبضة (PWD):|t_PHL– t_PLH| عادة 5ns، حد أقصى 35ns. كلما انخفض PWD كان ذلك أفضل لسلامة الإشارة.
• أوقات الصعود/الهبوط:
  • وقت صعود الإخراج (t_r): عادة 50ns.
  • وقت هبوط الإخراج (t_f): عادة 10ns.
• تأخيرات انتشار التفعيل:
  • t_EHL(من التفعيل إلى الإخراج المنخفض): عادة 15ns.
  • t_ELH(من التفعيل إلى الإخراج العالي): عادة 30ns.
• مقاومة الضوضاء المشتركة العابرة (CMTI):معلمة حرجة لرفض الضوضاء في الأنظمة المعزولة. كل من C_MHو C_MLمحددة بحد أدنى 10,000 V/μs، تم اختبارها بجهد مشترك ذروة إلى ذروة 400V (V_CM).

3. معلومات الميكانيكية والحزمة

EL060L معبأ في حزمة صغيرة قياسية ذات 8 أطراف (SOP).

3.1 تكوين الأطراف ووظائفها

• الطرف 1:لا اتصال (NC)
• الطرف 2:الأنود (A) لثنائي LED للأشعة تحت الحمراء للإدخال.
• الطرف 3:الكاثود (K) لثنائي LED للأشعة تحت الحمراء للإدخال.
• الطرف 4:لا اتصال (NC)
• الطرف 5:التأريض (GND) لجانب الإخراج.
• الطرف 6:جهد الإخراج (V_OUT).
• الطرف 7:إدخال التفعيل (V_E). فعال عند المستوى العالي؛ مستوى منطقي عالي (>2.0V) يُفعّل الإخراج، مستوى منطقي منخفض (<0.8V) يجبر الإخراج على أن يكون عاليًا (انظر جدول الحقيقة).
• الطرف 8:جهد التغذية (V_CC) لجانب الإخراج (3.3V أو 5V).

ملاحظة تصميم حرجة:يجب توصيل مكثف تجاوز بقيمة 0.1μF (أو أكبر) بخصائص تردد عالي جيدة (سيراميك أو تانتالوم صلب) بين الطرف 8 (V_CC) والطرف 5 (GND)، ووضعه بأقرب ما يمكن من أطراف الحزمة لضمان تشغيل مستقر وتقليل ضوضاء التبديل.

4. جدول الحقيقة والوصف الوظيفي

يعمل الجهاز كبوابة منطقية موجبة مع وظيفة تفعيل. حالة الإخراج تعتمد على تيار الإدخال (LED) وجهد طرف التفعيل.

*مع المقاوم الداخلي للسحب، فإن طرف التفعيل العائم يأخذ حالة مستوى عالي افتراضيًا.

باختصار، عند التفعيل (V_Eعالي)، يعمل العازل الضوئي كمقلب: LED مضاء (إدخال عالي) ينتج إخراج منخفض، وLED غير مضاء (إدخال منخفض) ينتج إخراج عالي. عند التعطيل (V_Eمنخفض)، يُجبر الإخراج على أن يكون عاليًا بغض النظر عن حالة الإدخال، مما يمكن أن يكون مفيدًا لوضع واجهة الناقل في حالة مقاومة عالية، أو تنفيذ أوضاع توفير الطاقة، أو تعدد مخرجات العوازل.

5. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

5.1 دوائر التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هو عزل الإشارات الرقمية. يتطلب جانب الإدخال مقاومًا محددًا للتيار على التوالي مع LED لضبط I_Fالمطلوب (مثلًا، 5-10mA لضمان التبديل). يتصل جانب الإخراج مباشرة بإدخال البوابة المنطقية المستقبلة. يمكن ربط طرف التفعيل بـ V_CCإذا لم يُستخدم، أو تشغيله بواسطة إشارة تحكم لبوابة الإخراج.

5.2 اعتبارات التصميم

• تشغيل الإدخال:تأكد من أن دائرة التشغيل يمكنها توفير I_Fكافٍ (≥ I_FT) عبر نطاق درجة حرارة التشغيل لضمان تبديل إخراج صحيح. ضع في الاعتبار معامل درجة الحرارة السالب لـ V_F.
• لمصباح LED. تجاوز مصدر الطاقة:المكثف 0.1μF على V_CC/GND هوإلزاميللتشغيل المستقر عالي السرعة ويجب وضعه بالقرب من الجهاز.
• اعتبارات الحمل:يمكن للإخراج تشغيل ما يصل إلى 10 مدخلات منطقية قياسية (Fan-out 10). تأكد من أن الحمل السعوي الكلي على طرف الإخراج لا يتجاوز بشكل كبير حالة الاختبار البالغة 15pF لتجنب تدهور أوقات الصعود/الهبوط وتأخيرات الانتشار.
• تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB):حافظ على مسافة عزل جيدة بين جانب الإدخال (منطقة الأطراف 1-4) وجانب الإخراج (منطقة الأطراف 5-8) على لوحة PCB للحفاظ على تصنيف العزل عالي الجهد. اتبع إرشادات الزحف والتباعد المناسبة لمتطلبات الجهد للتطبيق.

6. معلومات الامتثال والموثوقية

تم تصميم EL060L واعتماده للاستخدام في التطبيقات الصناعية والتجارية.

• الامتثال البيئي:الجهاز خالٍ من الهالوجين (Br<900ppm، Cl<900ppm، Br+Cl<1500ppm)، وخالٍ من الرصاص، ومتوافق مع توجيهية RoHS (تقييد المواد الخطرة) ولائحة الاتحاد الأوروبي REACH.
• الموافقات الأمنية:يحمل موافقات من وكالات الأمان الدولية الرئيسية:
  • UL (Underwriters Laboratories) و cUL (رقم الملف E214129)
  • VDE (Verband der Elektrotechnik) (رقم الملف 40028116)
  • SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO (وكالات الأمان الإسكندنافية)
  تشير هذه الموافقات إلى أن الجهاز يفي بمعايير الأمان الصارمة للعزل الكهربائي.
• الموثوقية:يتم ضمان الأداء عبر نطاق درجة الحرارة الصناعية الموسع من -40°C إلى +85°C.

7. دوائر الاختبار وتعريفات الموجة

تتضمن ورقة البيانات دوائر اختبار قياسية لتوصيف معايير التبديل.

• الشكل 12:يحدد إعداد الاختبار ونقاط القياس لتأخيرات الانتشار (t_PHL، t_PLH) وأوقات انتقال الإخراج (t_r، t_f). يتم قياس التأخيرات بين نقطة 3.75mA على موجة تيار الإدخال ونقطة 1.5V على موجة جهد الإخراج.
• الشكل 13:يحدد إعداد الاختبار لتأخيرات انتشار التفعيل (t_EHL، t_ELH)، مقاسة من نقطة 1.5V على إدخال التفعيل.
• الشكل 14:يوضح دائرة الاختبار لمقاومة الضوضاء المشتركة العابرة (CMTI)، بتطبيق نبضة تفاضلية عالية الجهد (V_CM) بين تأريض الإدخال والإخراج لقياس مقاومة الضوضاء.

8. اللحام والتعامل

الجهاز مناسب لعمليات تجميع التركيب السطحي القياسية.

• لحام إعادة التدفق:أقصى درجة حرارة لحام ذروية هي 260°C، وفقًا لمعيار IPC/JEDEC J-STD-020 للتجميعات الخالية من الرصاص. يجب ألا يتعرض الجهاز لهذه الدرجة الحرارية لأكثر من 10 ثوانٍ.
• التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة ضمن نطاق درجة حرارة التخزين المحدد من -55°C إلى +125°C.
• احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل، كما هو الحال مع جميع الأجهزة شبه الموصلة.

9. المقارنة التقنية والتحديد السوقي

يضع EL060L نفسه في السوق كعازل رقمي عالي السرعة للأغراض العامة. عوامل التمييز الرئيسية هي الجمع بين سرعة 10Mbit/s، وتوافق جهد التغذية المزدوج 3.3V/5V، وإدراج وظيفة تفعيل/استروب في حزمة SOP-8 قياسية. مقارنةً بالعوازل الضوئية الأبسط ذات 4 أطراف، فإنه يوفر تحكمًا إضافيًا عبر طرف التفعيل. مقارنةً برقائق العزل الرقمي المتخصصة الأحدث القائمة على الاقتران السعوي أو المغناطيسي، فإنه يوفر الموثوقية المثبتة، وCMTI العالي، وبساطة تقنية العازل الضوئي، غالبًا بتكلفة أقل للتطبيقات التي لا تتطلب سرعات قصوى (>>10Mbit/s).

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني استخدام مصدر 5V لـ V_CC?

؟ ج: نعم، تم تصميم الجهاز للعمل بجهد تغذية مزدوج 3.3V و5V. تأكد من أن تصنيف جهد مكثف التجاوز كافٍ لـ 5V.

س: هل هناك حاجة لمقاوم سحب خارجي على طرف التفعيل (V_E)؟

ج: لا. يحتوي الجهاز على مقاوم سحب داخلي، كما هو مذكور في ورقة البيانات.

س: ما هو الغرض من طرف التفعيل؟

ج: يسمح بإجبار الإخراج على أن يكون عاليًا، مما يعطل مسار الإشارة بشكل فعال. هذا مفيد لوضع واجهة الناقل في حالة مقاومة عالية، أو تنفيذ أوضاع توفير الطاقة، أو تعدد مخرجات العوازل.

س: كيف أحسب مقاومة السلسلة للإدخال (R_IN؟

ج: R_IN= (V_DRIVE- V_F) / I_F. استخدم V_F(max)عند أدنى درجة حرارة تشغيل لتصميم محافظ لضمان تحقيق الحد الأدنى لـ I_F. على سبيل المثال، مع تشغيل 5V، V_F=1.8V، و I_F=7.5mA: R_IN= (5 - 1.8) / 0.0075 ≈ 427Ω. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثلًا، 430Ω).

س: ماذا يعني "Fan out 10"؟

ج: يعني أن الإخراج يمكنه تشغيل مدخلات ما يصل إلى 10 بوابات منطقية رقمية قياسية (مثل سلسلة 74HC) متصلة على التوازي بشكل موثوق، مع الحفاظ على مستويات جهد منطقية صالحة.