8-Pin SOP 3,3V Dual-Channel High-Speed 15Mbit/s Logikgatter-Photokoppler EL083L EL086L Serie Datenblatt - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die EL08XL-Serie stellt eine Familie von Dual-Channel-Hochgeschwindigkeits-Logikgatter-Photokopplern (Optokopplern) dar, die für moderne digitale Isolationsanwendungen konzipiert ist. Diese Bauteile integrieren eine infrarotemittierende Diode, die optisch mit einer CMOS-Detektor-Integrierte Schaltung in einem kompakten 8-Pin Small Outline Package (SOP) gekoppelt ist. Die Hauptfunktion besteht darin, eine galvanische Trennung zwischen Eingangs- und Ausgangsschaltkreisen zu gewährleisten, während Hochgeschwindigkeits-Digitalsignale mit minimaler Verzerrung übertragen werden.

Der Kernvorteil dieser Serie liegt in der Kombination aus hoher Geschwindigkeit (bis zu 15 Megabit pro Sekunde), Kompatibilität mit den Niederspannungs-3,3V- und 5V-CMOS-Logikfamilien sowie robusten Isolationsmerkmalen. Die Bauteile sind so ausgelegt, um Pulsübertrager und andere Isolationsmethoden in anspruchsvollen Anwendungen zu ersetzen, und bieten eine zuverlässige, kompakte und oberflächenmontierbare Lösung. Zielmärkte sind die industrielle Automatisierung, Telekommunikation, Netzteilsteuerung, Computerperipherie und alle Systeme, die eine störungsfreie Datenübertragung über Spannungsbereiche hinweg erfordern.

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Absolute Grenzwerte

Das Bauteil ist für einen zuverlässigen Betrieb innerhalb definierter Grenzen spezifiziert. Wichtige absolute Grenzwerte sind: ein Durchlassstrom (I_F) von 20 mA für die Eingangs-LED, eine Sperrspannung (V_R) von 5V und Verlustleistungsgrenzen von 35 mW für den Eingang und 85 mW für den Ausgang. Die Versorgungsspannung (V_CC) und die Ausgangsspannung (V_O) dürfen 5,5V nicht überschreiten. Ein kritischer Parameter ist die Isolationsspannung (V_ISO) von 3750 V_efffür eine Minute, getestet unter spezifischen Feuchtigkeitsbedingungen mit getrennt kurzgeschlossenen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +85°C.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Detaillierte DC-Parameter gewährleisten die Kompatibilität mit dem Systemdesign. Die Eingangs-LED hat eine typische Durchlassspannung (V_F) von 1,4V bei 8mA, maximal 1,8V. Die Ausgangseigenschaften sind sowohl für den Betrieb mit 3,3V als auch mit 5V Versorgungsspannung definiert. Die High-Pegel-Ausgangsspannung (V_OH) wird garantiert innerhalb von 1V von V_CC(min) liegen, wenn 4mA gesenkt werden. Die Low-Pegel-Ausgangsspannung (V_OL) beträgt typischerweise 0,21V (3,3V) oder 0,17V (5V), wenn 4mA gespeist werden und die Eingangs-LED mit 8mA angesteuert wird, was für starke Logikpegel sorgt. Der Eingangsschwellenstrom (I_FT) für einen gültigen Low-Ausgang beträgt typischerweise 2,5 mA, maximal 5 mA.

2.3 Schaltverhalten

Dieser Abschnitt definiert die dynamische Leistung. Die Laufzeitverzögerungen (t_PHLund t_PLH) betragen typischerweise 38-41 ns bei einer 3,3V-Versorgung und 35-46 ns bei einer 5V-Versorgung, maximal 60 ns unter spezifizierten Testbedingungen (I_F=8mA, C_L=15pF). Die Pulsbreitenverzerrung (|t_PHL– t_PLH|), die die Signalintegrität beeinflusst, beträgt typischerweise 6-8 ns, maximal 30 ns. Die Anstiegs- und Abfallzeiten des Ausgangs (t_r, t_f) betragen typischerweise 5,5-6 ns. Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist die Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI). Die Variante EL086L garantiert mindestens 10.000 V/µs für sowohl High- als auch Low-Ausgangszustände, während der EL083L 5.000 V/µs garantiert. Dieser Parameter ist in lauten Umgebungen mit sich schnell ändernden Massepotentialen entscheidend.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische elektro-optische Kennlinien. Obwohl spezifische Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, illustrieren solche Kurven typischerweise den Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung für die Eingangs-LED, die Laufzeitverzögerung in Abhängigkeit von der Temperatur und die Gleichtakt-Transienten-Immunitätsleistung. Diese Kurven sind für Entwickler wesentlich, um das Bauteilverhalten unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen und den Arbeitspunkt für Geschwindigkeit, Leistung und Zuverlässigkeit zu optimieren.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist in einem 8-Pin SOP-Gehäuse untergebracht. Die Maßzeichnung liefert kritische Maße für das PCB-Footprint-Design, einschließlich der Gesamtgehäuselänge, -breite, -höhe, des Anschlussabstands (typischerweise 1,27mm) und der Anschlussabmessungen. Die Einhaltung dieser Maße ist für eine korrekte Lötung und mechanische Passung erforderlich.

4.2 Pinbelegung und Polarität

Die Pinbelegung ist wie folgt: Pin 1 (Anode 1), Pin 2 (Kathode 1), Pin 3 (Kathode 2), Pin 4 (Anode 2), Pin 5 (Masse), Pin 6 (V_OUT2), Pin 7 (V_OUT1), Pin 8 (V_CC). Diese Konfiguration unterstützt zwei unabhängige Kanäle. Eine korrekte Polverbindung für die Eingangs-LEDs (Anode/Kathode) und die Ausgangsversorgung (V_CC/GND) ist zwingend erforderlich, um eine Beschädigung des Bauteils zu verhindern.

4.3 Empfohlene PCB-Pad-Anordnung

Eine empfohlene Oberflächenmontage-Pad-Anordnung wird bereitgestellt. Der Hinweis betont, dass es sich um ein Referenzdesign handelt und es basierend auf spezifischen PCB-Fertigungsprozessen und thermischen Anforderungen angepasst werden sollte. Das Pad-Design zielt darauf ab, zuverlässige Lötpasten und mechanische Festigkeit nach dem Reflow-Löten sicherzustellen.

5. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Grenzwerte spezifizieren eine Löttemperatur (T_SOL) von 260°C für 10 Sekunden. Dies entspricht typischen bleifreien Reflow-Profilen. Es ist entscheidend, das empfohlene Reflow-Profil für die spezifische PCB-Montage zu befolgen, um thermische Schäden zu vermeiden. Das Bauteil muss vor der Verwendung unter geeigneten Bedingungen (T_STG: -55°C bis +125°C) gelagert werden, um die Lötbarkeit zu erhalten.

6. Anwendungsvorschläge

6.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die primären Anwendungen sind Leitungsempfänger, Datenübertragungssysteme, Datenmultiplexing, Rückkopplungsisolation von Schaltnetzteilen, Ersatz von Pulsübertragern, Computerperipherie-Schnittstellen und Hochgeschwindigkeits-Logik-Massetrennung. In einer typischen Schaltung wird die Eingangsseite von einem Logiksignal über einen strombegrenzenden Widerstand angesteuert, um I_F einzustellen. Die Ausgangsseite benötigt einen Entkopplungskondensator (0,1µF oder größer, mit guten Hochfrequenzeigenschaften), der so nah wie möglich zwischen den Pins V_CC und GND angeschlossen wird, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten und Rauschen zu minimieren.

6.2 Designüberlegungen

• Versorgungsentkopplung:Die zwingende Verwendung eines lokalen Entkopplungskondensators auf der Ausgangsseite ist entscheidend, um die spezifizierte Hochgeschwindigkeitsleistung und Rauschimmunität zu erreichen.
• Eingangsstrom-Einstellung:Der Durchlassstrom (I_F) sollte basierend auf der erforderlichen Geschwindigkeit und dem garantierten I_FT eingestellt werden. Der Betrieb bei den empfohlenen 8mA gewährleistet einen angemessenen Rauschabstand und Schaltgeschwindigkeit.
• Lastüberlegungen:Der Ausgang kann bis zu 10 Standard-CMOS-Lasten treiben. Das Datenblatt spezifiziert Testbedingungen mit I_O= ±4mA für V_OH/V_OL.
• Kanalauswahl:Wählen Sie zwischen EL083L (5kV/µs CMTI) und EL086L (10kV/µs CMTI) basierend auf der elektrischen Rauschumgebung der Anwendung.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die EL08XL-Serie differenziert sich durch ihr Dual-Channel-Design in einem Standard-SOP-8-Gehäuse, was im Vergleich zu zwei Single-Channel-Bauteilen Platzeinsparungen auf der Leiterplatte bietet. Die garantierte Geschwindigkeit von 15Mbit/s bei 3,3V/5V ist ein wichtiger Leistungsmarker für moderne digitale Schnittstellen. Die hohe Gleichtakt-Transienten-Immunität, insbesondere die 10kV/µs-Bewertung des EL086L, bietet im Vergleich zu Standard-Optokopplern eine überlegene Leistung in hochrauschbehafteten industriellen und Leistungswandlungsumgebungen. Die Einhaltung von halogenfreien, RoHS-, REACH- und wichtigen internationalen Sicherheitsstandards (UL, cUL, VDE usw.) macht es für globale Märkte geeignet.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich eine 5V-Versorgung für den Ausgang verwenden, wenn meine Logik 3,3V beträgt?

A: Die Ausgangsstufe ist mit sowohl 3,3V- als auch 5V-CMOS-Pegeln kompatibel. Sie müssen jedoch sicherstellen, dass das empfangende Logikbauteil 5V-tolerant ist, wenn Sie ein 5V V_CC verwenden. Das V_OH wird nahe 5V liegen.

F: Welchen Zweck hat die CMTI-Spezifikation?

A: CMTI misst die Fähigkeit des Bauteils, schnelle Spannungstransienten zwischen den Eingangs- und Ausgangsmassen abzuweisen. Eine hohe CMTI (z.B. 10kV/µs) verhindert, dass diese Transienten fehlerhaftes Umschalten des Ausgangs verursachen, was in Motorantrieben, Netzteilen und industriellen SPS-Systemen von entscheidender Bedeutung ist.

F: Wie berechne ich den Eingangsvorwiderstand?

A: R_{Vorwiderstand}= (V_Treiber- V_F) / I_F. Verwenden Sie V_F aus dem Datenblatt (max. 1,8V) und wählen Sie I_F(z.B. 8mA für volle Leistung). Stellen Sie sicher, dass der Treiber den erforderlichen Strom liefern kann.

F: Ist ein externer Pull-Up/Pull-Down am Ausgang erforderlich?

A: Nein. Der Ausgang ist eine aktive CMOS-Push-Pull-Stufe, die sowohl Quell- als auch Senkstromfähigkeit bietet.

9. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Isolierung eines 3,3V UART-Signals (115200 Baud) zwischen einem Mikrocontroller auf einer rauschbehafteten Motorsteuerungsplatine und einem Kommunikationsmodul auf einer sauberen Logikplatine.

Umsetzung:Verwenden Sie einen Kanal eines EL086L. Auf der Mikrocontrollerseite schließen Sie den TX-Pin über einen 180Ω-Widerstand (für ~8mA I_F mit einem 3,3V-Treiber) an den Photokopplereingang (Anode) an. Verbinden Sie die Kathode mit Masse. Auf der isolierten Seite versorgen Sie den V_CC-Pin (Pin 8) mit 3,3V aus der Versorgung des Kommunikationsmoduls. Platzieren Sie einen 0,1µF-Keramikkondensator direkt zwischen Pin 8 (V_CC) und Pin 5 (GND). Verbinden Sie den Ausgang (Pin 7, V_OUT1) mit dem RX-Pin des Kommunikationsmoduls. Die hohe CMTI des EL086L gewährleistet trotz Masserauschen vom Motorantrieb die Datenintegrität.

10. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der optischen Isolierung. Ein elektrischer Strom, der an die infrarote Leuchtdiode (LED) am Eingang angelegt wird, veranlasst diese, Licht zu emittieren. Dieses Licht durchquert eine optisch transparente Isolationsbarriere (typischerweise ein geformtes Polymer). Auf der anderen Seite wandelt ein monolithischer CMOS-Photodetektor-Integrierte Schaltung die empfangene Lichtintensität zurück in ein elektrisches Signal um. Diese CMOS-IC beinhaltet Verstärkung, Signalformung und eine Push-Pull-Ausgangsstufe, um ein sauberes digitales Wellenform zu erzeugen. Der optische Pfad stellt die galvanische Trennung bereit, da es keine elektrische Verbindung zwischen Eingang und Ausgang gibt, sondern nur einen Lichtstrahl.

11. Branchentrends

Der Trend in der digitalen Isolierung geht zu höheren Geschwindigkeiten, geringerem Stromverbrauch, kleineren Gehäusen und höherer Integration. Während traditionelle Optokoppler wie diese Serie aufgrund ihrer Einfachheit und hohen Isolationsspannung beliebt bleiben, entstehen alternative Technologien basierend auf kapazitiver (unter Verwendung von SiO₂-Barrieren) oder magnetischer (Riesenmagnetowiderstand) Kopplung. Diese können höhere Geschwindigkeiten, bessere Zeitgenauigkeit und eine längere Lebensdauer bieten, da sie keine LED haben, die sich verschlechtern kann. Dennoch dominieren Hochspannungs-Optokoppler weiterhin in Anwendungen, die sehr hohe Arbeitsisolationsspannungen (mehrere kV) und bewährte Zuverlässigkeit erfordern. Die Integration zusätzlicher Funktionen wie Energieübertragung über die Barriere (isolierte DC-DC-Wandler) oder mehrere Kanäle mit verbesserten Sicherheitsbewertungen ist ebenfalls eine wichtige Entwicklungsrichtung.