EL260L Logikgatter-Photokoppler Datenblatt - 8-Pin-DIP-Gehäuse - 3,3V/5V Versorgung - 10Mbit/s Geschwindigkeit - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der EL260L ist ein schneller Logikgatter-Photokoppler für die galvanische Trennung digitaler Signale. Er integriert eine Infrarot-Leuchtdiode, die optisch mit einem schnellen integrierten Fotodetektor mit taktbarem Logikgatterausgang gekoppelt ist. Im 8-Pin-Dual-Inline-Gehäuse (DIP) verpackt, ist er für zuverlässige elektrische Isolation und Signalintegrität in anspruchsvollen Anwendungen ausgelegt.

Kernvorteile:Die Hauptstärken des Bauteils sind seine hohe Datenübertragungsrate von bis zu 10 Mbit/s, eine robuste Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI) von mindestens 10 kV/µs und die Kompatibilität mit zwei Versorgungsspannungen (3,3V und 5V). Es garantiert die Leistung über einen breiten Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C. Der Logikgatterausgang kann bis zu 10 Standardlasten treiben (Fan-out 10).

Zielmarkt:Dieses Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die schnelle digitale Isolation, die Beseitigung von Masseschleifen und Störfestigkeit in der Industrieautomation, in Stromversorgungssystemen, Computerperipheriegeräten und Kommunikationsschnittstellen erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Zu den wichtigsten Parametern gehören ein maximaler Durchlassstrom (I_F) von 50 mA für die Eingangs-LED, eine Sperrspannung (V_R) von 5 V und Versorgungs-/Ausgangsspannungen (V_CC, V_O) von 7,0 V. Die Gesamtverlustleistung auf der Eingangsseite beträgt 45 mW, während die Ausgangsseite 85 mW verkraftet. Die Isolationsspannung (V_ISO) zwischen Eingang und Ausgang ist mit 5000 V_efffür eine Minute spezifiziert. Der Betriebs- und Lagerungstemperaturbereich liegt bei -40°C bis +85°C bzw. -55°C bis +125°C. Das Bauteil hält einer Löttemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Diese Spezifikationen beschreiben die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen (T_A= -40°C bis 85°C).

Eingangseigenschaften:Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,4V bei I_F=10mA, maximal 1,8V. Die Eingangskapazität (C_IN) beträgt typischerweise 60 pF.

Ausgangseigenschaften:Der Versorgungsstrom variiert mit dem Zustand: I_CCH(High-Pegel) beträgt typischerweise 7 mA (max. 10 mA), und I_CCL(Low-Pegel) beträgt typischerweise 9 mA (max. 13 mA) bei V_CC=3,3V. Der Enable-Eingang hat einen internen Pull-up-Widerstand und benötigt keine externe Beschaltung. Die Low-Pegel-Enable-Spannung (V_EL) ist garantiert unter 0,8V.

Übertragungseigenschaften:Kritisch für den Logikbetrieb ist die Low-Pegel-Ausgangsspannung (V_OL), die typischerweise 0,35V (max. 0,6V) beträgt, wenn 13 mA gesenkt werden. Der Eingangsschwellenstrom (I_FT) zum Auslösen eines Logik-Low-Ausgangs beträgt typischerweise 2,5 mA (max. 5 mA).

2.3 Schaltverhalten

Gemessen bei V_CC=3,3V, I_F=7,5mA, mit einer Last von R_L=350Ω und C_L=15pF.

Laufzeiten:Die Laufzeit zum Ausgang Low (t_PHL) beträgt typischerweise 40 ns (max. 75 ns), und zum Ausgang High (t_PLH) typischerweise 45 ns (max. 75 ns). Die Pulsbreitenverzerrung, der absolute Unterschied zwischen t_PHLund t_PLH, beträgt typischerweise 5 ns (max. 35 ns) und ist für zeitkritische Anwendungen entscheidend.

Flankenzeiten:Die Ausgangsanstiegszeit (t_r) beträgt typischerweise 40 ns, während die Abfallzeit (t_f) typischerweise 10 ns beträgt, was auf ein schnelleres Abschalten hinweist.

Enable-Zeiten:Die Enable-Laufzeit zum Ausgang Low (t_EHL) beträgt typischerweise 10 ns, und zum Ausgang High (t_ELH) typischerweise 25 ns.

Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI):Eine wichtige Isolationskennzahl. Das Bauteil garantiert ein Minimum von 10.000 V/µs sowohl für den Logik-High- (CM_H) als auch für den Logik-Low-Zustand (CM_L), was einen zuverlässigen Betrieb in rauschbehafteten Umgebungen mit schnellen Spannungstransienten über die Isolationsbarriere sicherstellt.

3. Pinbelegung und Schaltplan

Die 8-Pin-DIP-Belegung ist wie folgt: Pin 1 (NC), Pin 2 (Anode), Pin 3 (Kathode), Pin 4 (NC), Pin 5 (GND), Pin 6 (V_OUT), Pin 7 (V_E- Enable), Pin 8 (V_CC). Eine kritische Designanforderung ist die Platzierung eines 0,1µF (oder größeren) Entkopplungskondensators mit guten Hochfrequenzeigenschaften zwischen den Pins 8 (V_CC) und 5 (GND), der so nah wie möglich am Gehäuse platziert werden muss, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten und Rauschen zu minimieren.

4. Wahrheitstabelle und Logikfunktion

Das Bauteil fungiert als ein taktbares Logikgatter. Die Wahrheitstabelle (mit positiver Logik) definiert seinen Betrieb:

• Eingang (I_F) High, Enable (V_E) High: Ausgang (V_O) = Low
• Eingang Low, Enable High: Ausgang = High
• Eingang High, Enable Low: Ausgang = High
• Eingang Low, Enable Low: Ausgang = High
• Eingang High, Enable NC (Nicht verbunden): Ausgang = Low
• Eingang Low, Enable NC: Ausgang = High

Der Enable-Pin bietet eine Drittzustandssteuerung, die es erlaubt, den Ausgang unabhängig vom Eingangssignal auf einen logischen High-Zustand zu zwingen, wenn Enable auf Low liegt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

Das Bauteil wird in einem standardmäßigen 8-Pin-DIP-Gehäuse angeboten. Das Datenblatt weist auf die Verfügbarkeit sowohl mit breitem Leiterabstand als auch in Oberflächenmontage (SMD) hin, obwohl der primäre Fokus hier auf der Durchsteck-DIP-Variante liegt. Detaillierte Maßzeichnungen wären typischerweise in einem vollständigen Datenblatt enthalten, um das PCB-Layout und das Footprint-Design zu unterstützen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Grenzwerte spezifizieren eine Löttemperatur (T_SOL) von 260°C für 10 Sekunden. Dies ist ein kritischer Parameter für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse. Es sollten die standardmäßigen IPC-Richtlinien für das Löten von Durchsteckbauteilen befolgt werden. Aufgrund der empfindlichen Halbleiterkomponenten im Inneren werden ordnungsgemäße ESD-Handhabungsverfahren während der Montage empfohlen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Beseitigung von Masseschleifen & Logikpegelwandlung:Isolierung digitaler Signale zwischen Schaltungen mit unterschiedlichen Massepotentialen, z.B. zur Signalwandlung zwischen LSTTL- und TTL/CMOS-Logikfamilien.
• Datenübertragung & Multiplexing:Hochgeschwindigkeits-Serien-Datenisolierung in Kommunikationsleitungen und Datenbus-Isolierung.
• Schaltnetzteile:Bereitstellung von Rückkopplungsisolierung in Sperrwandler- oder anderen isolierten Wandler-Topologien.
• Ersatz für Impulstransformatoren:Bietet eine festkörperbasierte, potenziell kompaktere und zuverlässigere Alternative zu herkömmlichen Impulstransformatoren für die Signalisolierung.
• Computerperipherie & Industrielle Schnittstellen:Isolierung digitaler I/O-Leitungen in rauschbehafteten Industrieumgebungen oder zur Ansteuerung von Motoren und Aktoren.

7.2 Designüberlegungen

• Entkopplungskondensator:Der 0,1µF-Kondensator zwischen V_CCund GND ist für einen stabilen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zwingend erforderlich und muss nahe an den Pins platziert werden.
• Strombegrenzungswiderstand:Ein externer Widerstand ist in Reihe mit der Eingangs-LED (Anode) erforderlich, um den Durchlassstrom (I_F) gemäß den Anwendungsanforderungen einzustellen (z.B. 7,5mA für spezifizierte Schaltzeiten).
• Lastwiderstand:Die Ausgangseigenschaften sind mit einem 350Ω Pull-up-Widerstand zu V_CCspezifiziert. Dieser Wert muss verwendet oder basierend auf dem erforderlichen Ausgangsstrom und der Geschwindigkeit sorgfältig angepasst werden.
• Enable-Pin:Der interne Pull-up am Enable-Pin vereinfacht das Design. Ein Low-Signal zwingt den Ausgang auf High; ein offener Anschluss (NC) führt standardmäßig zu einem High-Zustand, was einen normalen Betrieb ermöglicht, der nur durch den Eingang gesteuert wird.
• PCB-Layout:Halten Sie auf der Leiterplatte gemäß Sicherheitsstandards gute Isolationsabstände und Kriechstrecken zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite ein, auch wenn das Bauteil selbst die primäre Isolationsbarriere bereitstellt.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Der EL260L unterscheidet sich auf dem Photokoppler-Markt durch seine Kombination aushoher Geschwindigkeit (10 Mbit/s)undaußergewöhnlich hoher CMTI (10 kV/µs). Viele Standard-Photokoppler arbeiten mit niedrigeren Geschwindigkeiten (z.B. 1 Mbit/s) oder haben niedrigere CMTI-Werte. Die Dual-3,3V/5V-Versorgungskompatibilität bietet Designflexibilität in modernen Mischspannungssystemen. Das integrierte Logikgatter mit Enable-Funktion und die garantierte Leistung über einen breiten Temperaturbereich machen es im Vergleich zu einfachen Transistorausgangs-Optokopplern zu einer robusten Wahl für Industrieanwendungen.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck des Enable-Pins (V_E)?

A: Der Enable-Pin bietet eine Drittzustandssteuerung. Wenn er auf Low gezogen wird, überschreibt er das Eingangssignal und zwingt den Ausgang in einen logischen High-Zustand. Dies kann für die Buskonfliktverwaltung oder zum Deaktivieren des Ausgangs verwendet werden.

F: Warum ist der 0,1µF-Entkopplungskondensator so kritisch?

A: Bei hohen Schaltgeschwindigkeiten (10 Mbit/s) können plötzliche Stromanforderungen Spannungsspitzen auf der Versorgungsleitung verursachen. Der lokale Entkopplungskondensator stellt eine sofortige Ladungsreserve bereit, stabilisiert V_CCund verhindert Fehlfunktionen oder Rauschen.

F: Wie wähle ich den Wert für den Eingangsstrombegrenzungswiderstand?

A: Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R_LIMIT= (Versorgungsspannung - V_F) / I_F. Zum Beispiel, bei einer 5V-Versorgung, V_F~1,4V und gewünschtem I_F=10mA: R = (5 - 1,4) / 0,01 = 360Ω. Wählen Sie einen Standardwert wie 360Ω oder 390Ω. Für optimale Geschwindigkeit verwenden Sie I_F=7,5mA gemäß den Schaltspezifikationen.

F: Kann ich dies mit einer 5V-Versorgung für die Ausgangsseite verwenden?

A: Ja, das Datenblatt spezifiziert die Kompatibilität mit zwei Versorgungsspannungen (3,3V und 5V). Die Tabellen der elektrischen Eigenschaften listen oft Bedingungen bei V_CC=3,3V auf, aber das Bauteil ist auch für den Betrieb mit 5V ausgelegt. Überprüfen Sie immer alle Parameter bei Ihrer beabsichtigten Versorgungsspannung.

10. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Szenario: Isolierte RS-485/RS-422-Transceiver-Schnittstelle.In einem industriellen Sensorknoten kommuniziert ein Mikrocontroller über UART mit einem RS-485-Transceiver. Um den empfindlichen Mikrocontroller vor Massesprüngen und Hochspannungstransienten auf dem langen RS-485-Bus zu schützen, kann der EL260L zur Isolierung der UART-TX- und RX-Leitungen verwendet werden. Die Mikrocontrollerseite (Eingang) arbeitet mit 3,3V, während die Transceiverseite (Ausgang) mit 5V arbeiten kann. Die hohe Geschwindigkeit von 10 Mbit/s bewältigt problemlos Standard-Serien-Baudraten (z.B. 115200 Baud, 1 MBaud). Die CMTI von 10 kV/µs stellt sicher, dass die Isolierung auch bei starken elektrischen Störereignissen auf dem Bus wirksam bleibt. Der Enable-Pin könnte mit einem Mikrocontroller-GPIO verbunden werden, um den Kommunikationspfad bei Bedarf zu deaktivieren.

11. Funktionsprinzip

Der EL260L arbeitet nach dem Prinzip der optischen Kopplung. Ein auf die Eingangsseite (Pins 2 & 3) angelegter elektrischer Strom veranlasst eine Infrarot-Leuchtdiode (LED) zum Emittieren von Licht. Dieses Licht durchquert eine transparente Isolationsbarriere innerhalb des Gehäuses. Auf der Ausgangsseite wandelt ein schneller integrierter Fotodetektor das empfangene Licht wieder in einen elektrischen Strom um. Dieser Strom wird von einer internen Verstärker- und Logikgatterschaltung verarbeitet, um ein sauberes, gepuffertes digitales Ausgangssignal (an Pin 6) zu erzeugen, das den Zustand des Eingangs widerspiegelt, aber elektrisch von ihm isoliert ist. Die Isolationsbarriere, typischerweise aus Vergussmasse oder ähnlichem Material, sorgt für die hohe Spannungsisolation (5000 V_eff) zwischen den beiden Seiten.

12. Branchentrends und Kontext

Die Nachfrage nach schnellen digitalen Isolatoren wird durch mehrere Trends vorangetrieben: die Verbreitung von Industrial IoT und Automatisierung, die robuste Kommunikation in rauschbehafteten Umgebungen erfordert; die Einführung höherer Schaltfrequenzen in der Leistungselektronik, die schnellere Rückkopplungsisolierung erfordert; und der Trend zu höherer Systemintegration und Zuverlässigkeit. Bauteile wie der EL260L repräsentieren eine ausgereifte und kosteneffektive Technologie für die galvanische Trennung. Die Branche verzeichnet auch Wachstum bei alternativen Isolierungstechnologien wie kapazitiven und magnetischen (Giant-Magnetoresistance-)Isolatoren, die noch höhere Geschwindigkeiten, geringeren Stromverbrauch und höhere Integrationsdichte bieten können. Photokoppler bleiben jedoch aufgrund ihrer Einfachheit, bewährten Zuverlässigkeit, hohen CMTI und einfachen Anwendung in einer Vielzahl von Anwendungen sehr beliebt. Der Fokus bei fortschrittlichen Photokopplern liegt weiterhin auf der Erhöhung der Geschwindigkeit, der Verbesserung der Energieeffizienz, der Verkleinerung der Gehäuseabmessungen und der Verbesserung von Zuverlässigkeitskennzahlen wie dem Langzeit-Isolationswiderstand.