Hoja de Datos Técnica de la Serie EL063X - Fotocoplador de Puerta Lógica de Doble Canal y Alta Velocidad 10Mbit/s en Envoltura SOP de 8 Pines

1. Descripción General del Producto

La serie EL063X representa una familia de fotocopladores (aisladores ópticos) de puerta lógica de doble canal y alta velocidad. Estos dispositivos están diseñados para proporcionar un aislamiento eléctrico robusto y una transmisión de señales digitales de alta velocidad entre dos circuitos. La función principal es transferir señales de nivel lógico a través de una barrera de aislamiento utilizando un diodo emisor de luz infrarroja (LED) acoplado ópticamente a un fotodetector integrado de alta velocidad con una salida de puerta lógica. Este diseño rompe eficazmente los bucles de masa, previene la transmisión de ruido y protege los circuitos sensibles de picos de tensión o diferencias en el potencial de masa.

Los principales dominios de aplicación de este componente son la automatización industrial, interfaces de comunicación, control de fuentes de alimentación y periféricos de computadora, donde es crucial una transferencia de señal confiable e inmune al ruido. La configuración de doble canal en un solo encapsulado ofrece ventajas de ahorro de espacio y características de canal emparejadas para aplicaciones de señal diferencial o para aislar múltiples líneas de control.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Los parámetros eléctricos y ópticos definen los límites operativos y el rendimiento del fotocoplador.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos son límites de estrés que no deben excederse bajo ninguna condición, ni siquiera momentáneamente. Operar el dispositivo más allá de estos límites puede causar daños permanentes.

• Corriente Directa de Entrada (I_F): 20 mA CC/promedio. Esto limita la corriente máxima a través del LED de entrada.
• Tensión Inversa de Entrada (V_R): 5 V. La tensión de polarización inversa máxima que el LED de entrada puede soportar.
• Corriente de Salida (I_O): 50 mA. La corriente máxima que el transistor de salida puede absorber.
• Tensión de Salida (V_O) y Tensión de Alimentación (V_CC): 7.0 V. La tensión máxima que se puede aplicar a los pines del lado de salida.
• Tensión de Aislamiento (V_ISO): 3750 V_rmsdurante 1 minuto. Este es un parámetro de seguridad clave que indica la resistencia dieléctrica de la barrera de aislamiento entre los lados de entrada y salida, probado con los pines 1-4 cortocircuitados entre sí y los pines 5-8 cortocircuitados entre sí.
• Temperatura de Operación (T_OPR): -40°C a +100°C. El rango de temperatura ambiente en el que se garantiza que el dispositivo funcionará.
• Temperatura de Almacenamiento (T_STG): -55°C a +125°C.

2.2 Características Eléctricas

Estos parámetros están garantizados en las condiciones de operación especificadas (Ta = -40°C a 85°C, salvo que se indique lo contrario).

2.2.1 Características de Entrada

• Tensión Directa (V_F): Típicamente 1.4V, con un máximo de 1.8V a I_F= 10 mA. Se utiliza para calcular la resistencia en serie necesaria para el circuito de excitación del LED de entrada.
• Coeficiente de Temperatura de V_F: Aproximadamente -1.8 mV/°C. La tensión directa del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura.
• Capacitancia de Entrada (C_IN): Típicamente 60 pF. Esta capacitancia parásita afecta el rendimiento de alta frecuencia en el lado de entrada.

2.2.2 Características de Salida y Transferencia

• Corriente de Alimentación (I_CCH/I_CCL): La corriente en reposo consumida por el CI de salida. I_CCH(salida alta) es típicamente 13 mA (máx. 18 mA). I_CCL(salida baja) es típicamente 15 mA (máx. 21 mA) a V_CC= 5.5V. Esto es importante para los cálculos del presupuesto de potencia.
• Corriente de Salida en Nivel Alto (I_OH): La salida puede suministrar un máximo de 100 µA mientras mantiene un nivel lógico alto (V_Ocerca de V_CC). Esta es una capacidad de suministro débil.
• Tensión de Salida en Nivel Bajo (V_OL): Máximo 0.6V a I_F= 5mA e I_CL= 13mA. Esto define el nivel de tensión cuando el transistor de salida está absorbiendo corriente activamente, asegurando compatibilidad con los umbrales bajos de lógica TTL/CMOS.
• Corriente Umbral de Entrada (I_FT): Máximo 5 mA. Esta es la corriente de entrada requerida para garantizar que la salida cambie a un estado bajo válido (V_O≤ 0.6V) bajo las condiciones especificadas. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de excitación proporcione al menos esta corriente para una conmutación confiable.

2.3 Características de Conmutación

Estos parámetros definen el rendimiento digital de alta velocidad, medido bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C, V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω).

• Retardo de Propagación (t_PHL, t_PLH): Máximo 100 ns cada uno. t_PHLes el retardo desde que el LED de entrada se enciende (corriente sube) hasta que la salida cae. t_PLHes el retardo desde que el LED de entrada se apaga (corriente baja) hasta que la salida sube. Estos retardos limitan la tasa de datos máxima.
• Distorsión del Ancho de Pulso (|t_PHL– t_PLH|): Máximo 35 ns. Esta asimetría entre los retardos de subida y bajada puede distorsionar el ciclo de trabajo de los pulsos transmitidos, lo cual es crítico en aplicaciones sensibles al tiempo.
• Tiempo de Subida/Bajada de Salida (t_r, t_f): t_res típicamente 40 ns (10% a 90%), t_fes típicamente 10 ns (90% a 10%). El tiempo de bajada más rápido es característico de la etapa de salida de descarga activa.
• Inmunidad Transitoria de Modo Común (CMTI): Este es un parámetro crítico para la inmunidad al ruido en entornos ruidosos como accionamientos de motores o fuentes de alimentación conmutadas. Mide la capacidad del dispositivo para rechazar transitorios de tensión rápidos que aparecen a través de la barrera de aislamiento.
  • EL0630: Mínimo 5000 V/µs.
  • EL0631: Mínimo 10000 V/µs. Esta CMTI más alta hace que el EL0631 sea adecuado para aplicaciones más exigentes con ruido eléctrico severo.
  • La inmunidad se especifica tanto para el estado de salida alta (CM_H) como para el estado de salida baja (CM_L), asegurando que la salida no cambie erróneamente durante un evento transitorio.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien el extracto del PDF menciona "Curvas Típicas de Características Electro-Ópticas", los gráficos específicos no están incluidos en el texto. Típicamente, tales curvas para un fotocoplador incluirían:

• Relación de Transferencia de Corriente (CTR) vs. Corriente Directa (I_F): Muestra la eficiencia del acoplamiento óptico (corriente de salida / corriente de entrada) en diferentes niveles de excitación.
• Retardo de Propagación vs. Corriente Directa (I_F): Ilustra cómo varía la velocidad de conmutación con la corriente de excitación del LED. Una I_Fmás alta generalmente disminuye el retardo de propagación.
• Retardo de Propagación vs. Temperatura: Muestra la dependencia de la velocidad de conmutación con la temperatura.
• Tensión de Saturación de Salida vs. Corriente de Salida: Caracteriza el rendimiento del transistor de salida cuando absorbe corriente.

Los diseñadores deben consultar la hoja de datos completa con gráficos para comprender estas relaciones y optimizar su aplicación específica, como equilibrar velocidad frente a corriente/disipación de potencia del LED.

4. Información Mecánica y de Envoltura

El dispositivo está alojado en un encapsulado estándar de 8 pines de perfil pequeño (SOP o SOIC). Este encapsulado de montaje superficial se ajusta a la huella común SO8, facilitando el diseño de PCB y el montaje.

4.1 Configuración de Pines

La asignación de pines es la siguiente:

• Pin 1: Ánodo (LED de Entrada del Canal 1)
• Pin 2: Cátodo (LED de Entrada del Canal 1)
• Pin 3: Cátodo (LED de Entrada del Canal 2)
• Pin 4: Ánodo (LED de Entrada del Canal 2)
• Pin 5: Tierra (GND) - Común del lado de salida.
• Pin 6: V_OUT2 (Salida para el Canal 2)
• Pin 7: V_OUT1 (Salida para el Canal 1)
• Pin 8: V_CC(Tensión de Alimentación para el lado de salida, típicamente +5V)

Nota Importante:Los lados de entrada y salida están completamente aislados. Los pines 1-4 están en el lado de entrada aislado, y los pines 5-8 están en el lado de salida aislado. El diseño del PCB debe mantener distancias de fuga y separación adecuadas entre estos dos conjuntos de pines y sus trazas asociadas para preservar la clasificación de aislamiento.

5. Guías de Soldadura y Montaje

El dispositivo es adecuado para procesos estándar de montaje superficial.

• Temperatura de Soldadura: La temperatura máxima de soldadura permitida es de 260°C durante 10 segundos. Esto es compatible con perfiles típicos de soldadura por reflujo sin plomo.
• Sensibilidad a la Humedad: Aunque no se indica explícitamente en el extracto, la mayoría de los SMD encapsulados en plástico tienen un Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL). El manejo adecuado, el horneado si es necesario y el almacenamiento según las pautas del fabricante son esenciales para prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.
• Desacoplamiento de Salida: Una nota de diseño crítica (*3) especifica que el pin de alimentación V_CC(8) debe desacoplarse con un condensador de 0.1 µF o mayor (cerámico o tántalo sólido con buenas características de alta frecuencia). Este condensador debe colocarse lo más cerca posible entre el pin 8 (V_CC) y el pin 5 (GND) para garantizar una operación estable y minimizar el ruido de conmutación en el riel de alimentación.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Circuitos de Aplicación Típicos

La hoja de datos enumera varias aplicaciones clave:

• Eliminación de Bucles de Masa: La función principal, aislar las masas de dos subsistemas para prevenir corrientes circulantes y ruido.
• Traducción/Interfaz de Nivel Lógico: Puede interconectar entre diferentes familias lógicas (por ejemplo, de LSTTL a TTL o CMOS de 5V) mientras proporciona aislamiento.
• Transmisión de Datos y Receptores de Línea: Adecuado para enlaces de datos serie aislados (por ejemplo, aislamiento RS-232, RS-485), aislamiento de E/S digitales y multiplexación.
• Retroalimentación de Fuentes de Alimentación Conmutadas: Aislar la señal de retroalimentación del lado secundario (salida) al lado primario (controlador) en topologías de convertidores aislados como flyback u otras.
• Reemplazo de Transformador de Pulsos: Ofrece una alternativa de estado sólido, potencialmente más confiable y compacta, para transmitir pulsos digitales a través de una barrera de aislamiento.
• Interfaz de Periféricos de Computadora: Aislar señales hacia/desde impresoras, tarjetas de E/S industriales u otros periféricos.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación de Entrada: Se debe calcular una resistencia en serie basada en la tensión de alimentación de entrada (V_IN), la corriente directa deseada I_Fy la V_Fdel LED. R_serie= (V_IN- V_F) / I_F. I_Fdebe ser ≥ I_FTpara garantizar la conmutación y puede aumentarse hasta el Límite Absoluto Máximo para mejorar la velocidad, a costa de una mayor disipación de potencia.
• Carga de Salida: La salida está diseñada para excitar cargas lógicas estándar. La resistencia de pull-up R_L(conectada entre V_CCy el pin de salida) establece el nivel lógico alto y el tiempo de subida. Una R_Lmás pequeña proporciona tiempos de subida más rápidos pero aumenta el consumo de energía cuando la salida está baja. La condición de prueba utiliza R_L=350Ω.
• Disipación de Potencia: Calcule la disipación de potencia total en ambos lados, entrada (P_D= V_F* I_F) y salida, para asegurarse de que se mantenga dentro de los límites, especialmente a altas temperaturas.
• Selección de Canal: Elija EL0631 en lugar de EL0630 para aplicaciones que requieran mayor inmunidad al ruido de modo común (CMTI ≥ 10,000 V/µs vs. 5,000 V/µs).

7. Comparación y Diferenciación Técnica

La serie EL063X se diferencia en el mercado a través de varias características clave:

• Alta Velocidad: Capacidad de 10 Mbit/s y retardos de propagación ≤100 ns la colocan en la categoría de fotocopladores de alta velocidad, adecuados para comunicación digital rápida.
• Doble Canal en SOP-8: Integra dos canales aislados en un encapsulado estándar compacto, ahorrando espacio en la placa en comparación con dos dispositivos de un solo canal.
• Alta CMTI: Particularmente, la CMTI mínima de 10 kV/µs del EL0631 es una ventaja significativa en entornos eléctricamente ruidosos como accionamientos de motores industriales, donde optoacopladores con CMTI más baja podrían fallar.
• Amplio Rango de Temperatura: Rendimiento garantizado desde -40°C hasta 85°C, con un rango de operación de hasta 100°C, adecuado para aplicaciones industriales y automotrices.
• Aprobaciones de Seguridad Integrales: El dispositivo cuenta con aprobaciones de las principales agencias de seguridad internacionales (UL, cUL, VDE, SEMKO, etc.), lo que a menudo es un requisito obligatorio para productos finales en mercados regulados.
• Cumplimiento Ambiental: Está libre de halógenos (límites de Br/Cl), libre de plomo, cumple con RoHS y REACH, cumpliendo con las regulaciones ambientales modernas.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la tasa de datos máxima que puedo lograr con este fotocoplador?

R: La especificación de 10 Mbit/s y el retardo de propagación máximo de 100 ns sugieren una tasa de datos teórica máxima de alrededor de 5-10 Mbps para datos NRZ. En la práctica, la tasa alcanzable depende de la forma de onda específica, los tiempos de subida/bajada y la distorsión del ancho de pulso. Para una operación confiable, un objetivo de diseño conservador de 1-5 Mbps es típico.

P: ¿Cómo elijo entre el EL0630 y el EL0631?

R: La diferencia principal es la Inmunidad Transitoria de Modo Común (CMTI). Si su aplicación involucra ruido de conmutación significativo (por ejemplo, cerca de accionamientos de motores, inversores de alta potencia, fuentes de alimentación ruidosas), el EL0631 (10 kV/µs) proporciona una inmunidad al ruido superior. Para entornos menos ruidosos, el EL0630 (5 kV/µs) puede ser suficiente.

P: ¿Por qué se requiere un condensador de desacoplamiento en V_CC?

R: La conmutación de alta velocidad de la etapa de salida puede causar picos de corriente instantáneos en la línea V_CC. El condensador de desacoplamiento local proporciona una fuente de baja impedancia para esta corriente, evitando caídas o picos de tensión en V_CCque podrían causar operación errática o radiación de ruido. Colocarlo cerca de los pines es crucial para su efectividad.

P: ¿Puedo usar este dispositivo para aislar señales analógicas?

R: No. Este es un fotocoplador depuerta lógica. La salida es un nivel lógico digital (alto o bajo), no una representación lineal de la corriente de entrada. Para aislamiento analógico, se requiere un optoacoplador lineal (con salida de fototransistor o fotodiodo).

P: ¿Cuál es el propósito de la "salida con estrobo" mencionada en la descripción?

R: Si bien no se detalla en este extracto, una salida con estrobo típicamente significa que la etapa de salida tiene un control de habilitación o estrobo. Esto permite activar/desactivar o bloquear la salida mediante una tercera señal de control, lo que puede ser útil para aplicaciones de multiplexación o para reducir el consumo de energía. La configuración de pines aquí no muestra un pin de estrobo separado, por lo que esta funcionalidad puede estar integrada internamente en un modo específico o puede referirse a que la salida se habilita por la propia señal de entrada.

9. Principio de Funcionamiento

El principio de funcionamiento se basa en la conversión optoelectrónica. Cuando se aplica una corriente directa suficiente (I_F) al Diodo Emisor de Infrarrojos (IRED) de entrada, éste emite fotones de luz. Estos fotones atraviesan la barrera de aislamiento transparente (típicamente un compuesto plástico moldeado). En el lado de salida, un circuito integrado fotodetector de alta velocidad recibe esta luz. Este CI contiene un fotodiodo que convierte la luz nuevamente en una fotocorriente. Esta fotocorriente es luego procesada por un circuito interno de amplificador y comparador (la "puerta lógica") para producir una tensión de salida digital limpia y bien definida. Cuando el LED de entrada está ENCENDIDO, la salida se lleva a un estado lógico BAJO (típicamente por un transistor de descarga activa). Cuando el LED de entrada está APAGADO, el circuito de salida lleva el pin a un estado lógico ALTO (a través de la resistencia de pull-up externa R_L). Esta operación de lógica positiva se resume en la Tabla de Verdad proporcionada: Entrada Alta = Salida Baja, Entrada Baja = Salida Alta.

10. Tendencias y Contexto de la Industria

El desarrollo de fotocopladores como la serie EL063X está impulsado por varias tendencias clave en la electrónica:

• Demanda de Mayor Velocidad y Ancho de Banda: A medida que las redes industriales (EtherCAT, PROFINET IRT) y las interfaces de comunicación se aceleran, los aisladores deben seguir el ritmo. El paso de kilobit a megabit y ahora hacia velocidades de 10+ megabit es evidente.
• Mayor Inmunidad al RuidoLos entornos industriales y automotrices se están volviendo eléctricamente más complejos, lo que requiere aisladores con clasificaciones CMTI más altas para garantizar un funcionamiento confiable en medio del ruido de accionamientos de motores, fuentes de alimentación conmutadas y fuentes de RF.
• Miniaturización e IntegraciónEl diseño de doble canal en un encapsulado SOP-8 refleja la necesidad de ahorrar espacio en el PCB y reducir el número de componentes. Otras tendencias incluyen integrar más canales (aisladores cuádruples) o combinar aislamiento con otras funciones como controladores de ADC o traducción de nivel I²C.
• Estándares Mejorados de Seguridad y ConfiabilidadRegulaciones de seguridad más estrictas en todas las industrias impulsan componentes con mayores tensiones de aislamiento, vidas operativas más largas y certificaciones robustas de agencias como UL, VDE y CQC.
• Tecnologías de Aislamiento AlternativasSi bien los optoacopladores son maduros, enfrentan competencia de aisladores capacitivos (usando barreras de SiO₂) y aisladores magnéticos (basados en magnetorresistencia gigante o transformadores), que pueden ofrecer ventajas en velocidad, consumo de energía y densidad de integración. Sin embargo, los optoacopladores mantienen posiciones fuertes debido a su alta CMTI, simplicidad y confiabilidad bien comprendida.

La serie EL063X, con su equilibrio de velocidad, integración de doble canal, alta CMTI y certificaciones de seguridad, está posicionada para satisfacer estas demandas continuas en el mercado de aislamiento de señales robusto y de alto rendimiento.