Hoja de Datos del Fotocoplador de Puerta Lógica EL260L - Paquete DIP de 8 Pines - Alimentación 3.3V/5V - Velocidad 10Mbit/s - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El EL260L es un fotocoplador de puerta lógica de alta velocidad diseñado para el aislamiento de señales digitales. Integra un diodo emisor de infrarrojos acoplado ópticamente a un fotodetector integrado de alta velocidad con una salida de puerta lógica con habilitación. Empaquetado en un encapsulado DIP (Dual In-line Package) de 8 pines, está diseñado para proporcionar un aislamiento eléctrico fiable e integridad de señal en aplicaciones exigentes.

Ventajas Principales:Las principales fortalezas del dispositivo incluyen su capacidad de transmisión de datos de alta velocidad de hasta 10 Mbit/s, una robusta inmunidad transitoria en modo común (CMTI) mínima de 10 kV/μs y compatibilidad con doble tensión de alimentación (3.3V y 5V). Garantiza su rendimiento en un amplio rango de temperatura de funcionamiento, desde -40°C hasta +85°C. La salida de puerta lógica puede manejar hasta 10 cargas estándar (Fan-out 10).

Mercado Objetivo:Este componente está dirigido a aplicaciones que requieren aislamiento digital de alta velocidad, eliminación de bucles de masa e inmunidad al ruido en automatización industrial, sistemas de alimentación, periféricos de computadora e interfaces de comunicación.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los Límites Absolutos Máximos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Los parámetros clave incluyen una corriente directa máxima (I_F) de 50 mA para el LED de entrada, una tensión inversa (V_R) de 5 V, y tensiones de alimentación/salida (V_CC, V_O) de 7.0 V. La disipación de potencia total para el lado de entrada es de 45 mW, mientras que el lado de salida puede manejar 85 mW. La tensión de aislamiento (V_ISO) entre entrada y salida está clasificada en 5000 V_rmsdurante un minuto. Los rangos de temperatura de funcionamiento y almacenamiento son de -40°C a +85°C y de -55°C a +125°C, respectivamente. El dispositivo puede soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante 10 segundos.

2.2 Características Eléctricas

Estas especificaciones detallan el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de funcionamiento (T_A= -40°C a 85°C).

Características de Entrada:La tensión directa (V_F) mide típicamente 1.4V con I_F=10mA, con un máximo de 1.8V. La capacitancia de entrada (C_IN) es típicamente de 60 pF.

Características de Salida:La corriente de alimentación varía con el estado: I_CCH(nivel alto) es típicamente 7 mA (máx. 10 mA), e I_CCL(nivel bajo) es típicamente 9 mA (máx. 13 mA) con V_CC=3.3V. La entrada de habilitación tiene una resistencia pull-up interna, no requiere componente externo. La tensión de habilitación de nivel bajo (V_EL) está garantizada por debajo de 0.8V.

Características de Transferencia:Críticas para la operación lógica, la tensión de salida de nivel bajo (V_OL) es típicamente 0.35V (máx. 0.6V) cuando absorbe 13 mA. La corriente umbral de entrada (I_FT) para activar una salida de nivel bajo es típicamente 2.5 mA (máx. 5 mA).

2.3 Características de Conmutación

Medidas con V_CC=3.3V, I_F=7.5mA, con una carga de R_L=350Ω y C_L=15pF.

Retardos de Propagación:El tiempo de retardo de propagación a salida baja (t_PHL) es típicamente 40 ns (máx. 75 ns), y a salida alta (t_PLH) es típicamente 45 ns (máx. 75 ns). La distorsión del ancho de pulso, la diferencia absoluta entre t_PHLy t_PLH, es típicamente 5 ns (máx. 35 ns), crucial para aplicaciones sensibles al tiempo.

Tiempos de Transición:El tiempo de subida de la salida (t_r) es típicamente 40 ns, mientras que el tiempo de bajada (t_f) es típicamente 10 ns, indicando una desconexión más rápida.

Tiempos de Habilitación:El retardo de propagación de habilitación a salida baja (t_EHL) es típicamente 10 ns, y a salida alta (t_ELH) es típicamente 25 ns.

Inmunidad Transitoria en Modo Común (CMTI):Una métrica clave de aislamiento. El dispositivo garantiza un mínimo de 10,000 V/μs tanto para el estado lógico alto (CM_H) como para el bajo (CM_L), asegurando una operación fiable en entornos ruidosos con transitorios de tensión rápidos a través de la barrera de aislamiento.

3. Configuración de Pines y Esquemático

La configuración DIP de 8 pines es la siguiente: Pin 1 (NC), Pin 2 (Ánodo), Pin 3 (Cátodo), Pin 4 (NC), Pin 5 (GND), Pin 6 (V_OUT), Pin 7 (V_E- Habilitación), Pin 8 (V_CC). Un requisito crítico de diseño es la colocación de un condensador de desacoplo de 0.1μF (o mayor) con buenas características de alta frecuencia entre los pines 8 (V_CC) y 5 (GND), ubicado lo más cerca posible del encapsulado para garantizar una operación estable y minimizar el ruido.

4. Tabla de Verdad y Función Lógica

El dispositivo funciona como una puerta lógica con habilitación. La tabla de verdad (usando lógica positiva) define su operación:

• Entrada (I_F) Alta, Habilitación (V_E) Alta: Salida (V_O) = Baja
• Entrada Baja, Habilitación Alta: Salida = Alta
• Entrada Alta, Habilitación Baja: Salida = Alta
• Entrada Baja, Habilitación Baja: Salida = Alta
• Entrada Alta, Habilitación NC (Sin Conexión): Salida = Baja
• Entrada Baja, Habilitación NC: Salida = Alta

El pin de habilitación proporciona un control de tercer estado, permitiendo forzar la salida a un estado lógico alto independientemente de la señal de entrada cuando la habilitación está baja.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

The device is offered in a standard 8-pin DIP package. The datasheet indicates availability in both wide-lead spacing and Surface-Mount Device (SMD) options, though the primary focus here is the through-hole DIP variant. Detailed dimensional drawings would typically be included in a full datasheet to guide PCB layout and footprint design.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Los Límites Absolutos Máximos especifican una temperatura de soldadura (T_SOL) de 260°C durante 10 segundos. Este es un parámetro crítico para procesos de soldadura por ola o de reflujo. Deben seguirse las directrices IPC estándar para la soldadura de componentes de orificio pasante. Se recomiendan procedimientos adecuados de manejo ESD durante el montaje debido a los componentes semiconductores sensibles en el interior.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Eliminación de Bucles de Masa y Traducción de Niveles Lógicos:Aislamiento de señales digitales entre circuitos con diferentes potenciales de masa, como la traducción de señales entre familias lógicas LSTTL y TTL/CMOS.
• Transmisión de Datos y Multiplexación:Aislamiento de datos serie de alta velocidad en líneas de comunicación y aislamiento de buses de datos.
• Fuentes de Alimentación Conmutadas:Proporcionar aislamiento de realimentación en topologías de convertidores aislados como flyback u otras.
• Reemplazo de Transformadores de Pulso:Ofrece una alternativa de estado sólido, potencialmente más compacta y fiable, a los transformadores de pulso tradicionales para aislamiento de señales.
• Periféricos de Computadora e Interfaces Industriales:Aislamiento de líneas de E/S digitales en entornos industriales ruidosos o para interfaz con motores y actuadores.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Condensador de Desacoplo:El condensador de 0.1μF entre V_CCy GND es obligatorio para una operación estable de alta velocidad y debe colocarse cerca de los pines.
• Resistencia Limitadora de Corriente:Se requiere una resistencia externa en serie con el LED de entrada (Ánodo) para establecer la corriente directa (I_F) según las necesidades de la aplicación (por ejemplo, 7.5mA para los tiempos de conmutación especificados).
• Resistencia de Carga:Las características de salida se especifican con una resistencia pull-up de 350Ω a V_CC. Este valor debe usarse o ajustarse cuidadosamente en función de la corriente de salida y velocidad requeridas.
• Pin de Habilitación:La resistencia pull-up interna en el pin de habilitación simplifica el diseño. Forzarlo a nivel bajo fuerza la salida a nivel alto; dejarlo sin conectar (NC) establece por defecto un estado alto, permitiendo una operación normal controlada únicamente por la entrada.
• Diseño del PCB:Mantenga buenas distancias de aislamiento y de fuga en el PCB entre los lados de entrada y salida según los estándares de seguridad, aunque el componente en sí proporcione la principal barrera de aislamiento.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El EL260L se diferencia en el mercado de fotocopladores por su combinación dealta velocidad (10 Mbit/s)yCMTI excepcionalmente alto (10 kV/μs). Muchos fotocopladores estándar operan a velocidades más bajas (por ejemplo, 1 Mbit/s) o tienen clasificaciones CMTI más bajas. La compatibilidad con doble alimentación 3.3V/5V ofrece flexibilidad de diseño en sistemas modernos de tensión mixta. La puerta lógica integrada con función de habilitación y el rendimiento garantizado en un amplio rango de temperatura lo convierten en una opción robusta para aplicaciones industriales en comparación con los optoacopladores básicos de salida de transistor.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el propósito del pin de habilitación (V_E)?

R: El pin de habilitación proporciona un control de tercer estado. Cuando se fuerza a nivel bajo, anula la señal de entrada y fuerza la salida a un estado lógico alto. Esto puede usarse para la gestión de contención del bus o para deshabilitar la salida.

P: ¿Por qué es tan crítico el condensador de desacoplo de 0.1μF?

R: A altas velocidades de conmutación (10 Mbit/s), las demandas repentinas de corriente pueden causar picos de tensión en el riel de alimentación. El condensador de desacoplo local proporciona una reserva de carga inmediata, estabilizando V_CCy evitando mal funcionamientos o generación de ruido.

P: ¿Cómo selecciono el valor para la resistencia limitadora de corriente de entrada?

R: Use la Ley de Ohm: R_LIMIT= (Tensión de Alimentación - V_F) / I_F. Por ejemplo, con una alimentación de 5V, V_F~1.4V, y la I_Fdeseada =10mA: R = (5 - 1.4) / 0.01 = 360Ω. Elija un valor estándar como 360Ω o 390Ω. Para una velocidad óptima, use I_F=7.5mA según las especificaciones de conmutación.

P: ¿Puedo usar esto con una alimentación de 5V para el lado de salida?

R: Sí, la hoja de datos especifica compatibilidad con doble tensión de alimentación (3.3V y 5V). Las tablas de características eléctricas a menudo listan condiciones con V_CC=3.3V, pero el dispositivo está diseñado para operar también con 5V. Siempre verifique todos los parámetros a su tensión de alimentación prevista.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Interfaz de Transceptor RS-485/RS-422 Aislado.En un nodo sensor industrial, un microcontrolador se comunica con un transceptor RS-485 a través de UART. Para proteger el microcontrolador sensible de los desplazamientos de masa y los transitorios de alta tensión en el largo bus RS-485, se puede usar el EL260L para aislar las líneas TX y RX del UART. El lado del microcontrolador (entrada) opera a 3.3V, mientras que el lado del transceptor (salida) puede operar a 5V. La alta velocidad de 10 Mbit/s maneja fácilmente las velocidades de baudios serie estándar (por ejemplo, 115200 baudios, 1 Mbaudio). El CMTI de 10 kV/μs asegura que el aislamiento permanezca efectivo incluso durante eventos severos de ruido eléctrico en el bus. El pin de habilitación podría conectarse a un GPIO del microcontrolador para deshabilitar la ruta de comunicación si es necesario.

11. Principio de Funcionamiento

El EL260L opera bajo el principio de acoplamiento óptico. Una corriente eléctrica aplicada al lado de entrada (pines 2 y 3) hace que un Diodo Emisor de Luz (LED) infrarrojo emita luz. Esta luz atraviesa una barrera de aislamiento transparente dentro del encapsulado. En el lado de salida, un fotodetector integrado de alta velocidad convierte la luz recibida nuevamente en una corriente eléctrica. Esta corriente es procesada por un circuito interno de amplificador y puerta lógica para producir una señal digital de salida limpia y bufferizada (en el pin 6) que refleja el estado de la entrada pero está eléctricamente aislada de ella. La barrera de aislamiento, típicamente hecha de compuesto de moldeo o material similar, proporciona el alto aislamiento de tensión (5000 V_rms) entre los dos lados.

12. Tendencias y Contexto de la Industria

La demanda de aisladores digitales de alta velocidad es impulsada por varias tendencias: la proliferación del IoT industrial y la automatización que requieren comunicación robusta en entornos ruidosos; la adopción de frecuencias de conmutación más altas en la electrónica de potencia que requieren aislamiento de realimentación más rápido; y el movimiento hacia una mayor integración y fiabilidad a nivel de sistema. Componentes como el EL260L representan una tecnología madura y rentable para el aislamiento galvánico. La industria también ve un crecimiento en tecnologías de aislamiento alternativas como aisladores capacitivos y magnéticos (magnetorresistencia gigante), que pueden ofrecer velocidades aún más altas, menor consumo de energía y mayor densidad de integración. Sin embargo, los fotocopladores siguen siendo muy populares debido a su simplicidad, fiabilidad probada, alto CMTI y facilidad de uso en una amplia gama de aplicaciones. El enfoque para los fotocopladores avanzados continúa siendo aumentar la velocidad, mejorar la eficiencia energética, reducir el tamaño del paquete y mejorar métricas de fiabilidad como la resistencia de aislamiento a largo plazo.