دیتاشیت سری EL263X فوتوکوپلر گیت منطقی پرسرعت 10 مگابیت بر ثانیه با بسته‌بندی DIP 8 پایه - 10Mbps - ایزولاسیون 5000Vrms - سند فنی انگلیسی

1. مرور کلی محصول

سری EL263X خانواده‌ای از فوتوکوپلرهای (اپتوایزولاتورهای) خروجی گیت منطقی با سرعت بالا را نشان می‌دهد. این دستگاه‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که جداسازی الکتریکی بین مدارهای ورودی و خروجی را فراهم کنند و در عین حال سیگنال‌های منطقی دیجیتال را با سرعت بالا منتقل نمایند. عملکرد اصلی، تبدیل سطح منطقی ورودی (HIGH/LOW) به یک سطح منطقی خروجی متناظر، اما از نظر الکتریکی ایزوله شده، است.

کاربرد اصلی در سناریوهایی است که حذف حلقه زمینی، مصونیت در برابر نویز و تغییر سطح ولتاژ حیاتی هستند. آن‌ها معمولاً به عنوان جایگزینی برای ترانسفورماتورهای پالس در انتقال داده استفاده می‌شوند و راه‌حلی حالت جامد، بالقوه قابل اعتمادتر و فشرده‌تر ارائه می‌دهند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

سری EL263X برای کاربردهایی طراحی شده است که نیازمند یکپارچگی سیگنال دیجیتال با سرعت بالا و ایزولاسیون الکتریکی قوی هستند. مزایای کلیدی آن از پارامترهای فنی خاص آن نشأت می‌گیرد.

• انتقال داده با سرعت بالا: با حداکثر نرخ داده 10 مگابیت بر ثانیه و تأخیرهای انتشار معمولاً حدود 35 تا 40 نانوثانیه، برای رابط‌های ارتباط دیجیتال مدرن، لوازم جانبی کامپیوتر و سیستم‌های مالتی‌پلکسینگ که زمان‌بندی در آن‌ها حیاتی است مناسب می‌باشد.
• مصونیت برتر در برابر نویز: حداقل مصونیت گذرای حالت مشترک (CMTI) معادل 10 کیلوولت بر میکروثانیه (برای EL2631) عملکرد مطمئنی را در محیط‌های پرنویز الکتریکی، مانند منبع تغذیه سوئیچینگ و درایوهای موتور، که در آن‌ها اسپایک‌های ولتاژ بزرگ و سریع در سراسر موانع ایزوله رایج است، تضمین می‌کند.
• ولتاژ ایزوله‌سازی بالا: The 5000 V_rms ولتاژ ایزوله‌سازی یک مانع قوی ایمنی و حفاظتی فراهم می‌کند که برای سیستم‌های کنترل صنعتی، تجهیزات پزشکی و سایر کاربردهای نیازمند عایق‌بندی تقویت‌شده مناسب است.
• عملکرد در محدوده دمایی گسترده: عملکرد تضمین‌شده از ۴۰- درجه سانتی‌گراد تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد، آن را برای کاربردهای خودرویی، صنعتی و فضای باز که با دماهای شدید مواجه هستند مناسب می‌سازد.
• سازگاری با گیت‌های منطقی: خروجی مستقیماً با خانواده‌های منطقی استاندارد (LSTTL, TTL, CMOS 5V) سازگار است و طراحی واسط را بدون نیاز به مدارهای بافر اضافی ساده می‌کند.

بازار هدف شامل طراحان اتوماسیون صنعتی، منبع تغذیه‌ها (مبدل‌های AC-DC، DC-DC)، سیستم‌های اکتساب داده، رابط‌های ارتباطی و هر سیستم الکترونیکی است که در آن جداسازی گالوانیکی سیگنال‌های دیجیتال برای ایمنی، کاهش نویز یا جابجایی سطح لازم است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

دیتاشیت مشخصات الکتریکی و سوئیچینگ جامعی را ارائه می‌دهد. تفسیر دقیق برای طراحی صحیح مدار ضروری است.

2.1 Absolute Maximum Ratings

اینها محدودیت‌های تنشی هستند که تحت هیچ شرایطی، حتی به صورت لحظه‌ای، نباید از آن‌ها تجاوز کرد. عملکرد دستگاه فراتر از این مقادیر نامی ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• جریان مستقیم ورودی (I_F): 20 mA. LED مادون قرمز ورودی باید با یک مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی شود تا اطمینان حاصل شود که I_F پایینتر از این مقدار باقی میماند.
• ولتاژ تغذیه خروجی (V_CC): 7.0 V. این حداکثر ولتاژ مطلق قابل اعمال به V سمت خروجی است._CC پین (پین 8).
• ولتاژ خروجی (V_O): 7.0 V. ولتاژ روی پین‌های خروجی (6، 7) نباید از این حد تجاوز کند.
• ولتاژ ایزولاسیون (V_ISO): 5000 V_rms برای 1 دقیقه. این یک پارامتر آزمایشی برای استحکام دی‌الکتریک سد عایق بین بخش ورودی (پین‌های 1-4) و بخش خروجی (پین‌های 5-8) است.
• دمای لحیم‌کاری (T_SOL): 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه. این راهنمای پروفیل لحیم‌کاری بازجوشی است که نشان‌دهنده حداکثر دمایی است که بدنه بسته می‌تواند تحمل کند.

2.2 Electrical and Transfer Characteristics

این پارامترها عملکرد دستگاه را در شرایط کاری عادی (T_A = -40°C تا 85°C) تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم (V_F): معمولاً 1.4V در I_F=10mA. این برای محاسبه مقاومت سری ورودی هنگام راه‌اندازی از یک منبع ولتاژ استفاده می‌شود (مثلاً، R_حد = (V_منبع - V_F) / I_F).
• ولتاژ خروجی سطح پایین (V_OL): حداکثر 0.6 ولت در جریان_F=5mA و جریان_OL=13mA. این موضوع توانایی خروجی را برای دریافت جریان در حالی که ولتاژ منطقی LOW معتبری را حفظ می‌کند، تعریف می‌کند.
• جریان آستانه ورودی (I_FT): حداکثر 5mA. این جریان ورودی مورد نیاز برای تضمین تغییر خروجی به حالت منطقی LOW معتبر (V_O < 0.6V). Design should use an I_F به طور قابل توجهی بالاتر از این (به عنوان مثال، 7.5 میلی‌آمپر یا 10 میلی‌آمپر همانطور که در شرایط آزمایش نشان داده شده است) برای حاشیه.
• جریان‌های تغذیه (I_CCH, I_CCL): جریان سکون IC خروجی. I_CCL (خروجی LOW) کمی بالاتر (~14.5mA typ.) از I است_CCH (~12.5mA typ.) زیرا ترانزیستور خروجی فعال است.

2.3 ویژگی‌های کلیدزنی

این پارامترها برای تحلیل زمان‌بندی در مدارهای پرسرعت حیاتی هستند. شرایط آزمایش: V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω.

• تأخیرهای انتشار (t_PLH, t_PHL): زمان از عبور جریان ورودی از 3.75 میلی‌آمپر تا عبور ولتاژ خروجی از 1.5 ولت. t_PLH (ورودی HIGH-to-LOW به خروجی LOW-to-HIGH) معمولاً 35 نانوثانیه، حداکثر 100 نانوثانیه است. t_PHL زمان تاخیر معمولی 40 نانوثانیه و حداکثر 100 نانوثانیه است. عدم تقارن (معمولاً 5 نانوثانیه) در اعوجاج عرض پالس نقش دارد.
• اعوجاج عرض پالس (PWD): |t_PHL - t_PLH|, حداکثر 35 نانوثانیه. این تفاوت در تأخیرهای انتشار است که می‌تواند باعث شود عرض پالس خروجی با عرض پالس ورودی متفاوت باشد. این موضوع در انتقال سیگنال کلاک یا زمان‌بندی دقیق بسیار حیاتی است.
• زمان‌های صعود/سقوط (t_r, t_f): t_r (10% تا 90%) به طور معمول 40 نانوثانیه است. t_f (90% تا 10%) به طور معمول 10 نانوثانیه است. زمان سقوط سریع‌تر، مشخصه معمول مدارهای pull-down فعال است.
• ایمنی گذرا حالت مشترک (CMTI): این یک پارامتر کلیدی ایزوله‌سازی است. EL2631 حداقل ۱۰۰۰۰ ولت بر میکروثانیه (معمولاً ۲۰۰۰۰ ولت بر میکروثانیه) را تضمین می‌کند، در حالی که EL2630 حداقل ۵۰۰۰ ولت بر میکروثانیه را تضمین می‌کند. این پارامتر، ایمنی حالت خروجی در برابر تغییرات ولتاژ سریع بین زمین‌های ورودی و خروجی را اندازه‌گیری می‌کند. CMTI بالا از تغییر وضعیت ناخواسته در محیط‌های پرنویز جلوگیری می‌کند.

3. تحلیل منحنی عملکرد

در حالی که گزیده PDF ارائه شده در صفحه ۵ به "منحنی‌های مشخصه الکترواپتیکال معمول" اشاره می‌کند، نمودارهای خاص در متن گنجانده نشده‌اند. به طور معمول، چنین منحنی‌هایی برای یک فتوكوپلر شامل موارد زیر می‌شود:

• نسبت انتقال جریان (CTR) در مقابل جریان مستقیم: بازدهی جریان خروجی کوپل شده را نسبت به جریان LED ورودی نشان می‌دهد، اگرچه برای خروجی گیت منطقی، این امر داخلی IC است.
• تأخیر انتشار در مقابل دما: نشان می‌دهد که پارامترهای زمان‌بندی سیگنال در محدوده دمای عملیاتی چگونه تغییر می‌کنند.
• ولتاژ مستقیم در مقابل دما: ضریب دمای منفی (ΔV_F/ΔT_A ≈ -1.8 mV/°C)، که برای طراحی درایو جریان ثابت مهم است.
• ولتاژ خروجی در مقابل جریان خروجی (Sink/Source): قابلیت درایور خروجی را به تفصیل شرح می‌دهد.

طراحان باید برای درک مرزهای عملکرد و کاهش بار، برگه اطلاعات کامل سازنده را برای این نمودارها مطالعه کنند.

4. Mechanical, Packaging & Assembly Information

4.1 پیکربندی پین و شماتیک

دستگاه در یک بسته‌بندی استاندارد 8 پین دو ردیفه (DIP) قرار دارد.

• پین‌اوت:
  1. آند 1
  2. کاتد 1
  3. کاتد 2
  4. آند 2
  5. زمین (GND)
  6. ولتاژ خروجی 2 (V)_OUT2)
  7. ولتاژ خروجی 1 (V)_OUT1)
  8. ولتاژ تغذیه (V)_CC)
• جدول درستی (منطق مثبت): ورودی HIGH = خروجی LOW؛ ورودی LOW = خروجی HIGH. پایه‌های دوگانه آند/کاتد امکان اتصال انعطاف‌پذیر LED ورودی را فراهم می‌کنند.
• دور زدن بحرانی: یک خازن سرامیکی 0.1 µF (یا بزرگتر) با مشخصات فرکانس بالا مناسب باید بین V متصل شود_CC (پین 8) و GND (پین 5)، تا حد امکان نزدیک به پایه‌های دستگاه قرار گیرد. این برای عملکرد پایدار و به حداقل رساندن نویز کلیدزنی ضروری است.

4.2 لحیم‌کاری و جابجایی

حداکثر مطلق مجاز برای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه است. این مطابق با پروفیل استاندارد بازجوش بدون سرب است. برای لحیم‌کاری موجی یا دستی، زمان تماس و دما باید کنترل شود تا از آسیب به پکیج جلوگیری شود. در طول جابجایی باید احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود.

5. رهنمودهای کاربردی و ملاحظات طراحی

5.1 مدارهای کاربردی متداول

EL263X چندکاره است. کاربردهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• جداسازی رابط دیجیتال: جداسازی خطوط UART، SPI یا I2C بین یک میکروکنترلر و یک قطعه جانبی در یک دامنه توان متفاوت یا یک محیط پرنویز.
• فیدبک منبع تغذیه سوئیچینگ: جداسازی سیگنال خطای فیدبک از سمت ثانویه (خروجی) به کنترلر سمت اولیه، فراهم‌کننده ایزولاسیون ایمنی و مصونیت در برابر نویز از ترانزینت‌های سوئیچینگ قدرت.
• قطع‌کننده حلقه زمین در خطوط داده: جلوگیری از جریان‌های گردشی و نویز در پیوندهای ارتباطی بین سیستم‌هایی با زمین‌های مجزا.
• Logic Level Translator with Isolation: تغییر سطح ولتاژ (مثلاً از 3.3V به 5V) در حالی که ایزولاسیون گالوانیک نیز فراهم می‌کند.

5.2 ملاحظات حیاتی طراحی

• تنظیم جریان ورودی: I را بر اساس سرعت و حاشیه انتخاب کنید._F شرایط آزمایش 7.5mA است. استفاده از 10-16 mA سوئیچینگ سریع‌تر و حاشیه نویز بهتری فراهم می‌کند اما اتلاف توان را افزایش می‌دهد. همیشه از یک مقاومت سری استفاده کنید: R_درون = (V_{رانندگی} - V_F) / I_F. به یاد داشته باش V_F با دما کاهش می‌یابد.
• بار خروجی: بار آزمایشی 350Ω تا V است._CC. خروجی می‌تواند حداقل 13mA (I را جذب کند._OL condition) while maintaining V_OL < 0.6V. Do not exceed the maximum output current (I_O = 50 mA).
• Power Supply Decoupling: خازن بای‌پس 0.1 میکروفاراد غیرقابل مذاکرهعدم وجود آن می‌تواند منجر به نوسانات، تحریک نادرست یا کاهش عملکرد CMTI شود.
• چیدمان برای CMTI بالا: برای دستیابی به CMTI نامی، ظرفیت خازنی پارازیتی در سراسر مانع ایزوله را به حداقل برسانید. مسیرهای ورودی و خروجی را به صورت فیزیکی روی PCB از هم جدا نگه دارید. فاصله‌های خزش و خلوص توصیه‌شده توسط سازنده را برای ایزوله 5000 ولت رعایت کنید._rms ایزوله.
• انتخاب EL2630 در مقابل EL2631: تفاوت اصلی در CMTI تضمین‌شده است. از EL2631 در کاربردهایی با نویز dV/dt بسیار بالا، مانند درایوهای موتور یا اینورترهای پرتوان استفاده کنید. EL2630 برای محیط‌های با الزامات کمتر مناسب است.

6. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فتوكوپلرهای استاندارد سری 4N25/4N35 (كه خروجی ترانزیستوری دارند)، EL263X مزایای قاطعانه‌ای برای سیستم‌های دیجیتال ارائه می‌دهد:

• سرعت: 10 Mbit/s vs. typically < 100 kbit/s for transistor-output couplers.
• نوع خروجی: خروجی گیت منطقی با کشش فعال به بالا و پایین، لبه‌های تمیز و سریع و سازگاری منطقی مستقیم را فراهم می‌کند، برخلاف خروجی ترانزیستور کلکتور باز که به مقاومت کششی خارجی نیاز دارد و کندتر است.
• CMTI: CMTI بالا مشخص‌شده و تضمین‌شده (10 کیلوولت بر میکروثانیه) معیاری حیاتی برای استحکام صنعتی است که اغلب در کوپلرهای پایه مشخص نمی‌شود یا بسیار پایین‌تر است.

در مقایسه با سایر کوپلرهای پرسرعت یا ایزولاتورهای دیجیتال (بر پایه کوپلینگ خازنی یا مغناطیسی)، فوتوکوپلرهایی مانند EL263X این مزیت را ارائه می‌دهند که بر پایه فناوری نوری به‌خوبی شناخته‌شده با مصونیت ذاتی بالا در برابر میدان‌های مغناطیسی هستند.

7. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترها)

س: حداکثر نرخ داده‌ای که می‌توانم به آن دست یابم چقدر است؟
A: این دستگاه برای عملکرد 10 مگابیت بر ثانیه مشخص شده است. عوامل محدودکننده، تاخیرهای انتشار و اعوجاج عرض پالس هستند. برای یک موج مربعی با چرخه کاری 50٪، حداکثر فرکانس تقریباً 1/(2 * t_PHL) یا 1/(2 * t_PLH) است، هر کدام که کوچکتر باشد. با استفاده از حداکثر تاخیرها (100 نانوثانیه)، این مقدار تقریباً 5 مگاهرتز به دست می‌آید. با این حال، برای داده‌های غیربازگشتی به صفر (NRZ)، نرخ 10 مگابیت بر ثانیه معتبر است.

Q: چرا خازن بای‌پاس اجباری است؟
A: سوئیچینگ پرسرعت مرحله خروجی داخلی، باعث ایجاد جهش‌های ناگهانی جریان روی خط V_CC می‌شود. بدون یک خازن محلی با اندوکتانس پایین، این جهش‌ها می‌توانند باعث افت یا افزایش ناگهانی ولتاژ تغذیه داخلی شده و منجر به عملکرد نامنظم، کاهش حاشیه نویز و عدم برآورده شدن مشخصه CMTI شوند.

Q: آیا می‌توانم ورودی را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟
A> Yes, but you باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. یک پایه معمولی میکروکنترلر در 3.3V یا 5V می‌تواند جریان کافی را تأمین/جذب کند. برای مثال، برای دستیابی به I_F ≈ 10mA از یک پایه 3.3V: R = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω (از مقادیر استاندارد 180Ω یا 200Ω استفاده کنید). همیشه قابلیت جریان دهی پایه MCU را تأیید کنید.

Q: ویژگی "خروجی قابل استروب" به چه معناست؟
A: این به قابلیت وادار کردن خروجی به حالت امپدانس بالا اشاره دارد. در حالی که جدول درستی ارائه‌شده عملکرد غیرفعال‌سازی را نشان نمی‌دهد، برخی فوتوکوپلرهای گیت منطقی دارای یک پین فعال‌سازی خروجی هستند. توضیحات EL263X به آن اشاره می‌کند، اما نمودار پین‌ها و جدول، پین اختصاصی برای این کار را نشان نمی‌دهند. طراحان باید پیاده‌سازی این ویژگی را در نوع خاص مورد نظر تأیید کنند.

8. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو: جداسازی سیگنال UART با سرعت 1 مگابیت بر ثانیه بین یک گره سنسور 3.3 ولتی و یک کنترلر سیستم 5 ولتی در محیط صنعتی با نویز موتور.

مراحل طراحی:

1. انتخاب قطعات: انتخاب EL2631 به دلیل CMTI تضمین‌شده بالاتر (10 kV/µs) برای مقاومت در برابر نویز موتورهای مجاور.
2. مدار ورودی: پایه TX سنسور 3.3V ورودی فتوكوپلر را راه‌اندازی می‌کند. مقاومت سری را برای جریان I_F = 10mA محاسبه كنيد: R_درون = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω. از یک مقاومت 180Ω استفاده کنید. آند (پین 1 یا 4) را به مقاومت و کاتد (پین 2 یا 3) را به GND سنسور متصل کنید.
3. مدار خروجی: تغذیه V_CC = 5 ولت از سمت کنترلر. یک خازن سرامیکی 0.1 میکروفاراد مستقیماً بین پایه 8 (V) و پایه 5 (GND) قرار دهید._CCپایه خروجی (6 یا 7) را به پایه RX کنترلر 5 ولت متصل کنید. یک مقاومت سری (مثلاً 100 اهم) ممکن است برای محدود کردن جریان در صورت نیاز اضافه شود، اما برای ورودی منطقی به طور قطعی الزامی نیست.
4. چیدمان PCB: Place the photocoupler straddling the isolation gap on the PCB. Ensure >8mm creepage/clearance (consult safety standards for 5000V_rmsپایه‌های خازن بای‌پاس را بسیار کوتاه نگه دارید.
5. Verification: With this setup, a logic HIGH (3.3V) from the sensor TX will turn on the LED, causing the output to go LOW (<0.6V), which the 5V controller reads as a logic LOW. The signal is inverted, which can be corrected in software if necessary.

9. اصل عملکرد

EL263X بر اساس اصل کوپلینگ نوری کار میکند. یک سیگنال الکتریکی ورودی، یک دیود نورافشان (LED) مادون قرمز را راهاندازی میکند. هنگامی که در بایاس مستقیم قرار میگیرد، LED نور مادون قرمز ساطع میکند. این نور از یک مانع ایزوله شفاف (معمولاً یک شکاف پلاستیکی قالبگیری شده) عبور میکند. در طرف دیگر، یک فوتودتکتور سیلیکونی یکپارچه و یک مدار مجتمع این نور را تشخیص میدهند. IC شامل یک تقویتکننده با بهره بالا، یک تریگر اشمیت برای مصونیت در برابر نویز و یک مرحله درایور خروجی totem-pole است. درایور بهطور فعال پین خروجی را بر اساس وجود یا عدم وجود نور به سمت HIGH (به طرف V_CC) یا LOW (به طرف GND) میکشد و یک سیگنال منطقی تمیز و بافر شده ایجاد میکند که از نظر الکتریکی از ورودی ایزوله است. مانع ایزوله، قابلیت تحمل ولتاژ بالا را فراهم کرده و از ایجاد حلقههای زمینی جلوگیری میکند.

10. روندهای فناوری

فناوری فتوكوپلر همچنان در حال تحول است. روندهای مرتبط با دستگاه‌هایی مانند EL263X شامل موارد زیر است:

• سرعت‌های بالاتر: توسعه مستمر هدف‌مند برای دستیابی به نرخ‌های داده فراتر از ۵۰ مگابیت بر ثانیه و حتی ورود به محدوده ۱۰۰+ مگابیت بر ثانیه برای رابط‌های سریال پرسرعت مدرن است.
• مصرف توان پایین‌تر: کاهش نیاز جریان LED ورودی (I_F) و جریان تغذیه خروجی (I_CC) برای پاسخگویی به نیازهای دستگاه‌های قابل حمل و کم‌مصرف.
• یکپارچه‌سازی پیشرفته: ترکیب چندین کانال ایزوله (دوگانه، چهارگانه) در یک بسته واحد برای صرفه‌جویی در فضای برد و هزینه در رابط‌های چندخطی مانند SPI یا GPIO ایزوله.
• CMTI بهبود یافته: با افزایش سرعت کلیدزنی الکترونیک قدرت (مانند ترانزیستورهای SiC و GaN)، تقاضا برای ایزولاتورهایی با رتبه‌بندی CMTI حتی بالاتر (۲۵ تا ۱۰۰ کیلوولت بر میکروثانیه) برای حفظ قابلیت اطمینان افزایش می‌یابد.
• مینیاتوری‌سازی بسته‌بندی: انتقال از بسته‌بندی‌های DIP با سوراخ‌های عبوری به گزینه‌های نصب سطحی مانند SOIC-8 و حتی بسته‌بندی‌های SOIC با بدنه عریض کوچکتر برای تطبیق با طراحی‌های PCB فشرده‌تر.

سری EL263X در یک رده عملکردی کاملاً تثبیت‌شده قرار دارد و تعادل مستحکمی از سرعت، استحکام ایزولاسیون و مصونیت در برابر نویز را برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی و ارتباطی ارائه می‌دهد.