Fiche technique de la série EL063X - Photocoupleur logique double canal haute vitesse 10 Mbit/s en boîtier SOP-8

1. Vue d'ensemble du produit

La série EL063X représente une famille de photocoupleurs logiques (isolateurs optiques) double canal haute vitesse. Ces dispositifs sont conçus pour fournir une isolation électrique robuste et une transmission de signaux numériques haute vitesse entre deux circuits. La fonction principale est de transférer des signaux de niveau logique à travers une barrière d'isolation en utilisant une diode électroluminescente infrarouge (DEL) couplée optiquement à un photodétecteur intégré haute vitesse avec une sortie de porte logique. Cette conception brise efficacement les boucles de masse, empêche la transmission du bruit et protège les circuits sensibles des pointes de tension ou des différences de potentiel de masse.

Les principaux domaines d'application de ce composant sont l'automatisation industrielle, les interfaces de communication, le contrôle des alimentations et les périphériques informatiques où un transfert de signal fiable et insensible au bruit est critique. La configuration double canal dans un seul boîtier offre des avantages en termes d'économie d'espace et des caractéristiques de canal appariées pour les applications de signaux différentiels ou pour isoler plusieurs lignes de contrôle.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les paramètres électriques et optiques définissent les limites opérationnelles et les performances du photocoupleur.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ce sont des limites de contrainte qui ne doivent en aucun cas être dépassées, même momentanément. Faire fonctionner le dispositif au-delà de ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Courant direct d'entrée (I_F): 20 mA DC/moyen. Cela limite le courant maximum traversant la DEL d'entrée.
• Tension inverse d'entrée (V_R): 5 V. La tension de polarisation inverse maximale que la DEL d'entrée peut supporter.
• Courant de sortie (I_O): 50 mA. Le courant maximum que le transistor de sortie peut absorber.
• Tension de sortie (V_O) & Tension d'alimentation (V_CC): 7,0 V. La tension maximale pouvant être appliquée aux broches du côté sortie.
• Tension d'isolement (V_ISO): 3750 V_effpendant 1 minute. Il s'agit d'un paramètre de sécurité clé indiquant la rigidité diélectrique de la barrière d'isolation entre les côtés entrée et sortie, testée avec les broches 1-4 court-circuitées ensemble et les broches 5-8 court-circuitées ensemble.
• Température de fonctionnement (T_OPR): -40°C à +100°C. La plage de température ambiante sur laquelle le fonctionnement du dispositif est garanti.
• Température de stockage (T_STG): -55°C à +125°C.

2.2 Caractéristiques électriques

Ces paramètres sont garantis dans les conditions de fonctionnement spécifiées (Ta = -40°C à 85°C sauf indication contraire).

2.2.1 Caractéristiques d'entrée

• Tension directe (V_F): Typiquement 1,4V, avec un maximum de 1,8V à I_F= 10 mA. Ceci est utilisé pour calculer la résistance série requise pour le circuit de commande de la DEL d'entrée.
• Coefficient de température de V_F: Environ -1,8 mV/°C. La tension directe de la DEL diminue lorsque la température augmente.
• Capacité d'entrée (C_IN): Typiquement 60 pF. Cette capacité parasite affecte les performances haute fréquence du côté entrée.

2.2.2 Caractéristiques de sortie et de transfert

• Courant d'alimentation (I_CCH/I_CCL): Le courant de repos consommé par le circuit intégré de sortie. I_CCH(sortie haute) est typiquement de 13 mA (max 18 mA). I_CCL(sortie basse) est typiquement de 15 mA (max 21 mA) à V_CC= 5,5V. Ceci est important pour les calculs de budget de puissance.
• Courant de sortie à l'état haut (I_OH): La sortie peut fournir un maximum de 100 µA tout en maintenant un niveau logique haut (V_Oproche de V_CC). Il s'agit d'une capacité de source faible.
• Tension de sortie à l'état bas (V_OL): Maximum 0,6V à I_F= 5mA et I_CL= 13mA. Ceci définit le niveau de tension lorsque le transistor de sortie absorbe activement du courant, garantissant la compatibilité avec les seuils bas des logiques TTL/CMOS.
• Courant de seuil d'entrée (I_FT): Maximum 5 mA. C'est le courant d'entrée requis pour garantir que la sortie passe à un état bas valide (V_O≤ 0,6V) dans les conditions spécifiées. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit de commande fournit au moins ce courant pour une commutation fiable.

2.3 Caractéristiques de commutation

Ces paramètres définissent les performances numériques haute vitesse, mesurées dans des conditions de test standard (Ta=25°C, V_CC=5V, I_F=7,5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω).

• Délai de propagation (t_PHL, t_PLH): Maximum 100 ns chacun. t_PHLest le délai entre l'allumage de la DEL d'entrée (montée du courant) et la descente de la sortie. t_PLHest le délai entre l'extinction de la DEL d'entrée (descente du courant) et la montée de la sortie. Ces délais limitent le débit de données maximal.
• Distorsion de largeur d'impulsion (|t_PHL– t_PLH|): Maximum 35 ns. Cette asymétrie entre les délais de montée et de descente peut déformer le rapport cyclique des impulsions transmises, ce qui est critique dans les applications sensibles au timing.
• Temps de montée/descente de sortie (t_r, t_f): t_rest typiquement de 40 ns (10% à 90%), t_fest typiquement de 10 ns (90% à 10%). Le temps de descente plus rapide est caractéristique de l'étage de sortie à tirage actif vers le bas.
• Immunité aux transitoires de mode commun (CMTI): C'est un paramètre critique pour l'immunité au bruit dans des environnements bruyants comme les entraînements de moteurs ou les alimentations à découpage. Il mesure la capacité du dispositif à rejeter les transitoires de tension rapides apparaissant à travers la barrière d'isolation.
  • EL0630: Minimum 5000 V/µs.
  • EL0631: Minimum 10000 V/µs. Cette CMTI plus élevée rend l'EL0631 adapté aux applications plus exigeantes avec un bruit électrique sévère.
  • L'immunité est spécifiée pour les deux états : sortie haute (CM_H) et sortie basse (CM_L), garantissant que la sortie ne bascule pas par erreur pendant un événement transitoire.

3. Analyse des courbes de performance

Bien que l'extrait PDF fourni mentionne "Courbes des caractéristiques électro-optiques typiques", les graphiques spécifiques ne sont pas inclus dans le texte. Typiquement, de telles courbes pour un photocoupleur incluraient :

• Taux de transfert de courant (CTR) vs. Courant direct (I_F): Montre l'efficacité du couplage optique (courant de sortie / courant d'entrée) pour différents niveaux de commande.
• Délai de propagation vs. Courant direct (I_F): Illustre comment la vitesse de commutation varie avec le courant de commande de la DEL. Un I_Fplus élevé diminue généralement le délai de propagation.
• Délai de propagation vs. Température: Montre la dépendance à la température de la vitesse de commutation.
• Tension de saturation de sortie vs. Courant de sortie: Caractérise les performances du transistor de sortie lorsqu'il absorbe du courant.

Les concepteurs doivent consulter la fiche technique complète avec les graphiques pour comprendre ces relations afin d'optimiser leur application spécifique, par exemple en faisant un compromis entre la vitesse et le courant/puissance dissipée de la DEL.

4. Informations mécaniques et de boîtier

Le dispositif est logé dans un boîtier Small Outline Package (SOP ou SOIC) standard à 8 broches. Ce boîtier pour montage en surface est conforme à l'empreinte SO8 commune, facilitant la conception de PCB et l'assemblage.

4.1 Configuration des broches

Le brochage est le suivant :

• Broche 1 : Anode (DEL d'entrée Canal 1)
• Broche 2 : Cathode (DEL d'entrée Canal 1)
• Broche 3 : Cathode (DEL d'entrée Canal 2)
• Broche 4 : Anode (DEL d'entrée Canal 2)
• Broche 5 : Masse (GND) - Commun côté sortie.
• Broche 6 : V_OUT2 (Sortie pour le Canal 2)
• Broche 7 : V_OUT1 (Sortie pour le Canal 1)
• Broche 8 : V_CC(Tension d'alimentation côté sortie, +5V typique)

Note importante :Les côtés entrée et sortie sont complètement isolés. Les broches 1-4 sont du côté entrée isolé, et les broches 5-8 sont du côté sortie isolé. La conception du PCB doit maintenir des distances de fuite et de sécurité adéquates entre ces deux groupes de broches et leurs pistes associées pour préserver la classe d'isolement.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le dispositif convient aux procédés d'assemblage standard pour montage en surface.

• Température de soudure: La température de soudure maximale autorisée est de 260°C pendant 10 secondes. Ceci est compatible avec les profils de soudure par refusion sans plomb typiques.
• Sensibilité à l'humidité: Bien que non explicitement indiqué dans l'extrait, la plupart des CMS encapsulés en plastique ont un Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL). Une manipulation appropriée, un pré-séchage si nécessaire et un stockage conforme aux directives du fabricant sont essentiels pour éviter l'effet "pop-corn" pendant la refusion.
• Découplage de sortie: Une note de conception critique (*3) spécifie que la broche d'alimentation V_CC(8) doit être découplée avec un condensateur de 0,1 µF ou plus (céramique ou tantale solide avec de bonnes caractéristiques HF). Ce condensateur doit être placé aussi près que possible entre la broche 8 (V_CC) et la broche 5 (GND) pour assurer un fonctionnement stable et minimiser le bruit de commutation sur le rail d'alimentation.

6. Suggestions d'application

6.1 Circuits d'application typiques

La fiche technique liste plusieurs applications clés :

• Élimination des boucles de masse: La fonction principale, isoler les masses de deux sous-systèmes pour empêcher les courants de circulation et le bruit.
• Traduction/Interface de niveau logique: Peut faire l'interface entre différentes familles logiques (par ex., LSTTL vers TTL ou CMOS 5V) tout en fournissant une isolation.
• Transmission de données & Récepteurs de ligne: Adapté pour les liaisons de données série isolées (par ex., isolation RS-232, RS-485), l'isolation d'E/S numériques et le multiplexage.
• Rétroaction d'alimentation à découpage: Isoler le signal de rétroaction du côté secondaire (sortie) vers le côté primaire (contrôleur) dans les topologies de convertisseurs isolés comme le flyback.
• Remplacement de transformateur d'impulsions: Offre une alternative à semi-conducteurs, potentiellement plus fiable et compacte, pour transmettre des impulsions numériques à travers une barrière d'isolation.
• Interface de périphérique informatique: Isoler les signaux vers/depuis les imprimantes, les cartes d'E/S industrielles ou d'autres périphériques.

6.2 Considérations de conception

• Circuit de commande d'entrée: Une résistance série doit être calculée en fonction de la tension d'alimentation d'entrée (V_IN), du courant direct souhaité I_F, et de la V_F de la DEL. R_série= (V_IN- V_F) / I_F. I_Fdoit être ≥ I_FTpour garantir la commutation et peut être augmenté jusqu'à la valeur maximale absolue pour améliorer la vitesse, au prix d'une dissipation de puissance plus élevée.
• Charge de sortie: La sortie est conçue pour piloter des charges logiques standard. La résistance de tirage R_L(connectée entre V_CCet la broche de sortie) définit le niveau logique haut et le temps de montée. Un R_Lplus petit fournit des temps de montée plus rapides mais augmente la consommation lorsque la sortie est basse. La condition de test utilise R_L=350Ω.
• Dissipation de puissance: Calculez la dissipation de puissance totale sur les côtés entrée (P_D= V_F* I_F) et sortie pour s'assurer qu'elle reste dans les limites, surtout à haute température.
• Sélection du canal: Choisissez EL0631 plutôt qu'EL0630 pour les applications nécessitant une immunité plus élevée au bruit de mode commun (CMTI ≥ 10 000 V/µs vs. 5 000 V/µs).

7. Comparaison et différenciation technique

La série EL063X se différencie sur le marché par plusieurs caractéristiques clés :

• Haute vitesse: Une capacité de 10 Mbit/s et des délais de propagation ≤100 ns la placent dans la catégorie des photocoupleurs haute vitesse, adaptés aux communications numériques rapides.
• Double canal en SOP-8: Intègre deux canaux isolés dans un boîtier standard compact, économisant de l'espace sur la carte par rapport à deux dispositifs monocanal.
• CMTI élevée: En particulier la CMTI minimale de 10 kV/µs de l'EL0631 est un avantage significatif dans les environnements électriquement bruyants comme les entraînements de moteurs industriels, où les optocoupleurs à CMTI plus faible pourraient mal fonctionner.
• Large plage de température: Des performances garanties de -40°C à 85°C, avec une plage de fonctionnement allant jusqu'à 100°C, convient aux applications industrielles et automobiles.
• Approbations de sécurité complètes: Le dispositif possède les approbations des principales agences de sécurité internationales (UL, cUL, VDE, SEMKO, etc.), ce qui est souvent une exigence obligatoire pour les produits finaux sur les marchés réglementés.
• Conformité environnementale: Il est sans halogène (limites Br/Cl), sans plomb, conforme RoHS et REACH, répondant aux réglementations environnementales modernes.

8. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q : Quel est le débit de données maximal que je peux atteindre avec ce photocoupleur ?

R : La spécification de 10 Mbit/s et le délai de propagation max de 100 ns suggèrent un débit de données théorique maximal d'environ 5-10 Mbps pour des données NRZ. En pratique, le débit réalisable dépend de la forme d'onde spécifique, des temps de montée/descente et de la distorsion de largeur d'impulsion. Pour un fonctionnement fiable, une cible de conception prudente de 1-5 Mbps est typique.

Q : Comment choisir entre l'EL0630 et l'EL0631 ?

R : La principale différence est l'Immunité aux Transitoires de Mode Commun (CMTI). Si votre application implique un bruit de commutation significatif (par ex., près d'entraînements de moteurs, d'onduleurs de forte puissance, d'alimentations bruyantes), l'EL0631 (10 kV/µs) offre une immunité au bruit supérieure. Pour des environnements moins bruyants, l'EL0630 (5 kV/µs) peut être suffisant.

Q : Pourquoi un condensateur de découplage est-il requis sur V_CC?

R : La commutation haute vitesse de l'étage de sortie peut provoquer des pointes de courant instantanées sur la ligne V_CC. Le condensateur de découplage local fournit une source à faible impédance pour ce courant, empêchant les chutes ou pointes de tension sur V_CCqui pourraient causer un fonctionnement erratique ou un rayonnement de bruit. Le placer près des broches est crucial pour son efficacité.

Q : Puis-je utiliser ce dispositif pour isoler des signaux analogiques ?

R : Non. Il s'agit d'un photocoupleur àporte logique. La sortie est un niveau logique numérique (haut ou bas), et non une représentation linéaire du courant d'entrée. Pour l'isolation analogique, un optocoupleur linéaire (avec une sortie phototransistor ou photodiode) est requis.

Q : Quel est le but de la "sortie déclenchable" mentionnée dans la description ?

R : Bien que non détaillée dans cet extrait, une sortie déclenchable signifie généralement que l'étage de sortie a une commande d'activation ou de déclenchement (strobe). Cela permet d'activer/désactiver la sortie ou de la verrouiller par un troisième signal de contrôle, ce qui peut être utile pour les applications de multiplexage ou pour réduire la consommation. Le brochage ici ne montre pas de broche de déclenchement séparée, donc cette fonctionnalité peut être intégrée en interne dans un mode spécifique ou peut faire référence au fait que la sortie est activée par le signal d'entrée lui-même.

9. Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement est basé sur la conversion optoélectronique. Lorsqu'un courant direct suffisant (I_F) est appliqué à la Diode Électroluminescente Infrarouge (IRED) d'entrée, elle émet des photons lumineux. Ces photons traversent la barrière d'isolation transparente (typiquement un composé plastique moulé). Du côté sortie, un circuit intégré photodétecteur haute vitesse reçoit cette lumière. Ce CI contient une photodiode qui reconvertit la lumière en un photocourant. Ce photocourant est ensuite traité par un circuit interne d'amplificateur et de comparateur (la "porte logique") pour produire une tension de sortie numérique propre et bien définie. Lorsque la DEL d'entrée est allumée (ON), la sortie est amenée à un état logique BAS (LOW) (typiquement par un transistor de tirage actif vers le bas). Lorsque la DEL d'entrée est éteinte (OFF), le circuit de sortie tire la broche vers un état logique HAUT (HIGH) (via la résistance de tirage externe R_L). Cette opération en logique positive est résumée dans la Table de Vérité fournie : Entrée Haute = Sortie Basse, Entrée Basse = Sortie Haute.

10. Tendances et contexte industriel

Le développement de photocoupleurs comme la série EL063X est motivé par plusieurs tendances clés en électronique :

• Demande de vitesse et de bande passante plus élevées: À mesure que les réseaux industriels (EtherCAT, PROFINET IRT) et les interfaces de communication s'accélèrent, les isolateurs doivent suivre le rythme. Le passage du kilobit au mégabit et maintenant vers des vitesses de 10+ mégabits est évident.
• Immunité au bruit accrueLes environnements industriels et automobiles deviennent plus complexes électriquement, nécessitant des isolateurs avec des indices CMTI plus élevés pour garantir un fonctionnement fiable au milieu du bruit provenant des entraînements de moteurs, des alimentations à découpage et des sources RF.
• Miniaturisation et intégrationLa conception double canal dans un boîtier SOP-8 reflète le besoin d'économiser de l'espace sur le PCB et de réduire le nombre de composants. D'autres tendances incluent l'intégration de plus de canaux (isolateurs quadruples) ou la combinaison de l'isolation avec d'autres fonctions comme des pilotes ADC ou la traduction de niveau I²C.
• Normes de sécurité et de fiabilité renforcéesDes réglementations de sécurité plus strictes dans toutes les industries poussent à l'utilisation de composants avec des tensions d'isolement plus élevées, des durées de vie opérationnelle plus longues et des certifications robustes d'agences comme UL, VDE et CQC.
• Technologies d'isolation alternativesBien que les optocoupleurs soient matures, ils font face à la concurrence des isolateurs capacitifs (utilisant des barrières en SiO₂) et des isolateurs magnétiques (à magnétorésistance géante ou basés sur transformateur), qui peuvent offrir des avantages en vitesse, consommation d'énergie et densité d'intégration. Cependant, les optocoupleurs maintiennent une position forte grâce à leur CMTI élevée, leur simplicité et leur fiabilité bien comprise.

La série EL063X, avec son équilibre entre vitesse, intégration double canal, CMTI élevée et certifications de sécurité, est positionnée pour répondre à ces demandes continues du marché pour une isolation de signal robuste et haute performance.