Fiche technique - Photocoupleur logique double canal haute vitesse 15 Mbit/s 3,3V SOP-8 série EL083L EL086L

1. Vue d'ensemble du produit

La série EL08XL représente une famille de photocoupleurs logiques (opto-isolateurs) double canal et haute vitesse, conçus pour les applications modernes d'isolation numérique. Ces dispositifs intègrent une diode électroluminescente infrarouge couplée optiquement à un circuit intégré détecteur CMOS, le tout dans un boîtier SOP (Small Outline Package) compact à 8 broches. La fonction principale est de fournir une isolation galvanique entre les circuits d'entrée et de sortie tout en transmettant des signaux numériques haute vitesse avec une distorsion minimale.

L'avantage fondamental de cette série réside dans la combinaison de ses performances haute vitesse (jusqu'à 15 mégabits par seconde), de sa compatibilité avec les familles logiques CMOS basse tension 3,3V et 5V, et de ses caractéristiques d'isolation robustes. Les dispositifs sont conçus pour remplacer les transformateurs d'impulsions et autres méthodes d'isolation dans les applications exigeantes, offrant ainsi une solution fiable, compacte et montable en surface. Les marchés cibles incluent l'automatisation industrielle, les télécommunications, le contrôle des alimentations, les périphériques informatiques et tout système nécessitant une transmission de données immunisée au bruit entre différents domaines de tension.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Le dispositif est spécifié pour un fonctionnement fiable dans des limites définies. Les valeurs maximales absolues clés incluent : un courant direct (I_F) de 20 mA pour la LED d'entrée, une tension inverse (V_R) de 5V, et des limites de dissipation de puissance de 35 mW pour l'entrée et 85 mW pour la sortie. La tension d'alimentation (V_CC) et la tension de sortie (V_O) ne doivent pas dépasser 5,5V. Un paramètre critique est la tension d'isolation (V_ISO) de 3750 V_effpendant une minute, testée dans des conditions d'humidité spécifiques avec les broches d'entrée et de sortie court-circuitées séparément. La plage de température de fonctionnement est de -40°C à +85°C.

2.2 Caractéristiques électriques

Les paramètres DC détaillés assurent la compatibilité avec la conception du système. La LED d'entrée a une tension directe typique (V_F) de 1,4V à 8mA, avec un maximum de 1,8V. Les caractéristiques de sortie sont définies pour un fonctionnement avec une alimentation de 3,3V et de 5V. La tension de sortie à l'état haut (V_OH) est garantie être à moins de 1V de V_CC(min) lors d'un puits de courant de 4mA. La tension de sortie à l'état bas (V_OL) est typiquement de 0,21V (3,3V) ou 0,17V (5V) lors d'une source de courant de 4mA avec la LED d'entrée excitée à 8mA, garantissant ainsi des niveaux logiques robustes. Le courant de seuil d'entrée (I_FT) pour une sortie basse valide est typiquement de 2,5 mA, avec un maximum de 5 mA.

2.3 Caractéristiques de commutation

Cette section définit les performances dynamiques. Les temps de propagation (t_PHLet t_PLH) sont typiquement de 38-41 ns pour une alimentation de 3,3V et de 35-46 ns pour une alimentation de 5V, avec un maximum de 60 ns dans des conditions de test spécifiées (I_F=8mA, C_L=15pF). La distorsion de largeur d'impulsion (|t_PHL– t_PLH|), qui impacte l'intégrité du signal, est typiquement de 6-8 ns avec un maximum de 30 ns. Les temps de montée et de descente en sortie (t_r, t_f) sont typiquement de 5,5-6 ns. Un élément différenciant clé est l'Immunité Transitoire en Mode Commun (CMTI). La variante EL086L garantit un minimum de 10 000 V/µs pour les états de sortie haut et bas, tandis que l'EL083L garantit 5 000 V/µs. Ce paramètre est crucial dans les environnements bruyants avec des potentiels de masse à variation rapide.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques électro-optiques typiques. Bien que des graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte fourni, ces courbes illustrent généralement la relation entre le courant direct et la tension directe pour la LED d'entrée, le temps de propagation en fonction de la température, et les performances d'immunité transitoire en mode commun. Ces courbes sont essentielles pour les concepteurs afin de comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non standard et d'optimiser le point de fonctionnement pour la vitesse, la puissance et la fiabilité.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est logé dans un boîtier SOP à 8 broches. Le dessin dimensionnel fournit les mesures critiques pour la conception de l'empreinte PCB, y compris la longueur, la largeur et la hauteur totale du boîtier, le pas des broches (typiquement 1,27mm) et leurs dimensions. Le respect de ces dimensions est nécessaire pour un soudage correct et un ajustement mécanique adéquat.

4.2 Configuration des broches et polarité

Le brochage est le suivant : Broche 1 (Anode 1), Broche 2 (Cathode 1), Broche 3 (Cathode 2), Broche 4 (Anode 2), Broche 5 (Masse), Broche 6 (V_OUT2), Broche 7 (V_OUT1), Broche 8 (V_CC). Cette configuration prend en charge deux canaux indépendants. Une connexion de polarité correcte pour les LED d'entrée (Anode/Cathode) et pour l'alimentation de sortie (V_CC/Masse) est obligatoire pour éviter d'endommager le dispositif.

4.3 Schéma de pastilles PCB recommandé

Un schéma de pastilles pour montage en surface est proposé. La note souligne qu'il s'agit d'une conception de référence et qu'elle doit être modifiée en fonction des procédés de fabrication PCB spécifiques et des exigences thermiques. La conception des pastilles vise à assurer des cordons de soudure fiables et une résistance mécanique après le soudage par refusion.

5. Directives de soudage et d'assemblage

Les valeurs maximales absolues spécifient une température de soudage (T_SOL) de 260°C pendant 10 secondes. Ceci est conforme aux profils de refusion sans plomb typiques. Il est crucial de suivre le profil de refusion recommandé pour l'assemblage PCB spécifique afin d'éviter les dommages thermiques. Le dispositif doit être stocké dans des conditions appropriées (T_STG : -55°C à +125°C) avant utilisation pour maintenir sa soudabilité.

6. Suggestions d'application

6.1 Circuits d'application typiques

Les applications principales listées sont les récepteurs de ligne, les systèmes de transmission de données, le multiplexage de données, l'isolation de la rétroaction des alimentations à découpage, le remplacement des transformateurs d'impulsions, les interfaces de périphériques informatiques et l'isolation de masse logique haute vitesse. Dans un circuit typique, le côté entrée est piloté par un signal logique via une résistance de limitation pour définir I_F. Le côté sortie nécessite un condensateur de découplage (0,1µF ou plus, avec de bonnes caractéristiques haute fréquence) connecté aussi près que possible entre la broche V_CC et la broche Masse pour assurer un fonctionnement stable et minimiser le bruit.

6.2 Considérations de conception

• Découplage de l'alimentation :L'utilisation obligatoire d'un condensateur de découplage local côté sortie est cruciale pour atteindre les performances haute vitesse spécifiées et l'immunité au bruit.
• Réglage du courant d'entrée :Le courant direct (I_F) doit être réglé en fonction de la vitesse requise et du I_FT garanti. Un fonctionnement à la valeur recommandée de 8mA assure une marge de bruit et une vitesse de commutation appropriées.
• Considérations sur la charge :La sortie peut piloter jusqu'à 10 charges CMOS standard. La fiche technique spécifie les conditions de test avec I_O= ±4mA pour V_OH/V_OL.
• Sélection du canal :Choisissez entre l'EL083L (CMTI 5kV/µs) et l'EL086L (CMTI 10kV/µs) en fonction de l'environnement de bruit électrique de l'application.

7. Comparaison et différenciation techniques

La série EL08XL se différencie par sa conception double canal dans un boîtier SOP-8 standard, offrant un gain de place sur la carte par rapport à deux dispositifs monocanal. La vitesse garantie de 15 Mbit/s à 3,3V/5V est un marqueur de performance clé pour les interfaces numériques modernes. La haute immunité transitoire en mode commun, en particulier la valeur de 10kV/µs de l'EL086L, offre des performances supérieures dans les environnements industriels et de conversion de puissance à fort bruit par rapport aux photocoupleurs standard. La conformité aux normes internationales majeures de sécurité (UL, cUL, VDE, etc.) et aux réglementations sans halogène, RoHS et REACH le rend adapté aux marchés mondiaux.

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

Q : Puis-je utiliser une alimentation de 5V pour la sortie si ma logique est en 3,3V ?

R : L'étage de sortie est compatible avec les niveaux logiques CMOS 3,3V et 5V. Cependant, vous devez vous assurer que le dispositif logique récepteur tolère le 5V si vous utilisez un V_CC de 5V. Le V_OH sera proche de 5V.

Q : Quel est l'objectif de la spécification CMTI ?

R : La CMTI mesure la capacité du dispositif à rejeter les transitoires de tension rapides entre les masses d'entrée et de sortie. Une CMTI élevée (par ex. 10kV/µs) empêche ces transitoires de provoquer une commutation erronée de la sortie, ce qui est vital dans les entraînements de moteurs, les alimentations et les automates programmables industriels (API).

Q : Comment calculer la résistance série d'entrée ?

R : R_série= (V_pilote- V_F) / I_F. Utilisez V_F de la fiche technique (max 1,8V) et choisissez I_F (par ex. 8mA pour des performances complètes). Assurez-vous que le pilote peut fournir le courant requis.

Q : Une résistance de tirage (pull-up/pull-down) externe est-elle nécessaire sur la sortie ?

R : Non. La sortie est un étage CMOS push-pull actif, offrant à la fois une capacité de source et de puits de courant.

9. Cas pratique de conception

Scénario :Isoler un signal UART 3,3V (115200 bauds) entre un microcontrôleur sur une carte de contrôle de moteur bruyante et un module de communication sur une carte logique propre.

Mise en œuvre :Utilisez un canal d'un EL086L. Côté microcontrôleur, connectez la broche TX via une résistance de 180Ω (pour un I_F d'environ 8mA avec un pilote 3,3V) à l'entrée du photocoupleur (Anode). Connectez la cathode à la masse. Côté isolé, alimentez la broche V_CC (Broche 8) avec le 3,3V de l'alimentation du module de communication. Placez un condensateur céramique de 0,1µF directement entre la broche 8 (V_CC) et la broche 5 (Masse). Connectez la sortie (Broche 7, V_OUT1) à la broche RX du module de communication. La CMTI élevée de l'EL086L garantit l'intégrité des données malgré le bruit de masse provenant du pilote de moteur.

10. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe de l'isolation optique. Un courant électrique appliqué à la diode électroluminescente infrarouge (LED) d'entrée la fait émettre de la lumière. Cette lumière traverse une barrière d'isolation optiquement transparente (typiquement un polymère moulé). De l'autre côté, un photodétecteur à circuit intégré CMOS monolithique convertit l'intensité lumineuse reçue en un signal électrique. Ce circuit intégré CMOS inclut une amplification, une mise en forme et un étage de sortie push-pull pour produire une forme d'onde numérique propre. Le chemin optique fournit l'isolation galvanique, car il n'y a pas de connexion électrique entre l'entrée et la sortie, seulement un faisceau lumineux.

11. Tendances de l'industrie

La tendance en matière d'isolation numérique va vers des vitesses plus élevées, une consommation d'énergie plus faible, des boîtiers plus petits et une intégration plus poussée. Bien que les photocoupleurs traditionnels comme cette série restent populaires pour leur simplicité et leur haute tension d'isolation, des technologies alternatives basées sur un couplage capacitif (utilisant des barrières en SiO₂) ou magnétique (magnétorésistance géante) émergent. Celles-ci peuvent offrir des vitesses plus élevées, une meilleure précision temporelle et une durée de vie plus longue car elles n'ont pas de LED qui se dégrade. Cependant, les photocoupleurs haute tension continuent de dominer dans les applications nécessitant des tensions d'isolation de travail très élevées (plusieurs kV) et une fiabilité éprouvée. L'intégration de fonctions supplémentaires comme l'alimentation électrique à travers la barrière (convertisseurs DC-DC isolés) ou de multiples canaux avec des indices de sécurité améliorés est également une direction de développement clé.