8-पिन डीआईपी वाइड बॉडी हाई-स्पीड 10Mbit/s लॉजिक गेट फोटोकपलर ELW137 सीरीज़ डेटाशीट - हिन्दी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

ELW137, ELW2601, और ELW2611 श्रृंखला हाई-स्पीड लॉजिक गेट फोटोकपलर (ऑप्टोआइसोलेटर) हैं, जो तेज़ डिजिटल सिग्नल आइसोलेशन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इसका मुख्य घटक एक इन्फ्रारेड एमिटिंग डायोड है जो एक लॉजिक गेट आउटपुट वाले हाई-स्पीड एकीकृत फोटोडिटेक्टर से प्रकाशीय रूप से युग्मित है। यह उपकरण उद्योग-मानक 8-पिन ड्यूल इन-लाइन पैकेज (डीआईपी) में वाइड बॉडी के साथ पैक किया गया है, और सरफेस माउंट डिवाइस (एसएमडी) विकल्प भी उपलब्ध हैं। इसका प्राथमिक कार्य इनपुट और आउटपुट सर्किट के बीच विद्युत अलगाव प्रदान करते हुए 10 मेगाबिट प्रति सेकंड (Mbit/s) तक की गति से डिजिटल लॉजिक सिग्नल संचारित करना है।

1.1 मुख्य लाभ और लक्षित बाजार

इस श्रृंखला के प्रमुख लाभों में इसकी हाई-स्पीड क्षमता शामिल है, जो इसे आधुनिक डिजिटल संचार इंटरफेस के लिए उपयुक्त बनाती है। यह 5000 V_rms का उच्च अलगाव वोल्टेज प्रदान करती है, जिससे सिस्टम सुरक्षा और शोर प्रतिरोधकता बढ़ती है। यह उपकरण -40°C से +85°C तक के व्यापक औद्योगिक तापमान सीमा में गारंटीकृत प्रदर्शन के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसमें प्रमुख अंतरराष्ट्रीय सुरक्षा अनुमोदन (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO) हैं और यह EU REACH और RoHS निर्देशों का अनुपालन करता है। लक्षित बाजारों में औद्योगिक स्वचालन, दूरसंचार, कंप्यूटर परिधीय उपकरण, चिकित्सा उपकरण और स्विचिंग पावर सप्लाई शामिल हैं, जहाँ विश्वसनीय सिग्नल अलगाव महत्वपूर्ण है।

2. तकनीकी पैरामीटर गहन विश्लेषण

यह खंड डेटाशीट में सूचीबद्ध प्रमुख विद्युत और प्रदर्शन पैरामीटरों की वस्तुनिष्ठ व्याख्या प्रदान करता है।

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

ये रेटिंग उन तनाव सीमाओं को परिभाषित करती हैं जिनके आगे उपकरण को स्थायी क्षति हो सकती है। ये सामान्य संचालन स्थितियों के लिए नहीं हैं।

• इनपुट फॉरवर्ड करंट (I_F): 50 mA. इसे पार करने से इनपुट LED नष्ट हो सकती है।
• रिवर्स वोल्टेज (V_R): 5 V. इनपुट डायोड की रिवर्स वोल्टेज सहनशीलता सीमित है।
• सप्लाई वोल्टेज (V_CC) और आउटपुट वोल्टेज (V_O): 7.0 V. यह आउटपुट साइड के पावर और सिग्नल पिन पर लगाए जा सकने वाले अधिकतम वोल्टेज को परिभाषित करता है।
• आइसोलेशन वोल्टेज (V_ISO): 1 मिनट के लिए 5000 V_rms. यह इनपुट और आउटपुट पक्षों के बीच डाइइलेक्ट्रिक सामर्थ्य को दर्शाने वाला एक प्रमुख सुरक्षा पैरामीटर है।
• ऑपरेटिंग तापमान (T_OPR): -40°C से +85°C. यह उपकरण औद्योगिक वातावरण के लिए रेटेड है।
• सोल्डरिंग तापमान (T_SOL): 10 सेकंड के लिए 260°C. यह पीसीबी असेंबली प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण है।

2.2 विद्युत विशेषताएँ

ये ऑपरेटिंग तापमान सीमा पर निर्दिष्ट परीक्षण स्थितियों के तहत गारंटीकृत पैरामीटर हैं।

2.2.1 इनपुट विशेषताएँ

• फॉरवर्ड वोल्टेज (V_F): आमतौर पर 1.4V, I_F=10mA पर अधिकतम 1.8V. इसका उपयोग इनपुट करंट-लिमिटिंग सर्किट डिजाइन करने के लिए किया जाता है।
• इनपुट कैपेसिटेंस (C_IN): आमतौर पर 70 pF. यह इनपुट स्टेज की हाई-फ्रीक्वेंसी प्रतिक्रिया को प्रभावित करता है।

2.2.2 आउटपुट और ट्रांसफर विशेषताएँ

• सप्लाई करंट (I_CCH, I_CCL): आउटपुट IC 6.5-10mA (हाई आउटपुट) और 8-13mA (लो आउटपुट) खींचता है। यह आउटपुट साइड की पावर आवश्यकता निर्धारित करता है।
• लो लेवल आउटपुट वोल्टेज (V_OL): 13mA सिंक करते समय अधिकतम 0.6V. यह TTL और लो-वोल्टेज CMOS लॉजिक इनपुट के साथ संगतता सुनिश्चित करता है।
• इनपुट थ्रेशोल्ड करंट (I_FT): 3.0 से 5.0 mA. यह वह न्यूनतम इनपुट LED करंट है जो सबसे खराब स्थितियों में वैध लॉजिक-लो आउटपुट की गारंटी के लिए आवश्यक है। डिजाइन में अधिकतम मान से ऊपर के करंट का उपयोग करना चाहिए।

2.3 स्विचिंग विशेषताएँ

ये पैरामीटर हाई-स्पीड डेटा ट्रांसमिशन के लिए महत्वपूर्ण टाइमिंग प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• प्रोपेगेशन विलंब (t_PHL, t_PLH): प्रत्येक अधिकतम 100 ns. यह अधिकतम डेटा दर को सीमित करता है। डेटाशीट 10 Mbit/s क्षमता निर्दिष्ट करती है।
• पल्स चौड़ाई विरूपण |t_PHL- t_PLH|: अधिकतम 40 ns. यह असममितता संचरित सिग्नल में ड्यूटी साइकिल को प्रभावित कर सकती है।
• राइज/फॉल टाइम (t_r, t_f): t_rआमतौर पर 40 ns है, t_fआमतौर पर 10 ns है। ऐसे उपकरणों में तेज़ फॉल टाइम आम है।
• कॉमन मोड ट्रांजिएंट इम्युनिटी (CMH, CML): यह शोर प्रतिरोधकता के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। ELW2611 सर्वोच्च प्रदर्शन (10,000 - 20,000 V/µs) प्रदान करता है, जिसका अर्थ है कि यह इनपुट और आउटपुट ग्राउंड के बीच बहुत तेज़ वोल्टेज स्पाइक्स को आउटपुट त्रुटियों के कारण बिना रिजेक्ट कर सकता है। ELW137 की CMTI अनिर्दिष्ट है, जबकि ELW2601 5,000 V/µs प्रदान करता है।

3. पिन कॉन्फ़िगरेशन और कार्यात्मक विवरण

उपकरण 8-पिन डीआईपी कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करता है। पिन 1 और 4 नो कनेक्शन (NC) हैं। इनपुट साइड में LED के लिए पिन 2 (एनोड) और पिन 3 (कैथोड) शामिल हैं। आउटपुट साइड में पिन 5 (ग्राउंड), पिन 6 (V_OUT- आउटपुट), पिन 7 (V_E- एनेबल), और पिन 8 (V_CC- सप्लाई वोल्टेज) शामिल हैं। एनेबल पिन (V_E) आउटपुट को नियंत्रित करता है। ट्रूथ टेबल लॉजिक दिखाता है: जब एनेबल हाई है, तो आउटपुट इनपुट का व्युत्क्रम (एक्टिव-लो) होता है। जब एनेबल लो है, तो इनपुट की परवाह किए बिना आउटपुट को हाई पर फोर्स किया जाता है। स्थिर संचालन के लिए डेटाशीट पिन 8 (V_CC) और 5 (GND) के बीच 0.1µF बाईपास कैपेसिटर अनिवार्य करती है।

4. अनुप्रयोग सुझाव

4.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

• ग्राउंड लूप उन्मूलन और लॉजिक लेवल आइसोलेशन: विभिन्न ग्राउंड विभव वाले उप-प्रणालियों के बीच डिजिटल सिग्नल को अलग करना ताकि शोर और ग्राउंड लूप को रोका जा सके।
• डेटा ट्रांसमिशन और लाइन रिसीवर: अलगाव के लिए सीरियल संचार लिंक (RS-232, RS-485 इंटरफेस) में उपयोग किया जाता है।
• स्विचिंग पावर सप्लाई: फ्लाईबैक या अन्य आइसोलेटेड कन्वर्टर टोपोलॉजी में फीडबैक अलगाव प्रदान करना।
• कंप्यूटर परिधीय इंटरफेस: प्रिंटर, औद्योगिक I/O कार्ड से/तक सिग्नल को अलग करना।
• पल्स ट्रांसफॉर्मर प्रतिस्थापन: सरल ड्राइव सर्किट्री के साथ सिग्नल अलगाव के लिए एक ठोस-अवस्था विकल्प प्रदान करना।

4.2 डिजाइन विचार

• इनपुट करंट सेटिंग: इनपुट LED करंट को एक श्रृंखला रोकनेवाला का उपयोग करके सेट किया जाना चाहिए। गारंटीकृत स्विचिंग के लिए, I_Fको अधिकतम I_FT(5mA) से ऊपर सेट किया जाना चाहिए। विशिष्ट परीक्षण स्थिति 7.5mA का उपयोग करती है। रोकनेवाला मान है (V_DRIVE- V_F) / I_F.
• एनेबल पिन उपयोग: एनेबल पिन का उपयोग आउटपुट को गेट करने या यदि आवश्यक न हो तो एक निश्चित वोल्टेज से जोड़ने के लिए किया जा सकता है। यह V_CCसे 0.5V से अधिक नहीं होना चाहिए।
• आउटपुट लोड: आउटपुट एक वैध V_OLके लिए 13mA तक सिंक कर सकता है। उच्च धाराओं या कैपेसिटिव लोड को चलाने के लिए, एक बाहरी बफर की आवश्यकता हो सकती है।
• शोर प्रतिरोधकता: उच्च-शोर वाले वातावरण के लिए, उत्कृष्ट कॉमन मोड ट्रांजिएंट इम्युनिटी (CMTI) के लिए ELW2611 वेरिएंट चुनें। ELW2611 के लिए चित्र 15 में अनुशंसित ड्राइव सर्किट इनपुट LED करंट एज को तेज करने के लिए एक ट्रांजिस्टर का उपयोग करता है, जिससे CMTI प्रदर्शन और सुधार होता है।
• बाईपासिंग: आउटपुट साइड पर 0.1µF कैपेसिटर सप्लाई शोर को कम करने और स्थिर हाई-स्पीड संचालन सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है।

5. तकनीकी तुलना और चयन मार्गदर्शन

इस श्रृंखला में तीन मुख्य वेरिएंट शामिल हैं: ELW137, ELW2601, और ELW2611। प्राथमिक अंतर कारक कॉमन मोड ट्रांजिएंट इम्युनिटी (CMTI) है। ELW137 में बुनियादी अलगाव है। ELW2601 मध्यम CMTI (5,000 V/µs) प्रदान करता है। ELW2611 उच्च CMTI (10,000 - 20,000 V/µs) प्रदान करता है। चयन अनुप्रयोग के विद्युत शोर वातावरण के आधार पर होना चाहिए। मोटर ड्राइव, औद्योगिक PLC, या शोरयुक्त पावर सप्लाई के लिए, ELW2611 की अनुशंसा की जाती है। कम मांग वाले डिजिटल अलगाव के लिए, ELW2601 या ELW137 पर्याप्त हो सकते हैं।

6. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (तकनीकी पैरामीटर के आधार पर)

6.1 प्राप्त करने योग्य अधिकतम डेटा दर क्या है?

हालांकि उपकरण 10 Mbit/s के लिए निर्दिष्ट है, वास्तविक अधिकतम उपयोगी दर प्रोपेगेशन विलंब और राइज/फॉल टाइम पर निर्भर करती है। 100 ns के अधिकतम प्रोपेगेशन विलंब के साथ, एक वर्ग तरंग के लिए सैद्धांतिक अधिकतम आवृत्ति कम होती है। विश्वसनीय डेटा ट्रांसमिशन के लिए, कुल पल्स विरूपण और सिस्टम टाइमिंग मार्जिन पर विचार करें।

6.2 इनपुट रोकनेवाला मान की गणना कैसे करूं?

सूत्र का उपयोग करें: R_IN= (V_DRIVE- V_F) / I_F. सबसे खराब स्थिति के डिजाइन के लिए V_Fको अधिकतम मान (1.8V) मानें। 5V ड्राइव और I_F= 10mA के लिए, R_IN= (5V - 1.8V) / 0.01A = 320 ओम। निकटतम मानक मान (जैसे, 330 ओम) का उपयोग करें।

6.3 क्या मैं इसे 3.3V लॉजिक के साथ उपयोग कर सकता हूं?

आउटपुट साइड V_CCको 3.3V द्वारा संचालित किया जा सकता है। हालांकि, विद्युत विशेषताओं का परीक्षण V_CC=5.5V के साथ किया गया है। V_OL, I_OH, और प्रोपेगेशन विलंब जैसे पैरामीटर 3.3V पर भिन्न हो सकते हैं। इनपुट साइड स्वतंत्र है; LED को 3.3V स्रोत द्वारा चलाया जा सकता है जब तक कि सही I_Fप्राप्त हो जाता है।

6.4 एनेबल पिन का उद्देश्य क्या है?

एनेबल पिन (V_E) एक तीसरी-अवस्था नियंत्रण प्रदान करता है। जब इसे लो (<0.8V) पर चलाया जाता है, तो यह आउटपुट को हाई पर फोर्स करता है, जिससे इनपुट से आउटपुट तक सिग्नल पथ प्रभावी रूप से अक्षम हो जाता है। इसका उपयोग कई आइसोलेटर आउटपुट को एकल बस लाइन पर मल्टीप्लेक्स करने या पावर-सेविंग मोड के लिए किया जा सकता है।

7. व्यावहारिक डिजाइन केस

परिदृश्य:एक औद्योगिक सेंसर नोड में 3.3V माइक्रोकंट्रोलर और 5V RS-485 ट्रांसीवर के बीच 1 Mbit/s UART सिग्नल को अलग करना।

डिजाइन चरण:

1. वेरिएंट चयन:औद्योगिक सेटिंग में उच्च शोर प्रतिरोधकता के लिए ELW2611 चुनें।
2. इनपुट सर्किट:माइक्रोकंट्रोलर GPIO (3.3V) LED को चलाता है। रोकनेवाला गणना: R_IN= (3.3V - 1.8V) / 0.01A = 150 ओम। LED एनोड (पिन 2) के साथ श्रृंखला में 150Ω रोकनेवाला का उपयोग करें। कैथोड (पिन 3) माइक्रोकंट्रोलर GND से जुड़ा है।
3. आउटपुट सर्किट:आउटपुट साइड को 5V (V_CCपिन 8) से पावर दें। पिन 8 और पिन 5 (GND) के बीच 0.1µF सिरेमिक कैपेसिटर कनेक्ट करें। आउटपुट पिन 6 को सीधे RS-485 ट्रांसीवर के इनपुट पिन से कनेक्ट करें। ट्रांसीवर की इनपुट प्रतिबाधा लोड के रूप में कार्य करती है। एनेबल पिन 7 को हमेशा-सक्रिय संचालन के लिए 10kΩ रोकनेवाला के माध्यम से V_CC(5V) से बांधा जा सकता है, या नियंत्रण के लिए किसी अन्य GPIO द्वारा चलाया जा सकता है।
4. लेआउट:इनपुट और आउटपुट ट्रेस को भौतिक रूप से अलग रखें। बाईपास कैपेसिटर को पिन 8 और 5 के जितना संभव हो उतना करीब रखें।

8. संचालन सिद्धांत

एक फोटोकपलर प्रकाशीय युग्मन के सिद्धांत पर कार्य करता है। एक विद्युत इनपुट सिग्नल एक इन्फ्रारेड लाइट एमिटिंग डायोड (LED) को चलाता है। उत्सर्जित प्रकाश को अलग आउटपुट साइड पर एक फोटोडायोड या फोटोट्रांजिस्टर द्वारा पता लगाया जाता है। इस लॉजिक गेट फोटोकपलर में, आउटपुट साइड में एक अधिक जटिल एकीकृत सर्किट होता है। फोटोडिटेक्टर के करंट को एक डिजिटल लॉजिक गेट (आमतौर पर एक श्मिट ट्रिगर) द्वारा प्रवर्धित और संसाधित किया जाता है ताकि एक साफ, सुस्पष्ट डिजिटल आउटपुट सिग्नल उत्पन्न हो। प्रकाशीय पथ विद्युत अलगाव बाधा प्रदान करता है, क्योंकि प्रकाश एक भौतिक अंतराल को पार कर सकता है (पारदर्शी इन्सुलेशन सामग्री के माध्यम से) जहाँ बिजली नहीं कर सकती, जिससे ग्राउंड लूप और उच्च वोल्टेज ट्रांजिएंट अवरुद्ध हो जाते हैं।

9. उद्योग रुझान

सिग्नल अलगाव में रुझान उच्च गति, कम बिजली की खपत, छोटे पैकेज और एकीकृत कार्यक्षमता की ओर है। हालांकि इस डीआईपी पैकेज जैसे पारंपरिक फोटोकपलर अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, नई तकनीकें लोकप्रिय हो रही हैं। कैपेसिटिव या चुंबकीय युग्मन वाली CMOS तकनीक पर आधारित डिजिटल आइसोलेटर काफी उच्च डेटा दर (सैकड़ों Mbit/s तक), कम प्रोपेगेशन विलंब, बेहतर टाइमिंग समरूपता और तापमान और समय के साथ उच्च विश्वसनीयता प्रदान करते हैं। वे छोटे पैकेज में कई चैनलों को भी एकीकृत करते हैं। हालांकि, फोटोकपलर अभी भी कुछ क्षेत्रों में लाभ रखते हैं जैसे बहुत उच्च अलगाव वोल्टेज क्षमता, सरलता और कई मानक-गति अनुप्रयोगों के लिए लागत-प्रभावशीलता। हाई-स्पीड, हाई-CMTI फोटोकपलर (जैसा कि ELW2611 में देखा गया है) का विकास शोरयुक्त पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और मोटर ड्राइव वातावरण में मजबूत अलगाव की आवश्यकता के प्रति एक प्रतिक्रिया है।