Scheda Tecnica Fotocoupler EL060L - Porta Logica - Package SOP-8 - Doppia Alimentazione 3.3V/5V - Velocità 10Mbit/s

1. Panoramica del Prodotto

L'EL060L è un fotocoupler (opto-isolatore) ad alta velocità con porta logica, progettato per un isolamento di segnale affidabile in circuiti elettronici impegnativi. Combina un diodo emettitore a infrarossi con un fotodetettore integrato ad alta velocità dotato di un'uscita a porta logica con strobe. Confezionato in un package SOP (Small Outline Package) a 8 pin, è ottimizzato per i processi di assemblaggio SMT (Surface-Mount Technology). La sua funzione principale è fornire isolamento elettrico tra i circuiti di ingresso e uscita, eliminando i loop di massa e proteggendo la logica sensibile da picchi di tensione e rumore.

Vantaggi Principali:I punti di forza del dispositivo includono un'elevata velocità di trasmissione dati di 10 Megabit al secondo (Mbit/s), compatibilità con doppia tensione di alimentazione (3.3V e 5V) e un'ottima immunità ai transienti di modo comune (CMTI) minima di 10kV/μs. Offre un'uscita a porta logica in grado di pilotare fino a 10 carichi standard (Fan-out 10). Inoltre, garantisce un'elevata tensione di isolamento di 3750V_rmstra il lato di ingresso e quello di uscita, assicurando una protezione robusta.

Mercato di Riferimento e Applicazioni:Questo componente è destinato ad applicazioni che richiedono una trasmissione digitale isolata e veloce. Casi d'uso tipici includono l'eliminazione dei loop di massa nelle interfacce di comunicazione, lo shift di livello tra famiglie logiche (es. da LSTTL a TTL/CMOS), sistemi di trasmissione dati e multiplexing, feedback isolato negli alimentatori switching, sostituzione di trasformatori di impulso, interfacce per periferiche di computer e isolamento di massa logica ad alta velocità in sistemi a segnale misto.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Corrente Diretta di Ingresso (I_F):Massimo 50 mA. Superare questo valore può distruggere il LED a infrarossi.
• Tensione di Abilitazione (V_E):Non deve superare V_CCdi più di 500mV.
• Tensione Inversa (V_R):Massimo 5 V per il LED di ingresso.
• Tensione di Alimentazione (V_CC):Massimo 7.0 V per il lato di uscita.
• Tensione di Uscita (V_O):Massimo 7.0 V.
• Tensione di Isolamento (V_ISO):3750 V_rmsper 1 minuto (condizioni di test: UR 40-60%, pin 1-4 cortocircuitati, pin 5-8 cortocircuitati).
• Temperatura di Esercizio (T_OPR):-40°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura (T_SOL):260°C per 10 secondi (profilo di rifusione).

2.2 Caratteristiche Elettriche e di Trasferimento

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali (T_A= -40°C a 85°C).

Caratteristiche di Ingresso:

• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 1.4V, con un massimo di 1.8V a una corrente diretta (I_F) di 10mA.
• Coefficiente di Temperatura di V_F:Circa -1.8 mV/°C, indicando che V_Fdiminuisce all'aumentare della temperatura.
• Capacità di Ingresso (C_IN):Tipicamente 60 pF, influisce sui requisiti di pilotaggio ad alta frequenza.

Caratteristiche di Uscita e Alimentazione:

• Corrente di Alimentazione (Livello Alto): I_CCHè tipicamente 5mA (max 10mA) quando l'ingresso è spento (I_F=0) e l'uscita è alta.
• Corrente di Alimentazione (Livello Basso): I_CCLè tipicamente 9mA (max 13mA) quando l'ingresso è acceso (I_F=10mA) e l'uscita è bassa.
• Tensioni di Abilitazione:Il pin di abilitazione (V_E) ha una soglia di livello alto (V_EH) minima di 2.0V e una soglia di livello basso (V_EL) massima di 0.8V. È presente una resistenza di pull-up interna, eliminando la necessità di una esterna.
• Livelli Logici di Uscita:Con V_CC=3.3V, la tensione di uscita a livello basso (V_OL) è tipicamente 0.35V (max 0.6V) quando assorbe 13mA. La capacità di corrente di uscita a livello alto (I_OH) è specificata in condizioni di test specifiche.
• Corrente di Soglia di Ingresso (I_FT):La corrente richiesta all'ingresso per garantire un'uscita bassa valida (V_O=0.6V) è tipicamente 3mA (max 5mA). Questo è un parametro chiave per progettare il circuito di pilotaggio in ingresso.

2.3 Caratteristiche di Commutazione

Questi parametri definiscono le prestazioni temporali critiche per la trasmissione dati ad alta velocità (condizioni: V_CC=3.3V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω).

• Ritardi di Propagazione:
  • t_PHL(Alto-Basso): Tipicamente 50ns, massimo 75ns.
  • t_PLH(Basso-Alto): Tipicamente 45ns, massimo 75ns.
• Distorsione della Larghezza di Impulso (PWD):|t_PHL– t_PLH| è tipicamente 5ns, massimo 35ns. Un PWD più basso è migliore per l'integrità del segnale.
• Tempi di Salita/Discesa:
  • Tempo di Salita in Uscita (t_r): Tipicamente 50ns.
  • Tempo di Discesa in Uscita (t_f): Tipicamente 10ns.
• Ritardi di Propagazione dell'Abilitazione:
  • t_EHL(Abilitazione a Uscita Bassa): Tipicamente 15ns.
  • t_ELH(Abilitazione a Uscita Alta): Tipicamente 30ns.
• Immunità ai Transienti di Modo Comune (CMTI):Un parametro critico per il rigetto del rumore nei sistemi isolati. Sia C_MHche C_MLsono specificati con un minimo di 10.000 V/μs, testati con una tensione di modo comune (V_CM) di 400V picco-picco.

3. Informazioni Meccaniche e Package

L'EL060L è contenuto in un package SOP (Small Outline Package) standard a 8 pin.

3.1 Configurazione e Funzione dei Pin

• Pin 1:Nessun Collegamento (NC)
• Pin 2:Anodo (A) del LED a infrarossi di ingresso.
• Pin 3:Catodo (K) del LED a infrarossi di ingresso.
• Pin 4:Nessun Collegamento (NC)
• Pin 5:Massa (GND) per il lato di uscita.
• Pin 6:Tensione di Uscita (V_OUT).
• Pin 7:Ingresso di Abilitazione (V_E). Attivo alto; un livello logico alto (>2.0V) abilita l'uscita, un livello logico basso (<0.8V) forza l'uscita alta (vedi Tavola della Verità).
• Pin 8:Tensione di Alimentazione (V_CC) per il lato di uscita (3.3V o 5V).

Nota Critica di Progetto:Un condensatore di bypass da 0.1μF (o superiore) con buone caratteristiche in alta frequenza (ceramico o tantalio solido) deve essere collegato tra il Pin 8 (V_CC) e il Pin 5 (GND), posizionato il più vicino possibile ai pin del package per garantire un funzionamento stabile e minimizzare il rumore di commutazione.

4. Tavola della Verità e Descrizione Funzionale

Il dispositivo opera come una porta logica positiva con funzione di abilitazione. Lo stato di uscita dipende dalla corrente di ingresso (LED) e dalla tensione del pin di abilitazione.

*Con la resistenza di pull-up interna, un pin di abilitazione lasciato flottante assume di default uno stato logico alto.

In sostanza, quando abilitato (V_Ealto), il fotocoupler agisce come un invertitore: un LED acceso (ingresso alto) produce un'uscita bassa, e un LED spento (ingresso basso) produce un'uscita alta. Quando disabilitato (V_Ebasso), l'uscita è forzata alta indipendentemente dallo stato di ingresso, il che può essere utile per il controllo di bus a tre stati, l'implementazione di modalità di risparmio energetico o il multiplexing di più uscite di isolatori.

5. Linee Guida Applicative e Considerazioni di Progetto

5.1 Circuiti Applicativi Tipici

L'applicazione principale è l'isolamento di segnali digitali. Il lato di ingresso richiede una resistenza limitatrice di corrente in serie con il LED per impostare la I_Fdesiderata (es. 5-10mA per garantire la commutazione). Il lato di uscita si collega direttamente all'ingresso della porta logica ricevente. Il pin di abilitazione può essere collegato a V_CCse non utilizzato, o pilotato da un segnale di controllo per il gating dell'uscita.

5.2 Considerazioni di Progetto

• Pilotaggio Ingresso:Assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire una I_Fsufficiente (≥ I_FT) nell'intervallo di temperatura operativa per garantire una corretta commutazione dell'uscita. Tenere conto del coefficiente di temperatura negativo di V_F.
• del LED. Bypass dell'Alimentazione:Il condensatore da 0.1μF su V_CC/GND èobbligatorioper un funzionamento stabile ad alta velocità e deve essere posizionato vicino al dispositivo.
• Considerazioni sul Carico:L'uscita può pilotare fino a 10 ingressi logici standard in parallelo (Fan-out 10). Assicurarsi che il carico capacitivo totale sul pin di uscita non superi significativamente la condizione di test di 15pF per evitare il degrado dei tempi di salita/discesa e dei ritardi di propagazione.
• Layout del PCB:Mantenere una buona distanza di isolamento sul PCB tra il lato di ingresso (area pin 1-4) e il lato di uscita (area pin 5-8) per preservare la classificazione di isolamento ad alta tensione. Seguire le linee guida per creepage e clearance appropriate per i requisiti di tensione dell'applicazione.

6. Informazioni su Conformità e Affidabilità

L'EL060L è progettato e certificato per l'uso in applicazioni industriali e commerciali.

• Conformità Ambientale:Il dispositivo è privo di alogeni (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), privo di piombo e conforme alla direttiva RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose) e ai regolamenti REACH dell'UE.
• Approvazioni di Sicurezza:Possiede le approvazioni delle principali agenzie di sicurezza internazionali:
  • UL (Underwriters Laboratories) e cUL (File No. E214129)
  • VDE (Verband der Elektrotechnik) (File No. 40028116)
  • SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO (agenzie di sicurezza nordiche)
  Queste approvazioni indicano che il dispositivo soddisfa rigorosi standard di sicurezza per l'isolamento elettrico.
• Affidabilità:Le prestazioni sono garantite nell'ampio intervallo di temperatura industriale da -40°C a +85°C.

7. Circuiti di Test e Definizioni delle Forme d'Onda

La scheda tecnica include circuiti di test standard per la caratterizzazione dei parametri di commutazione.

• Fig. 12:Definisce la configurazione di test e i punti di misura per i ritardi di propagazione (t_PHL, t_PLH) e i tempi di transizione in uscita (t_r, t_f). I ritardi sono misurati tra il punto di 3.75mA sulla forma d'onda della corrente di ingresso e il punto di 1.5V sulla forma d'onda della tensione di uscita.
• Fig. 13:Definisce la configurazione di test per i ritardi di propagazione dell'abilitazione (t_EHL, t_ELH), misurati dal punto di 1.5V sull'ingresso di abilitazione.
• Fig. 14:Illustra il circuito di test per l'Immunità ai Transienti di Modo Comune (CMTI), applicando un impulso differenziale ad alta tensione (V_CM) tra le masse di ingresso e uscita per misurare l'immunità al rumore.

8. Saldatura e Manipolazione

Il dispositivo è adatto per i processi standard di assemblaggio a montaggio superficiale.

• Saldatura a Rifusione:La temperatura di picco massima di saldatura è di 260°C, secondo lo standard IPC/JEDEC J-STD-020 per assemblaggi senza piombo. Il dispositivo non deve essere esposto a questa temperatura per più di 10 secondi.
• Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e antistatico nell'intervallo di temperatura di stoccaggio specificato da -55°C a +125°C.
• Precauzioni ESD:Durante la manipolazione, devono essere osservate le normali precauzioni ESD (scarica elettrostatica), come per tutti i dispositivi a semiconduttore.

9. Confronto Tecnico e Posizionamento

L'EL060L si posiziona sul mercato come un isolatore digitale ad alta velocità per uso generale. I suoi principali fattori di differenziazione sono la combinazione di velocità 10Mbit/s, compatibilità con doppia alimentazione 3.3V/5V e l'inclusione di una funzione di abilitazione/strobe in un package SOP-8 standard. Rispetto ai fotocoupler più semplici a 4 pin, offre il controllo aggiuntivo del pin di abilitazione. Rispetto ai più recenti IC isolatori digitali specializzati basati su accoppiamento capacitivo o magnetico, offre l'affidabilità collaudata, l'elevato CMTI e la semplicità della tecnologia optocoupler, spesso a un costo inferiore per applicazioni che non richiedono velocità estreme (>>10Mbit/s).

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso usare un'alimentazione a 5V per V_CC?

R: Sì, il dispositivo è progettato per un funzionamento con doppia alimentazione 3.3V e 5V. Assicurarsi che la tensione nominale del condensatore di bypass sia sufficiente per 5V.

D: È necessaria una resistenza di pull-up esterna sul pin di Abilitazione (V_E)?

R: No. Il dispositivo incorpora una resistenza di pull-up interna, come indicato nella scheda tecnica.

D: Qual è lo scopo del pin di abilitazione?

R: Permette di forzare l'uscita alta, disabilitando di fatto il percorso del segnale. Ciò è utile per portare un'interfaccia bus in uno stato ad alta impedenza, implementare modalità di risparmio energetico o multiplexare più uscite di isolatori.

D: Come calcolo la resistenza in serie di ingresso (R_IN)?

R: R_IN= (V_DRIVE- V_F) / I_F. Utilizzare V_F(max)alla temperatura operativa più bassa per un progetto conservativo, per garantire il raggiungimento della I_Fminima. Ad esempio, con un pilotaggio a 5V, V_F=1.8V e I_F=7.5mA: R_IN= (5 - 1.8) / 0.0075 ≈ 427Ω. Utilizzare il valore standard più vicino (es. 430Ω).

D: Cosa significa "Fan out 10"?

R: Significa che l'uscita può pilotare in modo affidabile gli ingressi di fino a 10 porte logiche digitali standard (es. serie 74HC) collegate in parallelo, mantenendo livelli di tensione logica validi.