8ピンSOPデュアルチャネル高速10Mbit/sロジックゲートフォトカプラEL063Xシリーズデータシート - 技術文書

1. 製品概要

EL063Xシリーズは、デュアルチャネル高速ロジックゲートフォトカプラ（光アイソレータ）のファミリーです。これらのデバイスは、2つの回路間で堅牢な電気的絶縁と高速デジタル信号伝送を提供するように設計されています。コア機能は、赤外発光ダイオード（LED）をロジックゲート出力付き高速集積フォト検出器に光学的に結合させ、絶縁バリアを介してロジックレベル信号を伝送することです。この設計により、グランドループを効果的に遮断し、ノイズ伝送を防止し、電圧スパイクやグランド電位差から敏感な回路を保護します。

この部品の主な適用分野は、信頼性が高くノイズ耐性のある信号伝送が重要な産業オートメーション、通信インターフェース、電源制御、コンピュータ周辺機器です。単一パッケージ内のデュアルチャネル構成は、差動信号アプリケーションや複数の制御ラインを絶縁する際に、スペース節約の利点と整合したチャネル特性を提供します。

2. 技術パラメータ詳細解説

電気的および光学的パラメータは、フォトカプラの動作限界と性能を定義します。

2.1 絶対最大定格

これは、いかなる条件下でも（一瞬たりとも）超えてはならないストレス限界です。これらの定格を超えてデバイスを動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 入力順方向電流（I_F)）： 20 mA DC/平均。これは入力LEDを流れる最大電流を制限します。
• 入力逆方向電圧（V_R)）： 5 V。入力LEDが耐えられる最大逆バイアス電圧です。
• 出力電流（I_O)）： 50 mA。出力トランジスタがシンクできる最大電流です。
• 出力電圧（V_O）および電源電圧（V_CC)）： 7.0 V。出力側ピンに印加できる最大電圧です。
• 絶縁耐圧（V_ISO)）： 1分間 3750 V_rms。これは、入力側と出力側の間の絶縁バリアの絶縁耐力（耐電圧）を示す重要な安全パラメータであり、ピン1-4を短絡、ピン5-8を短絡した状態で試験されます。
• 動作温度（T_OPR)）： -40°C から +100°C。デバイスが機能することが保証される周囲温度範囲です。
• 保存温度（T_STG)）： -55°C から +125°C。

2.2 電気的特性

これらのパラメータは、指定された動作条件（特に記載がない限り Ta = -40°C から 85°C）で保証されます。

2.2.1 入力特性

• 順方向電圧（V_F)）： 典型的に1.4V、I_F= 10 mA 時に最大1.8V。これは入力LED駆動回路に必要な直列抵抗を計算するために使用されます。
• V_Fの温度係数： 約 -1.8 mV/°C。LED順方向電圧は温度が上昇すると減少します。
• 入力容量（C_IN)）： 典型的に60 pF。この寄生容量は入力側の高周波性能に影響を与えます。

2.2.2 出力・伝達特性

• 電源電流（I_CCH/I_CCL)）： 出力ICが消費する静止電流。I_CCH（出力ハイ時）は典型的に13 mA（最大18 mA）。I_CCL（出力ロー時）は、V_CC= 5.5V で典型的に15 mA（最大21 mA）。これは電力予算計算に重要です。
• ハイレベル出力電流（I_OH)）： 出力は、ハイロジックレベル（V_OがV_CCに近い状態）を維持しながら、最大100 µAをソースできます。これは弱いソース能力です。
• ローレベル出力電圧（V_OL)）： I_F= 5mA かつ I_CL= 13mA 時に最大0.6V。これは出力トランジスタが能動的に電流をシンクしているときの電圧レベルを定義し、TTL/CMOSロジックのロー閾値との互換性を確保します。
• 入力閾値電流（I_FT)）： 最大5 mA。これは、指定条件下で出力が有効なロー状態（V_O≤ 0.6V）に確実に切り替わるために必要な入力電流です。設計者は、確実なスイッチングのために駆動回路が少なくともこの電流を供給することを保証しなければなりません。

2.3 スイッチング特性

これらのパラメータは高速デジタル性能を定義し、標準試験条件（Ta=25°C、V_CC=5V、I_F=7.5mA、C_L=15pF、R_L=350Ω）で測定されます。

• 伝搬遅延時間（t_PHL、t_PLH)）： 各々最大100 ns。t_PHLは入力LEDがON（電流上昇）してから出力が下降するまでの遅延です。t_PLHは入力LEDがOFF（電流下降）してから出力が上昇するまでの遅延です。これらの遅延は最大データレートを制限します。
• パルス幅歪み（|t_PHL– t_PLH|）： 最大35 ns。立ち上がりと立ち下がりの遅延間のこの非対称性は、伝送パルスのデューティサイクルを歪ませる可能性があり、タイミングに敏感なアプリケーションでは重要です。
• 出力立ち上がり/立ち下がり時間（t_r、t_f)）： t_rは典型的に40 ns（10% から 90%）、t_fは典型的に10 ns（90% から 10%）。より速い立ち下がり時間は、能動的プルダウン出力段の特徴です。
• コモンモード過渡耐性（CMTI）： これは、モータードライブやスイッチング電源などのノイズの多い環境におけるノイズ耐性の重要なパラメータです。絶縁バリアを横切って現れる高速電圧過渡現象を除去するデバイスの能力を測定します。
  • EL0630： 最小 5000 V/µs。
  • EL0631： 最小 10000 V/µs。このより高いCMTIにより、EL0631は厳しい電気ノイズのあるより要求の厳しいアプリケーションに適しています。
  • 耐性は、出力ハイ（CM_H）状態と出力ロー（CM_L）状態の両方で規定されており、過渡現象イベント中に出力が誤ってトグルしないことを保証します。

3. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋では代表的な電気光学特性曲線に言及していますが、具体的なグラフは本文に含まれていません。通常、フォトカプラのこのような曲線には以下が含まれます：

• 電流伝達率（CTR）対順方向電流（I_F)）： 異なる駆動レベルにわたる光結合の効率（出力電流 / 入力電流）を示します。
• 伝搬遅延時間対順方向電流（I_F)）： スイッチング速度がLED駆動電流とともにどのように変化するかを示します。I_Fが高いほど、一般に伝搬遅延は減少します。
• 伝搬遅延時間対温度： スイッチング速度の温度依存性を示します。
• 出力飽和電圧対出力電流： 電流をシンクしているときの出力トランジスタの性能を特徴付けます。

設計者は、速度とLED電流/電力損失のトレードオフなど、特定のアプリケーションを最適化するためにこれらの関係を理解するために、グラフ付きの完全なデータシートを参照すべきです。

4. 機械的・パッケージ情報

デバイスは標準的な8ピン小型外形パッケージ（SOPまたはSOIC）に収められています。この表面実装パッケージは一般的なSO8フットプリントに準拠しており、容易なPCBレイアウトと実装を可能にします。

4.1 ピン配置

ピン配置は以下の通りです：

• ピン 1： アノード（チャネル1入力LED）
• ピン 2： カソード（チャネル1入力LED）
• ピン 3： カソード（チャネル2入力LED）
• ピン 4： アノード（チャネル2入力LED）
• ピン 5： グランド（GND） - 出力側共通。
• ピン 6： V_OUT2（チャネル2出力）
• ピン 7： V_OUT1（チャネル1出力）
• ピン 8： V_CC（出力側電源電圧、典型的に+5V）

重要な注意点：入力側と出力側は完全に絶縁されています。ピン1-4は絶縁入力側、ピン5-8は絶縁出力側にあります。PCBレイアウトは、絶縁定格を維持するために、これら2組のピンとそれに関連するトレースの間に十分な沿面距離と空間距離を維持しなければなりません。

5. はんだ付け・実装ガイドライン

デバイスは標準的な表面実装プロセスに適しています。

• はんだ付け温度： 許容される最大はんだ付け温度は10秒間260°Cです。これは典型的な無鉛リフローはんだ付けプロファイルと互換性があります。
• 湿気感受性： 抜粋では明示されていませんが、ほとんどのプラスチック封止SMDは湿気感受性レベル（MSL）を持ちます。リフロー中のポップコーン現象を防ぐためには、必要に応じた適切な取り扱い、ベーキング、およびメーカーガイドラインに従った保管が不可欠です。
• 出力バイパス： 重要な設計上の注意（*3）として、V_CC電源ピン（8）は0.1 µF以上のコンデンサ（良好な高周波特性を持つセラミックまたは固体タンタル）でバイパスしなければならないと規定されています。このコンデンサは、安定動作を確保し、電源レール上のスイッチングノイズを最小限に抑えるために、ピン8（V_CC）とピン5（GND）の間にできるだけ近くに配置する必要があります。

6. アプリケーション提案

6.1 代表的なアプリケーション回路

データシートにはいくつかの主要なアプリケーションがリストされています：

• グランドループ除去： 主な機能であり、2つのサブシステムのグランドを絶縁して循環電流とノイズを防止します。
• ロジックレベル変換/インターフェース： 絶縁を提供しながら、異なるロジックファミリ（例：LSTTLからTTLまたは5V CMOS）間のインターフェースが可能です。
• データ伝送・ラインレシーバ： 絶縁されたシリアルデータリンク（例：RS-232、RS-485絶縁）、デジタルI/O絶縁、マルチプレクシングに適しています。
• スイッチング電源フィードバック： フライバックや他の絶縁コンバータトポロジーにおいて、二次側（出力側）から一次側（コントローラ側）へのフィードバック信号を絶縁します。
• パルストランス置換： 絶縁バリアを介したデジタルパルス伝送のための、より信頼性が高くコンパクトな固体素子の代替手段を提供します。
• コンピュータ周辺機器インターフェース： プリンタ、産業用I/Oカード、または他の周辺機器との間の信号を絶縁します。

6.2 設計上の考慮点

• 入力駆動回路： 入力電源電圧（V_IN）、所望の順方向電流I_F、およびLEDのV_Fに基づいて直列抵抗を計算しなければなりません。R_series= (V_IN- V_F) / I_F。I_Fは確実なスイッチングのためにI_FT以上でなければならず、速度を向上させるために絶対最大定格まで増加させることができますが、その代償として電力損失が高くなります。
• 出力負荷： 出力は標準的なロジック負荷を駆動するように設計されています。プルアップ抵抗R_L（V_CCと出力ピンの間に接続）はロジックハイレベルと立ち上がり時間を設定します。R_Lが小さいほど立ち上がり時間は速くなりますが、出力がロー時の消費電力が増加します。試験条件ではR_L=350Ωを使用しています。
• 電力損失： 入力側（P_D= V_F* I_F）と出力側の両方の総電力損失を計算し、特に高温時に限界内に収まることを確認します。
• チャネル選択： コモンモードノイズに対するより高い耐性（CMTI ≥ 10,000 V/µs 対 5,000 V/µs）を必要とするアプリケーションでは、EL0630よりもEL0631を選択してください。

7. 技術比較・差別化

EL063Xシリーズは、いくつかの主要な特徴によって市場で差別化されています：

• 高速性： 10 Mbit/sの能力と伝搬遅延時間≤100 nsは、高速デジタル通信に適した高速フォトカプラカテゴリーに位置付けます。
• SOP-8内のデュアルチャネル： コンパクトで標準的なパッケージ内に2つの絶縁チャネルを統合し、2つのシングルチャネルデバイスと比較して基板スペースを節約します。
• 高CMTI： 特にEL0631の最小10 kV/µs CMTIは、産業用モータードライブなどの電気的にノイズの多い環境において、低CMTIのフォトカプラが誤動作する可能性がある中で、大きな利点です。
• 広い温度範囲： -40°Cから85°Cまでの性能保証、および最大100°Cまでの動作範囲は、産業および自動車アプリケーションに適しています。
• 包括的な安全認証： デバイスは主要な国際安全機関（UL、cUL、VDE、SEMKOなど）の認証を取得しており、規制市場における最終製品ではしばしば必須要件となります。
• 環境対応： ハロゲンフリー（Br/Cl制限）、鉛フリー、RoHS準拠、REACH準拠であり、現代の環境規制を満たしています。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このフォトカプラで達成できる最大データレートはどれくらいですか？

A: 10 Mbit/sの仕様と最大100 nsの伝搬遅延時間は、NRZデータに対して理論上の最大データレートが約5-10 Mbpsであることを示唆しています。実際には、達成可能なレートは特定の波形、立ち上がり/立ち下がり時間、およびパルス幅歪みに依存します。信頼性の高い動作のためには、1-5 Mbpsの控えめな設計目標が典型的です。

Q: EL0630とEL0631の間でどのように選択すればよいですか？

A: 主な違いはコモンモード過渡耐性（CMTI）です。アプリケーションに大きなスイッチングノイズ（例：モータードライブ付近、大電力インバータ、ノイズの多い電源）が含まれる場合、EL0631（10 kV/µs）は優れたノイズ耐性を提供します。ノイズの少ない環境では、EL0630（5 kV/µs）で十分な場合があります。

Q: V_CC?

にバイパスコンデンサが必要なのはなぜですか？_CCA: 出力段の高速スイッチングにより、V_CCラインに瞬間的な電流スパイクが発生する可能性があります。ローカルのバイパスコンデンサは、この電流に対して低インピーダンスの供給源を提供し、V

上の電圧降下やスパイクを防ぎ、誤動作やノイズ放射を引き起こす可能性を低減します。効果を発揮するためには、ピンの近くに配置することが極めて重要です。

Q: このデバイスを使用してアナログ信号を絶縁できますか？A: いいえ。これはロジックゲート

フォトカプラです。出力はデジタルロジックレベル（ハイまたはロー）であり、入力電流の線形表現ではありません。アナログ絶縁には、リニアフォトカプラ（フォトトランジスタまたはフォトダイオード出力付き）が必要です。

Q: 説明に記載されているストローブ可能出力の目的は何ですか？

A: この抜粋では詳細が述べられていませんが、ストローブ可能出力は通常、出力段にイネーブルまたはストローブ制御があることを意味します。これにより、第三の制御信号によって出力をオン/オフまたはラッチすることが可能になり、マルチプレクシングアプリケーションや消費電力削減に有用です。ここでのピン配置には別個のストローブピンは示されていないため、この機能は特定のモードで内部統合されているか、入力信号自体によって出力がイネーブルされることを指している可能性があります。

9. 動作原理_F動作原理は光電変換に基づいています。十分な順方向電流（I_L）が入力赤外発光ダイオード（IRED）に印加されると、光光子を放出します。これらの光子は透明な絶縁バリア（通常は成形プラスチックコンパウンド）を通過します。出力側では、高速シリコンフォト検出器集積回路がこの光を受け取ります。このICは、光を光電流に変換するフォトダイオードを含んでいます。この光電流は、内部増幅器とコンパレータ回路（ロジックゲート）によって処理され、クリーンで明確なデジタル出力電圧を生成します。入力LEDがONのとき、出力はロジックLOW状態（通常は能動的プルダウントランジスタによって）に駆動されます。入力LEDがOFFのとき、出力回路はピンをロジックHIGH状態（外部プルアップ抵抗R

を通じて）にプルします。この正論理動作は、提供された真理値表に要約されています：入力ハイ = 出力ロー、入力ロー = 出力ハイ。

10. 業界動向と背景

• EL063Xシリーズのようなフォトカプラの開発は、エレクトロニクスにおけるいくつかの主要なトレンドによって推進されています：高速性と帯域幅の要求増加
• ： 産業ネットワーク（EtherCAT、PROFINET IRT）や通信インターフェースが高速化するにつれ、アイソレータもそれに追従しなければなりません。キロビットからメガビット、そして現在では10メガビット以上の速度への移行が顕著です。ノイズ耐性の向上
• ： 産業および自動車環境は電気的にますます複雑になり、モータードライブ、スイッチング電源、RF源からのノイズの中で信頼性の高い動作を確保するために、より高いCMTI定格を持つアイソレータが必要とされています。小型化と集積化²： SOP-8パッケージ内のデュアルチャネル設計は、PCB実装面積を節約し、部品点数を削減する必要性を反映しています。さらなるトレンドには、より多くのチャネル（クワッドアイソレータ）の統合や、ADCドライバやI
• Cレベル変換などの他の機能との組み合わせが含まれます。強化された安全性と信頼性基準
• ： 業界全体でのより厳格な安全規制により、より高い絶縁耐圧、より長い動作寿命、およびUL、VDE、CQCなどの機関からの堅牢な認証を持つ部品が求められています。代替絶縁技術₂： フォトカプラは成熟していますが、容量結合アイソレータ（SiO

バリア使用）や磁気（巨大磁気抵抗またはトランスベース）アイソレータとの競争に直面しており、これらは速度、消費電力、集積密度において利点を提供できます。しかし、フォトカプラはその高いCMTI、シンプルさ、よく理解された信頼性により、強固な地位を維持しています。