8ピンDIPワイドボディ 高速10Mbit/s ロジックゲート フォトカプラ ELW137シリーズ データシート - 日本語技術文書

1. 製品概要

ELW137、ELW2601、およびELW2611シリーズは、高速デジタル信号絶縁を必要とするアプリケーション向けに設計された高速ロジックゲートフォトカプラ（光アイソレータ）です。コアコンポーネントは、ロジックゲート出力を備えた高速集積フォトディテクタに光結合された赤外線発光ダイオードです。本デバイスは、業界標準の8ピンデュアルインナイン（DIP）ワイドボディパッケージで提供され、表面実装（SMD）オプションも用意されています。主な機能は、最大10メガビット/秒（Mbit/s）の速度でデジタルロジック信号を伝送しながら、入力回路と出力回路間の電気的絶縁を提供することです。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本シリーズの主な利点は、高速性能にあり、現代のデジタル通信インターフェースに適しています。5000 V_rmsの高絶縁電圧を提供し、システムの安全性とノイズ耐性を向上させます。本デバイスは、-40°Cから+85°Cまでの広範な産業用温度範囲で保証された性能を発揮するよう設計されています。主要な国際安全規格（UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO）を取得しており、EUのREACHおよびRoHS指令にも準拠しています。ターゲット市場は、信頼性の高い信号絶縁が重要な産業オートメーション、通信機器、コンピュータ周辺機器、医療機器、スイッチング電源などです。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに記載されている主要な電気的および性能パラメータについて客観的な解釈を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。通常の動作条件での使用を意図したものではありません。

• 入力順方向電流（I_F)）： 50 mA。これを超えると入力LEDが破損する可能性があります。
• 逆電圧（V_R)）： 5 V。入力ダイオードの逆電圧耐性は限られています。
• 電源電圧（V_CC）および出力電圧（V_O)）： 7.0 V。これは出力側の電源および信号ピンに印加できる最大電圧を定義します。
• 絶縁電圧（V_ISO)）： 1分間 5000 V_rms。これは、入力側と出力側間の絶縁耐力（耐電圧）を示す重要な安全パラメータです。
• 動作温度（T_OPR)）： -40°C から +85°C。本デバイスは産業環境での使用を想定しています。
• はんだ付け温度（T_SOL)）： 10秒間 260°C。これはPCB実装プロセスにおいて重要です。

2.2 電気的特性

これらは、動作温度範囲内の指定された試験条件下で保証されるパラメータです。

2.2.1 入力特性

• 順方向電圧（V_F)）： I_F=10mA時、標準値1.4V、最大1.8V。これは入力側の電流制限回路を設計する際に使用されます。
• 入力容量（C_IN)）： 標準値 70 pF。これは入力段の高周波応答に影響を与えます。

2.2.2 出力および伝達特性

• 電源電流（I_CCH、I_CCL)）： 出力ICは、6.5-10mA（出力High時）および8-13mA（出力Low時）を消費します。これは出力側の電力要件を決定します。
• Lowレベル出力電圧（V_OL)）： 13mAシンク時、最大0.6V。これにより、TTLおよび低電圧CMOSロジック入力との互換性が確保されます。
• 入力閾値電流（I_FT)）： 3.0 から 5.0 mA。これは、最悪条件下でも有効なロジックLow出力を保証するために必要な入力LEDの最小電流です。設計では、この最大値を上回る電流を使用すべきです。

2.3 スイッチング特性

これらのパラメータは、高速データ伝送に不可欠なタイミング性能を定義します。

• 伝搬遅延時間（t_PHL、t_PLH)）： 各々 最大 100 ns。これが最大データレートを制限します。データシートでは10 Mbit/sの能力が規定されています。
• パルス幅歪み |t_PHL- t_PLH||： 最大 40 ns。この非対称性は、伝送信号のデューティサイクルに影響を与える可能性があります。
• 立上り/立下り時間（t_r、t_f)）： t_rは標準値40 ns、t_fは標準値10 nsです。この種のデバイスでは立下り時間の方が速いのが一般的です。
• 同相過渡耐性（CMH、CML）： ノイズ耐性における重要なパラメータです。ELW2611は最高性能（10,000 - 20,000 V/µs）を提供し、出力エラーを引き起こすことなく、入力と出力のグランド間の非常に高速な電圧スパイクを除去できることを意味します。ELW137のCMTIは規定されていませんが、ELW2601は5,000 V/µsを提供します。

3. ピン配置と機能説明

本デバイスは8ピンDIP構成を採用しています。ピン1と4は未接続（NC）です。入力側は、LED用のピン2（アノード）とピン3（カソード）で構成されます。出力側には、ピン5（グランド）、ピン6（V_OUT- 出力）、ピン7（V_E- イネーブル）、およびピン8（V_CC- 電源電圧）が含まれます。イネーブルピン（V_E）は出力を制御します。真理値表は次のロジックを示しています：イネーブルがHighの場合、出力は入力の反転（アクティブロー）です。イネーブルがLowの場合、入力に関わらず出力は強制的にHighになります。データシートでは、安定動作のためにピン8（V_CC）とピン5（GND）間に0.1µFのバイパスコンデンサを接続することが義務付けられています。

4. アプリケーション提案

4.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• グランドループ除去およびロジックレベル絶縁： 異なるグランド電位を持つサブシステム間のデジタル信号を絶縁し、ノイズやグランドループを防止します。
• データ伝送およびラインレシーバ： シリアル通信リンク（RS-232、RS-485インターフェース）での絶縁に使用されます。
• スイッチング電源： フライバックコンバータなどの絶縁型コンバータトポロジーにおいて、フィードバック絶縁を提供します。
• コンピュータ周辺機器インターフェース： プリンタや産業用I/Oカードとの間の信号を絶縁します。
• パルストランスの代替： より簡素な駆動回路で信号絶縁を行う、固体素子による代替手段を提供します。

4.2 設計上の考慮点

• 入力電流設定： 入力LED電流は直列抵抗を用いて設定する必要があります。確実なスイッチングを保証するため、I_Fは最大I_FT（5mA）よりも高い値に設定すべきです。標準的な試験条件では7.5mAが使用されます。抵抗値は（V_DRIVE- V_F） / I_F.
• で計算されます。イネーブルピンの使用方法_CC： イネーブルピンは、出力のゲーティングや、不要な場合は固定電圧への接続に使用できます。V
• を0.5V以上超えてはなりません。出力負荷_OL： 出力は、有効なV
• を確保するために最大13mAまでシンクできます。より高い電流や容量性負荷を駆動する場合は、外部バッファが必要になる場合があります。ノイズ耐性
• ： 高ノイズ環境では、優れた同相過渡耐性（CMTI）を備えたELW2611バリアントを選択してください。ELW2611用の図15に示す推奨駆動回路は、入力LED電流のエッジをシャープにするためにトランジスタを使用しており、CMTI性能をさらに向上させます。バイパス

： 出力側の0.1µFコンデンサは、電源ノイズを最小限に抑え、安定した高速動作を確保するために不可欠です。

5. 技術比較と選定ガイダンス

本シリーズには、ELW137、ELW2601、ELW2611の3つの主要バリアントが含まれます。主な違いは同相過渡耐性（CMTI）です。ELW137は基本的な絶縁を提供します。ELW2601は中程度のCMTI（5,000 V/µs）を提供します。ELW2611は高いCMTI（10,000 - 20,000 V/µs）を提供します。選択は、アプリケーションの電気的ノイズ環境に基づいて行うべきです。モータードライブ、産業用PLC、ノイズの多い電源などには、ELW2611が推奨されます。要求の厳しくないデジタル絶縁には、ELW2601またはELW137で十分な場合があります。

6. よくある質問（技術パラメータに基づく）

6.1 達成可能な最大データレートは？

本デバイスは10 Mbit/sで規定されていますが、実際に使用可能な最大レートは伝搬遅延時間と立上り/立下り時間に依存します。最大伝搬遅延が100 nsの場合、矩形波の理論上の最大周波数はこれよりも低くなります。信頼性の高いデータ伝送のためには、総合的なパルス歪みとシステムのタイミングマージンを考慮してください。

6.2 入力抵抗値をどのように計算しますか？_IN次の式を使用します： R_{= (V}DRIVE_F- V_F) / I_F。最悪ケース設計のため、V_Fは最大値（1.8V）と仮定します。5V駆動でI_IN= 10mAの場合、R

= (5V - 1.8V) / 0.01A = 320 Ωです。最も近い標準値（例：330 Ω）を使用してください。

6.3 3.3Vロジックで使用できますか？_CC出力側のV_CCは3.3Vで駆動可能です。ただし、電気的特性はV_OL=5.5Vで試験されています。V_OH、I_F、伝搬遅延などのパラメータは、3.3Vでは異なる可能性があります。入力側は独立しており、正しいI

が達成される限り、LEDは3.3V電源で駆動できます。

6.4 イネーブルピンの目的は？_Eイネーブルピン（V

）は、サードステート制御を提供します。Low（<0.8V）に駆動すると、出力を強制的にHighにし、実質的に入力から出力への信号経路を無効にします。これは、複数のアイソレータ出力を単一のバスラインに多重化したり、省電力モードに使用したりするために利用できます。

7. 実践的設計事例シナリオ：

産業用センサーノードにおいて、3.3Vマイクロコントローラと5V RS-485トランシーバ間の1 Mbit/s UART信号を絶縁する。

1. 設計手順：バリアント選択：
2. 産業環境での高いノイズ耐性のためにELW2611を選択。入力回路：_INマイクロコントローラのGPIO（3.3V）がLEDを駆動。抵抗計算： R
3. = (3.3V - 1.8V) / 0.01A = 150 Ω。LEDアノード（ピン2）に直列に150Ω抵抗を使用。カソード（ピン3）はマイクロコントローラのGNDへ接続。出力回路：_CC出力側を5V（V_CCピン8）で給電。ピン8とピン5（GND）間に0.1µFセラミックコンデンサを接続。出力ピン6をRS-485トランシーバの入力ピンに直接接続。トランシーバの入力インピーダンスが負荷として機能します。イネーブルピン7は、常時動作させるために10kΩ抵抗を介してV
4. （5V）に接続するか、制御用に別のGPIOで駆動します。レイアウト：

入力側と出力側の配線を物理的に分離してください。バイパスコンデンサはピン8とピン5のできるだけ近くに配置してください。

8. 動作原理

フォトカプラは、光結合の原理に基づいて動作します。電気入力信号が赤外線発光ダイオード（LED）を駆動します。発せられた光は、絶縁された出力側のフォトダイオードまたはフォトトランジスタによって検出されます。このロジックゲートフォトカプラでは、出力側にはより複雑な集積回路が含まれています。フォトディテクタの電流は増幅され、デジタルロジックゲート（通常はシュミットトリガ）によって処理され、クリーンで明確なデジタル出力信号が生成されます。光路は電気的絶縁バリアを提供します。光は物理的なギャップ（透明な絶縁材料を通して）を通過できますが、電気は通過できないため、グランドループや高電圧過渡現象を遮断します。

9. 業界動向