5ピンSOP 高速10Mbit/s ロジックゲート フォトカプラ ELM6XXシリーズ データシート - 日本語技術文書

1. 製品概要

ELM6XXシリーズは、要求の厳しいデジタル絶縁アプリケーション向けに設計された高性能・高速ロジックゲートフォトカプラのファミリーです。これらのデバイスは、ストローブ可能な出力機能を備えたロジックゲート出力段を持つ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を統合しています。コンパクトな5ピン小型外形パッケージ（SOP）に収められており、標準的な業界フットプリントに準拠しているため、既存の設計やPCBレイアウトへの容易な統合を可能にします。

この部品の中核機能は、デジタルロジック信号を伝送しながら、2つの電気回路間の電気的絶縁を提供することです。この絶縁は、グランドループの遮断、システムの他の部分に存在する電圧スパイクやノイズから敏感なロジック回路を保護すること、および高コモンモード電圧を伴うアプリケーションでの安全性を確保するために極めて重要です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

ELM6XXシリーズは、現代の電子システムに適したいくつかの重要な利点を備えて設計されています。10 Mbit/sという高速性能により、高速データ通信インターフェースでの使用が可能です。デバイスは-40°Cから+85°Cまでの広い動作温度範囲で性能を保証し、産業用および自動車環境での信頼性を確保します。3750 V_rmsの高い絶縁耐圧は、堅牢な保護を提供します。さらに、本シリーズは、ハロゲンフリー、鉛フリー、RoHS準拠、UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKOの承認を含む、主要な環境および安全規格に準拠しています。

主なターゲット市場およびアプリケーションは以下の通りです：

• 産業オートメーション：PLCのI/O、モータードライブ、センサーインターフェースを制御ロジックから絶縁するため。
• 通信・データ伝送：ラインレシーバおよびデータ多重化システムにおいて、ノイズを除去するため。
• パワーエレクトロニクス：スイッチング電源のフィードバックループにおけるパルストランスの信頼性の高い代替品として。
• コンピュータ周辺機器：異なるグランド電位を持つシステム間のインターフェースとして。
• 一般的なデジタルインターフェース：LSTTL、TTL、5V CMOSなどのロジックファミリー間のレベル変換および絶縁として。

2. 詳細技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定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、詳細かつ客観的な解釈を提供します。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と信頼性の高い動作を確保するために極めて重要です。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、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。これらは動作条件ではありません。

• 入力順方向電流（I_F）：50 mA。この電流を超えると、内部の赤外線発光ダイオード（IRED）が破壊される可能性が高いです。
• 入力逆方向電圧（V_R）：5 V。IREDは逆バイアスに敏感です。この制限は厳守しなければなりません。
• 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出力ピンに印加できる最大電圧を定義します。
• 絶縁耐圧（V_ISO）：1分間3750 V_rms。これは重要な安全パラメータであり、入力ピン（1,3）を短絡し、出力ピン（4,5,6）を短絡した状態で試験されます。内部絶縁バリアの絶縁耐力（耐電圧）を証明します。
• 動作・保管温度：デバイスは-40°Cから+85°Cの動作および-55°Cから+125°Cの保管に対して定格されています。
• はんだ付け温度：10秒間260°C。これはリフローはんだ付けを使用するPCB実装プロセスにおいて重要です。

2.2 電気的特性

これらのパラメータは、通常の動作条件下（特に記載がない限りT_A= -40°C から 85°C）でのデバイスの性能を定義します。

2.2.1 入力特性（IRED側）

• 順方向電圧（V_F）：標準値1.45V、I_F=10mA時最大1.8V。これは入力側に必要な電流制限抵抗を計算するために使用されます。
• V_F:の温度係数：
• 約-1.9 mV/°C。順方向電圧は温度が上昇するとわずかに低下します。_IN入力容量（C）：

標準値70 pF。これは入力回路の高周波応答および駆動要件に影響を与えます。

• 2.2.2 出力・伝達特性 I_CCH電源電流：_CCL（出力ハイ時）は標準6.0 mA、I_CC（出力ロー時）はV
• =5.5V時標準7.5 mAです。これらの値は出力側の消費電力を決定します。_OHハイレベル出力電流（I）：
• 出力はハイ状態時にごくわずかな電流（標準2.1 µA）を供給（ソース）できます。このデバイスは、大きな電流を供給するのではなく、高インピーダンスのCMOS入力を駆動するように設計されています。_OLローレベル出力電圧（V）：
• 13mAをシンク時、標準0.4V、最大0.6V。これは確固たるロジック0レベルを定義します。_FT入力閾値電流（I）：_OL標準2.4 mA、最大5 mA。これは、規定の負荷条件下で出力が有効なロー状態（V

≤ 0.6V）に確実に切り替わるために必要な最小入力電流です。ノイズ耐性を確保するための重要なパラメータです。

2.3 スイッチング特性_CCこれらのパラメータは、標準条件（V_F=5V、I_L=7.5mA、C_L=15pF、R

• =350Ω）で測定されたフォトカプラの動的性能を定義します。_PHL伝搬遅延時間（t_PLH、t）：_PLH入力電流遷移の50%点から出力電圧遷移の対応する点までの時間。t_PHL（ハイへの遷移）は標準50 ns、t
• （ローへの遷移）は標準41 nsで、いずれも最大100 nsです。これらの遅延は最大データレートを制限します。_PHLパルス幅歪み（|t_PLH– t|）：
• 標準9 ns、最大35 ns。この立ち上がり/立ち下がり遅延の非対称性により、高周波では出力パルスが狭くなる可能性があります。_r立ち上がり/立ち下がり時間（t_f、t）：
• 出力立ち上がり時間は標準40 ns、立ち下がり時間は標準10 nsです。一般的に、より速いエッジは信号の完全性にとって優れています。コモンモード過渡耐性（CMH、CML）：_{これは絶縁デバイスにとって重要なパラメータです。絶縁バリアを横切る高速電圧過渡現象に対する出力状態の耐性を測定します。例えば、ELM601は、50Vピークtoピークのコモンモード信号に対して5,000 V/µsのdV/dtに耐え、誤った状態変化を起こしません。ELM611はさらに高い耐性（1000V}p-p

で20,000 V/µs）を提供します。

3. 機械的・パッケージ情報

• デバイスは5ピン小型外形パッケージ（SOP）に収められています。ピン構成は以下の通りです：ピン1：
• 入力IREDのアノード。ピン2：
• 未接続（NC）。ピン3：
• 入力IREDのカソード。ピン4：
• 出力側のグランド（GND）。ピン5：_OUT出力電圧（V
• ）。ピン6：_CC出力側の電源電圧（V

）。

データシートには、PCBフットプリント設計のために参照する必要がある詳細なパッケージ寸法図（ミリメートル単位）が含まれています。信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性を確保するために、表面実装用の推奨パッドレイアウトも提供されています。

4. はんだ付けおよび実装ガイドライン

適切な取り扱いと実装は信頼性のために不可欠です。デバイスは、10秒間最大260°Cのはんだ付け温度に耐えるように定格されており、これは標準的な鉛フリーリフローはんだ付けプロファイル（例：IPC/JEDEC J-STD-020）に適合しています。

• 重要な考慮点：
• リフロー中のチップ部品の浮き上がりや位置ずれを防ぐために、推奨パッドレイアウトを使用してください。
• 内部ダイおよびプラスチックパッケージへの熱損傷を避けるために、規定の温度プロファイルを遵守してください。
• デバイスには敏感な半導体部品が含まれているため、取り扱い中は標準的なESD（静電気放電）対策に従ってください。

保管温度定格（-55°Cから+125°C）に従い、乾燥した管理された環境でデバイスを保管してください。

5. 梱包および発注情報

• ELM6XXシリーズは、生産ニーズに合わせて異なる梱包オプションで提供されています：標準オプション（なし）：
• デバイスは静電気防止チューブで供給され、1チューブあたり100個です。テープ＆リールオプション（TA/TB）：

デバイスは自動ピックアンドプレース実装用にテープ＆リールで供給され、1リールあたり3000個です。'TA'と'TB'は、おそらく異なるリールサイズまたはテープ仕様を指します。型番体系：

• ELM6XX(Z)-VXX：
• 特定の型番（00、01、または11）。これらは、おそらくコモンモード過渡耐性定格（例：ELM600、ELM601、ELM611）に基づいてバリエーションを区別します。Z：
• テープ＆リールオプション（TA、TB、またはチューブの場合はなし）。V：

オプションのVDE承認マーキング。

6. アプリケーション提案と設計上の考慮点

6.1 代表的なアプリケーション回路_OUT主なアプリケーションはデジタル信号の絶縁です。典型的な回路は、入力IREDと直列に接続された電流制限抵抗をロジック信号に接続するものです。出力ピン（V_CC）は、プルアップ抵抗（R_L）を介してV_Lに接続され、受信ロジックゲートの入力を駆動します。R

の値（例：350Ω）と負荷容量はスイッチング速度に影響を与えます。

• 6.2 重要な設計上の注意点入力電流：_F入力電流（I_FT）が、確実なロー出力を保証するための最大入力閾値電流（I_F）を満たすか超えることを確認してください。ただし、絶対最大定格を超えないようにしてください。典型的な動作I
• は7.5mAから10mAが一般的です。ノイズ耐性：
• ノイズの多い環境では、アプリケーションで予想されるノイズレベルに適した、より高いコモンモード過渡耐性を持つバリアント（ELM601またはELM611）を選択してください。電源デカップリング：_CC出力側のV
• およびGNDピンの近くにバイパスコンデンサ（例：0.1 µF）を使用して、安定した動作を確保し、スイッチングノイズを最小限に抑えてください。真理値表：

デバイスは非反転バッファとして機能します。入力がロジックハイ（H）（IREDオン）の場合、出力はロジックロー（L）になります。入力がロジックロー（L）（IREDオフ）の場合、出力はロジックハイ（H）になります（プルアップ抵抗による）。

7. 技術比較と差別化

標準的な4N25/4N35シリーズのフォトカプラと比較して、ELM6XXシリーズは大幅に高い速度（10 Mbit/s 対 ~100 kbit/s）および優れたコモンモード除去比を提供します。そのロジックゲート出力は、フォトトランジスタ出力でしばしば必要とされる追加のシュミットトリガ回路を必要とせずに、クリーンなデジタル波形を提供します。5ピンSOPパッケージは、古いDIPパッケージよりもコンパクトです。ELM6XXシリーズ自体における主な差別化は、段階的なコモンモード過渡耐性であり、設計者は特定のノイズ環境に適した適切なコスト/性能レベルを選択することができます。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 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: 標準的な伝搬遅延により、規定通り最大10 Mbit/sまでのデータレートが可能です。ただし、システムにおける実際の最大信頼性レートは、パルス幅歪みおよび受信ロジックのセットアップ/ホールド時間により低くなります。保守的な設計では5-8 Mbit/sを目標とするかもしれません。

Q2: ELM600、ELM601、ELM611の間でどのように選択すればよいですか？

A: 選択は主に必要なコモンモード過渡耐性（CMTI）に基づきます。低ノイズの基本的な絶縁にはELM600を使用してください。ELM601（5,000 V/µs）は、産業用モータードライブや電源アプリケーションに適しています。ELM611（20,000 V/µs）は、大電力インバータのような非常にノイズの多い環境向けです。

Q3: このデバイスを使用してLEDやリレーを直接駆動できますか？_OHA: できません。出力は高インピーダンスのCMOSまたはTTLロジック入力を駆動するように設計されています。その電流供給/吸込み能力は限られています（I_OLは非常に低く、I

は13mAで規定されています）。より高い電流負荷を駆動するには、追加のバッファまたはトランジスタ段が必要です。_LQ4: どの値のプルアップ抵抗（R

）を使用すべきですか？_LA: データシートでは、R

=350Ωでの試験条件が規定されています。これは良い出発点です。抵抗値を小さくすると立ち上がり時間は速くなりますが、消費電力と出力電流が増加します。抵抗値を大きくすると電力は節約できますが、立ち上がり時間が遅くなります。値は、負荷容量と必要な速度を考慮して選択する必要があります。

9. 実用的アプリケーション事例

シナリオ: マイクロコントローラのUARTをRS-485トランシーバから絶縁する。_OUT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のUART TXラインを、ノイズの多い長距離バスに接続する5V RS-485トランシーバから絶縁する必要があります。この目的にELM601を使用できます。マイクロコントローラのピンは、電流制限抵抗（例：(3.3V - 1.45V)/7.5mA ≈ 247Ω）を介してIREDを駆動します。出力側はRS-485トランシーバの5Vレールから給電されます。350Ωの抵抗で5VにプルアップされたV

ピンは、RS-485 ICのDriver Input（DI）ピンに直接接続されます。この設定により、敏感なマイクロコントローラとノイズの多いバス間のグランド接続が遮断され、マイクロコントローラがバス起因の過渡現象から保護され、3.3Vから5Vへのロジックレベル変換が処理されます。ELM601の高いCMTIにより、バス上のノイズにもかかわらずデジタル信号がそのまま維持されます。

10. 動作原理

デバイスは光電変換の原理に基づいて動作します。入力側（ピン1および3）に印加された電流により、赤外線発光ダイオード（IRED）が光を発します。この光は内部の透明な絶縁バリア（通常は成形プラスチックギャップ）を横断します。出力側では、モノリシックシリコンフォトディテクタ集積回路がこの光を受け取ります。このICには、フォトダイオード、高利得増幅器、およびロジックゲート出力段（おそらくトーテムポールまたは類似の構造）が含まれています。増幅器は光電流を電圧に変換し、ロジック段がそれをバッファリングしてクリーンなデジタル信号として出力します。言及されているストローブ可能な出力機能は、出力状態を保持できる内部ラッチまたはイネーブル機能を指している可能性がありますが、詳細な内部回路図が必要です。

11. 技術トレンド₂デジタル絶縁のトレンドは、より高速、低消費電力、小型パッケージ、および高集積化に向かっています。ELM6XXのようなフォトカプラは多くのアプリケーションで優れた性能を維持していますが、容量性（SiO