Dokumen Teknikal ELM8XL-G Series Photocoupler - Pakej SOP 5-Pin - Bekalan 3.3V/5V - Kelajuan 15MBit/s

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri ELM8XL-G mewakili keluarga fotokopel (pengasing optik) keluaran pintu logik berkelajuan tinggi yang direka untuk aplikasi pengasingan digital moden. Fungsi teras peranti ini adalah untuk menyediakan pengasingan galvanik antara litar input dan output sambil menghantar isyarat logik digital pada kelajuan tinggi. Ia mengintegrasikan diod pemancar cahaya inframerah (LED) di sebelah input, yang digandingkan secara optik kepada litar bersepadu pengesan CMOS di sebelah output. Kaedah gandingan optik ini menghapuskan sambungan elektrik, menyediakan penebatan voltan tinggi dan kekebalan bunyi, yang amat kritikal dalam sistem dengan keupayaan bumi yang berbeza atau dalam persekitaran elektrik yang bising.

Peranti ini dibungkus dalam pakej Small Outline (SOP) 5-pin permukaan yang padat, menjadikannya sesuai untuk proses pemasangan automatik dan reka bentuk PCB yang terhad ruang. Matlamat reka bentuk utamanya adalah untuk memudahkan penghantaran data yang boleh dipercayai dan berkelajuan tinggi merentasi halangan pengasingan, berfungsi sebagai pengganti langsung untuk transformer denyut dalam banyak aplikasi sambil menawarkan kelebihan dari segi saiz, kos, dan integrasi.

1.1 Kelebihan Teras dan Pasaran Sasaran

Siri ELM8XL-G menawarkan beberapa kelebihan utama yang menentukan kedudukannya dalam pasaran. Pertama ialahkeupayaan kelajuan tinggi, menyokong kadar data sehingga 15 Megabit sesaat (MBit/s). Ini menjadikannya sesuai untuk antara muka komunikasi moden dan isyarat kawalan pantas. Kedua ialahkeserasian voltan bekalan dwi, berfungsi dengan betul dengan kedua-dua aras logik CMOS 3.3V dan 5V, yang memberikan fleksibiliti reka bentuk untuk sistem voltan campuran. Ketiga ialahpenarafan penebatan tinggisebanyak 3750 V_rms, memastikan keselamatan dan kebolehpercayaan dalam aplikasi yang memerlukan perlindungan daripada lonjakan voltan tinggi atau perbezaan keupayaan bumi.

Peranti ini juga dikilangkan untuk memenuhi piawaian alam sekitar dan keselamatan yang ketat. Ia adalahbebas halogen(dengan Bromin <900ppm, Klorin <900ppm, Br+Cl <1500ppm), mematuhi peraturan EU REACH, dan bebas Pb serta mematuhi RoHS. Ia membawa kelulusan daripada agensi keselamatan antarabangsa utama termasuk UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, dan FIMKO, yang penting untuk produk yang menyasarkan pasaran global, terutamanya dalam peralatan perindustrian, telekomunikasi, dan pengkomputeran.

Aplikasi sasaran adalah pelbagai dan berpusat pada keperluan untuk pengasingan isyarat:

• Penerima Talian dan Penghantaran Data:Mengasingkan talian komunikasi bersiri (RS-232, RS-485, dll.) untuk mengelakkan gelung bumi dan bunyi bising.
• Pemultipleksan Data:Menyediakan pengasingan dalam sistem bas data berbilang.
• Bekalan Kuasa Pensuisan:Mengasingkan isyarat maklum balas dalam topologi penukar terpencil seperti flyback.
• Penggantian Transformer Denyut:Menawarkan penyelesaian yang lebih kecil dan lebih bersepadu untuk pengasingan isyarat yang secara tradisinya dilakukan dengan transformer.
• Antara Muka Periferal Komputer:Mengasingkan isyarat ke/daripada pencetak, I/O perindustrian, dan periferal lain.
• Pengasingan Bumi Logik Berkelajuan Tinggi:Memisahkan bumi digital antara subsistem, seperti antara pengawal mikro dan pemacu motor, untuk mengelakkan gandingan bunyi bising.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Pemahaman menyeluruh tentang ciri-ciri elektrik dan pensuisan adalah penting untuk pelaksanaan fotokopel ELM8XL-G yang berjaya dalam reka bentuk litar.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini menentukan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah keadaan ini tidak dijamin dan harus dielakkan.

• Arus Hadapan Input (I_F):Maksimum 15 mA. Arus yang memacu LED dalaman tidak boleh melebihi nilai ini.
• Voltan Songsang Input (V_R):Maksimum 5 V. Voltan songsang yang dikenakan merentasi LED mesti dihadkan.
• Pelesapan Kuasa Input (P_D):Maksimum 35 mW untuk sebelah input.
• Pelesapan Kuasa Output (P_O):Maksimum 85 mW untuk IC CMOS output.
• Arus Output (I_O):Arus sink/sumber maksimum 20 mA dari pin output.
• Voltan Bekalan (V_CC):Maksimum 5.5 V. Ini adalah voltan maksimum mutlak yang boleh dikenakan pada pin kuasa sebelah output.
• Jumlah Pelesapan Kuasa (P_T):Maksimum 100 mW untuk keseluruhan peranti.
• Voltan Penebatan (V_ISO):3750 V_rmsselama 1 minit. Ini adalah penarafan keselamatan yang diuji di bawah keadaan tertentu (pin 1 & 3 dipintaskan, pin 4, 5 & 6 dipintaskan) pada kelembapan relatif 40-60%.
• Suhu Operasi (T_OPR):-40°C hingga +85°C. Peranti dijamin memenuhi spesifikasi yang diterbitkan dalam julat ini.
• Suhu Penyimpanan (T_STG):-55°C hingga +125°C.
• Suhu Paterian (T_SOL):260°C selama 10 saat, mematuhi profil reflow bebas plumbum tipikal.

Nota Reka Bentuk:Dokumen data menyatakan bahawa bekalan V_CCmesti dipintaskan dengan kapasitor 0.1µF atau lebih besar (seramik atau tantalum pepejal dengan ciri frekuensi tinggi yang baik) diletakkan sedekat mungkin dengan pin V_CCdan GND peranti. Ini adalah kritikal untuk operasi stabil dan kekebalan bunyi peringkat output CMOS berkelajuan tinggi.

2.2 Ciri-ciri Elektrik

Parameter ini menentukan prestasi terjamin peranti di bawah keadaan operasi normal (T_A=25°C melainkan dinyatakan).

2.2.1 Ciri-ciri Input (Sisi LED)

• Voltan Hadapan (V_F):Biasanya 1.4V, dengan maksimum 1.8V pada arus hadapan (I_F) 8mA. Ini digunakan untuk mengira nilai perintang had arus yang diperlukan di sebelah input: R_had= (V_bekalan- V_F) / I_F.
• Voltan Songsang (V_R):Minimum 5.0V. LED boleh menahan sehingga 5V dalam bias songsang.
• Pekali Suhu V_F(ΔV_F/ΔT_A):Kira-kira -1.7 mV/°C. Voltan hadapan menurun sedikit apabila suhu meningkat.
• Kapasitans Input (C_IN):Biasanya 60 pF. Ini mempengaruhi tindak balas frekuensi tinggi litar pacuan input.

2.2.2 Ciri-ciri Output (Sisi IC CMOS)

• Arus Bekalan (I_CCH, I_CCL):Biasanya 1.3mA, dengan maksimum 6mA, sama ada output berada dalam keadaan tinggi (I_F=0mA) atau rendah (I_F=8mA). Ini adalah arus rehat yang diambil oleh IC output dari V_CC.
• Voltan Output Aras Tinggi (V_OH):Untuk bekalan 3.3V, V_OHdijamin sekurang-kurangnya V_CC- 1V (iaitu, 2.3V) dan biasanya V_CC- 0.3V (3.0V) apabila menenggelamkan 4mA. Untuk bekalan 5V, ia adalah V_CC- 1V (4.0V) min, biasanya V_CC- 0.2V (4.8V). Ini memastikan aras logik-tinggi yang kukuh.
• Voltan Output Aras Rendah (V_OL):Untuk bekalan 3.3V, V_OLbiasanya 0.21V dengan maksimum 0.6V apabila membekalkan 4mA (I_F=8mA). Untuk bekalan 5V, biasanya 0.17V, maks 0.6V. Ini memastikan aras logik-rendah yang kukuh.
• Arus Ambang Input (I_FT):Arus LED yang diperlukan untuk menjamin output logik-rendah. Ia biasanya 2.5mA (maks 5mA) pada V_CC=3.3V dengan beban yang sangat ringan (I_OL=20µA). Reka bentuk harus menggunakan I_Fjauh lebih tinggi daripada ini (contohnya, 8mA seperti yang ditunjukkan dalam keadaan ujian) untuk pensuisan yang boleh dipercayai dan margin bunyi bising.

2.3 Ciri-ciri Pensuisan

Parameter ini menentukan prestasi pemasaan, yang kritikal untuk penghantaran data berkelajuan tinggi.

• Kelewatan Perambatan ke Output Tinggi (t_PHL):Masa dari input LED dimatikan (I_Fberubah dari 8mA ke 0mA) sehingga output mencapai logik TINGGI yang sah. Biasanya 30ns (maks 65ns) pada V_CC=3.3V, dan 33ns biasa pada V_CC=5V.
• Kelewatan Perambatan ke Output Rendah (t_PLH):Masa dari input LED dihidupkan (I_Fberubah dari 0mA ke 8mA) sehingga output mencapai logik RENDAH yang sah. Biasanya 48ns (maks 65ns) pada V_CC=3.3V, dan 52ns biasa pada V_CC=5V.
• Distorsi Lebar Denyut (|t_PHL– t_PLH|):Perbezaan mutlak antara dua kelewatan perambatan. Ini adalah penting untuk mengekalkan integriti lebar denyut. Ia biasanya 20ns (maks 50ns) pada 3.3V dan 22ns biasa pada 5V. Nilai yang lebih rendah adalah lebih baik.
• Masa Naik/Jatuh Output (t_r, t_f):Biasanya 7ns setiap satu. Ini menentukan kelajuan tepi isyarat output.
• Kekebalan Transien Mod Sepunya (CMTI):Ini adalah parameter pengasingan utama. Ia mengukur keupayaan peranti untuk mengabaikan lonjakan voltan pantas antara bumi input dan output. Dua gred ditentukan: M80L dengan minimum 5,000 V/µs, dan M81L dengan minimum 10,000 V/µs. Ini diuji dengan voltan mod sepunya puncak-ke-puncak 1000V (V_CM) dan memastikan keadaan output tidak bertukar secara palsu disebabkan bunyi bising.

3. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

3.1 Konfigurasi Pin dan Jadual Kebenaran

Peranti menggunakan pakej SOP 5-pin, walaupun enam nombor pin dirujuk (1-6, dengan pin 2 mungkin No Connect atau sambungan dalaman). Pin berfungsi adalah:

• Pin 1: Anodbagi LED input.
• Pin 3: Katodbagi LED input.
• Pin 4: GNDuntuk IC CMOS output.
• Pin 5: V_OUT, isyarat output digital.
• Pin 6: V_CC, voltan bekalan (3.3V atau 5V) untuk IC CMOS output.

Peranti melaksanakan fungsipintu logik tidak menyongsang(Logik Positif):

• Input TINGGI (LED HIDUP, I_F> I_FT):Output = RENDAH
• Input RENDAH (LED MATI, I_F= 0):Output = TINGGI

Ini adalah input penenggelaman arus; arus mesti dipacu ke dalam LED untuk menghasilkan output rendah.

3.2 Dimensi Pakej dan Susun Atur PCB

Dokumen data menyediakan lukisan mekanikal terperinci untuk pakej SOP 5-pin. Dimensi utama termasuk saiz badan, pic plumbum, dan ketinggian jarak. Satususun atur pad yang disyorkanuntuk pemasangan permukaan juga disediakan. Susun atur ini direka untuk memastikan pembentukan sendi pateri yang boleh dipercayai semasa paterian reflow. Dokumen data menyatakan bahawa dimensi pad ini adalah cadangan dan mungkin perlu diubah suai berdasarkan proses pembuatan PCB tertentu atau keperluan terma, tetapi ia berfungsi sebagai titik permulaan yang sangat baik untuk reka bentuk.

3.3 Tanda Peranti

Bahagian atas pakej ditanda dengan kod laser atau dakwat untuk pengenalan. Tanda mengikut format:EL M81L YWW V.

• EL:Kod pengilang.
• M81L:Nombor peranti (spesifik kepada gred CMTI dan varian).
• Y:Kod tahun satu digit.
• WW:Kod minggu dua digit.
• V:Tanda pilihan yang menunjukkan kelulusan VDE.

4. Garis Panduan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

4.1 Reka Bentuk Litar Input

Litar input mesti menyediakan arus terkawal kepada LED. Perintang siri ringkas adalah mencukupi. Nilainya dikira berdasarkan voltan pacuan dan I_Fyang dikehendaki. Contohnya, untuk memacu I_F= 8mA dari isyarat logik 5V dengan V_Ftipikal 1.4V: R_had= (5V - 1.4V) / 0.008A = 450Ω. Perintang piawai 470Ω akan sesuai. Pastikan sumber pacuan boleh menyediakan arus yang diperlukan. Untuk memacu dari pin GPIO pengawal mikro, sahkan keupayaan pembekalan arus pin. Jika tidak mencukupi, penimbal transistor ringkas (contohnya, NPN atau MOSFET saluran-N) mungkin diperlukan.

4.2 Reka Bentuk Litar Output

Output adalah output digital CMOS piawai. Ia boleh memacu input CMOS, TTL, atau LVCMOS secara langsung. Keperluan utama adalah:

1. Pemintasan Bekalan Kuasa:Seperti yang ditekankan dalam dokumen data, kapasitor seramik 0.1µF mesti diletakkan terus antara Pin 6 (V_CC) dan Pin 4 (GND). Ini tidak boleh dirunding untuk operasi berkelajuan tinggi yang stabil dan mencegah bunyi bising pada output.
2. Pertimbangan Beban:Output boleh menenggelam/membekalkan sehingga 20mA, tetapi untuk kelajuan dan integriti isyarat terbaik, beban sepatutnya terutamanya kapasitif (contohnya, kapasitans input pintu lain). Memacu beban resistif berat atau kesan panjang akan meningkatkan masa naik/jatuh dan mungkin menjejaskan margin pemasaan.
3. Perintang Tarik-naik:Tidak diperlukan, kerana output secara aktif memacu kedua-dua keadaan tinggi dan rendah.

4.3 Pertimbangan Kelajuan dan Pemasaan

Untuk kadar data 15 MBit/s, tempoh bit adalah kira-kira 66.7ns. Jumlah kelewatan isyarat melalui fotokopel adalah jumlah t_PLHatau t_PHLditambah sebahagian masa naik/jatuh. Dengan kelewatan tipikal sekitar 30-50ns, terdapat margin yang mencukupi untuk kadar data ini. Walau bagaimanapun,distorsi lebar denyutadalah penting. Distorsi 20ns bermakna denyut akan disempitkan atau dilebarkan dengan jumlah itu selepas melalui pengasing. Untuk denyut yang sangat sempit, ini boleh menyebabkannya hilang jika distorsi lebih besar daripada lebar denyut. Sentiasa pertimbangkan nilai maksimum, bukan tipikal, untuk reka bentuk kritikal pemasaan.

4.4 Reka Bentuk Pengasingan dan Keselamatan

Penarafan penebatan 3750V_rmsadalah keperluan keselamatan. Untuk mengekalkan penarafan ini dalam produk akhir, susun atur PCB adalah kritikal. Pastikanjarak rengan dan jarak udarapada PCB antara semua kesan/komponen sebelah input dan semua kesan/komponen sebelah output memenuhi atau melebihi keperluan untuk voltan penebatan kerja sistem (yang lebih rendah daripada voltan ujian 3750V_rms). Ini selalunya bermakna menggabungkan slot lebar atau halangan dalam PCB di bawah pakej fotokopel. Rujuk piawaian keselamatan yang berkaitan (contohnya, IEC 60950, IEC 61010) untuk keperluan jarak khusus berdasarkan voltan, darjah pencemaran, dan kumpulan bahan.

5. Maklumat Pesanan dan Pembungkusan

Nombor bahagian mengikut struktur:ELM8XL(Z)-V.

• ELM8XL:Nombor bahagian asas.
• (Z):Pilihan pita dan gegelung. Boleh jadi "TA", "TB", atau ditinggalkan untuk pembungkusan tiub.
• -V:Akhiran pilihan yang menunjukkan kelulusan VDE disertakan.

Pilihan Pembungkusan:

• Tiub:100 unit setiap tiub. Piawai untuk pemasangan manual atau isipadu rendah.
• Pita dan Gegelung (TA atau TB):3000 unit setiap gegelung. "TA" dan "TB" mungkin merujuk kepada saiz gegelung atau lebar pita yang berbeza (contohnya, 8mm vs. 12mm). Pilihan ini adalah untuk pemasangan pick-and-place automatik.

Dokumen data termasuk spesifikasi pita dan gegelung terperinci, termasuk dimensi poket (A, B, D0, D1), pic (P0, P1, P2), ketebalan pita (t), dan lebar gegelung (W). Dimensi ini adalah penting untuk memprogramkan feeder pada mesin pemasangan automatik.

6. Lengkung Prestasi dan Ciri-ciri Tipikal

While the PDF excerpt mentions "Typical Electro-Optical Characteristics Curves," the specific graphs are not included in the provided text. Typically, such datasheets include curves showing:

• Forward Current (I_F) vs. Forward Voltage (V_F):Menunjukkan ciri seperti diod LED input pada suhu yang berbeza.
• Nisbah Pemindahan Arus (CTR) vs. Arus Hadapan:Walaupun ini adalah peranti digital, bentuk CTR wujud—hubungan antara I_Fdan keadaan output yang terhasil. Arus ambang I_FTadalah parameter utama.
• Kelewatan Perambatan vs. Voltan Bekalan (V_CC):Bagaimana parameter pemasaan berubah dengan V_CC.
• Kelewatan Perambatan vs. Suhu:Bagaimana parameter pemasaan berubah sepanjang julat suhu operasi.
• Arus Bekalan (I_CC) vs. Suhu:Variasi arus rehat dengan suhu.

Pereka harus menggunakannilai minimum dan maksimumdaripada jadual untuk reka bentuk yang teguh, menggunakan lengkung tipikal hanya untuk memahami trend dan tingkah laku.

7. Perbandingan dan Konteks Teknologi

ELM8XL-G berada dalam kategori fotokopel digital berkelajuan tinggi. Berbanding dengan fotokopel lama dengan output transistor atau Darlington, output pintu logik CMOSnya menyediakan kelajuan pensuisan yang lebih pantas, tepi yang lebih tajam, dan aras logik yang jelas ditakrifkan. Berbanding dengan transformer denyut, ia menawarkan jejak yang lebih kecil, keupayaan gandingan DC (transformer tidak boleh menghantar isyarat DC), dan selalunya kos yang lebih rendah. Berbanding dengan teknologi pengasingan baru seperti kapasitif (pengasing digital) atau pengasingan magnetoresistif gergasi (GMR), fotokopel seperti ELM8XL-G menawarkan kelebihan kebolehpercayaan yang terbukti, kekuatan penebatan intrinsik yang sangat tinggi, dan kekebalan kepada medan magnet. Pertukaran adalah secara amnya kelajuan yang lebih perlahan dan penggunaan kuasa yang lebih tinggi (disebabkan arus pacuan LED) berbanding pengasing berasaskan semikonduktor terkini. Pilihan bergantung pada keperluan aplikasi khusus untuk kelajuan, kuasa, kos, dan kekebalan bunyi bising.

8. Soalan Lazim (FAQ)

S: Bolehkah saya menggunakan ini dengan isyarat input 3.3V untuk memacu LED?

J: Ya, tetapi anda mesti mengira semula perintang had arus. Untuk pacuan 3.3V dan V_F~1.4V, untuk mendapatkan I_F=8mA, R = (3.3V - 1.4V) / 0.008A = 237.5Ω. Gunakan perintang 240Ω. Pastikan sumber 3.3V boleh menyediakan 8mA.

S: Apakah perbezaan antara versi M80L dan M81L?

J: Perbezaan utama ialah Kekebalan Transien Mod Sepunya (CMTI). Versi M81L menjamin minimum 10,000 V/µs, manakala M80L menjamin 5,000 V/µs. Pilih M81L untuk persekitaran yang lebih bising, seperti pemacu motor atau sistem kuasa perindustrian.

S: Adakah perintang tarik-naik luaran diperlukan pada output?

J: Tidak. Output adalah peringkat CMOS tolak-tolak aktif yang memacu kedua-dua aras tinggi dan rendah. Tarik-naik luaran tidak diperlukan dan hanya akan meningkatkan penggunaan kuasa.

S: Bagaimanakah saya memastikan penarafan penebatan tinggi dikekalkan dalam reka bentuk PCB saya?

J: Anda mesti mengekalkan rengan (jarak di sepanjang permukaan) dan jarak udara yang mencukupi antara semua konduktor di sebelah input dan semua konduktor di sebelah output. Ini biasanya memerlukan jurang fizikal atau slot dalam PCB di bawah badan fotokopel. Jarak khusus bergantung pada voltan kerja aplikasi anda dan piawaian keselamatan yang mesti dipenuhi.

S: Bolehkah pin output (5) disambungkan terus ke input peranti lain, atau adakah saya memerlukan perintang siri?

J: Ia boleh disambungkan terus. Output direka untuk memacu input digital piawai. Perintang siri secara amnya tidak diperlukan dan akan memperlahankan tepi isyarat.