Dokumen Teknikal - Spesifikasi Siri ELM6XX: Pengganding Foto Gerbang Logik Kelajuan Tinggi 10Mbit/s Pakej 5-Pin SOP

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri ELM6XX mewakili keluarga pengganding foto gerbang logik berprestasi tinggi dan berkelajuan tinggi yang direka untuk aplikasi pengasingan digital yang mencabar. Peranti ini menggabungkan diod pemancar inframerah yang digandingkan secara optik kepada pengesan foto berkelajuan tinggi bersepadu dengan peringkat output gerbang logik, menampilkan keupayaan output yang boleh distrob. Dibungkus dalam Pakej Garis Kecil (SOP) 5-pin yang padat, ia mematuhi jejak industri standard, memudahkan integrasi ke dalam reka bentuk dan susun atur PCB sedia ada.

Fungsi teras komponen ini adalah untuk menyediakan pengasingan galvanik antara dua litar elektrik sambil menghantar isyarat logik digital. Pengasingan ini adalah penting untuk memutuskan gelung bumi, melindungi litar logik sensitif daripada lonjakan voltan dan hingar yang wujud dalam bahagian lain sistem, dan memastikan keselamatan dalam aplikasi dengan voltan mod sepunya yang tinggi.

1.1 Kelebihan Teras dan Pasaran Sasaran

Siri ELM6XX direkabentuk dengan beberapa kelebihan utama yang menjadikannya sesuai untuk sistem elektronik moden. Keupayaan kelajuan tingginya 10 Mbit/s membolehkan penggunaannya dalam antara muka komunikasi data pantas. Peranti ini menjamin prestasi merentasi julat suhu operasi yang luas dari -40°C hingga +85°C, memastikan kebolehpercayaan dalam persekitaran industri dan automotif. Voltan pengasingan tinggi 3750 V_rmsmenyediakan perlindungan yang kukuh. Tambahan pula, siri ini mematuhi piawaian alam sekitar dan keselamatan utama, termasuk bebas halogen, bebas Pb, mematuhi RoHS, dan diluluskan oleh UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, dan FIMKO.

Pasaran dan aplikasi sasaran utama termasuk:

• Automasi Perindustrian:Untuk mengasingkan I/O PLC, pemacu motor, dan antara muka penderia daripada logik kawalan.
• Telekomunikasi & Penghantaran Data:Dalam penerima talian dan sistem pemultipleksan data untuk menghapuskan hingar.
• Elektronik Kuasa:Sebagai pengganti yang boleh dipercayai untuk transformer denyut dalam gelung suapan balik bekalan kuasa pensuisan.
• Peranti Periferal Komputer:Untuk mengantara antara sistem dengan potensi bumi yang berbeza.
• Antara Muka Digital Am:Untuk terjemahan aras dan pengasingan antara keluarga logik seperti LSTTL, TTL, dan CMOS 5V.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Bahagian ini menyediakan tafsiran objektif yang terperinci bagi parameter elektrik dan prestasi utama yang dinyatakan dalam lembaran data. Memahami parameter ini adalah kritikal untuk reka bentuk litar yang betul dan memastikan operasi yang boleh dipercayai.

2.1 Had Maksimum Mutlak

Had Maksimum Mutlak menentukan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ini bukan keadaan operasi.

• Arus Hadapan Input (I_F):50 mA. Melebihi arus ini berkemungkinan akan memusnahkan Diod Pemancar Inframerah (IRED) dalaman.
• Voltan Songsang Input (V_R):5 V. IRED sensitif kepada pincang songsang; had ini mesti dipatuhi dengan ketat.
• Voltan Bekalan (V_CC) & Voltan Output (V_O):7.0 V. Ini menentukan voltan maksimum yang boleh dikenakan pada kuasa dan pin output bahagian output.
• Voltan Pengasingan (V_ISO):3750 V_rmsselama 1 minit. Ini adalah parameter keselamatan utama, diuji dengan pin input (1,3) dipintaskan bersama dan pin output (4,5,6) dipintaskan bersama. Ia mengesahkan kekuatan dielektrik halangan penebat dalaman.
• Suhu Operasi & Penyimpanan:Peranti ini dinilai untuk operasi -40°C hingga +85°C dan penyimpanan -55°C hingga +125°C.
• Suhu Paterian:260°C selama 10 saat. Ini penting untuk proses pemasangan PCB menggunakan paterian alir semula.

2.2 Ciri-ciri Elektrik

Parameter ini menentukan prestasi peranti di bawah keadaan operasi biasa (T_A= -40°C hingga 85°C melainkan dinyatakan).

2.2.1 Ciri-ciri Input (Bahagian IRED)

• Voltan Hadapan (V_F):Biasanya 1.45V, dengan maksimum 1.8V pada I_F=10mA. Ini digunakan untuk mengira perintang had arus yang diperlukan pada bahagian input.
• Pekali Suhu V_F:Kira-kira -1.9 mV/°C. Voltan hadapan menurun sedikit apabila suhu meningkat.
• Kapasitan Input (C_IN):Biasanya 70 pF. Ini memberi kesan kepada tindak balas frekuensi tinggi dan keperluan pacuan litar input.

2.2.2 Ciri-ciri Output & Pemindahan

• Arus Bekalan: I_CCH(output tinggi) biasanya 6.0 mA, dan I_CCL(output rendah) biasanya 7.5 mA dengan V_CC=5.5V. Nilai-nilai ini menentukan penggunaan kuasa pada bahagian output.
• Arus Output Aras Tinggi (I_OH):Output boleh membekalkan arus yang sangat kecil (biasa 2.1 µA) apabila dalam keadaan tinggi. Peranti ini direka untuk memacu input CMOS impedans tinggi, bukan untuk membekalkan arus yang ketara.
• Voltan Output Aras Rendah (V_OL):Biasanya 0.4V, maksimum 0.6V apabila menenggelamkan 13mA. Ini menentukan aras logik '0' yang kukuh.
• Arus Ambang Input (I_FT):Biasanya 2.4 mA, maksimum 5 mA. Ini adalah arus input minimum yang diperlukan untuk menjamin output bertukar kepada keadaan rendah yang sah (V_OL≤ 0.6V) di bawah keadaan beban yang ditentukan. Ia adalah parameter kritikal untuk memastikan kekebalan hingar.

2.3 Ciri-ciri Pensuisan

Parameter ini menentukan prestasi dinamik pengganding foto, diukur di bawah keadaan standard (V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω).

• Kelewatan Perambatan (t_PHL, t_PLH):Masa dari titik 50% peralihan arus input ke titik sepadan pada peralihan voltan output. t_PLH(ke tinggi) biasanya 50 ns, dan t_PHL(ke rendah) biasanya 41 ns, kedua-duanya dengan maksimum 100 ns. Kelewatan ini menghadkan kadar data maksimum.
• Distorsi Lebar Denyut (|t_PHL– t_PLH|):Biasanya 9 ns, maks 35 ns. Asimetri dalam kelewatan naik/turun ini boleh mengecilkan denyut output pada frekuensi tinggi.
• Masa Naik/Turun (t_r, t_f):Masa naik output biasanya 40 ns, dan masa turun biasanya 10 ns. Pinggir yang lebih pantas secara amnya lebih baik untuk integriti isyarat.
• Kekebalan Transien Mod Sepunya (CMH, CML):Ini adalah parameter kritikal untuk peranti pengasingan. Ia mengukur kekebalan keadaan output kepada transien voltan pantas merentasi halangan pengasingan. ELM601, sebagai contoh, boleh bertahan dV/dt 5,000 V/µs dengan isyarat mod sepunya puncak-ke-puncak 50V tanpa menukar keadaan secara palsu. ELM611 menawarkan kekebalan yang lebih tinggi (20,000 V/µs pada 1000V_p-p).

3. Maklumat Mekanikal dan Pakej

Peranti ini dibungkus dalam Pakej Garis Kecil (SOP) 5-pin. Konfigurasi pin adalah seperti berikut:

• Pin 1:Anod IRED input.
• Pin 2:Tidak bersambung (NC).
• Pin 3:Katod IRED input.
• Pin 4:Bumi (GND) untuk bahagian output.
• Pin 5:Voltan Output (V_OUT).
• Pin 6:Voltan Bekalan (V_CC) untuk bahagian output.

Lembaran data termasuk lukisan dimensi pakej terperinci (dalam milimeter) yang mesti dirujuk untuk reka bentuk jejak PCB. Susun atur pad yang disyorkan untuk pemasangan permukaan juga disediakan untuk memastikan paterian yang boleh dipercayai dan kestabilan mekanikal.

4. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Pengendalian dan pemasangan yang betul adalah penting untuk kebolehpercayaan. Peranti ini dinilai untuk suhu paterian maksimum 260°C selama 10 saat, yang selaras dengan profil paterian alir semula bebas plumbum standard (cth., IPC/JEDEC J-STD-020).

Pertimbangan Utama:

• Gunakan susun atur pad yang disyorkan untuk mengelakkan "tombstoning" atau ketidaksejajaran semasa alir semula.
• Patuhi profil suhu yang ditentukan untuk mengelakkan kerosakan haba kepada die dalaman dan pakej plastik.
• Ikuti langkah berjaga-jaga ESD (Nyahcas Elektrostatik) standard semasa pengendalian, kerana peranti mengandungi komponen semikonduktor sensitif.
• Simpan peranti dalam persekitaran kering dan terkawal mengikut penarafan suhu penyimpanan (-55°C hingga +125°C).

5. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Siri ELM6XX boleh didapati dalam pilihan pembungkusan yang berbeza untuk memenuhi keperluan pengeluaran:

• Pilihan Standard (Tiada):Peranti dibekalkan dalam tiub anti-statik, dengan 100 unit setiap tiub.
• Pilihan Pita dan Gegelung (TA/TB):Peranti dibekalkan pada pita dan gegelung untuk pemasangan pilih-dan-letak automatik, dengan 3000 unit setiap gegelung. 'TA' dan 'TB' kemungkinan merujuk kepada saiz gegelung atau spesifikasi pita yang berbeza.

Sistem Penomboran Bahagian:ELM6XX(Z)-V

• XX:Nombor bahagian tertentu (00, 01, atau 11). Ini membezakan varian, kemungkinan berdasarkan penarafan Kekebalan Transien Mod Sepunya (cth., ELM600, ELM601, ELM611).
• Z:Pilihan pita dan gegelung (TA, TB, atau tiada untuk tiub).
• V:Penandaan kelulusan VDE pilihan.

6. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Litar Aplikasi Biasa

Aplikasi utama adalah pengasingan isyarat digital. Litar biasa melibatkan perintang had arus bersiri dengan IRED input, disambungkan kepada isyarat logik. Pin output (V_OUT) disambungkan ke V_CCmelalui perintang tarik-naik (R_L) dan memacu input gerbang logik penerima. Nilai R_L(cth., 350Ω) dan kapasitan beban mempengaruhi kelajuan pensuisan.

6.2 Nota Reka Bentuk Kritikal

• Arus Input:Pastikan arus input (I_F) memenuhi atau melebihi Arus Ambang Input maksimum (I_FT) untuk menjamin output rendah, tetapi tidak melebihi Had Maksimum Mutlak. I_Foperasi biasa 7.5mA hingga 10mA adalah biasa.
• Kekebalan Hingar:Untuk persekitaran yang bising, pilih varian (ELM601 atau ELM611) dengan Kekebalan Transien Mod Sepunya yang lebih tinggi sesuai dengan tahap hingar yang dijangkakan dalam aplikasi.
• Penyahgandingan Bekalan Kuasa:Gunakan kapasitor pintasan (cth., 0.1 µF) berhampiran pin V_CCdan GND pada bahagian output untuk memastikan operasi stabil dan meminimumkan hingar pensuisan.
• Jadual Kebenaran:Peranti berfungsi sebagai penimbal tidak menyongsang. Logik Tinggi (H) pada input (IRED hidup) menghasilkan logik Rendah (L) pada output. Logik Rendah (L) pada input (IRED mati) menghasilkan logik Tinggi (H) pada output (disebabkan perintang tarik-naik).

7. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan pengganding foto siri 4N25/4N35 standard, siri ELM6XX menawarkan kelajuan yang jauh lebih tinggi (10 Mbit/s vs. ~100 kbit/s) dan Penolakan Mod Sepunya yang lebih unggul. Output gerbang logiknya menyediakan bentuk gelombang digital yang bersih tanpa memerlukan litar pencetus Schmitt tambahan yang sering diperlukan dengan output fototransistor. Pakej SOP 5-pin lebih padat daripada pakej DIP lama. Pembezaan utama dalam siri ELM6XX itu sendiri adalah Kekebalan Transien Mod Sepunya bergred, membolehkan pereka memilih tahap kos/prestasi yang sesuai untuk persekitaran hingar khusus mereka.

8. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

Q1: Apakah kadar data maksimum yang boleh saya capai dengan pengganding foto ini?

A: Kelewatan perambatan biasa membolehkan kadar data sehingga 10 Mbit/s seperti yang ditentukan. Walau bagaimanapun, kadar maksimum yang boleh dipercayai sebenar dalam sistem akan lebih rendah disebabkan distorsi lebar denyut dan masa persediaan/tahan logik penerima. Reka bentuk konservatif mungkin mensasarkan 5-8 Mbit/s.

Q2: Bagaimana saya memilih antara ELM600, ELM601, dan ELM611?

A: Pilihan ini terutamanya berdasarkan Kekebalan Transien Mod Sepunya (CMTI) yang diperlukan. Gunakan ELM600 untuk pengasingan asas dengan hingar rendah. ELM601 (5,000 V/µs) sesuai untuk aplikasi pemacu motor industri dan bekalan kuasa. ELM611 (20,000 V/µs) adalah untuk persekitaran hingar yang sangat tinggi seperti penyongsang kuasa tinggi.

Q3: Bolehkah saya menggunakan peranti ini untuk memacu LED atau geganti secara langsung?

A: Tidak. Output direka untuk memacu input logik CMOS atau TTL impedans tinggi. Keupayaan pembekalan/penenggelaman arusnya adalah terhad (I_OHsangat rendah, I_OLditentukan pada 13mA). Untuk memacu beban arus yang lebih tinggi, peringkat penimbal atau transistor tambahan diperlukan.

Q4: Apakah nilai perintang tarik-naik (R_L) yang patut saya gunakan?

A: Lembaran data menentukan keadaan ujian dengan R_L=350Ω. Ini adalah titik permulaan yang baik. Perintang yang lebih kecil akan memberikan masa naik yang lebih pantas tetapi meningkatkan penggunaan kuasa dan arus output. Perintang yang lebih besar akan menjimatkan kuasa tetapi memperlahankan masa naik. Nilai mesti dipilih dengan mempertimbangkan kapasitan beban dan kelajuan yang diperlukan.

9. Kajian Kes Aplikasi Praktikal

Senario: Mengasingkan UART Mikropengawal daripada Pemancar RS-485.

Dalam nod penderia perindustrian, talian TX UART mikropengawal 3.3V perlu diasingkan daripada pemancar RS-485 5V yang disambungkan ke bas jarak jauh yang bising. ELM601 boleh digunakan untuk tujuan ini. Pin mikropengawal memacu IRED melalui perintang had arus (cth., (3.3V - 1.45V)/7.5mA ≈ 247Ω). Bahagian output dikuasakan oleh rel 5V pemancar RS-485. Pin V_OUT, ditarik-naik ke 5V dengan perintang 350Ω, disambungkan terus ke pin Input Pemandu (DI) IC RS-485. Persediaan ini memutuskan sambungan bumi antara mikropengawal sensitif dan bas yang bising, melindungi mikropengawal daripada transien yang disebabkan oleh bas, dan mengendalikan terjemahan aras logik dari 3.3V ke 5V. CMTI tinggi ELM601 memastikan isyarat digital kekal utuh walaupun terdapat hingar pada bas.

10. Prinsip Operasi

Peranti ini beroperasi berdasarkan prinsip penukaran opto-elektronik. Arus elektrik yang dikenakan pada bahagian input (pin 1 & 3) menyebabkan Diod Pemancar Inframerah (IRED) memancarkan cahaya. Cahaya ini melintasi halangan pengasingan lutsinar dalaman (biasanya jurang plastik acuan). Pada bahagian output, litar bersepadu pengesan foto silikon monolitik menerima cahaya ini. IC ini mengandungi fotodiod, penguat gandaan tinggi, dan peringkat output gerbang logik (kemungkinan struktur totem-pole atau serupa). Penguat menukar fotarus kepada voltan, yang diimbas oleh peringkat logik dan dikeluarkan sebagai isyarat digital yang bersih. Ciri 'output boleh distrob' yang disebutkan kemungkinan merujuk kepada kancing dalaman atau fungsi membolehkan yang boleh mengekalkan keadaan output, tetapi butiran khusus memerlukan gambarajah dalaman penuh.

11. Trend Teknologi

Trend dalam pengasingan digital adalah ke arah kelajuan yang lebih tinggi, penggunaan kuasa yang lebih rendah, pakej yang lebih kecil, dan integrasi yang lebih tinggi. Walaupun pengganding foto seperti ELM6XX kekal cemerlang untuk banyak aplikasi, teknologi alternatif berdasarkan gandingan kapasitif (menggunakan halangan SiO₂) atau gandingan magnetorintangan gergasi (GMR) sedang muncul. Ini boleh menawarkan kadar data yang lebih tinggi (>>100 Mbit/s), simetri masa yang lebih baik (distorsi lebar denyut lebih rendah), dan jangka hayat yang lebih panjang kerana tiada LED yang merosot. Walau bagaimanapun, pengganding foto berprestasi tinggi terus digunakan secara meluas kerana kebolehpercayaan terbukti, CMTI tinggi, kesederhanaan, dan keberkesanan kos untuk kelajuan sehingga puluhan megabit sesaat. Pembangunan peranti seperti siri ELM6XX, dengan CMTI bergred dan bahan bebas halogen, mencerminkan evolusi berterusan untuk memenuhi permintaan alam sekitar dan prestasi yang lebih ketat dalam elektronik moden.