Spesifikasi Teknikal Siri ELS611-G - Pengasing Logik Fotokopel Kelajuan Tinggi 10MBit/s 6-Pin SDIP

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri ELS611-G mewakili keluarga fotokopel (pengasing optik) keluaran get logik berkelajuan tinggi yang direka untuk pengasingan isyarat digital. Peranti ini menggabungkan diod pemancar inframerah yang digandingkan secara optik kepada pengesan foto bersepadu berkelajuan tinggi dengan keluaran get logik yang boleh disimpan. Dibungkus dalam pakej 6-pin Small Dual In-line (SDIP) yang padat, ia direka untuk menggantikan pengubah denyut dan menyediakan penghapusan gelung bumi yang teguh dalam persekitaran elektrik yang bising.

Fungsi terasnya adalah untuk menyediakan pengasingan elektrik antara litar input dan output, menghalang gelung bumi, lonjakan voltan dan hingar daripada merebak. Keluaran get logik memastikan penghantaran isyarat digital yang bersih, menjadikannya sesuai untuk antara muka antara keluarga logik atau domain voltan yang berbeza.

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Kelebihan utama siri ELS611-G termasuk keupayaan kelajuan tinggi sehingga 10MBit/s, yang menyokong protokol komunikasi digital pantas. Ia menawarkan voltan pengasingan tinggi 5000Vrms, memberikan perlindungan cemerlang untuk litar sensitif. Peranti ini mematuhi keperluan bebas halogen (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), bebas plumbum, dan memenuhi arahan RoHS dan EU REACH. Ia membawa kelulusan daripada agensi keselamatan antarabangsa utama termasuk UL, cUL, VDE, NEMKO, FIMKO, SEMKO, DEMKO, dan CQC, memudahkan penggunaannya dalam pasaran global.

Aplikasi sasaran adalah terutamanya dalam automasi perindustrian, sistem bekalan kuasa (cth., penukar kuasa pensuisan untuk pengasingan maklum balas), antara muka periferal komputer, sistem penghantaran data, pemultipleksan data, dan mana-mana senario yang memerlukan pengasingan galvanik digital yang boleh dipercayai dan berkelajuan tinggi.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Bahagian berikut memberikan analisis terperinci dan objektif mengenai parameter elektrik dan prestasi utama yang dinyatakan dalam lembaran data.

2.1 Had Maksimum Mutlak

Had ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Pengendalian peranti secara berterusan pada atau berhampiran had ini tidak disyorkan.

• Arus Hadapan Input (I_F): 20 mA. Arus berterusan maksimum yang dibenarkan melalui LED input.
• Voltan Songsang Input (V_R): 5 V. Voltan pincang songsang maksimum yang boleh ditahan oleh LED input.
• Pelesapan Kuasa Input (P_D): 40 mW. Kuasa maksimum yang boleh dilesapkan oleh bahagian input.
• Voltan Bekalan Output (V_CC): 7.0 V. Voltan maksimum mutlak yang boleh dikenakan pada pin bekalan bahagian output.
• Voltan Output (V_O): 7.0 V. Voltan maksimum yang boleh muncul pada pin output.
• Arus Output (I_O): 50 mA. Arus maksimum yang boleh disedut atau disumberkan oleh pin output.
• Voltan Pengasingan (V_ISO): 5000 Vrms selama 1 minit. Ini adalah penarafan keselamatan kritikal, diuji dengan pin input (1,2,3,4) dipintaskan bersama dan pin output (5,6) dipintaskan bersama.
• Suhu Operasi (T_OPR): -40°C hingga +85°C. Julat suhu ambien untuk operasi normal.
• Suhu Pateri (T_SOL): 260°C selama 10 saat. Ini mentakrifkan toleransi profil pateri refluks.

2.2 Ciri-ciri Elektrik

Ini adalah parameter prestasi terjamin di bawah keadaan ujian yang ditentukan.

2.2.1 Ciri-ciri Input (Bahagian LED)

• Voltan Hadapan (V_F): Biasanya 1.45V, maksimum 1.8V pada I_F=10mA. Ini digunakan untuk mereka bentuk litar had arus input.
• Arus Songsang (I_R): Maksimum 10 µA pada V_R=5V. Ini menunjukkan arus bocor LED dalam keadaan mati.
• Kapasitans Input (C_IN): Biasanya 60pF. Parameter ini menjejaskan prestasi pensuisan frekuensi tinggi pada bahagian input.

2.2.2 Ciri-ciri Output

• Arus Bekalan, Aras Tinggi (I_CCH): 7mA hingga 13mA apabila I_F=0mA (LED mati) dan V_CC=5.5V. Ini adalah arus rehat apabila output berada dalam keadaan logik tinggi.
• Arus Bekalan, Aras Rendah (I_CCL): 9mA hingga 15mA apabila I_F=10mA (LED hidup) dan V_CC=5.5V. Ini adalah arus operasi apabila output ditarik rendah secara aktif.
• Voltan Output Aras Rendah (V_OL): Biasanya 0.4V, maksimum 0.6V di bawah keadaan V_CC=5.5V, I_F=5mA, I_OL=13mA. Ini mentakrifkan voltan output apabila menyedut arus dalam keadaan rendah.
• Arus Ambang Input (I_FT): Maksimum 5mA. Ini adalah arus LED input minimum yang diperlukan untuk menjamin output bertukar kepada aras logik rendah yang sah (V_OL<= 0.6V) di bawah keadaan V_CCdan I_OLyang ditentukan. Ia adalah parameter utama untuk menentukan arus pacuan yang diperlukan.

2.3 Ciri-ciri Pensuisan

Parameter ini mentakrifkan prestasi masa fotokopel, penting untuk penghantaran data berkelajuan tinggi. Keadaan ujian adalah V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω melainkan dinyatakan.

• Kelewatan Perambatan ke Aras Tinggi (t_PHL): Biasanya 40ns, maksimum 100ns. Masa dari LED input dimatikan hingga output naik ke logik tinggi.
• Kelewatan Perambatan ke Aras Rendah (t_PLH): Biasanya 50ns, maksimum 100ns. Masa dari LED input dihidupkan hingga output jatuh ke logik rendah.
• Distorsi Lebar Denyut (|t_PHL– t_PLH|): Biasanya 10ns, maksimum 50ns. Perbezaan antara dua kelewatan perambatan. Nilai yang lebih rendah adalah lebih baik untuk mengekalkan integriti isyarat dan kitar tugas.
• Masa Naik Output (t_r): Biasanya 50ns. Masa untuk output naik dari 10% hingga 90% daripada nilai tinggi akhirnya.
• Masa Jatuh Output (t_f): Biasanya 10ns. Masa untuk output jatuh dari 90% hingga 10% daripada nilai tinggi awalnya.
• Kekebalan Transien Mod Sepunya (CMH, CML): Minimum 5 kV/µs. Ini mengukur kekebalan peranti kepada transien voltan pantas antara bumi input dan output. CMH terpakai apabila output tinggi, dan CML terpakai apabila output rendah. Nilai tinggi menunjukkan penolakan kuat terhadap hingar yang digandingkan melalui halangan pengasingan.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data merujuk kepada lengkung ciri elektro-optik tipikal. Walaupun graf khusus tidak terperinci dalam teks yang disediakan, ia biasanya termasuk yang berikut, yang penting untuk reka bentuk:

• Nisbah Pemindahan Arus (CTR) vs. Arus Hadapan: Menunjukkan kecekapan pengasing optik. Untuk jenis get logik, ini tertanam dalam parameter pensuisan tetapi boleh menunjukkan prestasi merentasi suhu dan arus.
• Kelewatan Perambatan vs. Arus Hadapan: Menggambarkan bagaimana kelajuan pensuisan berubah dengan arus pacuan LED. I_Fyang lebih tinggi umumnya mengurangkan kelewatan perambatan tetapi meningkatkan pelesapan kuasa.
• Kelewatan Perambatan vs. Suhu: Menunjukkan variasi parameter masa merentasi julat suhu operasi.
• Arus Bekalan vs. Suhu: Menunjukkan bagaimana penggunaan kuasa pada bahagian output berubah dengan suhu.

Pereka harus merujuk graf lembaran data penuh untuk memahami sempadan prestasi dan keperluan penyahkadar untuk keadaan aplikasi khusus mereka.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Konfigurasi dan Fungsi Pin

Peranti menggunakan pakej SDIP 6-pin. Susunan pin adalah seperti berikut:

• Pin 1: Anod LED input.
• Pin 2: Tiada Sambungan (N.C.).
• Pin 3: Katod LED input.
• Pin 4: Bumi (GND) untuk bahagian output.
• Pin 5: Output (V_OUT). Ini adalah keluaran pengumpul terbuka atau tiang totem get logik dalaman.
• Pin 6: Voltan Bekalan (V_CC) untuk bahagian output.

Nota Reka Bentuk Kritikal:Kapasitor pintasan 0.1µF (atau lebih besar) dengan ciri frekuensi tinggi yang baik mesti disambungkan antara pin 6 (V_CC) dan 4 (GND), diletakkan sedekat mungkin dengan pakej. Ini adalah penting untuk operasi stabil dan mencapai prestasi pensuisan yang ditentukan.

4.2 Dimensi Pakej dan Susun Atur PCB

Lembaran data menyediakan lukisan mekanikal terperinci untuk pakej jenis \"P\" (bentuk pin pemasangan permukaan). Dimensi utama termasuk saiz badan pakej keseluruhan, padang pin, dan ketinggian jarak. Susun atur pad yang disyorkan untuk pemasangan permukaan juga disediakan untuk memastikan pateri yang boleh dipercayai dan kekuatan mekanikal. Pereka mesti mematuhi garis panduan susun atur ini untuk mengelakkan 'tombstoning' atau sambungan pateri yang lemah.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Had maksimum mutlak untuk suhu pateri ialah 260°C selama 10 saat. Ini selaras dengan profil pateri refluks bebas plumbum tipikal. Langkah berjaga-jaga berikut harus dipatuhi:

• Ikuti profil refluks yang disyorkan untuk pes pateri khusus yang digunakan, pastikan suhu puncak dan masa di atas likuidus tidak melebihi penarafan peranti.
• Elakkan tekanan mekanikal berlebihan pada pakej semasa pengendalian.
• Patuhi reka bentuk pad PCB yang disyorkan untuk mengelakkan jambatan pateri atau fillet yang tidak mencukupi.
• Keadaan penyimpanan harus berada dalam julat suhu penyimpanan yang ditentukan -55°C hingga +125°C, dan dalam persekitaran kering mengikut keperluan tahap kepekaan kelembapan (MSL) standard untuk peranti pemasangan permukaan (MSL khusus tidak dinyatakan dalam petikan).

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Peraturan Penomboran Model

Nombor bahagian mengikut format: ELS611X(Y)-VG

• EL: Awalan pengeluar.
• S611: Nombor bahagian asas.
• X: Jenis pin. \"P\" menandakan bentuk pin pemasangan permukaan.
• (Y): Pilihan pita dan gegelung. \"TA\" atau \"TB\" menentukan gaya pembungkusan gegelung yang berbeza.
• V: Pilihan, menandakan kelulusan VDE.
• G: Menandakan pembinaan bebas halogen.

Contoh: ELS611P(TA)-VG ialah peranti pemasangan permukaan pada pita dan gegelung TA, diluluskan VDE, bebas halogen.

6.2 Spesifikasi Pembungkusan

Peranti ini tersedia dalam pembungkusan pita dan gegelung untuk pemasangan automatik. Kedua-dua pilihan TA dan TB mengandungi 1000 unit setiap gegelung. Lembaran data termasuk gambar rajah yang menentukan dimensi pita, jarak poket, dan saiz gegelung.

6.3 Penandaan Peranti

Pakej ditanda dengan kod yang menunjukkan asal pembuatan, nombor peranti, dan kod tarikh. Format termasuk: Kod kilang (\"T\" untuk Taiwan), \"EL\" untuk pengeluar, \"S611\" untuk peranti, kod tahun 1 digit, kod minggu 2 digit, dan pilihan \"V\" untuk VDE.

7. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

7.1 Litar Aplikasi Tipikal

Aplikasi utama ialah pengasingan isyarat digital. Litar tipikal melibatkan:

1. Bahagian Input:Perintang had arus bersiri dengan LED (pin 1 dan 3) untuk menetapkan arus hadapan I_F. Nilai dikira berdasarkan voltan pacuan dan I_Fyang dikehendaki (biasanya antara arus ambang I_FTdan penarafan maksimum). Untuk operasi berkelajuan tinggi, pemacu pantas disyorkan.
2. Bahagian Output: V_CC(pin 6) disambungkan kepada voltan bekalan logik yang dikehendaki (sehingga 7V). Pin 4 (GND) disambungkan ke bumi output. Pin output 5 disambungkan ke input logik penerima. Perintang tarik atas luaran ke V_CCmungkin diperlukan bergantung pada struktur output dalaman (gambar rajah lembaran data menunjukkan tarikan bawah aktif, mencadangkan keluaran tiang totem, tetapi reka bentuk harus mengesahkan sama ada tarik atas diperlukan).Kapasitor pintasan kritikal 0.1µF antara V_CCdan GND adalah wajib.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Kelajuan vs. Arus:I_Fyang lebih tinggi meningkatkan kelewatan perambatan tetapi meningkatkan pelesapan kuasa dan mungkin mengurangkan kebolehpercayaan jangka panjang. Optimumkan I_Fberdasarkan kelajuan yang diperlukan dan kekangan terma.
• Kekebalan Hingar:Kekebalan transien mod sepunya yang tinggi (5kV/µs) menjadikannya sesuai untuk persekitaran bising seperti pemacu motor dan bekalan kuasa. Pastikan susun atur PCB yang betul untuk meminimumkan gandingan parasit di sekitar halangan pengasingan.
• Pertimbangan Beban:Hormati penarafan arus output maksimum (I_O) dan voltan (V_O). Output direka untuk memacu input logik standard (TTL, CMOS) dan bukan beban berat.
• Pintasan Bekalan Kuasa:Mengabaikan kapasitor pintasan yang disyorkan boleh menyebabkan ayunan, pencetus palsu dan prestasi pensuisan yang merosot.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan fotokopel keluaran transistor standard, get logik bersepadu ELS611-G memberikan beberapa kelebihan utama:

• Kelajuan Lebih Tinggi:Kadar data 10MBit/s dan kelewatan perambatan sub-100ns adalah jauh lebih pantas daripada pengganding transistor tipikal (sering dalam julat µs).
• Keluaran Digital Bersih:Keluaran get logik memberikan tepi tajam dan aras logik yang ditakrifkan dengan baik tanpa memerlukan pencetus Schmitt luaran, memudahkan reka bentuk litar.
• Distorsi Denyut Lebih Rendah:Distorsi lebar denyut yang ditentukan adalah rendah, yang penting untuk mengekalkan integriti isyarat dalam talian jam dan data.
• Fungsian Bersepadu:Menggabungkan pengesan foto, penguat dan get logik dalam satu cip, mengurangkan bilangan komponen luaran.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

1. S: Apakah arus input minimum yang diperlukan untuk menjamin output bertukar rendah?
   
   A: Parameter I_FT(Arus Ambang Input) mempunyai nilai maksimum 5mA di bawah keadaan ujian (V_CC=5.5V, V_O=0.6V, I_OL=13mA). Untuk memastikan pensuisan yang boleh dipercayai di bawah semua keadaan, reka bentuk harus menggunakan I_Flebih besar daripada nilai ini, biasanya 7.5mA hingga 10mA seperti yang ditunjukkan dalam ciri pensuisan.
2. S: Bolehkah saya menggunakan ini dengan bekalan logik 3.3V pada output?
   
   A: Ya, peranti boleh beroperasi dengan V_CCserendah minimum yang diperlukan untuk get logik dalaman berfungsi (tidak dinyatakan secara jelas, tetapi biasanya ~2.7V hingga 3V untuk CMOS). Aras logik output akan relatif kepada V_CCini. V_CCmaksimum ialah 7.0V.
3. S: Betapa kritikalnya kapasitor pintasan 0.1µF?
   
   A: Ia amat kritikal untuk operasi berkelajuan tinggi yang stabil. Ia menyediakan takungan cas tempatan untuk arus pensuisan peringkat output, menghalang kemerosotan rel bekalan dan ayunan yang boleh menyebabkan kerosakan fungsi.
4. S: Apakah maksud \"keluaran boleh disimpan\"?
   
   A: Ia mungkin merujuk kepada fungsi selak atau flip-flop yang boleh mengekalkan keadaan output. Walau bagaimanapun, jadual kebenaran dalam PDF menunjukkan fungsi penyongsang mudah (Input H -> Output L, Input L -> Output H). Istilah ini mungkin menunjukkan output boleh mengekalkan keadaannya semasa gangguan ringkas atau mempunyai kekebalan hingar yang baik. Gambar rajah harus dirujuk untuk penjelasan.

10. Contoh Aplikasi Praktikal

Senario: Mengasingkan Isyarat UART dalam Pengawal Perindustrian.

Mikropengawal perindustrian berkomunikasi dengan periferal melalui UART pada 115200 baud. Periferal beroperasi pada bekalan kuasa berasingan dengan potensi bumi yang berbeza, mewujudkan risiko gelung bumi.

Pelaksanaan:

Dua peranti ELS611-G digunakan, satu untuk talian TX (pengawal ke periferal) dan satu untuk talian RX (periferal ke pengawal). Pada pengasing TX, pin TX mikropengawal memacu LED melalui perintang had arus yang ditetapkan untuk I_F=10mA. Pin output pengasing disambungkan ke input RX periferal. V_CCpengasing dibekalkan daripada rel 5V atau 3.3V periferal, dengan kapasitor pintasan wajib. Proses ini dicerminkan untuk talian RX. Persediaan ini memutuskan sambungan bumi, menghalang gandingan hingar, dan melindungi mikropengawal daripada transien voltan di bahagian periferal, sambil mengekalkan integriti data bersiri berkelajuan tinggi.

11. Prinsip Operasi

Fotokopel beroperasi berdasarkan prinsip gandingan optik untuk mencapai pengasingan elektrik. Dalam ELS611-G:

1. Isyarat elektrik yang dikenakan pada bahagian input menyebabkan Diod Pemancar Cahaya (LED) inframerah memancarkan cahaya berkadar dengan arus.
2. Cahaya ini merentasi halangan pengasingan lutsinar (biasanya sebatian acuan) dalam pakej.
3. Di bahagian output, fotodiod atau fototransistor silikon mengesan cahaya dan menukarnya kembali kepada arus elektrik.
4. Fotarus kecil ini dikuatkan dan diproses oleh litar bersepadu berkelajuan tinggi yang termasuk get logik (dalam kes ini, kemungkinan penyongsang atau penimbal). IC menyediakan isyarat output digital yang bersih yang meniru keadaan input tetapi terpencil secara elektrik daripadanya.
5. Halangan pengasingan memberikan kekuatan dielektrik tinggi (5000Vrms), menghalang aliran arus dan perbezaan voltan antara kedua-dua belah.

12. Trend Teknologi

Evolusi fotokopel seperti ELS611-G didorong oleh beberapa trend utama dalam elektronik:

• Kadar Data Meningkat:Permintaan untuk pengasingan berkelajuan lebih tinggi dalam komunikasi perindustrian (Profibus, EtherCAT), rangkaian automotif dan sistem tenaga boleh diperbaharui mendorong peranti dengan kelewatan perambatan lebih rendah dan kekebalan mod sepunya lebih tinggi.
• Pengecilan:Terdapat trend berterusan ke arah pakej lebih kecil (cth., SOIC-4, LSSOP) dengan penarafan pengasingan yang sama atau lebih baik untuk menjimatkan ruang PCB.
• Integrasi Dipertingkatkan:Peranti masa depan mungkin mengintegrasikan lebih banyak fungsi, seperti pengasingan kuasa (penukar DC-DC terpencil) dengan pengasingan data dalam satu pakej, atau pengasing berbilang saluran.
• Inovasi Bahan dan Proses:Perkembangan dalam kecekapan LED, kepekaan pengesan dan ketulenan sebatian acuan menyumbang kepada penggunaan kuasa lebih rendah, kelajuan lebih tinggi dan kebolehpercayaan jangka panjang yang lebih baik.
• Teknologi Pengasingan Alternatif:Walaupun pengasing optik matang, teknologi seperti pengasingan kapasitif (menggunakan halangan SiO2) dan pengasingan magnetik (GMR) bersaing dalam beberapa aplikasi berkelajuan tinggi dan berketumpatan tinggi. Setiap teknologi mempunyai pertukaran sendiri dari segi kelajuan, kekebalan, penggunaan kuasa dan kos.