Folha de Dados Técnicos da Série EL063X - Fotocoplador de Porta Lógica Dual Channel de Alta Velocidade 10Mbit/s em Pacote SOP-8

1. Visão Geral do Produto

A série EL063X representa uma família de fotocopladores (isoladores ópticos) de porta lógica dual channel de alta velocidade. Estes dispositivos são projetados para fornecer isolamento elétrico robusto e transmissão de sinais digitais de alta velocidade entre dois circuitos. A função principal é transferir sinais de nível lógico através de uma barreira de isolamento, utilizando um diodo emissor de luz infravermelha (LED) opticamente acoplado a um fotodetector integrado de alta velocidade com uma saída de porta lógica. Este projeto efetivamente quebra malhas de aterramento, previne a transmissão de ruído e protege circuitos sensíveis de picos de tensão ou diferenças no potencial de terra.

Os principais domínios de aplicação deste componente são em automação industrial, interfaces de comunicação, controle de fontes de alimentação e periféricos de computador, onde uma transferência de sinal confiável e imune a ruído é crítica. A configuração dual channel em um único encapsulamento oferece benefícios de economia de espaço e características de canal combinadas para aplicações de sinal diferencial ou para isolar múltiplas linhas de controle.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Os parâmetros elétricos e ópticos definem os limites operacionais e o desempenho do fotocoplador.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estes são limites de estresse que não devem ser excedidos sob nenhuma condição, mesmo momentaneamente. Operar o dispositivo além destas especificações pode causar danos permanentes.

• Corrente Direta de Entrada (I_F): 20 mA CC/média. Isto limita a corrente máxima através do LED de entrada.
• Tensão Reversa de Entrada (V_R): 5 V. A máxima tensão de polarização reversa que o LED de entrada pode suportar.
• Corrente de Saída (I_O): 50 mA. A corrente máxima que o transistor de saída pode drenar.
• Tensão de Saída (V_O) & Tensão de Alimentação (V_CC): 7.0 V. A máxima tensão que pode ser aplicada aos terminais do lado da saída.
• Tensão de Isolamento (V_ISO): 3750 V_rmspor 1 minuto. Este é um parâmetro de segurança chave que indica a rigidez dielétrica da barreira de isolamento entre os lados de entrada e saída, testado com os terminais 1-4 em curto e os terminais 5-8 em curto.
• Temperatura de Operação (T_OPR): -40°C a +100°C. A faixa de temperatura ambiente na qual o funcionamento do dispositivo é garantido.
• Temperatura de Armazenamento (T_STG): -55°C a +125°C.

2.2 Características Elétricas

Estes parâmetros são garantidos nas condições operacionais especificadas (Ta = -40°C a 85°C, salvo indicação em contrário).

2.2.1 Características de Entrada

• Tensão Direta (V_F): Tipicamente 1.4V, com máximo de 1.8V em I_F= 10 mA. Isto é usado para calcular o resistor em série necessário para o circuito de acionamento do LED de entrada.
• Coeficiente de Temperatura de V_F: Aproximadamente -1.8 mV/°C. A tensão direta do LED diminui conforme a temperatura aumenta.
• Capacitância de Entrada (C_IN): Tipicamente 60 pF. Esta capacitância parasita afeta o desempenho em alta frequência no lado da entrada.

2.2.2 Características de Saída e Transferência

• Corrente de Alimentação (I_CCH/I_CCL): A corrente de repouso consumida pelo CI de saída. I_CCH(saída alta) é tipicamente 13 mA (máx. 18 mA). I_CCL(saída baixa) é tipicamente 15 mA (máx. 21 mA) em V_CC= 5.5V. Isto é importante para cálculos de orçamento de potência.
• Corrente de Saída em Nível Alto (I_OH): A saída pode fornecer um máximo de 100 µA enquanto mantém um nível lógico alto (V_Opróximo de V_CC). Esta é uma capacidade de fornecimento fraca.
• Tensão de Saída em Nível Baixo (V_OL): Máximo 0.6V em I_F= 5mA e I_CL= 13mA. Isto define o nível de tensão quando o transistor de saída está ativamente drenando corrente, garantindo compatibilidade com os limiares de nível baixo da lógica TTL/CMOS.
• Corrente Limiar de Entrada (I_FT): Máximo 5 mA. Esta é a corrente de entrada necessária para garantir que a saída mude para um estado baixo válido (V_O≤ 0.6V) sob as condições especificadas. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento forneça pelo menos esta corrente para uma comutação confiável.

2.3 Características de Comutação

Estes parâmetros definem o desempenho digital de alta velocidade, medidos sob condições de teste padrão (Ta=25°C, V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω).

• Atraso de Propagação (t_PHL, t_PLH): Máximo 100 ns cada. t_PHLé o atraso desde o acionamento do LED de entrada (corrente subindo) até a saída cair. t_PLHé o atraso desde o desligamento do LED de entrada (corrente caindo) até a saída subir. Estes atrasos limitam a taxa de dados máxima.
• Distorção de Largura de Pulso (|t_PHL– t_PLH|): Máximo 35 ns. Esta assimetria entre os atrasos de subida e descida pode distorcer o ciclo de trabalho dos pulsos transmitidos, o que é crítico em aplicações sensíveis ao tempo.
• Tempo de Subida/Descida da Saída (t_r, t_f): t_ré tipicamente 40 ns (10% a 90%), t_fé tipicamente 10 ns (90% a 10%). O tempo de descida mais rápido é característico do estágio de saída com pull-down ativo.
• Imunidade a Transientes de Modo Comum (CMTI): Este é um parâmetro crítico para imunidade a ruído em ambientes ruidosos como acionamentos de motores ou fontes chaveadas. Mede a capacidade do dispositivo de rejeitar transientes de tensão rápidos que aparecem através da barreira de isolamento.
  • EL0630: Mínimo 5000 V/µs.
  • EL0631: Mínimo 10000 V/µs. Esta CMTI mais alta torna o EL0631 adequado para aplicações mais exigentes com ruído elétrico severo.
  • A imunidade é especificada tanto para o estado de saída alta (CM_H) quanto para o estado de saída baixa (CM_L), garantindo que a saída não comute erroneamente durante um evento transitório.

3. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o trecho do PDF fornecido mencione "Curvas Típicas de Características Eletro-Ópticas", os gráficos específicos não estão incluídos no texto. Tipicamente, tais curvas para um fotocoplador incluiriam:

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR) vs. Corrente Direta (I_F): Mostra a eficiência do acoplamento óptico (corrente de saída / corrente de entrada) em diferentes níveis de acionamento.
• Atraso de Propagação vs. Corrente Direta (I_F): Ilustra como a velocidade de comutação varia com a corrente de acionamento do LED. Maior I_Fgeralmente diminui o atraso de propagação.
• Atraso de Propagação vs. Temperatura: Mostra a dependência da velocidade de comutação com a temperatura.
• Tensão de Saturação de Saída vs. Corrente de Saída: Caracteriza o desempenho do transistor de saída quando está drenando corrente.

Os projetistas devem consultar a folha de dados completa com gráficos para entender estas relações e otimizar sua aplicação específica, como equilibrar velocidade contra corrente/potência dissipada no LED.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

O dispositivo é acondicionado em um pacote Small Outline Package (SOP ou SOIC) padrão de 8 pinos. Este pacote de montagem em superfície (SMD) está em conformidade com o footprint comum SO8, facilitando o layout e montagem da PCB.

4.1 Configuração dos Terminais

A disposição dos pinos é a seguinte:

• Pino 1: Ânodo (LED de Entrada do Canal 1)
• Pino 2: Cátodo (LED de Entrada do Canal 1)
• Pino 3: Cátodo (LED de Entrada do Canal 2)
• Pino 4: Ânodo (LED de Entrada do Canal 2)
• Pino 5: Terra (GND) - Comum do lado da saída.
• Pino 6: V_OUT2 (Saída para o Canal 2)
• Pino 7: V_OUT1 (Saída para o Canal 1)
• Pino 8: V_CC(Tensão de Alimentação para o lado da saída, +5V típico)

Nota Importante:Os lados de entrada e saída são totalmente isolados. Os pinos 1-4 estão no lado de entrada isolado, e os pinos 5-8 estão no lado de saída isolado. O layout da PCB deve manter distâncias de fuga e de isolação adequadas entre estes dois conjuntos de pinos e suas trilhas associadas para preservar a classificação de isolamento.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O dispositivo é adequado para processos padrão de montagem em superfície (SMD).

• Temperatura de Soldagem: A temperatura máxima permitida de soldagem é 260°C por 10 segundos. Isto é compatível com perfis típicos de soldagem por refluxo sem chumbo.
• Sensibilidade à Umidade: Embora não explicitamente declarado no trecho, a maioria dos SMDs encapsulados em plástico possui um Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL). O manuseio adequado, pré-aquecimento (baking) se necessário e armazenamento conforme as diretrizes do fabricante são essenciais para prevenir o "efeito pipoca" durante o refluxo.
• Desacoplamento da Saída: Uma nota de projeto crítica (*3) especifica que o pino de alimentação V_CC(8) deve ser desacoplado com um capacitor de 0.1 µF ou maior (cerâmico ou tântalo sólido com boas características de alta frequência). Este capacitor deve ser colocado o mais próximo possível entre o pino 8 (V_CC) e o pino 5 (GND) para garantir operação estável e minimizar o ruído de comutação no barramento de alimentação.

6. Sugestões de Aplicação

6.1 Circuitos de Aplicação Típicos

A folha de dados lista várias aplicações chave:

• Eliminação de Malha de Terra: A função principal, isolar os aterramentos de dois subsistemas para prevenir correntes circulantes e ruído.
• Tradução/Interface de Nível Lógico: Pode fazer interface entre diferentes famílias lógicas (ex.: LSTTL para TTL ou CMOS 5V) enquanto fornece isolamento.
• Transmissão de Dados & Receptores de Linha: Adequado para enlaces de dados seriais isolados (ex.: isolamento RS-232, RS-485), isolamento de I/O digital e multiplexação.
• Realimentação de Fonte Chaveada: Isolando o sinal de realimentação do lado secundário (saída) para o lado primário (controlador) em topologias de conversor flyback ou outras isoladas.
• Substituição de Transformador de Pulso: Oferece uma alternativa de estado sólido, potencialmente mais confiável e compacta, para transmitir pulsos digitais através de uma barreira de isolamento.
• Interface de Periféricos de Computador: Isolando sinais de/para impressoras, placas de I/O industriais ou outros periféricos.

6.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento de Entrada: Um resistor em série deve ser calculado com base na tensão de alimentação de entrada (V_IN), na corrente direta desejada I_F, e na V_F do LED. R_série= (V_IN- V_F) / I_F. I_Fdeve ser ≥ I_FTpara garantir a comutação e pode ser aumentada até a Especificação Máxima Absoluta para melhorar a velocidade, ao custo de maior dissipação de potência.
• Carga de Saída: A saída é projetada para acionar cargas lógicas padrão. O resistor de pull-up R_L(conectado entre V_CCe o pino de saída) define o nível lógico alto e o tempo de subida. Um R_Lmenor fornece tempos de subida mais rápidos, mas aumenta o consumo de energia quando a saída está baixa. A condição de teste usa R_L=350Ω.
• Dissipação de Potência: Calcule a dissipação de potência total nos lados de entrada (P_D= V_F* I_F) e saída para garantir que permaneça dentro dos limites, especialmente em altas temperaturas.
• Seleção de Canal: Escolha o EL0631 em vez do EL0630 para aplicações que requerem maior imunidade a ruído de modo comum (CMTI ≥ 10.000 V/µs vs. 5.000 V/µs).

7. Comparação e Diferenciação Técnica

A série EL063X se diferencia no mercado através de várias características principais:

• Alta Velocidade: Capacidade de 10 Mbit/s e atrasos de propagação ≤100 ns a colocam na categoria de fotocopladores de alta velocidade, adequados para comunicação digital rápida.
• Dual Channel em SOP-8: Integra dois canais isolados em um pacote padrão compacto, economizando espaço na placa em comparação com dois dispositivos de canal único.
• Alta CMTI: Particularmente a CMTI mínima de 10 kV/µs do EL0631 é uma vantagem significativa em ambientes eletricamente ruidosos como acionamentos de motores industriais, onde fotocopladores com CMTI mais baixa podem falhar.
• Ampla Faixa de Temperatura: Desempenho garantido de -40°C a 85°C, com uma faixa de operação de até 100°C, adequada para aplicações industriais e automotivas.
• Aprovações de Segurança Abrangentes: O dispositivo possui aprovações das principais agências de segurança internacionais (UL, cUL, VDE, SEMKO, etc.), o que é frequentemente um requisito obrigatório para produtos finais em mercados regulamentados.
• Conformidade Ambiental: É livre de halogênios (limites de Br/Cl), livre de chumbo, compatível com RoHS e REACH, atendendo às regulamentações ambientais modernas.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a taxa de dados máxima que posso alcançar com este fotocoplador?

R: A especificação de 10 Mbit/s e o atraso de propagação máximo de 100 ns sugerem uma taxa de dados teórica máxima em torno de 5-10 Mbps para dados NRZ. Na prática, a taxa alcançável depende da forma de onda específica, dos tempos de subida/descida e da distorção da largura de pulso. Para operação confiável, um alvo de projeto conservador de 1-5 Mbps é típico.

P: Como escolho entre o EL0630 e o EL0631?

R: A diferença primária é a Imunidade a Transientes de Modo Comum (CMTI). Se sua aplicação envolve ruído de comutação significativo (ex.: próximo a acionamentos de motores, inversores de alta potência, fontes de alimentação ruidosas), o EL0631 (10 kV/µs) fornece imunidade a ruído superior. Para ambientes menos ruidosos, o EL0630 (5 kV/µs) pode ser suficiente.

P: Por que um capacitor de desacoplamento é necessário em V_CC?

R: A comutação de alta velocidade do estágio de saída pode causar picos de corrente instantâneos na linha V_CC. O capacitor de desacoplamento local fornece uma fonte de baixa impedância para esta corrente, prevenindo quedas ou picos de tensão em V_CCque poderiam causar operação errática ou radiação de ruído. Colocá-lo próximo aos pinos é crucial para a eficácia.

P: Posso usar este dispositivo para isolar sinais analógicos?

R: Não. Este é um fotocoplador deporta lógica. A saída é um nível lógico digital (alto ou baixo), não uma representação linear da corrente de entrada. Para isolamento analógico, é necessário um optoacoplador linear (com saída de fototransistor ou fotodiodo).

P: Qual é o propósito da "saída com estrobe" mencionada na descrição?

R: Embora não detalhado neste trecho, uma saída com estrobe tipicamente significa que o estágio de saída possui um controle de habilitação (enable) ou estrobe. Isto permite que a saída seja ligada/desligada ou travada por um terceiro sinal de controle, o que pode ser útil para aplicações de multiplexação ou para reduzir o consumo de energia. A configuração de pinos aqui não mostra um pino de estrobe separado, portanto esta funcionalidade pode estar integrada internamente em um modo específico ou pode se referir à saída ser habilitada pelo próprio sinal de entrada.

9. Princípio de Funcionamento

O princípio de funcionamento é baseado na conversão optoeletrônica. Quando uma corrente direta suficiente (I_F) é aplicada ao Diodo Emissor de Luz Infravermelha (IRED) de entrada, ele emite fótons de luz. Estes fótons atravessam a barreira de isolamento transparente (tipicamente um composto plástico moldado). No lado da saída, um circuito integrado fotodetector de alta velocidade recebe esta luz. Este CI contém um fotodiodo que converte a luz de volta em uma fotocorrente. Esta fotocorrente é então processada por um circuito interno de amplificador e comparador (a "porta lógica") para produzir uma tensão de saída digital limpa e bem definida. Quando o LED de entrada está LIGADO, a saída é levada a um estado lógico BAIXO (tipicamente por um transistor de pull-down ativo). Quando o LED de entrada está DESLIGADO, o circuito de saída puxa o pino para um estado lógico ALTO (através do resistor de pull-up externo R_L). Esta operação de lógica positiva é resumida na Tabela Verdade fornecida: Entrada Alta = Saída Baixa, Entrada Baixa = Saída Alta.

10. Tendências e Contexto da Indústria

O desenvolvimento de fotocopladores como a série EL063X é impulsionado por várias tendências chave na eletrônica:

• Demanda por Maior Velocidade e Largura de Banda: Conforme as redes industriais (EtherCAT, PROFINET IRT) e interfaces de comunicação aceleram, os isoladores devem acompanhar. A mudança de kilobits para megabits e agora em direção a velocidades de 10+ megabits é evidente.
• Imunidade a Ruído AumentadaAmbientes industriais e automotivos estão se tornando mais complexos eletricamente, necessitando de isoladores com classificações CMTI mais altas para garantir operação confiável em meio a ruído de acionamentos de motores, fontes chaveadas e fontes de RF.
• Miniaturização e IntegraçãoO projeto dual channel em um pacote SOP-8 reflete a necessidade de economizar espaço na PCB e reduzir a contagem de componentes. Tendências futuras incluem integrar mais canais (isoladores quádruplos) ou combinar isolamento com outras funções como drivers de ADC ou tradução de nível I²C.
• Padrões de Segurança e Confiabilidade AprimoradosRegulamentações de segurança mais rigorosas em todas as indústrias pressionam por componentes com maiores tensões de isolamento, maior vida útil operacional e certificações robustas de agências como UL, VDE e CQC.
• Tecnologias de Isolamento AlternativasEmbora os optoacopladores sejam maduros, eles enfrentam concorrência de isoladores capacitivos (usando barreiras de SiO₂) e isoladores magnéticos (baseados em magnetorresistência gigante ou transformadores), que podem oferecer vantagens em velocidade, consumo de energia e densidade de integração. No entanto, os optoacopladores mantêm posições fortes devido à sua alta CMTI, simplicidade e confiabilidade bem compreendida.

A série EL063X, com seu equilíbrio entre velocidade, integração dual channel, alta CMTI e certificações de segurança, está posicionada para atender a estas demandas contínuas no mercado por isolamento de sinal robusto e de alto desempenho.