Ficha Técnica da Série EL263X - Fotocoplador de Porta Lógica de Alta Velocidade 10Mbit/s em DIP de 8 Pinos - Isolamento 5000Vrms

1. Visão Geral do Produto

A série EL263X representa uma família de fotocopladores (optoisoladores) de saída de porta lógica de alta velocidade. Estes dispositivos são projetados para fornecer isolamento elétrico entre os circuitos de entrada e saída, transmitindo sinais lógicos digitais a altas velocidades. A função principal é traduzir um nível lógico de entrada (ALTO/BAIXO) num nível lógico de saída correspondente, mas eletricamente isolado.

A aplicação principal é em cenários onde a eliminação de loops de terra, a imunidade a ruído e a conversão de níveis de tensão são críticos. São comumente usados como substitutos de transformadores de pulso em transmissão de dados, fornecendo uma solução de estado sólido, potencialmente mais confiável e compacta.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

A série EL263X é projetada para aplicações que exigem tanto integridade de sinal digital de alta velocidade quanto isolamento elétrico robusto. As suas principais vantagens derivam dos seus parâmetros técnicos específicos.

• Transmissão de Dados de Alta Velocidade:Com uma taxa de dados máxima de 10 Mbit/s e atrasos de propagação tipicamente em torno de 35-40 ns, é adequado para interfaces de comunicação digital modernas, periféricos de computador e sistemas de multiplexação onde o *timing* é crucial.
• Imunidade Superior a Ruído:Uma Imunidade Transitória em Modo Comum (CMTI) mínima de 10 kV/μs (para o EL2631) garante operação confiável em ambientes eletricamente ruidosos, como fontes chaveadas e acionamentos de motores, onde grandes picos de tensão rápidos são comuns através da barreira de isolamento.
• Alta Tensão de Isolamento:A tensão de isolamento de 5000 V_rmsfornece uma forte barreira de segurança e proteção, adequada para sistemas de controle industrial, equipamentos médicos e outras aplicações que requerem isolamento reforçado.
• Operação em Amplo Intervalo de Temperatura:Desempenho garantido de -40°C a +85°C torna-o adequado para aplicações automotivas, industriais e externas onde são encontrados extremos de temperatura.
• Compatibilidade com Portas Lógicas:A saída é diretamente compatível com famílias lógicas padrão (LSTTL, TTL, CMOS 5V), simplificando o projeto da interface sem a necessidade de circuitos *buffer* adicionais.

O mercado-alvo inclui projetistas de automação industrial, fontes de alimentação (conversores AC-DC, DC-DC), sistemas de aquisição de dados, interfaces de comunicação e qualquer sistema eletrónico onde o isolamento galvânico de sinais digitais seja necessário por questões de segurança, redução de ruído ou conversão de nível.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

A ficha técnica fornece características elétricas e de comutação abrangentes. Uma interpretação detalhada é essencial para um projeto de circuito adequado.

2.1 Especificações Absolutas Máximas

Estes são limites de tensão/corrente que não devem ser excedidos sob quaisquer condições, nem mesmo momentaneamente. Operar o dispositivo além destes valores pode causar danos permanentes.

• Corrente Direta de Entrada (I_F):20 mA. O LED infravermelho de entrada deve ser acionado com um resistor limitador de corrente para garantir que I_Fpermaneça abaixo deste valor.
• Tensão de Alimentação de Saída (V_CC):7,0 V. Esta é a tensão máxima absoluta que pode ser aplicada ao terminal V_CC(terminal 8) do lado da saída.
• Tensão de Saída (V_O):7,0 V. A tensão nos terminais de saída (6, 7) não deve exceder este limite.
• Tensão de Isolamento (V_ISO):5000 V_rmsdurante 1 minuto. Este é um parâmetro de teste para a rigidez dielétrica da barreira de isolamento entre as secções de entrada (terminais 1-4) e saída (terminais 5-8).
• Temperatura de Soldagem (T_SOL):260°C durante 10 segundos. Isto orienta o perfil de soldagem por refluxo, indicando a temperatura de pico que o corpo do encapsulamento pode suportar.

2.2 Características Elétricas e de Transferência

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação (T_A= -40°C a 85°C).

• Tensão Direta (V_F):Tipicamente 1,4V a I_F=10mA. Isto é usado para calcular o resistor em série de entrada quando acionado por uma fonte de tensão (ex.: R_limit= (V_source- V_F) / I_F).
• Tensão de Saída em Nível Baixo (V_OL):Máximo de 0,6V a I_F=5mA e I_OL=13mA. Isto define a capacidade da saída de drenar corrente enquanto mantém uma tensão lógica BAIXA válida.
• Corrente de Limiar de Entrada (I_FT):Máximo de 5mA. Esta é a corrente de entrada necessária para garantir que a saída comute para um estado lógico BAIXO válido (V_O <0,6V). O projeto deve usar uma I_Fsignificativamente maior que esta (ex.: 7,5mA ou 10mA, como mostrado nas condições de teste) para obter margem.
• Correntes de Alimentação (I_CCH, I_CCL):A corrente quiescente do CI de saída. I_CCL(saída BAIXA) é ligeiramente maior (~14,5mA típ.) que I_CCH(~12,5mA típ.) porque o transistor de saída está ativo.

2.3 Características de Comutação

Estes parâmetros são críticos para a análise de temporização em circuitos de alta velocidade. Condições de teste: V_CC=5V, I_F=7,5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω.

• Atrasos de Propagação (t_PLH, t_PHL):O tempo desde que a corrente de entrada cruza 3,75mA até que a tensão de saída cruza 1,5V. t_PLH(entrada ALTO-PARA-BAIXO para saída BAIXO-PARA-ALTO) é 35 ns típ., 100 ns máx. t_PHLé 40 ns típ., 100 ns máx. A assimetria (5 ns típ.) contribui para a distorção da largura de pulso.
• Distorção da Largura de Pulso (PWD):|t_PHL- t_PLH|, máximo 35 ns. Esta é a diferença nos atrasos de propagação, que pode fazer com que a largura do pulso de saída difira da largura do pulso de entrada. É crucial na transmissão de sinais de relógio ou de temporização precisa.
• Tempos de Subida/Descida (t_r, t_f): t_r(10% a 90%) é 40 ns típ. t_f(90% a 10%) é 10 ns típ. O tempo de descida mais rápido é típico para circuitos de *pull-down* ativo.
• Imunidade Transitória em Modo Comum (CMTI):Este é um parâmetro de isolamento chave. O EL2631 garante um mínimo de 10.000 V/μs (típ. 20.000 V/μs), enquanto o EL2630 garante 5.000 V/μs. Mede a imunidade do estado de saída a transientes de tensão rápidos entre os terrenos de entrada e saída. Uma CMTI elevada evita comutação falsa em ambientes ruidosos.

3. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o excerto do PDF fornecido mencione "Curvas Típicas de Características Eletro-Ópticas" na página 5, os gráficos específicos não estão incluídos no texto. Normalmente, tais curvas para um fotocoplador incluiriam:

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR) vs. Corrente Direta:Mostra a eficiência da corrente de saída acoplada em relação à corrente do LED de entrada, embora para uma saída de porta lógica, isto seja interno ao CI.
• Atraso de Propagação vs. Temperatura:Ilustra como os parâmetros de temporização do sinal variam ao longo da faixa de temperatura de operação.
• Tensão Direta vs. Temperatura:Mostra o coeficiente de temperatura negativo (V_F/T_A≈ -1,8 mV/°C), o que é importante para o projeto de acionamento por corrente constante.
• Tensão de Saída vs. Corrente de Saída (Dreno/Fonte):Detalharia a capacidade do *driver* de saída.

Os projetistas devem consultar a ficha técnica completa do fabricante para obter estes gráficos, a fim de compreender os limites de desempenho e o *derating*.

4. Informações Mecânicas, de Embalagem e Montagem

4.1 Configuração dos Terminais e Esquemático

O dispositivo é encapsulado num pacote Dual In-line (DIP) padrão de 8 pinos.

• Configuração dos Terminais:
  1. Ânodo 1
  2. Cátodo 1
  3. Cátodo 2
  4. Ânodo 2
  5. Terra (GND)
  6. Tensão de Saída 2 (V_OUT2)
  7. Tensão de Saída 1 (V_OUT1)
  8. Tensão de Alimentação (V_CC)
• Tabela Verdade (Lógica Positiva):Entrada ALTA = Saída BAIXA; Entrada BAIXA = Saída ALTA. Os terminais duplos de ânodo/cátodo permitem uma conexão flexível do LED de entrada.
• Desacoplamento Crítico:Um capacitor cerâmico de 0,1 µF (ou maior) com boas características de alta frequênciadeveser conectado entre V_CC(terminal 8) e GND (terminal 5), colocado o mais próximo possível dos terminais do dispositivo. Isto é essencial para operação estável e minimização do ruído de comutação.

4.2 Soldagem e Manuseio

A especificação absoluta máxima para soldagem é 260°C durante 10 segundos. Isto corresponde a um perfil de refluxo padrão sem chumbo. Para soldagem por onda ou manual, o tempo de contacto e a temperatura devem ser controlados para evitar danos ao encapsulamento. Precauções padrão contra Descarga Eletrostática (ESD) devem ser observadas durante o manuseio.

5. Diretrizes de Aplicação e Considerações de Projeto

5.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O EL263X é versátil. As principais aplicações incluem:

• Isolamento de Interface Digital:Isolar linhas UART, SPI ou I2C entre um microcontrolador e um periférico num domínio de alimentação diferente ou num ambiente ruidoso.
• Realimentação de Fonte Chaveada:Isolar o sinal de erro de realimentação do lado secundário (saída) para o controlador do lado primário, fornecendo isolamento de segurança e imunidade a ruído dos transientes de comutação de potência.
• Quebrador de Loop de Terra em Linhas de Dados:Prevenir correntes circulantes e ruído em ligações de comunicação entre sistemas com terrenos separados.
• Tradutor de Nível Lógico com Isolamento:Converter níveis de tensão (ex.: 3,3V para 5V) enquanto também fornece isolamento galvânico.

5.2 Considerações Críticas de Projeto

• Definição da Corrente de Entrada:Escolha I_Fcom base na velocidade e margem. A condição de teste é 7,5mA. Usar 10-16 mA proporciona comutação mais rápida e melhor margem de ruído, mas aumenta a dissipação de potência. Use sempre um resistor em série: R_IN= (V_DRIVE- V_F) / I_F. Lembre-se que V_Fdiminui com a temperatura.
• Carga de Saída:A carga de teste é 350Ω para V_CC. A saída pode drenar um mínimo de 13mA (condição I_OL) mantendo V_OL <0,6V. Não exceda a corrente de saída máxima (I_O= 50 mA).
• Desacoplamento da Fonte de Alimentação:O capacitor de *bypass* de 0,1 µF énão negociável. A sua ausência pode levar a oscilações, disparos falsos ou degradação do desempenho da CMTI.
• Layout para Alta CMTI:Para atingir a CMTI nominal, minimize a capacitância parasita através da barreira de isolamento. Mantenha os *traces* de entrada e saída fisicamente separados na PCB. Siga as distâncias de *creepage* e *clearance* recomendadas pelo fabricante para os 5000V_rms isolation.
• Escolha entre EL2630 e EL2631:A principal diferença é a CMTI garantida. Use o EL2631 em aplicações com ruído dV/dt extremamente alto, como em acionamentos de motores ou inversores de alta potência. O EL2630 é adequado para ambientes menos exigentes.

6. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com fotocopladores padrão da série 4N25/4N35 (que têm saída de transistor), o EL263X oferece vantagens decisivas para sistemas digitais:

• Velocidade:10 Mbit/s vs. tipicamente<100 kbit/s para fotocopladores com saída de transistor.
• Tipo de Saída:Saída de porta lógica com *pull-up* e *pull-down* ativos fornece bordas limpas e rápidas e compatibilidade lógica direta, ao contrário da saída de transistor de coletor aberto que requer um resistor de *pull-up* externo e é mais lenta.
• CMTI:Uma CMTI elevada especificada e garantida (10 kV/µs) é uma métrica crítica para robustez industrial, frequentemente não especificada ou muito mais baixa em fotocopladores básicos.

Comparado com outros fotocopladores de alta velocidade ou isoladores digitais (baseados em acoplamento capacitivo ou magnético), fotocopladores como o EL263X oferecem a vantagem de serem baseados na tecnologia óptica bem compreendida, com alta imunidade intrínseca a campos magnéticos.

7. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros)

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

R: O dispositivo é caracterizado para operação a 10 Mbit/s. Os fatores limitantes são os atrasos de propagação e a distorção da largura de pulso. Para uma onda quadrada com ciclo de trabalho de 50%, a frequência máxima é aproximadamente 1/(2 * t_PHL) ou 1/(2 * t_PLH), o que for menor. Usando os atrasos máximos (100 ns), isto dá ~5 MHz. No entanto, para dados *non-return-to-zero* (NRZ), a taxa de 10 Mbit/s é válida.

P: Por que um capacitor de *bypass* é obrigatório?

R: A comutação de alta velocidade do estágio de saída interno causa picos de corrente súbitos na linha V_CC. Sem um capacitor local de baixa indutância, estes picos podem fazer com que a tensão de alimentação interna caia ou dispare, levando a operação errática, redução da margem de ruído e falha em cumprir a especificação de CMTI.

P: Posso acionar a entrada diretamente a partir de um pino de um microcontrolador?

R: Sim, mas vocêdeveusar um resistor limitador de corrente. Um pino típico de microcontrolador a 3,3V ou 5V pode fornecer/drenar corrente suficiente. Por exemplo, para obter I_F≈ 10mA a partir de um pino de 3,3V: R = (3,3V - 1,4V) / 0,01A = 190Ω (use um valor padrão de 180Ω ou 200Ω). Verifique sempre a capacidade de corrente do pino do MCU.

P: O que significa a funcionalidade de "saída *strobable*"?

R: Isto refere-se à capacidade de forçar a saída para um estado de alta impedância. Embora a tabela verdade fornecida não mostre uma função de desativação, alguns fotocopladores de porta lógica têm um pino de habilitação de saída. A descrição do EL263X menciona isto, mas a configuração dos terminais e a tabela não mostram um pino dedicado para isso. Os projetistas devem confirmar a implementação desta funcionalidade na variante específica.

8. Estudo de Caso Prático de Projeto

Cenário:Isolar um sinal UART de 1 Mbit/s entre um nó de sensor de 3,3V e um controlador de sistema de 5V num ambiente industrial com ruído de motores.

Passos do Projeto:

1. Seleção da Peça:Escolha o EL2631 pela sua CMTI garantida mais elevada (10 kV/µs) para suportar o ruído de motores próximos.
2. Circuito de Entrada:O pino TX do sensor de 3,3V aciona a entrada do fotocoplador. Calcule o resistor em série para I_F= 10mA: R_IN= (3,3V - 1,4V) / 0,01A = 190Ω. Use um resistor de 180Ω. Conecte o ânodo (terminal 1 ou 4) ao resistor, o cátodo (terminal 2 ou 3) ao GND do sensor.
3. Circuito de Saída:Alimente V_CC= 5V do lado do controlador. Coloque um capacitor cerâmico de 0,1 µF diretamente entre o terminal 8 (V_CC) e o terminal 5 (GND). Conecte o pino de saída (6 ou 7) ao pino RX do controlador de 5V. Um resistor em série (ex.: 100Ω) pode ser adicionado para limitar a corrente, se necessário, mas não é estritamente necessário para uma entrada lógica.
4. Layout da PCB:Posicione o fotocoplador atravessando o vão de isolamento na PCB. Garanta >8mm de *creepage/clearance* (consulte as normas de segurança para 5000V_rms) entre todas as áreas de cobre, componentes e *traces* do lado de entrada e do lado de saída. Mantenha os terminais do capacitor de *bypass* muito curtos.
5. Verificação:Com esta configuração, um nível lógico ALTO (3,3V) do TX do sensor acenderá o LED, fazendo com que a saída vá para BAIXO (<0,6V), que o controlador de 5V lê como um nível lógico BAIXO. O sinal é invertido, o que pode ser corrigido em *software*, se necessário.

9. Princípio de Funcionamento

O EL263X opera com base no princípio do acoplamento óptico. Um sinal elétrico de entrada aciona um Diodo Emissor de Luz (LED) infravermelho. Quando polarizado diretamente, o LED emite luz infravermelha. Esta luz atravessa uma barreira de isolamento transparente (tipicamente um vão de plástico moldado). Do outro lado, um fotodetector de silício monolítico e um circuito integrado detetam esta luz. O CI inclui um amplificador de alto ganho, um *trigger* de Schmitt para imunidade a ruído e um estágio *driver* de saída *totem-pole*. O *driver* puxa ativamente o pino de saída para ALTO (em direção a V_CC) ou BAIXO (em direção a GND) com base na presença ou ausência de luz, criando um sinal lógico limpo e *buffered* que está eletricamente isolado da entrada. A barreira de isolamento fornece alta capacidade de suportar tensão e evita *loops* de terra.

10. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de fotocopladores continua a evoluir. Tendências relevantes para dispositivos como o EL263X incluem:

• Velocidades Mais Elevadas:O desenvolvimento contínuo visa taxas de dados superiores a 50 Mbit/s e até mesmo na faixa de 100+ Mbit/s para interfaces seriais de alta velocidade modernas.
• Menor Consumo de Energia:Reduzir a exigência de corrente do LED de entrada (I_F) e a corrente de alimentação de saída (I_CC) para atender às demandas de dispositivos portáteis e energeticamente eficientes.
• Integração Aprimorada:Combinar múltiplos canais de isolamento (duplo, quádruplo) num único pacote para economizar espaço na placa e custo em interfaces multi-linha como SPI ou GPIO isolados.
• CMTI Melhorada:À medida que as velocidades de comutação da eletrónica de potência aumentam (ex.: com transistores SiC e GaN), a demanda por isoladores com classificações de CMTI ainda mais altas (25-100 kV/µs) cresce para manter a confiabilidade.
• Miniaturização do Pacote:Migração de pacotes DIP *through-hole* para opções de montagem em superfície como SOIC-8 e até pacotes SOIC de corpo largo ainda menores para acomodar projetos de PCB mais densos.

A série EL263X situa-se numa faixa de desempenho bem estabelecida, oferecendo um equilíbrio robusto entre velocidade, força de isolamento e imunidade a ruído para uma ampla gama de aplicações industriais e de comunicação.