Waraka wa Kiufundi ya Kiingereza: EL263X Series Datasheet - Fotokopla ya Lojia ya Kasi ya 10Mbit/s yenye Pini 8 DIP - 10Mbps - Uwazi wa 5000Vrms

1. Product Overview

The EL263X series represents a family of high-speed, logic gate output photocouplers (optoisolators). These devices are engineered to provide electrical isolation between input and output circuits while transmitting digital logic signals at high speeds. The core function is to translate an input logic level (HIGH/LOW) into a corresponding, but electrically isolated, output logic level.

The primary application is in scenarios where ground loop elimination, noise immunity, and voltage level shifting are critical. They are commonly used as replacements for pulse transformers in data transmission, providing a solid-state, potentially more reliable and compact solution.

1.1 Core Advantages and Target Market

Mfululizo wa EL263X umeundwa kwa matumizi yanayohitaji uadilifu wa ishara ya dijiti ya kasi na upekee wa umeme thabiti. Faida zake kuu zinatokana na vigezo vyake maalum vya kiufundi.

• Usambazaji wa Data wa Kasi: Kwa kiwango cha juu cha data cha 10 Mbit/s na ucheleweshaji wa kuenea kwa kawaida karibu 35-40 ns, inafaa kwa vifungu vya mawasiliano ya kisasa ya dijiti, vifaa vya ziada vya kompyuta, na mifumo ya kuzidisha ambapo wakati ni muhimu.
• Ukingo wa Uvumilivu wa Kelele Bora: Kiwango cha chini cha Uvumilivu wa Mabadiliko ya Hali ya Kawaida (CMTI) cha 10 kV/μs (kwa EL2631) kinahakikisha utendakazi unaotegemewa katika mazingira yenye kelele za umeme, kama vile vifaa vya umeme vya kubadili na madereva ya motor, ambapo mishtuko mikubwa na ya haramu ya voltage ni ya kawaida kwenye kizuizi cha kutengwa.
• Voltage ya Utofautishaji wa Juu: The 5000 V_rms Voltage ya kutengwa hutoa kizuizi kikali cha usalama na ulinzi, inafaa kwa mifumo ya udhibiti wa viwanda, vifaa vya matibabu, na matumizi mengine yanayohitaji insulation iliyoimarishwa.
• Uendeshaji wa Joto Pana: Utendaji unaohakikishwa kutoka -40°C hadi +85°C hufanya ufawe kwa matumizi ya magari, viwanda, na nje ambapo hali kali za joto hupatikana.
• Uendeshaji wa Lojiki ya Gate: Matokeo yanapatana moja kwa moja na familia za mantiki za kawaida (LSTTL, TTL, CMOS ya 5V), kurahisisha muundo wa kiolesura bila kuhitaji saketi za ziada za bafa.

Soko lengwa linajumuisha wabunifu wa otomatiki ya viwanda, vifaa vya usambazaji wa umeme (vibadilishaji AC-DC, DC-DC), mifumo ya ukusanyaji data, violezo vya mawasiliano, na mfumo wowote wa kielektroniki ambapo utengano wa galvanic wa ishara za dijiti unahitajika kwa usalama, kupunguza kelele, au kubadilisha viwango.

2. Uchambuzi wa Kina wa Vigezo vya Kiufundi

Karatasi ya data inatoa sifa kamili za umeme na kubadili-badili. Ufafanuzi wa kina ni muhimu kwa muundo sahihi wa saketi.

2.1 Viwango vya Juu Kabisa

Hizi ni mipaka ya mkazo ambayo haipaswi kuzidi chini ya hali yoyote, hata kwa muda mfupi. Kuendesha kifaa zaidi ya viwango hivi kunaweza kusababisha uharibifu wa kudumu.

• Input Forward Current (I_F): 20 mA. Input infrared LED lazima iendeshwe kwa kipingamanishi cha kudhibiti mkondo ili kuhakikisha I_F inabaki chini ya thamani hii.
• Voltage ya Usambazaji wa Pato (V_CC): 7.0 V. Hii ndio voltage ya juu kabisa inayoweza kutumiwa kwenye upande wa pato wa V_CC pin (pin 8).
• Voltage ya Pato (V_O): 7.0 V. Voltage kwenye pini za pato (6, 7) haipaswi kuzidi kikomo hiki.
• Voltage ya Kutengwa (V_ISO): 5000 V_rms for 1 minute. This is a test parameter for the dielectric strength of the isolation barrier between the input (pins 1-4) and output (pins 5-8) sections.
• Soldering Temperature (T_SOL): 260°C kwa sekunde 10. Hii inaongoza wasifu wa uuzaji wa reflow, ikionyesha kiwango cha juu cha joto ambacho kifurushi kinaweza kustahimili.

2.2 Electrical and Transfer Characteristics

Vigezo hivi hufafanua utendaji wa kifaa chini ya hali za kawaida za uendeshaji (T_A = -40°C hadi 85°C).

• Forward Voltage (V_F): Kwa kawaida 1.4V kwa I_F=10mA. Hii hutumiwa kuhesabu kipingamizi mfululizo wa pembejeo inapotumika kutoka chanzo cha voltage (mfano, R_kikomo = (V_chanzo - V_F) / I_F).
• Low Level Output Voltage (V_OL): Upeo wa 0.6V kwa I_F=5mA na I_OL=13mA. Hii inafafanua uwezo wa pato la kuchukua mkondo huku ukidumisha voltage halali ya LOGIC LOW.
• Input Threshold Current (I_FT): Maximum 5mA. This is the input current required to guarantee the output switches to a valid logic LOW state (V_O < 0.6V). Design should use an I_F kwa kiasi kikubwa zaidi ya hii (mfano, 7.5mA au 10mA kama inavyoonyeshwa katika hali ya majaribio) kwa ukingo.
• Ugavi wa Mikondo (I_CCH, I_CCL): The quiescent current of the output IC. I_CCL (output LOW) is slightly higher (~14.5mA typ.) than I_CCH (~12.5mA typ.) kwa sababu transistor ya pato inafanya kazi.

2.3 Switching Characteristics

Vigezo hivi ni muhimu sana kwa uchambuzi wa wakati katika saketi za kasi ya juu. Masharti ya majaribio: V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω.

• Propagation Delays (t_PLH, t_PHL): Muda kutoka kwa mkondo wa pembejeo kupita 3.75mA hadi voltage ya pato kupita 1.5V. t_PLH (pembejeo HIGH-to-LOW hadi pato LOW-to-HIGH) ni 35 ns kwa kawaida, 100 ns kwa upeo. t_PHL is 40 ns typ., 100 ns max. Asilimia (5 ns typ.) inachangia kwa upotoshaji wa upana wa msukumo.
• Upotoshaji wa Upana wa Msukumo (PWD): |t_PHL - t_PLH|, upeo wa 35 ns. Hii ni tofauti katika ucheleweshaji wa uenezi, ambayo inaweza kusababisha upana wa msukumo wa pato kutofautiana na upana wa msukumo wa ingizo. Ni muhimu sana katika usambazaji wa saa au ishara sahihi ya wakati.
• Nyakati za Kupanda/Kushuka (t_r, t_f): t_r (10% hadi 90%) ni 40 ns kwa kawaida. t_f (90% hadi 10%) ni 10 ns kwa kawaida. Wakati wa kushuka wa haraka ni wa kawaida kwa saketi za kuvuta chini zenye nguvu.
• Kinga ya Msukosuko wa Hali ya Kawaida (CMTI): Hii ni kigezo muhimu cha kutengwa. EL2631 inahakikisha kiwango cha chini cha 10,000 V/μs (kawaida 20,000 V/μs), wakati EL2630 inahakikisha 5,000 V/μs. Hupima uwezo wa hali ya pato kukabiliana na mabadiliko ya haraka ya voltage kati ya ardhi ya ingizo na pato. CMTI ya juu huzuia kubadili hali isiyo sahihi katika mazingira yenye kelele.

3. Performance Curve Analysis

Ingawa sehemu iliyotolewa ya PDF inataja "Mikunjo ya Kawaida ya Tabia za Umeme-Optiki" kwenye ukurasa wa 5, michoro maalum haijajumuishwa katika maandishi. Kwa kawaida, mikunjo kama hiyo kwa photocoupler ingejumuisha:

• Current Transfer Ratio (CTR) dhidi ya Forward Current: Inaonyesha ufanisi wa mkondo wa pato uliounganishwa ukilinganisha na mkondo wa LED wa pembejeo, ingawa kwa pato la kiungo cha mantiki, hii iko ndani ya IC.
• Propagation Delay dhidi ya Temperature: Inaonyesha jinsi vigezo vya wakati wa ishara vinavyobadilika katika anuwai ya joto ya uendeshaji.
• Voltage ya Mbele dhidi ya Joto: Inaonyesha mgawo hasi wa joto (ΔV_F/ΔT_A ≈ -1.8 mV/°C), ambayo ni muhimu kwa muundo wa kuendesha mkondo wa mara kwa mara.
• Voltage ya Pato dhidi ya Mkondo wa Pato (Kuzamisha/Chanzo): Ingeelezea uwezo wa kiendeshi cha pato.

Wabunifu wanapaswa kushauriana na karatasi kamili ya data kutoka kwa mtengenezaji kwa grafu hizi ili kuelewa mipaka ya utendaji na kupunguza nguvu.

4. Mechanical, Packaging & Assembly Information

4.1 Usanidi wa Pini na Mchoro wa Mzunguko

Kifaa hiki kimewekwa ndani ya kifurushi cha kawaida cha pini 8 cha Dual In-line Package (DIP).

• Usanidi wa Pini:
  1. Anode 1
  2. Cathode 1
  3. Cathode 2
  4. Anode 2
  5. Ground (GND)
  6. Voltage ya Pato la 2 (V)_OUT2)
  7. Voltage ya Pato la 1 (V)_OUT1)
  8. Voltage ya Usambazaji (V_CC)
• Jedwali la Ukweli (Mantiki Chanya): Ingizo la JUU = Pato la CHINI; Ingizo la CHINI = Pato la JUU. Pini mbili za anode/cathode zinaruhusu muunganisho mbadala wa LED ya ingizo.
• Critical Bypassing: A 0.1 µF (or larger) ceramic capacitor with good high-frequency characteristics must iunganishwe kati ya V_CC (pini 8) na GND (pini 5), iwekwe karibu iwezekanavyo na pini za kifaa. Hii ni muhimu kwa utendakazi thabiti na kupunguza kelele za kubadili.

4.2 Soldering and Handling

Kiwango cha juu kabisa cha joto cha kuuzia ni 260°C kwa sekunde 10. Hii inalingana na wasifu wa kawaida wa reflow isiyo na risasi. Kwa kuuzia kwa wimbi au kwa mkono, wakati wa mawasiliano na joto linapaswa kudhibitiwa ili kuzuia uharibifu wa kifurushi. Tahadhari za kawaida za ESD (Electrostatic Discharge) zinapaswa kuzingatiwa wakati wa usindikaji.

5. Miongozo ya Utumizi na Mambo ya Kuzingatia katika Ubunifu

5.1 Saketi za Kawaida za Utumizi

EL263X ni mseto. Matumizi muhimu ni pamoja na:

• Utofautishaji wa Kiolesura cha Kidijitali: Kutenganisha mistari ya UART, SPI, au I2C kati ya kidhibiti-kichwa na kifaa cha ziada katika kikoa tofauti cha umeme au mazingira yenye kelele.
• Ubadilishaji wa Usambazaji wa Nguvu wa Maoni: Kutenganisha ishara ya makosa ya maoni kutoka upande wa sekondari (pato) hadi kwa kidhibiti cha upande wa msingi, ikitoa utenganishaji wa usalama na kinga dhidi ya kelele kutokana na mabadiliko ya ghafla ya kubadili nguvu.
• Kuvunja Mzunguko wa Ardhi katika Mistari ya Data: Kuzuia mikondo ya sasa inayozunguka na kelele katika viungo vya mawasiliano kati ya mifumo yenye ardhi tofauti.
• Kivunjaji Kiwango cha Mantiki na Utofautishaji: Kubadilisha viwango vya voltage (mfano, 3.3V hadi 5V) wakati pia hutoa utofautishaji wa galvanic.

5.2 Mambo Muhimu ya Kuzingatia katika Ubunifu

• Input Current Setting: Choose I_F based on speed and margin. The test condition is 7.5mA. Using 10-16 mA provides faster switching and better noise margin but increases power dissipation. Always use a series resistor: R_IN = (V_DRIVE - V_F) / I_F. Remember V_F hupungua kwa joto.
• Mzigo wa Pato: Mzigo wa majaribio ni 350Ω hadi V_CC. Pato linaweza kuchukua angalau 13mA (I_OL hali) wakati wa kudumisha V_OL < 0.6V. Do not exceed the maximum output current (I_O = 50 mA).
• Power Supply Decoupling: The 0.1 µF bypass capacitor is non-negotiable. Its absence can lead to oscillations, false triggering, or degraded CMTI performance.
• Layout for High CMTI: Ili kufikia CMTI iliyopimwa, punguza uwezo wa bandia kwenye kizuizi cha kutengwa. Weka njia za pembejeo na pato zimegawanyika kimwili kwenye bodi ya mzunguko. Fuata umbali wa kutambaa na kufuta ulipendekezwa na mtengenezaji kwa 5000V_rms kutengwa.
• Kuchagua EL2630 dhidi ya EL2631: Tofauti kuu ni CMTI iliyohakikishiwa. Tumia EL2631 katika matumizi yenye kelele ya dV/dt ya juu sana, kama vile katika madereva ya motor au vigeuzi vya nguvu ya juu. EL2630 inafaa kwa mazingira yasiyo na mahitaji makubwa.

6. Ulinganishi wa Kiufundi na Utofautishaji

Ikilinganishwa na mfululizo wa kawaida wa vihusishi vya mwanga 4N25/4N35 (ambavyo vina pato la transistor), EL263X inatoa faida za maamuzi kwa mifumo ya dijiti:

• Kasi: 10 Mbit/s vs. typically < 100 kbit/s for transistor-output couplers.
• Aina ya Pato: Pato la njia ya mantiki yenye kuvuta juu na kushoto kikamilifu hutoa kingo safi na za haraka, na usawa wa moja kwa moja wa mantiki, tofauti na pato la transistor la kolekta wazi ambalo linahitaji kipingamizi cha kuvuta juu cha nje na ni polepole zaidi.
• CMTI: CMTI ya juu maalum na iliyohakikishiwa (10 kV/µs) ni kipimo muhimu cha uthabiti wa viwanda, ambacho mara nyingi hakibainishwi au ni ya chini zaidi katika viunganishi vya msingi.

Ikilinganishwa na viunganishi vingine vya kasi ya juu au vijitenga vya dijiti (vinavyotegemea mawasiliano ya uwezo wa umeme au sumaku), viunganishi vya mwanga kama EL263X hutoa faida ya kutegemea teknolojia ya mwanga inayoeleweka vizuri na kinga ya asili ya juu dhidi ya sehemu za sumaku.

7. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (Kulingana na Vigezo)

Q: Kasi ya juu ya data ninayoweza kufikiza ni ipi?
A: Kifaa kina sifa ya uendeshaji wa 10 Mbit/s. Sababu zinazoweka mipaka ni ucheleweshaji wa usambazaji na upotovu wa upana wa pigo. Kwa wimbi la mraba lenye mzunguko wa wajibu wa 50%, masafa ya juu zaidi ni takriban 1/(2 * t_PHL) au 1/(2 * t_PLH), yoyote ambayo ni ndogo. Kwa kutumia ucheleweshaji wa juu zaidi (100 ns), hii inatoa ~5 MHz. Hata hivyo, kwa data isiyorudi kwenye sifuri (NRZ), kiwango cha 10 Mbit/s ni halali.

Kwa nini capacitor ya bypass ni lazima?
Kubadilika kwa kasi kwa kasi kwa hatua ya pato la ndani husababisha mafuriko ya ghafla ya mkondo kwenye mstari wa V_CC Bila capacitor ya ndani, yenye inductance ya chini, mafuriko haya yanaweza kusababisha voltage ya usambazaji wa ndani kupungua au kupanda kwa ghafla, na kusababisha utendakazi usio wa kawaida, kupungua kwa ukingo wa kelele, na kutokufikia vipimo vya CMTI.

Je, naweza kuendesha pembejeo moja kwa moja kutoka kwa pini ya microcontroller?
A> Yes, but you must tumia kipingamizi cha kuzuia mkondo. Pini ya kawaida ya microcontroller kwenye 3.3V au 5V inaweza kutoa/kukamata mkondo wa kutosha. Kwa mfano, kupata I_F ≈ 10mA kutoka kwa pini ya 3.3V: R = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω (tumia thamani ya kawaida ya 180Ω au 200Ω). Daima thibitisha uwezo wa mkondo wa pini ya MCU.

Q: Inamaanisha nini kipengele cha "strobable output"?
A: Hii inarejelea uwezo wa kulazimisha pato liingie katika hali ya juu ya upinzani. Ingawa jedwali la ukweli lililotolewa halionyeshi utendakazi wa kulemaza, baadhi ya vifungo vya mwanga vya liji za mantiki vina pini ya kuwezesha pato. Maelezo ya EL263X yanayataja, lakini mpangilio wa pini na jedwali havionyeshi pini maalum kwa hili. Wabunifu wanapaswa kuthibitisha utekelezaji wa kipengele hiki katika lahaja maalum.

8. Utafiti wa Kesi ya Uundaji wa Vitendo

Scenario: Isolating a 1 Mbit/s UART signal between a 3.3V sensor node and a 5V system controller in an industrial setting with motor noise.

Design Steps:

1. Uchaguzi wa Sehemu: Chagua EL2631 kwa CMTI yake ya juu iliyohakikishiwa (10 kV/µs) ili kustahimili kelele kutoka kwa motor karibu.
2. Saketi ya Ingizo: Pini ya TX ya sensor ya 3.3V inaendesha ingizo la photocoupler. Hesabu upinzani wa mfululizo kwa I_F = 10mA: R_IN = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω. Tumia upinzani wa 180Ω. Unganisha anode (pini 1 au 4) kwenye upinzani, cathode (pini 2 au 3) kwenye sensor GND.
3. Saketi la Pato: Ugavi wa V_CC = 5V kutoka upande wa kudhibiti. Weka capacitor ya seramiki ya 0.1 µF moja kwa moja kati ya pini 8 (V_CC) na pini 5 (GND). Unganisha pini ya pato (6 au 7) kwenye pini ya RX ya kudhibiti 5V. Kipingamizi cha mfululizo (mfano, 100Ω) kinaweza kuongezwa ili kupunguza mkondo ikiwa inahitajika, lakini haihitajiki kabisa kwa ingizo la mantiki.
4. Mpangilio wa PCB: Place the photocoupler straddling the isolation gap on the PCB. Ensure >8mm creepage/clearance (consult safety standards for 5000V_rms) kati ya maeneo yote ya shaba ya upande wa pembejeo na upande wa pato, vipengele, na nyuzi. Weka misumari ya capacitor ya bypass iwe mfupi sana.
5. Uthibitishaji: With this setup, a logic HIGH (3.3V) from the sensor TX will turn on the LED, causing the output to go LOW (<0.6V), which the 5V controller reads as a logic LOW. The signal is inverted, which can be corrected in software if necessary.

9. Kanuni ya Uendeshaji

EL263X inafanya kazi kwa kanuni ya kuunganisha kwa mwanga. Ishara ya umeme ya pembejeo inaendesha Light Emitting Diode (LED) ya infrared. Inapokuwa na mkazo wa mbele, LED hutoa mwanga wa infrared. Mwanga huu huvuka kizuizi cha kutengwa kilicho wazi (kwa kawaida pengo la plastiki iliyotengenezwa). Upande wa pili, kigunduzi cha mwanga cha silicon ya monolithic na mzunguko uliojumuishwa hugundua mwanga huu. IC inajumuisha kikuza sauti chenye faida kubwa, kichocheo cha Schmitt cha kinga ya kelele, na hatua ya kiendeshi cha pato cha totem-pole. Kiendeshi kinavuta kichocheo cha pato kwa nguvu JUU (kuelekea V_CC) au LA CHINI (kuelekea GND) kulingana na uwepo au kutokuwepo kwa mwanga, na kuunda ishara safi ya kimantiki iliyopambwa ambayo imetengwa kwa umeme kutoka kwa pembejeo. Kizuizi cha kutengwa hutoa uwezo wa juu wa kustahimili voltage na kuzuia vitanzi vya ardhi.

10. Mielekeo ya Teknolojia

Photocoupler technology continues to evolve. Trends relevant to devices like the EL263X include:

• Higher Speeds: Maendeleo yanayoendelea yanalenga viwango vya data vinavyozidi 50 Mbit/s na hata kufikia safu ya 100+ Mbit/s kwa interfaces za kisasa za serial zenye kasi kubwa.
• Matumizi ya Nguvu ya Chini: Kupunguza mahitaji ya sasa ya LED ya ingizo (I_F) na usambazaji wa pato la sasa (I_CC) ili kukidhi mahitaji ya vifaa vya kubebeka na vinavyotumia nishati kwa ufanisi.
• Ujumuishaji Ulioimarishwa: Kuchanganya njia nyingi za kutengwa (mbili, nne) kwenye kifurushi kimoja ili kuokoa nafasi ya bodi na gharama katika violeshi vya mstari mwingi kama SPI au GPIO zilizotengwa.
• CMTI Iliyoboreshwa: Kadiri kasi ya kubadili umeme inavyoongezeka (mfano, kwa matransista za SiC na GaN), mahitaji ya visambazaji vyenye viwango vya juu zaidi vya CMTI (25-100 kV/µs) yanaongezeka ili kudumisha uthabiti.
• Kupunguzwa Ukubwa wa Kifurushi: Kuhamia kutoka kwa vifurushi vya DIP vilivyo na mashimo kupitia hadi chaguo za kusakinishwa kwenye uso kama SOIC-8 na hata vifurushi vidogo zaidi vya SOIC vilivyo na mwili mpana ili kukidhi muundo mnene wa bodi ya mzunguko wa kuchapishwa.

Msururu wa EL263X uko katika kiwango cha utendaji kilichothibitishwa, ukitoa usawa thabiti wa kasi, nguvu ya kutengwa, na ukinzani wa kelele kwa matumizi mengi ya viwanda na mawasiliano.