ELM8XL-G Series Photocoupler Datasheet - 5-Pin SOP Package - 3.3V/5V Supply - 15MBit/s Speed - English Technical Documentation

1. Muhtasari wa Bidhaa

ELM8XL-G Series inawakilisha familia ya photocouplers za kasi ya juu, zenye pato la liji ya mantiki (optoisolators) zilizoundwa kwa matumizi ya kisasa ya kutengwa kwa dijiti. Kazi ya msingi ya kifaa hiki ni kutoa kutengwa kwa umeme kati ya saketi za ingizo na pato wakati inapitisha ishara za liji ya dijiti kwa kasi ya juu. Inaunganisha diode inayotoa mwanga wa infrared (LED) upande wa ingizo, ambayo imeunganishwa kwa njia ya mwanga kwa saketi iliyojumuishwa ya kugundua CMOS upande wa pato. Njia hii ya kuunganisha kwa mwanga huondoa muunganisho wa umeme, ikitoa kutengwa kwa voltage ya juu na kinga dhidi ya kelele, ambayo ni muhimu katika mifumo yenye tofauti za uwezo wa ardhi au katika mazingira ya umeme yenye kelele.

Kifaa hiki kimefungwa katika kifurushi cha kompakt, cha kusakinishwa kwenye uso, cha pini 5 cha Small Outline Package (SOP), na kukifanya kifae kwa michakato ya usanikishaji ya otomatiki na miundo ya PCB yenye nafasi ndogo. Lengo lake kuu la kubuni ni kuwezesha usambazaji wa data wa kuaminika na wa kasi ya juu kwenye vizuizi vya kutengwa, na kutumika kama kifaa cha kuchukua nafasi ya transfoma za msukumo moja kwa moja katika matumizi mengi huku ukitoa faida katika ukubwa, gharama, na ujumuishaji.

1.1 Faida Kuu na Soko Lengwa

Mfululizo wa ELM8XL-G unatoa faida kadhaa muhimu zinazofafanua nafasi yake katika soko. Kwanza ni uwezo wa kasi ya juu, unaounga mkasi wa data hadi Megabits 15 kwa sekunde (MBit/s). Hii inaufanya ufawe kwa interfaces za mawasiliano ya kisasa na ishara za udhibiti wa haraka. Ya pili ni usawa wa voltage ya usambazaji maradufu, unafanya kazi kwa usahihi na viwango vya mantiki ya CMOS vya 3.3V na 5V, ambavyo vinatoa urahisi wa muundo kwa mifumo ya voltage mchanganyiko. Ya tatu ni kiwango cha juu cha kutengwa ya 3750 V_rmskuhakikisha usalama na uaminifu katika matumizi yanayohitaji ulinzi kutokana na mabadiliko ya juu ya voltage au tofauti katika uwezo wa ardhi.

Kifaa pia kinatengenezwa kukidhi viwango vikali vya mazingira na usalama. Ni bila halojeni (with Bromine <900ppm, Chlorine <900ppm, Br+Cl <1500ppm), compliant with EU REACH regulations, and is both Pb-free and RoHS compliant. It carries approvals from major international safety agencies including UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, and FIMKO, which is essential for products targeting global markets, particularly in industrial, telecommunications, and computing equipment.

Matumizi yaliyokusudiwa ni mbalimbali na yanazingatia hitaji la kutenganisha ishara:

• Vipokeaji vya Mstari na Usambazaji wa Data: Kutenganisha mistari ya mawasiliano ya serial (RS-232, RS-485, n.k.) ili kuzuia vitanzi vya ardhi na kelele.
• Data Multiplexing: Providing isolation in multiplexed data bus systems.
• Switching Power Supplies: Kutenganishwa kwa ishara za maoni katika topolojia za flyback au zingine za kubadilishaji zilizotengwa.
• Ubadilishaji wa Transformer ya Pulse: Kutoa suluhisho ndogo, lililojumuishwa zaidi kwa kutenganishwa kwa ishara ambalo kwa kawaida hufanywa kwa matransformer.
• Interfaces za Peripherals za Kompyuta: Kutenganisha ishara zinazoenda/kutoka kwenye printer, I/O za viwanda, na vifaa vingine vya ziada.
• Kutenganisha Ardhi ya Mantiki ya Kasi ya Juu: Kutenganisha ardhi za dijiti kati ya mifumo ndogo, kama vile kati ya microcontroller na madereva ya motor, ili kuzuia kuunganishwa kwa kelele.

Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

Uelewa wa kina wa sifa za umeme na za kubadili-badili ni muhimu sana kwa utekelezaji wenye mafanikio wa ELM8XL-G photocoupler katika muundo wa saketi.

2.1 Viwango Vya Juu Kabisa

Viwango hivi vinaeleza mipaka ya mkazo ambayo kuzidi kwao kunaweza kusababisha uharibifu wa kudumu kwa kifaa. Uendeshaji chini ya hali hizi hauhakikishiwi na unapaswa kuepukwa.

• Mmenyuko wa Mbele wa Ingizo (I_F): 15 mA kiwango cha juu zaidi. Mkondo unaoendesha LED ya ndani haupaswi kuzidi thamani hii.
• Voltage ya Kinyume ya Ingizo (V_R): 5 V kiwango cha juu zaidi. Voltage ya kinyume inayotumika kwenye LED lazima iwe ndogo.
• Nguvu ya Kupotea ya Ingizo (P_D): 35 mW kiwango cha juu zaidi kwa upande wa ingizo.
• Output Power Dissipation (P_O): 85 mW maximum for the output CMOS IC.
• Output Current (I_O): 20 mA maximum sink/source current from the output pin.
• Supply Voltage (V_CC): 5.5 V maximum. This is the absolute maximum voltage that can be applied to the output side's power pin.
• Total Power Dissipation (P_T): 100 mW maximum for the entire device.
• Isolation Voltage (V_ISO): 3750 V_rms for 1 minute. This is a safety rating tested under specific conditions (pins 1 & 3 shorted, pins 4, 5 & 6 shorted) at 40-60% relative humidity.
• Joto la Uendeshaji (T_OPR): -40°C hadi +85°C. Kifaa kinahakikishiwa kukidhi vipimo vyake vilivyochapishwa ndani ya safu hii.
• Joto la Uhifadhi (T_STG): -55°C hadi +125°C.
• Joto la Uchomaji (T_SOL): 260°C kwa sekunde 10, inakidhi na muundo wa kawaida wa kuyeyusha bila risasi.

Kidokezo cha Ubunifu: The datasheet specifies that the V_CC supply must be bypassed with a 0.1µF or larger capacitor (ceramic or solid tantalum with good high-frequency characteristics) placed as close as possible to the device's V_CC and GND pins. This is critical for stable operation and noise immunity of the high-speed CMOS output stage.

2.2 Electrical Characteristics

These parameters define the guaranteed performance of the device under normal operating conditions (T_A=25°C unless noted).

2.2.1 Input Characteristics (LED Side)

• Forward Voltage (V_F): Typically 1.4V, with a maximum of 1.8V at a forward current (I_F) of 8mA. This is used to calculate the required current-limiting resistor value on the input side: R_limit = (V_supply - V_F) / I_F.
• Reverse Voltage (V_R): 5.0V minimum. The LED can withstand up to 5V in reverse bias.
• Temperature Coefficient of V_F (ΔV_F/ΔT_A): Takriban -1.7 mV/°C. Voltage ya mbele hupungua kidogo joto linapozidi.
• Uwezo wa Pembejeo (C_IN): Kwa kawaida 60 pF. Hii huathiri majibu ya masafa ya juu ya mzunguko wa kuendesha pembejeo.

2.2.2 Tabia za Pato (Upande wa CMOS IC)

• Ugavi wa Sasa (I_CCH, I_CCL): Typically 1.3mA, with a maximum of 6mA, whether the output is in a high (I_F=0mA) or low (I_F=8mA) hali. Hii ni mkondo wa utulivu unaotolewa na IC ya pato kutoka kwenye V_CC.
• Voltage ya Pato ya Kiwango cha Juu (V_OH): Kwa usambazaji wa 3.3V, V_OH inahakikishiwa kuwa angalau V_CC - 1V (yaani, 2.3V) na kwa kawaida ni V_CC - 0.3V (3.0V) wakati wa kuzamisha 4mA. Kwa usambazaji wa 5V, ni V_CC - 1V (4.0V) min, kawaida V_CC - 0.2V (4.8V). Hii inahakikisha viwango thabiti vya mantiki ya juu.
• Voltage ya Pato ya Kiwango cha Chini (V_OL): Kwa usambazaji wa 3.3V, V_OL kwa kawaida ni 0.21V na kiwango cha juu cha 0.6V wakati wa kutoa 4mA (I_F=8mA). Kwa usambazaji wa 5V, kwa kawaida ni 0.17V, kiwango cha juu 0.6V. Hii inahakikisha viwango thabiti vya mantiki ya chini.
• Kizingiti cha Uingizaji wa Umeme (I_FT): Mwongo wa sasa wa LED unaohitajika kudhibitisha pato la mantiki ya chini. Kwa kawaida ni 2.5mA (kiwango cha juu 5mA) kwa V_CC=3.3V kwa mzigo mwepesi sana (I_OL=20µA). Muundo unapaswa kutumia I_F iliyo juu kabisa ya hii (mfano, 8mA kama inavyoonyeshwa katika hali ya majaribio) kwa kubadili salama na ukingo wa kelele.

2.3 Switching Characteristics

These parameters define the timing performance, which is critical for high-speed data transmission.

• Propagation Delay to Output High (t_PHL): Muda kutoka kwa LED ya pembejeo kuzima (I_F inayotoka 8mA hadi 0mA) hadi pato kufikia mantiki halali ya JUU. Kawaida ni 30ns (upeo 65ns) kwa V_CC=3.3V, na 33ns kwa kawaida kwa V_CC=5V.
• Ucheleweshaji wa Kuchelewesha kwa Pato la Chini (t_PLH): Muda kutoka kwa LED ya pembejeo kuwasha (I_F kutoka 0mA hadi 8mA) hadi pato lifikie LOW ya mantiki halali. Kawaida ni 48ns (upeo 65ns) kwa V_CC=3.3V, na 52ns kawaida kwa V_CC=5V.
• Pulse Width Distortion (|t_PHL – t_PLH|): Tofauti kamili kati ya ucheleweshaji wa uenezi wa mawimbi mawili. Hii ni muhimu kwa kudumisha uadilifu wa upana wa mipigo. Kwa kawaida ni 20ns (kiwango cha juu 50ns) kwenye 3.3V na 22ns kwa kawaida kwenye 5V. Thamani ya chini ni bora zaidi.
• Wakati wa Kupanda/Kushuka kwa Pato (t_r, t_f): Kwa kawaida 7ns kila moja. Hii inafafanua kasi ya ukingo wa ishara ya pato.
• Kinga ya Msukosuko wa Hali ya Kawaida (CMTI): Hii ni kigezo muhimu cha kutengwa. Hupima uwezo wa kifaa kupuuza mabadiliko ya haraka ya voltage kati ya ardhi ya pembejeo na pato. Daraja mbili zimebainishwa: M80L yenye kiwango cha chini cha 5,000 V/µs, na M81L yenye kiwango cha chini cha 10,000 V/µs. Hii inajaribiwa kwa voltage ya kawaida ya modi ya pamoja (V_CM) ya kilele-hadi-kilele cha 1000V na inahakikisha hali ya pato haibadilishwi vibaya kutokana na kelele.

3. Habari ya Mitambo na Ufungaji

3.1 Usanidi wa Pini na Jedwali la Ukweli

Kifaa kinatumia kifurushi cha 5-pin SOP, ingawa nambari sita za pini zimetajwa (1-6, na pini 2 labda ikiwa No Connect au muunganisho wa ndani). Pini za kazi ni:

• Pini 1: Anodi ya LED ya ingizo.
• Pini 3: Kathodi ya LED ya ingizo.
• Pini 4: GND kwa pato la CMOS IC.
• Pini 5: V_OUT, the digital output signal.
• Pin 6: V_CC, the supply voltage (3.3V or 5V) for the output CMOS IC.

Kifaa hiki kutekeleza Lango la mantiki lisilo-badilishaji Kazi (Mantiki Chanya):

• Ingizo la Juu (LED WASHI, I_F > I_FT): Output = LOW
• Input LOW (LED OFF, I_F = 0): Output = HIGH

Hii ni pembejeo ya kutoa mkondo; mkondo lazima uingizwe kwenye LED ili kutoa pato la chini.

3.2 Vipimo vya Kifurushi na Mpangilio wa PCB

Karatasi ya data hutoa michoro ya kina ya mitambo kwa kifurushi cha 5-pin SOP. Vipimo muhimu vinajumuisha ukubwa wa mwili, umbali wa pini, na urefu wa kusimama. A muundo ulipendekezwa wa pedi pia inapatikana kwa usakinishaji wa uso. Muundo huu umeundwa kuhakikisha uundaji wa mwunganisho wa solder unaoaminika wakati wa kuuza solder kwa kurudia. Daftari la data linabainisha kuwa vipimo hivi vya pedi ni mapendekezo na vinaweza kuhitaji marekebisho kulingana na michakato maalum ya utengenezaji wa PCB au mahitaji ya joto, lakini hutumika kama mwanzo bora wa muundo.

3.3 Uwekaji Alama ya Kifaa

Sehemu ya juu ya kifurushi imewekwa alama kwa msimbo wa laser au wino kwa ajili ya utambulisho. Alama hiyo inafuata muundo: EL M81L YWW V.

• EL: Kificho cha mtengenezaji.
• M81L: Nambari ya kifaa (maalum kwa daraja na lahaja ya CMTI).
• Y: Msimbo wa mwaka wenye tarakimu moja.
• WW: Msimbo wa wiki wenye tarakimu mbili.
• V: Optional marking indicating VDE approval.

4. Application Guidelines and Design Considerations

4.1 Input Circuit Design

The input circuit must provide a controlled current to the LED. A simple series resistor is sufficient. The value is calculated based on the driving voltage and the desired I_F. For example, to drive I_F = 8mA from a 5V logic signal with a typical V_F ya 1.4V: R_limit = (5V - 1.4V) / 0.008A = 450Ω. Upinzani wa kawaida wa 470Ω ungefaulu. Hakikisha chanzo kinachosukuma kinaweza kutoa mkondo unaohitajika. Kwa kusukumwa kutoka kwa pini ya GPIO ya microcontroller, thibitisha uwezo wa pini ya kutoa mkondo. Ikiwa haitoshi, buffer rahisi ya transistor (k.m., NPN au N-channel MOSFET) inaweza kuhitajika.

4.2 Ubunifu wa Sakiti ya Pato

Pato ni pato la kawaida la kidijitali la CMOS. Linaweza kuendesha moja kwa moja pembejeo za CMOS, TTL, au LVCMOS. Mahitaji muhimu ni:

1. Kupitisha Usambazaji wa Nguvu: Kama ilivyosisitizwa kwenye datasheet, capacitor ya seramiki ya 0.1µF lazima iwekwe moja kwa moja kati ya Pini 6 (V_CC) na Pin 4 (GND). Hii haikubaliki kwa utendakazi thabiti wa kasi ya juu na kuzuia kelele kwenye pato.
2. Mambo ya Kuzingatia Kuhusu Mzigo: Pato linaweza kutoa/kupokea hadi 20mA, lakini kwa kasi bora na uadilifu wa ishara, mizigo inapaswa kuwa ya kimsingi ya uwezo (mfano, uwezo wa pembejeo wa lango lingine). Kuendesha mizigo mizito ya upinzani au nyufa ndefu zitaongeza nyakati za kupanda/kushuka na zinaweza kuathiri viwango vya muda.
3. Vipingamizi vya Kuvuta Juu: Haifaiwi, kwa sababu pato linaendesha hali ya juu na ya chini kikamilifu.

4.3 Kukokotoa Kasi na Muda

Kwa kiwango cha data cha 15 MBit/s, kipindi cha biti ni takriban 66.7ns. Ucheleweshaji wa jumla wa ishara kupitia photocoupler ni jumla ya t_PLH au t_PHL pamoja na sehemu ya wakati wa kupanda/kushuka. Kwa ucheleweshaji wa kawaida unaokaribia 30-50ns, kuna ukingo wa kutosha kwa kiwango hiki cha data. Hata hivyo, upotovu wa upana wa msukumo Ni muhimu. Uharibifu wa 20ns unamaanisha kwamba msukumo utapunguzwa au upanuzwa kwa kiasi hicho baada ya kupita kwenye kizuiwa. Kwa msukumo mwembamba sana, hii inaweza kusababisha kutoweka kwao ikiwa uharibifu ni mkubwa kuliko upana wa msukumo. Daima zingatia thamani za juu kabisa, sio za kawaida, kwa miundo muhimu ya wakati.

4.4 Isolation and Safety Design

The 3750V_rms Ukadiribiti wa kutengwa ni hitaji la usalama. Ili kudumisha ukadiribiti huu katika bidhaa ya mwisho, mpangilio wa PCB ni muhimu. Hakikisha kwamba umbali wa kuteleza na ufafanuzi umbali kwenye PCB kati ya mistari/vipengele vyote upande wa ingizo na mistari/vipengele upande wa pato unakidhi au kuzidi mahitaji ya voltage ya kutengwa kwa kazi ya mfumo (ambayo ni chini ya 3750V_rms voltage ya majaribio). Hii mara nyingi inamaanisha kujumuisha mfereji mpana au kizuizi kwenye PCB chini ya kifurushi cha photocoupler. Shauriana na viwango husika vya usalama (k.m., IEC 60950, IEC 61010) kwa mahitaji maalum ya umbali kulingana na voltage, kiwango cha uchafuzi, na kikundi cha nyenzo.

5. Ordering Information and Packaging

The part number follows the structure: ELM8XL(Z)-V.

• ELM8XL: Nambari ya msingi ya sehemu.
• (Z): Chaguo la Tape na Reel. Inaweza kuwa "TA", "TB", au kuachwa wazi kwa ufungaji wa Tube.
• -V: Kiambishi cha hiari kinachoashiria idhini ya VDE kimejumuishwa.

Chaguo za Ufungaji:

• Mrija: Vitengo 100 kwa kila mrija. Kawaida kwa usanikishaji wa mikono au kiasi kidogo.
• Tape and Reel (TA or TB): 3000 units per reel. The "TA" and "TB"> likely refer to different reel sizes or tape widths (e.g., 8mm vs. 12mm). This option is for automated pick-and-place assembly.

The datasheet includes detailed tape and reel specifications, including pocket dimensions (A, B, D0, D1), pitch (P0, P1, P2), tape thickness (t), and reel width (W). These dimensions are essential for programming the feeder on an automated assembly machine.

6. Mikondo ya Utendaji na Tabia za Kawaida

Ingawa sehemu ya PDF inataja "Mikondo ya Tabia za Kawaida za Umeme-Optiki," grafu maalum hazijajumuishwa katika maandishi yaliyotolewa. Kwa kawaida, hati za data kama hizi hujumuisha mikondo inayoonyesha:

• Forward Current (I_F) vs. Forward Voltage (V_F): Inaonyesha sifa ya kama diode ya LED ya pembejeo katika halijoto tofauti.
• Current Transfer Ratio (CTR) vs. Forward Current: Ingawa hii ni kifaa cha dijiti, aina fulani ya CTR ipo—uhusiano kati ya I_F na hali ya pato inayotokana. Sasa ya kizingiti I_FT ni kigezo muhimu.
• Ucheleweshaji wa Usambazaji dhidi ya Voltage ya Usambazaji (V_CC): Vigezo vya wakati vinavyobadilika na V_CC.
• Ucheleweshaji wa Ucheleweshaji dhidi ya Joto: Vigezo vya wakati vinavyobadilika katika anuwai ya joto ya uendeshaji.
• Ugavi wa Sasa (I_CC) dhidi ya Joto: Mabadiliko ya mkondo wa utulivu na joto.

Wabunifu wanapaswa kutumia thamani ya chini kabisa na ya juu kabisa kutoka kwenye jedwali kwa usanifu thabiti, ukitumia mistari ya kawaida tu kuelewa mienendo na tabia.

7. Ulinganisho na Mazingira ya Teknolojia

ELM8XL-G iko katika kundi la vichujio vya mwanga vya dijiti vya kasi ya juu. Ikilinganishwa na vichujio vya zamani vya mwanga vilivyo na matokeo ya transistor au Darlington, matokeo yake ya liji ya CMOS hutoa mabadiliko ya kasi zaidi, kingo kali zaidi, na viwango vya liji vilivyofafanuliwa vyema. Ikilinganishwa na vigeuzi vya msukumo, hutoa eneo ndogo la kuchukua, uwezo wa kuunganisha DC (vigeuzi haviwezi kupitisha ishara za DC), na mara nyingi gharama ya chini. Ikilinganishwa na teknolojia mpya za kutenganisha kama vile za capacitive (vichujio vya dijiti) au za giant magnetoresistive (GMR), vichujio vya mwanga kama ELM8XL-G hutoa faida ya kuaminika kuthibitika, nguvu ya juu sana ya kutenganisha ya asili, na usimamizi wa mashamba ya sumaku. Kwa ujumla, ubadilishaji ni kasi ya polepole na matumizi ya nguvu ya juu (kutokana na mkondo wa kuendesha LED) kuliko vichujio vya hivi karibuni vinavyotegemea semiconductor. Uchaguzi unategemea mahitaji maalum ya matumizi ya kasi, nguvu, gharama, na usimamizi wa kelele.

8. Maswali Yanayoulizwa Mara Kwa Mara (FAQ)

Je, naweza kutumia hii na ishara ya pembejeo ya 3.3V kuendesha LED?
Ndiyo, lakini lazima uhesabu upya kipingamizi cha kudhibiti mkondo. Kwa kuendesha kwa 3.3V na V_F~1.4V, kupata I_F=8mA, R = (3.3V - 1.4V) / 0.008A = 237.5Ω. Tumia kipingamizi cha 240Ω. Hakikisha chanzo cha 3.3V kinaweza kutoa 8mA.

Q: Kuna tofauti gani kati ya matoleo ya M80L na M81L?
A: Tofauti kuu ni Common Mode Transient Immunity (CMTI). Toleo la M81L linahakikisha angalau 10,000 V/µs, wakati M80L inahakikisha 5,000 V/µs. Chagua M81L kwa mazingira yenye kelele zaidi, kama vile motor drives au mifumo ya nguvu ya viwanda.

Q: Je, inahitaji resistor ya pull-up ya nje kwenye pato?
A: Hapana. Pato ni hatua ya kazi ya CMOS ya kusukuma-kuvuta inayoendesha viwango vya juu na vya chini. Kuvuta-nje ya ziada haihitajiki na ingeongeza tu matumizi ya nguvu.

Q: Ninawezaje kuhakikisha kiwango cha juu cha kutengwa kinadumishwa katika muundo wangu wa PCB?
A: Lazima udumishe umbali wa kutosha wa creepage (umbali kwenye uso) na clearance (wazi hewa) kati ya kondakta wote upande wa pembejeo na kondakta wote upande wa pato. Hii kwa kawaida inahitaji pengo la kimwili au mfereko kwenye PCB chini ya mwili wa photocoupler. Umbali maalum unategemea voltage ya kazi ya programu yako na viwango vya usalama ambavyo lazima vikidhi.

Q: Je, pini ya pato (5) inaweza kuunganishwa moja kwa moja kwenye pembejeo ya kifaa kingine, au nahitaji resistor ya mfululizo?
A: Inaweza kuunganishwa moja kwa moja. Pato imeundwa kuendesha ingizo la kawaida la dijiti. Kwa ujumla, resistor ya mfululizo haihitajiki na ingepunguza kasi ya makali ya ishara.