Waraka wa Kiufundi ya Kiingereza - ELS611-G Series: 6-Pin SDIP Photocoupler ya Lango la Mantiki yenye Kasi ya 10MBit/s

1. Product Overview

ELS611-G mfululizo unawakilisha familia ya photocouplers za kasi ya juu, zenye pato la liji ya mantiki (opto-isolators) zilizoundwa kwa kutenganisha ishara ya dijiti. Vifaa hivi vinajumuisha diode inayotoa mwale wa infrared iliyounganishwa kwa mwanga na kigunduzi cha picha cha kasi ya juu kilichojumuishwa chenye pato la liji ya mantiki inayoweza kuhifadhiwa. Zikiwa kwenye kifurushi kidogo cha 6-pin Small Dual In-line Package (SDIP), zimetengenezwa kuchukua nafasi ya transfoma za msukumo na kutoa uondoaji thabiti wa kitanzi cha ardhini katika mazingira ya umeme yenye kelele.

Kazi ya msingi ni kutoa kutenganishwa kwa umeme kati ya saketi za ingizo na pato, kuzuia vitanzi vya ardhini, mwinuko wa voltage, na kelele kusambaa. Pato la liji ya mantiki linahakikisha usambazaji safi wa ishara ya dijiti, na kuifanya ifae kwa kuunganisha kati ya familia tofauti za mantiki au nyanja za voltage.

1.1 Faida za Msingi na Soko Lengwa

The primary advantages of the ELS611-G series include its high-speed capability of up to 10MBit/s, which supports fast digital communication protocols. It offers a high isolation voltage of 5000Vrms, providing excellent protection for sensitive circuits. The devices are compliant with halogen-free requirements (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), are lead-free, and meet RoHS and EU REACH directives. They carry approvals from major international safety agencies including UL, cUL, VDE, NEMKO, FIMKO, SEMKO, DEMKO, and CQC, facilitating their use in global markets.

Matumizi yanayolengwa hasa ni katika otomatiki ya viwanda, mifumo ya usambazaji wa umeme (mfano, vifaa vya kubadili nguvu kwa kutengwa kwa maoni), interfaces za vifaa vya kompyuta, mifumo ya usambazaji wa data, uwingilishaji wa data, na hali yoyote inayohitaji kutengwa kwa umeme kwa uhakika na kasi kwa ishara za kidijitali.

Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

Sehemu zifuatazo zinatoa uchambuzi wa kina, usio na upendeleo wa vigezo muhimu vya umeme na utendaji vilivyobainishwa kwenye karatasi ya data.

2.1 Viwango vya Juu Kabisa

Viwango hivi vinaeleza mipaka ya mkazo ambayo kuzidi kwao kunaweza kusababisha uharibifu wa kudumu kwa kifaa. Haipendekezwi kutumia kifaa kwa kuendelea kwenye au karibu na mipaka hii.

• Mmenyuko wa Mbele wa Ingizo (I_F): 20 mA. Upeo wa mkondo unaoruhusiwa kuendelea kupitia LED ya ingizo.
• Input Reverse Voltage (V_R): 5 V. The maximum reverse-bias voltage the input LED can withstand.
• Input Power Dissipation (P_D): 40 mW. The maximum power the input side can dissipate.
• Output Supply Voltage (V_CC): 7.0 V. Voltage ya juu kabisa inayoweza kutumiwa kwenye pini ya usambazaji wa upande wa pato.
• Voltage ya Pato (V_O): 7.0 V. Voltage ya juu kabisa inayoweza kuonekana kwenye pini ya pato.
• Output Current (I_O): 50 mA. The maximum current the output pin can sink or source.
• Isolation Voltage (V_ISO)5000 Vrms kwa dakika 1. Hii ni kiwango muhimu cha usalama, kilichojaribiwa kwa pini za pembejeo (1,2,3,4) zikiwa zimefungwa pamoja na pini za pato (5,6) zikiwa zimefungwa pamoja.
• Joto la Uendeshaji (T_OPR): -40°C hadi +85°C. Masafa ya joto la mazingira ya uendeshaji wa kawaida.
• Soldering Temperature (T_SOL): 260°C for 10 seconds. This defines the reflow soldering profile tolerance.

2.2 Electrical Characteristics

These are the guaranteed performance parameters under specified test conditions.

2.2.1 Input Characteristics (LED Side)

• Forward Voltage (V_F): Typically 1.45V, maximum 1.8V at I_F=10mA. This is used to design the input current-limiting circuit.
• Reverse Current (I_R): Maximum 10 µA at V_R=5V. Hii inaonyesha mkondo wa uvujaji wa LED katika hali ya kuzimwa.
• Uwezo wa Pembejeo (C_IN): Kwa kawaida 60pF. Kigezo hiki kinaathiri utendaji wa kubadili mzunguko wa juu upande wa pembejeo.

2.2.2 Tabia za Pato

• Ugavi wa Umeme wa Sasa, Kiwango cha Juu (I_CCH)7mA hadi 13mA wakati I_F=0mA (LED imezimwa) na V_CC=5.5V. Hii ni mkondo wa utulivu wakati pato liko katika hali ya mantiki ya juu.
• Ugavi wa Mkondo, Kiwango cha Chini (I_CCL): 9mA hadi 15mA wakati I_F=10mA (LED imewashwa) na V_CC=5.5V. Hii ni mkondo wa uendeshaji wakati pato linavutwa chini kikamilifu.
• Low Level Output Voltage (V_OL): Typically 0.4V, maximum 0.6V under the condition V_CC=5.5V, I_F=5mA, I_OL=13mA. Hii inafafanua voltage ya pato wakati wa kuzamisha mkondo katika hali ya chini.
• Mkondo wa Kizingiti cha Ingizo (I_FT): Upeo wa 5mA. Hii ndiyo kiwango cha chini cha sasa la LED ya pembejeo kinachohitajika kuhakikisha pato linabadilika hadi kiwango cha chini cha mantiki halali (V_OL <= 0.6V) under the specified V_CC na I_OL hali. Ni kigezo muhimu cha kuamua sasa inayohitajika ya kuendesha.

2.3 Switching Characteristics

These parameters define the timing performance of the photocoupler, crucial for high-speed data transmission. Test conditions are V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω unless noted.

• Propagation Delay to High Level (t_PHL): Kawaida 40ns, upeo 100ns. Muda kutoka kwa LED ya pembejeo kuzimwa hadi pato kupanda kwa kiwango cha juu cha mantiki.
• Ucheleweshaji wa Uenezi hadi Kiwango cha Chini (t_PLH)Kawaida 50ns, upeo 100ns. Muda kutoka kwenye taa ya pembejeo kuwashwa hadi pato kushuka hadi kiwango cha chini cha kimantiki.
• Uharibifu wa Upana wa Pigo (|t_PHL – t_PLH|)Kawaida 10ns, upeo 50ns. Tofauti kati ya ucheleweshaji wa uenezi mbili. Thamani ya chini ni bora zaidi kwa kudumisha uadilifu wa ishara na mzunguko wa wajibu.
• Output Rise Time (t_r): Typically 50ns. Time for output to rise from 10% to 90% of its final high value.
• Output Fall Time (t_f): Typically 10ns. Time for output to fall from 90% to 10% of its initial high value.
• Common Mode Transient Immunity (CMH, CML): Minimum 5 kV/µs. This measures the device's immunity to fast voltage transients between the input and output grounds. CMH applies when the output is high, and CML applies when the output is low. A high value indicates strong rejection of noise coupled through the isolation barrier.

3. Performance Curve Analysis

The datasheet references typical electro-optical characteristic curves. While the specific graphs are not detailed in the provided text, they typically include the following, which are essential for design:

• Current Transfer Ratio (CTR) vs. Forward Current: Shows the efficiency of the optocoupler. For a logic gate type, this is embedded in the switching parameters but can indicate performance over temperature and current.
• Propagation Delay vs. Forward Current: Inaonyesha jinsi kasi ya kubadili hubadilika kulingana na mkondo wa kuendesha LED. Mkondo wa juu I_F kwa ujumla hupunguza ucheleweshaji wa uenezaji lakini huongeza upotevu wa nguvu.
• Ucheleweshaji wa Uenezaji dhidi ya JotoInaonyesha mabadiliko ya vigezo vya wakati katika anuwai ya halijoto ya uendeshaji.
• Mkondo wa Usambazaji dhidi ya HalijotoInaonyesha jinsi matumizi ya nguvu upande wa pato hubadilika na halijoto.

Wabunifu wanapaswa kushauriana na michoro kamili ya karatasi ya data ili kuelewa mipaka ya utendaji na mahitaji ya kupunguza nguvu kwa hali maalum ya matumizi yao.

4. Taarifa ya Mitambo na Kifurushi

4.1 Usanidi na Kazi ya Pini

Kifaa kinatumia kifurushi cha 6-pin SDIP. Mpangilio wa pini ni kama ifuatavyo:

• Pini 1: Anodi ya LED ya ingizo.
• Pini 2: Hakuna Muunganisho (N.C.).
• Pini 3: Kathodi ya LED ya pembejeo.
• Pini 4: Ardhi (GND) kwa upande wa pato.
• Pini 5: Pato (V_OUT). Hii ndiyo pato la mlango wa mantiki wa ndani la wakusanyaji wazi au nguzo ya totem.
• Pini 6: Voltage ya Usambazaji (V_CC) kwa upande wa pato.

Ujumbe Muhimu wa Ubunifu: Capacitor ya kupita ya 0.1µF (au kubwa zaidi) yenye sifa nzuri za masafa ya juu lazima iunganishwe kati ya pini 6 (V_CC) na 4 (GND), iwekwe karibu iwezekanavyo na kifurushi. Hii ni muhimu kwa utendakazi thabiti na kufikia utendaji maalum wa kubadili.

4.2 Package Dimensions and PCB Layout

The datasheet provides detailed mechanical drawings for the "P" type (surface mount lead form) package. Key dimensions include the overall package body size, lead pitch, and standoff height. A recommended pad layout for surface-mount assembly is also provided to ensure reliable soldering and mechanical strength. Designers must adhere to these layout guidelines to prevent tombstoning or poor solder joints.

5. Soldering and Assembly Guidelines

Kikomo cha juu kabisa cha joto la uuzi ni 260°C kwa sekunde 10. Hii inalingana na wasifu wa kawaida wa uuzi wa reflow isiyo na risasi. Tahadhari zifuatazo zinapaswa kuzingatiwa:

• Fuata wasifu ulipendekezwa wa reflow kwa unga maalum wa solder uliotumika, ukihakikisha joto la kilele na wakati juu ya liquidus hauzidi kiwango cha kifaa.
• Epuka mkazo wa mitambo kupita kiasi kwenye kifurushi wakati wa kushughulikia.
• Zingatia muundo ulipendekezwa wa PCB pad ili kuzuia daraja la solder au fillet zisizo za kutosha.
• Hali ya uhifadhi inapaswa kuwa ndani ya anuwai maalum ya joto la uhifadhi ya -55°C hadi +125°C, na katika mazingira yaliyokauka kulingana na viwango vya unyevunyevu vya nyeti (MSL) kwa vifaa vya kusakinishwa kwenye uso (MSL maalum haijatajwa katika dondoo).

6. Ufungaji na Taarifa ya Kuagiza

6.1 Kanuni ya Kuhesabu Nambari ya Modeli

Nambari ya sehemu inafuata muundo: ELS611X(Y)-VG

• EL: Kiambishi awali cha mtengenezaji.
• S611: Nambari ya msingi ya sehemu.
• X: Aina ya waya. "P" inaashiria umbo la waya linalowekwa kwenye uso.
• (Y): Chaguo cha kufunga kwenye mkanda na spool. "TA" au "TB" zinaelezea mitindo tofauti ya ufungaji wa spool.
• V: Ya hiari, inaashiria idhini ya VDE.
• G: Inaashiria ujenzi usio na halojeni.

Mfano: ELS611P(TA)-VG ni kifaa cha kusakinishwa kwenye uso kilichofungwa kwenye mkanda wa TA na spool, kilichoidhinishwa na VDE, na hakina halojeni.

6.2 Vipimo vya Ufungaji

Kifaa kinapatikana kwenye ufungaji wa mkanda na reel kwa ajili ya usanikishaji wa kiotomatiki. Chaguo zote za TA na TB zina vitengo 1000 kwa kila reel. Karatasi ya data inajumuisha michoro inayobainisha vipimo vya mkanda, nafasi ya mfuko, na ukubwa wa reel.

6.3 Uchanganishaji wa Kifaa

Mfuko una alama ya msimbo unaoonyesha asili ya utengenezaji, nambari ya kifaa, na msimbo wa tarehe. Muundo unajumuisha: Msimbo wa kiwanda ("T" kwa Taiwan), "EL" kwa mtengenezaji, "S611" kwa kifaa, msimbo wa mwaka wenye tarakimu 1, msimbo wa wiki wenye tarakimu 2, na "V" ya hiari kwa VDE.

7. Mapendekezo ya Matumizi na Mazingatio ya Ubunifu

7.1 Saketi za Kawaida za Utumizi

Utumizi mkuu ni utenganishaji wa ishara ya dijiti. Saketi ya kawaida inahusisha:

1. Upande wa Ingizo: Upande wa Ingizo:_FUpande wa Ingizo:_F Upande wa Ingizo:_FT na uendeshaji wa kasi ya juu, kichocheo cha haraka kinapendekezwa.
2. Upande wa Pato: V_CC (pini 6) imeunganishwa kwenye voltage ya usambazaji ya mantiki inayotakikana (hadi 7V). Pini 4 (GND) imeunganishwa kwenye ardhi ya pato. Pini ya pato 5 imeunganishwa kwenye ingizo la mantiki la kupokea. Upinzani wa kuvuta wa nje kuelekea V_CC Inaweza kuhitajika kulingana na muundo wa pato la ndani (mchoro wa karatasi ya data unaonyesha kuvuta chini kikamilifu, ukipendekeza pato la nguzo ya totem, lakini muundo unapaswa kuthibitisha ikiwa kuvuta juu kunahitajika). Uwezo muhimu wa kupita wa 0.1µF kati ya V_CC na GND ni lazima.

7.2 Mazingatio ya Muundo

• Kasi dhidi ya Sasa: I ya Juu_F inaboresha ucheleweshaji wa usambazaji lakini huongeza utokaji wa nguvu na inaweza kupunguza uimara wa muda mrefu. Boresha I_F kulingana na kasi inayohitajika na vikwazo vya joto.
• Upinzani wa Kelele: Upinzani wa juu wa msukosuko wa hali ya kawaida (5kV/µs) unaufanya ufawe kwa mazingira yenye kelele kama vile madereva ya motor na vifaa vya umeme. Hakikisha mpangilio sahihi wa PCB ili kupunguza kuunganishwa kwa vimelea karibu na kizuizi cha kutengwa.
• Mambo ya Kuzingatia Kuhusu Mzigo: Hebu kuzidi kiwango cha juu cha mkondo wa pato (I_O) na kiwango cha voltage (V_O). Pato limeundwa kuendesha pembejeo za mantiki za kawaida (TTL, CMOS) na si mizigo mizito.
• Kupita kwa Usambazaji wa Nguvu: Kupuuza capacitor ya bypass iliyopendekezwa kunaweza kusababisha oscillations, kusababisha kwa uwongo, na utendakazi duni wa kubadili.

8. Ulinganishi wa Kiufundi na Tofauti

Ikilinganishwa na photocouplers za kawaida zenye pato la transistor, kiungo cha mantiki kilichojumuishwa cha ELS611-G kinatoa faida kadhaa muhimu:

• Kasi ya Juu: Kiwango cha data cha 10MBit/s na ucheleweshaji wa uenezi chini ya 100ns ni kwa kiasi kikubwa kwa kasi kuliko viunganishi vya kawaida vya transistor (mara nyingi katika safu ya µs).
• Pato Safi la Dijitali: Pato la mantiki la tokea hutoa kingo kali na viwango vya mantiki vilivyofafanuliwa vizuri bila hitaji la vichocheo vya nje vya Schmitt, kurahisisha muundo wa sakiti.
• Uvurugaji wa Pigo la Chini: Upana maalum wa pigo ulioainishwa ni mdogo, jambo muhimu kwa uhifadhi wa uadilifu wa ishara katika mistari ya saa na data.
• Utendaji Uliounganishwa: Inachanganya kigundu-mwanga, kikuza, na lango la mantiki kwenye chipi moja, ikipunguza idadi ya vipengele vya nje.

9. Maswali Yanayoulizwa Mara Kwa Mara (Kulingana na Vigezo vya Kiufundi)

1. Q: Ni nini kiwango cha chini cha mkondo wa pembejeo kinachohitajika kuhakikisha pato linabadilika kuwa la chini?
   Jibu: Kigezo I_FT (Mkondo wa Kizingiti wa Pembejeo) kina thamani ya juu ya 5mA chini ya hali ya majaribio (V_CC=5.5V, V_O=0.6V, I_OL=13mA). Ili kuhakikisha ubadilishaji unaotegemewa chini ya hali zote, muundo unapaswa kutumia I_F kubwa kuliko thamani hii, kwa kawaida 7.5mA hadi 10mA kama inavyoonyeshwa katika sifa za kubadilisha.
2. Q: Je, naweza kutumia hii na usambazaji wa mantiki ya 3.3V kwenye pato?
   A: Ndio, kifaa kinaweza kufanya kazi na V_CC Kiasi cha chini kama kinachohitajika kwa msingi wa kimantiki ndani kufanya kazi (haijasemwa wazi, lakini kwa kawaida ~2.7V hadi 3V kwa CMOS). Viwango vya mantiki vya pato vitakuwa jamaa na hii V_CC. Upeo wa V_CC ni 7.0V.
3. Q: Je, capacitor ya bypass ya 0.1µF ni muhimu kiasi gani?
   A: Ni muhimu kabisa kwa uendeshaji thabiti na wa kasi ya juu. Hutoa hifadhi ya malipo ya ndani kwa mikondo ya kubadili hatua ya pato, kuzuia kushuka kwa reli ya usambazaji na mitetemo inayoweza kusababisha kushindwa kufanya kazi.
4. Q: Inamaanisha nini "pato linaloweza kuhifadhiwa"?
   A: It likely refers to a latch or flip-flop function that can hold the output state. However, the truth table in the PDF shows a simple inverter function (Input H -> Output L, Input L -> Output H). The term may indicate the output can maintain its state during brief interruptions or has good noise immunity. The schematic should be consulted for clarification.

10. Mfano wa Utumizi wa Vitendo

Hali: Kutenganisha Ishara ya UART katika Kifaa cha Kudhibiti Viwanda.
Kifaa kidogo cha udhibiti viwandani kinawasiliana na kifaa cha ziada kupitia UART kwa kasi ya 115200 baud. Kifaa cha ziada kinatumia usambazaji wa umeme tofauti wenye tofauti katika uwezo wa ardhi, na hii inaweza kusababisha hatari ya mzunguko wa ardhi.

Utekelezaji:
Vifaa viwili vya ELS611-G vinatumika, kimoja kwa mstari wa TX (kudhibiti kwa kifaa cha ziada) na kingine kwa mstari wa RX (kifaa cha ziada kwa kudhibiti). Kwenye kijitenga cha TX, pini ya TX ya microcontroller inaendesha LED kupitia kipingamanishi cha sasa kilichowekwa kwa I_F=10mA. Pini ya pato la kijitenga inaunganishwa na ingizo la RX la kifaa cha ziada. V_CC ya kijitenga inatolewa kutoka kwa reli ya 5V au 3.3V ya kifaa cha ziada, pamoja na capacitor ya bypass inayohitajika. Utaratibu huu unaakisiwa kwa mstari wa RX. Usanidi huu unavunja muunganisho wa ardhini, unazuia kuunganishwa kwa kelele, na kulinda microcontroller kutokana na mabadiliko ya ghafla ya voltage upande wa kifaa cha ziada, yote huku ukidumisha uadilifu wa data ya mfululizo ya kasi ya juu.

11. Kanuni ya Uendeshaji

Photocoupler inafanya kazi kwa kanuni ya kuunganishwa kwa mwanga ili kufikia kutengwa kwa umeme. Katika ELS611-G:

1. Ishara ya umeme inayotumika kwenye upande wa pembejeo husababisha Light Emitting Diode (LED) ya infrared kutokeza mwanga sawia na sasa.
2. Mwanga huu husafiri kupitia kizuizi cha utengano kinachoruhusu nuru (kwa kawaida ni kiwanja cha kuunda) ndani ya kifurushi.
3. Upande wa pato, silicon photodiode au phototransistor hugundua mwanga na kuubadilisha tena kuwa mkondo wa umeme.
4. Mkondo huu mdogo wa nuru unazidishwa na kusindika na mzunguko uliojumuishwa wa kasi ya juu ambao unajumuisha kiungo cha mantiki (katika kesi hii, pengine inverter au buffer). IC hutoa ishara safi ya pato la dijiti inayorudia hali ya ingizo lakini imetengwa kimantiki nayo.
5. Kizuizi cha kutengwa hutoa nguvu ya juu ya dielektriki (5000Vrms), kuzuia mtiririko wa sasa na tofauti za voltage kati ya pande mbili.

12. Mielekeo ya Teknolojia

Ubadilishaji wa vichujio vya mwanga kama ELS611-G unasukumwa na mwelekeo muhimu kadhaa katika uhandisi wa elektroniki:

• Viwango Vya Data Vilivyoongezeka: Mahitaji ya kutenganishwa kwa kasi ya juu katika mawasiliano ya viwanda (Profibus, EtherCAT), mitandao ya magari, na mifumo ya nishati mbadala yasisitiza vifaa vyenye ucheleweshaji mdogo wa maambukizi na kinga ya juu ya hali ya kawaida.
• Ufinyaji: Kuna mwelekeo endelevu wa kuelekea vifurushi vidogo zaidi (k.m., SOIC-4, LSSOP) vilivyo na viwango vya kutengwa sawa au bora zaidi ili kuokoa nafasi kwenye bodi ya mzunguko (PCB).
• Ujumuishaji Ulioimarishwa: Vifaa vya baadaye vinaweza kuunganisha kazi zaidi, kama vile kutengwa kwa nguvu (vibadilishaji vya DC-DC vilivyotengwa) na kutengwa kwa data kwenye kifurushi kimoja, au vitenganishi vya njia nyingi.
• Uvumbuzi wa Nyenzo na Mchakato: Maendeleo katika ufanisi wa LED, usikivu wa kigunduzi, na usafi wa kiwanja cha kumunika huchangia kwa matumizi ya nguvu ya chini, kasi ya juu, na uimara wa muda mrefu ulioboreshwa.
• Teknolojia Mbadala za Kutengwa: Ingawa optocouplers zimekomaa, teknolojia kama kutenganisha kwa kutumia uwezo wa umeme (kutumia vizuizi vya SiO2) na kutenganisha kwa kutumia sumaku (GMR) zinashindana katika baadhi ya matumizi ya kasi ya juu na msongamano wa juu. Kila teknolojia ina usawa wake mwenyewe katika suala la kasi, kinga, matumizi ya nguvu, na gharama.