8-Pinli DIP Geniş Gövdeli Yüksek Hızlı 10Mbit/s Mantık Kapısı Foto Kuplör ELW137 Serisi Veri Sayfası - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

ELW137, ELW2601 ve ELW2611 serileri, hızlı dijital sinyal izolasyonu gerektiren uygulamalar için tasarlanmış yüksek hızlı mantık kapısı foto kuplörleridir (optokuplör). Temel bileşen, mantık kapısı çıkışına sahip yüksek hızlı entegre bir fotodedektöre optik olarak bağlanan bir kızılötesi yayan diyottur. Bu cihaz, endüstri standardı 8-pinli Çift Sıralı Paket (DIP) geniş gövde içinde paketlenmiştir ve Yüzey Montaj Cihazı (SMD) seçenekleri mevcuttur. Ana işlev, saniyede 10 Megabit (Mbit/s) hıza kadar dijital mantık sinyallerini iletirken giriş ve çıkış devreleri arasında elektriksel izolasyon sağlamaktır.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

Bu serinin temel avantajları arasında, modern dijital iletişim arayüzlerine uygun olmasını sağlayan yüksek hızlı kapasitesi yer alır. 5000 V_rms yüksek izolasyon voltajı sunarak sistem güvenliğini ve gürültü bağışıklığını artırır. Cihaz, -40°C ila +85°C arasındaki geniş bir endüstriyel sıcaklık aralığında garantili performans için tasarlanmıştır. Başlıca uluslararası güvenlik onaylarına (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO) sahiptir ve AB REACH ve RoHS direktiflerine uygundur. Hedef pazarlar arasında, güvenilir sinyal izolasyonunun kritik olduğu endüstriyel otomasyon, telekomünikasyon, bilgisayar çevre birimleri, tıbbi ekipmanlar ve anahtarlamalı güç kaynakları yer alır.

2. Teknik Parametre Derinlemesine İnceleme

Bu bölüm, veri sayfasında listelenen temel elektriksel ve performans parametrelerinin nesnel bir yorumunu sağlar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Normal çalışma koşulları için değildir.

• Giriş İleri Akımı (I_F): 50 mA. Bunu aşmak, giriş LED'ini tahrip edebilir.
• Ters Voltaj (V_R): 5 V. Giriş diyotunun sınırlı ters voltaj toleransı vardır.
• Besleme Voltajı (V_CC) & Çıkış Voltajı (V_O): 7.0 V. Bu, çıkış tarafındaki güç ve sinyal pinlerine uygulanabilecek maksimum voltajı tanımlar.
• İzolasyon Voltajı (V_ISO): 1 dakika için 5000 V_rms. Bu, giriş ve çıkış tarafları arasındaki dielektrik dayanımını gösteren önemli bir güvenlik parametresidir.
• Çalışma Sıcaklığı (T_OPR): -40°C ila +85°C. Cihaz endüstriyel ortamlar için derecelendirilmiştir.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_SOL): 10 saniye için 260°C. Bu, PCB montaj süreçleri için önemlidir.

2.2 Elektriksel Karakteristikler

Bunlar, çalışma sıcaklık aralığı boyunca belirtilen test koşullarında garanti edilen parametrelerdir.

2.2.1 Giriş Karakteristikleri

• İleri Voltaj (V_F): Tipik 1.4V, I_F=10mA'de maksimum 1.8V. Bu, giriş akım sınırlama devresini tasarlamak için kullanılır.
• Giriş Kapasitansı (C_IN): Tipik 70 pF. Bu, giriş katının yüksek frekans tepkisini etkiler.

2.2.2 Çıkış & Transfer Karakteristikleri

• Besleme Akımları (I_CCH, I_CCL): Çıkış IC'si 6.5-10mA (yüksek çıkış) ve 8-13mA (düşük çıkış) çeker. Bu, çıkış tarafındaki güç gereksinimini belirler.
• Düşük Seviye Çıkış Voltajı (V_OL): 13mA çekerken maksimum 0.6V. Bu, TTL ve düşük voltajlı CMOS mantık girişleriyle uyumluluğu sağlar.
• Giriş Eşik Akımı (I_FT): 3.0 ila 5.0 mA. Bu, en kötü koşullar altında geçerli bir mantık-düşük çıkışı garanti etmek için gereken minimum giriş LED akımıdır. Tasarım, maksimum değerin üzerinde bir akım kullanmalıdır.

2.3 Anahtarlama Karakteristikleri

Bu parametreler, yüksek hızlı veri iletimi için kritik olan zamanlama performansını tanımlar.

• Yayılma Gecikmeleri (t_PHL, t_PLH): Her biri maksimum 100 ns. Bu, maksimum veri hızını sınırlar. Veri sayfası 10 Mbit/s kapasite belirtir.
• Darbe Genişliği Bozulması |t_PHL- t_PLH|: Maksimum 40 ns. Bu asimetri, iletilen sinyallerde görev döngüsünü etkileyebilir.
• Yükselme/Düşme Süreleri (t_r, t_f): t_r tipik 40 ns, t_f tipik 10 ns'dir. Bu tür cihazlarda daha hızlı düşme süresi yaygındır.
• Ortak Mod Geçici Bağışıklığı (CMH, CML): Bu, gürültü bağışıklığı için kritik bir parametredir. ELW2611 en yüksek performansı sunar (10.000 - 20.000 V/µs), yani giriş ve çıkış toprakları arasındaki çok hızlı voltaj ani artışlarını çıkış hatasına neden olmadan reddedebilir. ELW137'de CMTI belirtilmemiştir, ELW2601 ise 5.000 V/µs sunar.

3. Pin Konfigürasyonu ve Fonksiyonel Açıklama

Cihaz 8-pinli DIP konfigürasyonu kullanır. Pin 1 ve 4 Bağlantı Yok'tur (NC). Giriş tarafı, LED için Pin 2 (Anot) ve Pin 3 (Katot) içerir. Çıkış tarafı Pin 5 (Toprak), Pin 6 (V_OUT- Çıkış), Pin 7 (V_E- Etkinleştirme) ve Pin 8 (V_CC- Besleme Voltajı) içerir. Etkinleştirme pini (V_E) çıkışı kontrol eder. Doğruluk tablosu mantığı gösterir: Etkinleştirme Yüksek olduğunda, çıkış girişin tersidir (aktif-düşük). Etkinleştirme Düşük olduğunda, çıkış girişten bağımsız olarak Yüksek'e zorlanır. Veri sayfası, kararlı çalışma için pin 8 (V_CC) ve 5 (GND) arasına 0.1µF bypass kapasitörü bağlanmasını şart koşar.

4. Uygulama Önerileri

4.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Toprak Döngüsü Giderme & Mantık Seviyesi İzolasyonu: Farklı toprak potansiyellerine sahip alt sistemler arasındaki dijital sinyalleri izole ederek gürültü ve toprak döngülerini önlemek.
• Veri İletimi & Hat Alıcıları: Seri iletişim bağlantılarında (RS-232, RS-485 arayüzleri) izolasyon için kullanılır.
• Anahtarlamalı Güç Kaynakları: Flyback veya diğer izoleli dönüştürücü topolojilerinde geri besleme izolasyonu sağlamak.
• Bilgisayar Çevre Birimi Arayüzleri: Yazıcılara, endüstriyel G/Ç kartlarına giden/gelen sinyalleri izole etmek.
• Darbe Trafosu Yerine Kullanım: Daha basit sürücü devresiyle sinyal izolasyonu için katı hal alternatifi sunmak.

4.2 Tasarım Hususları

• Giriş Akımı Ayarlama: Giriş LED akımı, seri bir direnç kullanılarak ayarlanmalıdır. Garantili anahtarlama için, I_F maksimum I_FT(5mA) üzerinde ayarlanmalıdır. Tipik test koşulu 7.5mA kullanır. Direnç değeri (V_DRIVE- V_F) / I_F.
• Etkinleştirme Pini Kullanımı: Etkinleştirme pini, çıkışı kapamak veya gerekmiyorsa sabit bir voltaja bağlamak için kullanılabilir. V_CC değerini 0.5V'den fazla aşmamalıdır.
• Çıkış Yükü: Çıkış, geçerli bir V_OL için 13mA'ye kadar çekebilir. Daha yüksek akımları veya kapasitif yükleri sürmek için harici bir tampon gerekebilir.
• Gürültü Bağışıklığı: Yüksek gürültülü ortamlar için, üstün Ortak Mod Geçici Bağışıklığı (CMTI) nedeniyle ELW2611 varyantını seçin. ELW2611 için Şekil 15'te önerilen sürücü devresi, giriş LED akım kenarlarını keskinleştirmek için bir transistör kullanarak CMTI performansını daha da iyileştirir.
• Bypass: Çıkış tarafındaki 0.1µF kapasitör, besleme gürültüsünü en aza indirmek ve kararlı yüksek hızlı çalışmayı sağlamak için gereklidir.

5. Teknik Karşılaştırma ve Seçim Kılavuzu

Seri üç ana varyant içerir: ELW137, ELW2601 ve ELW2611. Temel farklılaştırıcı faktör Ortak Mod Geçici Bağışıklığı'dır (CMTI). ELW137 temel izolasyona sahiptir. ELW2601 orta CMTI (5.000 V/µs) sunar. ELW2611 yüksek CMTI (10.000 - 20.000 V/µs) sağlar. Seçim, uygulamanın elektriksel gürültü ortamına göre yapılmalıdır. Motor sürücüleri, endüstriyel PLC'ler veya gürültülü güç kaynakları için ELW2611 önerilir. Daha az zorlu dijital izolasyon için ELW2601 veya ELW137 yeterli olabilir.

6. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

6.1 Elde edilebilir maksimum veri hızı nedir?

Cihaz 10 Mbit/s için belirtilmiş olsa da, gerçek maksimum kullanılabilir hız, yayılma gecikmelerine ve yükselme/düşme sürelerine bağlıdır. Maksimum 100 ns yayılma gecikmesiyle, kare dalga için teorik maksimum frekans daha düşüktür. Güvenilir veri iletimi için toplam darbe bozulmasını ve sistem zamanlama marjlarını göz önünde bulundurun.

6.2 Giriş direnç değerini nasıl hesaplarım?

Formülü kullanın: R_IN= (V_DRIVE- V_F) / I_F. En kötü durum tasarımı için V_F maksimum değer (1.8V) olarak kabul edin. 5V sürücü ve I_F= 10mA için, R_IN= (5V - 1.8V) / 0.01A = 320 Ohm. En yakın standart değeri kullanın (örneğin, 330 Ohm).

6.3 3.3V mantık ile kullanabilir miyim?

Çıkış tarafı V_CC 3.3V ile beslenebilir. Ancak, elektriksel karakteristikler V_CC=5.5V ile test edilmiştir. V_OL, I_OH ve yayılma gecikmeleri gibi parametreler 3.3V'de farklılık gösterebilir. Giriş tarafı bağımsızdır; doğru I_F sağlandığı sürece LED 3.3V kaynak tarafından sürülebilir.

6.4 Etkinleştirme pininin amacı nedir?

Etkinleştirme pini (V_E) üçüncü durum kontrolü sağlar. Düşük (<0.8V) sürüldüğünde, çıkışı yüksek yapmaya zorlayarak girişten çıkışa sinyal yolunu etkili bir şekilde devre dışı bırakır. Bu, birden fazla izolatör çıkışını tek bir hat üzerinde çoğullamak veya güç tasarrufu modları için kullanılabilir.

7. Pratik Tasarım Örneği

Senaryo:Endüstriyel bir sensör düğümünde, 3.3V mikrodenetleyici ile 5V RS-485 transceiver arasında 1 Mbit/s UART sinyalini izole etmek.

Tasarım Adımları:

1. Varyant Seçimi:Endüstriyel ortamdaki yüksek gürültü bağışıklığı için ELW2611'i seçin.
2. Giriş Devresi:Mikrodenetleyici GPIO (3.3V) LED'i sürer. Direnç hesaplayın: R_IN= (3.3V - 1.8V) / 0.01A = 150 Ohm. LED anodu (Pin 2) ile seri olarak 150Ω direnç kullanın. Katot (Pin 3) mikrodenetleyici GND'ye.
3. Çıkış Devresi:Çıkış tarafını 5V (V_CC Pin 8) ile besleyin. Pin 8 ve Pin 5 (GND) arasına 0.1µF seramik kapasitör bağlayın. Çıkış Pin 6'yı doğrudan RS-485 transceiver'ın giriş pinine bağlayın. Transceiver'ın giriş empedansı yük görevi görür. Etkinleştirme Pin 7, her zaman aktif çalışma için V_CC(5V) üzerinden 10kΩ dirençle bağlanabilir veya kontrol için başka bir GPIO tarafından sürülebilir.
4. Yerleşim:Giriş ve çıkış izlerini fiziksel olarak ayırın. Bypass kapasitörünü pin 8 ve 5'e mümkün olduğunca yakın yerleştirin.

8. Çalışma Prensibi

Bir foto kuplör, optik kuplaj prensibiyle çalışır. Bir elektriksel giriş sinyali, bir kızılötesi Işık Yayan Diyot'u (LED) sürer. Yayılan ışık, izole edilmiş çıkış tarafındaki bir fotodiyot veya fototransistör tarafından algılanır. Bu mantık kapısı foto kuplöründe, çıkış tarafı daha karmaşık bir entegre devre içerir. Fotodedektörün akımı, temiz ve iyi tanımlanmış bir dijital çıkış sinyali üretmek için bir dijital mantık kapısı (tipik olarak bir Schmitt tetikleyici) tarafından yükseltilir ve işlenir. Optik yol, elektriksel izolasyon bariyerini sağlar, çünkü ışık elektriğin geçemediği fiziksel bir boşluğu (şeffaf yalıtım malzemesi üzerinden) geçebilir, böylece toprak döngülerini ve yüksek voltaj geçici durumlarını engeller.

9. Endüstri Trendleri

Sinyal izolasyonundaki trend, daha yüksek hızlar, daha düşük güç tüketimi, daha küçük paketler ve entegre işlevsellik yönündedir. Bu DIP paketi gibi geleneksel foto kuplörler yaygın olarak kullanılmaya devam ederken, daha yeni teknolojiler önem kazanmaktadır. Kapasitif veya manyetik kuplajlı CMOS teknolojisine dayalı dijital izolatörler, önemli ölçüde daha yüksek veri hızları (yüzlerce Mbit/s'ye kadar), daha düşük yayılma gecikmeleri, daha iyi zamanlama simetrisi ve sıcaklık ve zaman üzerinde daha yüksek güvenilirlik sunar. Ayrıca çoklu kanalları küçük paketlerde entegre ederler. Ancak, foto kuplörler hala çok yüksek izolasyon voltajı kapasitesi, basitlik ve birçok standart hızlı uygulama için maliyet etkinliği gibi belirli alanlarda avantajlara sahiptir. Yüksek hızlı, yüksek CMTI'li foto kuplörlerin (ELW2611'de görüldüğü gibi) geliştirilmesi, gürültülü güç elektroniği ve motor sürücü ortamlarında sağlam izolasyon ihtiyacına bir yanıttır.