8-Pin DIP Yüksek Hızlı 10Mbit/s Mantık Kapısı Fotokuplör EL263X Serisi Veri Sayfası - 10Mbps - 5000Vrms İzolasyon - İngilizce Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

EL263X serisi, yüksek hızlı, mantık kapısı çıkışlı fotokuplörler (optik izolatörler) ailesini temsil eder. Bu cihazlar, yüksek hızda dijital mantık sinyalleri iletirken giriş ve çıkış devreleri arasında elektriksel izolasyon sağlamak üzere tasarlanmıştır. Temel işlevi, bir giriş mantık seviyesini (YÜKSEK/DÜŞÜK), karşılık gelen ancak elektriksel olarak izole edilmiş bir çıkış mantık seviyesine dönüştürmektir.

Temel uygulama alanı, toprak döngüsünün ortadan kaldırılması, gürültü bağışıklığı ve voltaj seviyesi kaydırmanın kritik olduğu senaryolardır. Veri iletiminde darbe transformatörlerinin yerine, katı halde, potansiyel olarak daha güvenilir ve kompakt bir çözüm sunarak yaygın şekilde kullanılırlar.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

EL263X serisi, hem yüksek hızlı dijital sinyal bütünlüğü hem de sağlam elektriksel izolasyon gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır. Temel avantajları, spesifik teknik parametrelerinden kaynaklanmaktadır.

• Yüksek Hızlı Veri İletimi: Maksimum 10 Mbit/s veri hızı ve tipik olarak 35-40 ns civarında yayılım gecikmesi ile, zamanlamanın kritik olduğu modern dijital iletişim arayüzleri, bilgisayar çevre birimleri ve çoğullama sistemleri için uygundur.
• Üstün Gürültü Bağışıklığı: Minimum 10 kV/μs Ortak Mod Geçici Bağışıklığı (CMTI) (EL2631 için), anahtarlamalı güç kaynakları ve motor sürücüleri gibi, izolasyon bariyeri üzerinde büyük, hızlı voltaj sivrilerinin yaygın olduğu elektriksel olarak gürültülü ortamlarda güvenilir çalışmayı sağlar.
• Yüksek İzolasyon Gerilimi: 5000 V_rms İzolasyon voltajı, güçlü bir güvenlik ve koruma bariyeri sağlar, endüstriyel kontrol sistemleri, tıbbi ekipmanlar ve güçlendirilmiş yalıtım gerektiren diğer uygulamalar için uygundur.
• Geniş Sıcaklık Aralığında Çalışma: -40°C ila +85°C aralığında garanti edilen performans, otomotiv, endüstriyel ve aşırı sıcaklıkların görüldüğü açık hava uygulamaları için uygundur.
• Mantık Kapısı Uyumluluğu: Çıkış, standart mantık aileleriyle (LSTTL, TTL, 5V CMOS) doğrudan uyumludur; ek tampon devreler gerektirmeden arayüz tasarımını basitleştirir.

Hedef pazar, güvenlik, gürültü azaltma veya seviye kaydırma için dijital sinyallerin galvanik izolasyonunun gerekli olduğu endüstriyel otomasyon, güç kaynakları (AC-DC, DC-DC dönüştürücüler), veri toplama sistemleri, iletişim arayüzleri ve herhangi bir elektronik sistem tasarımcılarını içerir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Veri sayfası, kapsamlı elektriksel ve anahtarlama özellikleri sağlar. Uygun devre tasarımı için detaylı bir yorumlama gereklidir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bunlar, herhangi bir koşulda, anlık olarak bile aşılmaması gereken stres sınırlarıdır. Cihazı bu değerlerin ötesinde çalıştırmak kalıcı hasara neden olabilir.

• Giriş İleri Akımı (I_F): 20 mA. Giriş kızılötesi LED'i, I_F bu değerin altında kalır.
• Çıkış Besleme Gerilimi (V_CC): 7.0 V. Bu, çıkış tarafındaki V_CC pin (pin 8).
• Çıkış Gerilimi (V_O): 7.0 V. Çıkış pinlerindeki (6, 7) gerilim bu sınırı aşmamalıdır.
• İzolasyon Gerilimi (V_ISO): 5000 V_rms 1 dakika süreyle. Bu, giriş (pin 1-4) ve çıkış (pin 5-8) bölümleri arasındaki yalıtım bariyerinin dielektrik dayanımı için bir test parametresidir.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_SOL): 260°C for 10 seconds. This guides the reflow soldering profile, indicating the peak temperature the package body can withstand.

2.2 Elektriksel ve Transfer Karakteristikleri

Bu parametreler, cihazın normal çalışma koşulları altındaki performansını tanımlar (T_A = -40°C ila 85°C).

• İleri Yönlü Gerilim (V_F): Genellikle I_F=10mA'de 1.4V. Bu, bir gerilim kaynağından sürüldüğünde giriş seri direncini hesaplamak için kullanılır (örn., R_limit = (V_source - V_F) / I_F).
• Düşük Seviye Çıkış Gerilimi (V_OL): I=5mA ve I=13mA'da Maksimum 0.6V._F=5mA ve I_OL=13mA. Bu, geçerli bir mantıksal DÜŞÜK voltajı korurken çıkışın akım çekme yeteneğini tanımlar.
• Giriş Eşik Akımı (I_FT): Maksimum 5mA. Bu, çıkışın geçerli bir mantıksal DÜŞÜK duruma (V_O < 0.6V). Design should use an I_F marj için bundan önemli ölçüde daha yüksek (örneğin, test koşullarında gösterildiği gibi 7.5mA veya 10mA).
• Besleme Akımları (I_CCH, I_CCL): Çıkış IC'sinin hareketsiz akımı. I_CCL (çıkış DÜŞÜK), I_CCH (~12.5mA tip.) çünkü çıkış transistörü aktif durumdadır.

2.3 Anahtarlama Karakteristikleri

Bu parametreler, yüksek hızlı devrelerde zamanlama analizi için kritik öneme sahiptir. Test koşulları: V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω.

• Yayılma Gecikmeleri (t_PLH, t_PHL): Giriş akımının 3.75mA'yi geçmesinden çıkış voltajının 1.5V'yi geçmesine kadar geçen süre. t_PLH (giriş YÜKSEK'ten DÜŞÜK'e, çıkış DÜŞÜK'ten YÜKSEK'e) tipik 35 ns, maksimum 100 ns'dir. t_PHL Tipik olarak 40 ns, maksimum 100 ns'dir. Asimetri (tipik olarak 5 ns), darbe genişliği bozulmasına katkıda bulunur.
• Darbe Genişliği Bozulması (PWD): |t_PHL - t_PLH|, maksimum 35 ns. Bu, çıkış darbe genişliğinin giriş darbe genişliğinden farklı olmasına neden olabilen yayılım gecikmelerindeki farktır. Saat veya hassas zamanlama sinyali iletiminde kritik öneme sahiptir.
• Yükselme/Düşme Süreleri (t_r, t_f): t_r (%10'dan %90'a) tipik olarak 40 ns'dir. t_f (%90'dan %10'a) tipik olarak 10 ns'dir. Daha hızlı düşme süresi, aktif çekme-aşağı devreleri için tipiktir.
• Ortak Mod Geçici Bağışıklığı (CMTI): Bu önemli bir izolasyon parametresidir. EL2631 minimum 10.000 V/μs (tipik 20.000 V/μs) garanti ederken, EL2630 5.000 V/μs garanti eder. Giriş ve çıkış toprakları arasındaki hızlı gerilim geçişlerine karşı çıkış durumunun bağışıklığını ölçer. Yüksek CMTI, gürültülü ortamlarda yanlış anahtarlamayı önler.

3. Performans Eğrisi Analizi

Sağlanan PDF alıntısı 5. sayfada "Tipik Elektro-Optik Karakteristik Eğrileri"nden bahsetse de, metinde spesifik grafikler yer almamaktadır. Tipik olarak, bir fotokuplör için bu tür eğriler şunları içerir:

• Akım Transfer Oranı (CTR) - İleri Akım Grafiği: Giriş LED akımına göre kuplajlı çıkış akımının verimliliğini gösterir, ancak bir mantık kapısı çıkışı için bu IC içinde dahili bir özelliktir.
• Yayılım Gecikmesi - Sıcaklık Grafiği: Sinyal zamanlama parametrelerinin çalışma sıcaklığı aralığında nasıl değiştiğini gösterir.
• İleri Gerilim vs. Sıcaklık: Negatif sıcaklık katsayısını (ΔV_F/ΔT_A ≈ -1.8 mV/°C), sabit akım sürücü tasarımı için önemlidir.
• Çıkış Gerilimi - Çıkış Akımı (Sink/Source): Çıkış sürücüsünün kapasitesini detaylandırır.

Tasarımcılar, performans sınırlarını ve güç azaltma değerlerini anlamak için bu grafiklerle ilgili üreticinin tam veri sayfasına başvurmalıdır.

4. Mechanical, Packaging & Assembly Information

4.1 Pin Konfigürasyonu ve Şematik Diyagram

Cihaz, standart 8-pinli Dual In-line Paket (DIP) içine yerleştirilmiştir.

• Pinout:
  1. Anot 1
  2. Katot 1
  3. Katot 2
  4. Anot 2
  5. Toprak (GND)
  6. Çıkış Gerilimi 2 (V)_OUT2)
  7. Çıkış Gerilimi 1 (V)_OUT1)
  8. Besleme Gerilimi (V_CC)
• Doğruluk Tablosu (Pozitif Mantık): Giriş YÜKSEK = Çıkış DÜŞÜK; Giriş DÜŞÜK = Çıkış YÜKSEK. Çift anot/katot pinleri, giriş LED'inin esnek bağlantısına olanak tanır.
• Kritik Atlama: Yüksek frekans özellikleri iyi olan 0.1 µF (veya daha büyük) bir seramik kapasitör zorunludur V arasında bağlanmalıdır_CC (pin 8) ve GND (pin 5) arasına, mümkün olduğunca cihaz pinlerine yakın yerleştirilmelidir. Bu, kararlı çalışma ve anahtarlama gürültüsünü en aza indirmek için gereklidir.

4.2 Lehimleme ve Taşıma

Lehimleme için mutlak maksimum sıcaklık derecesi 10 saniye için 260°C'dir. Bu, standart kurşunsuz reflow profilini karşılar. Dalga veya el lehimlemesi için, paket hasarını önlemek amacıyla temas süresi ve sıcaklık kontrol edilmelidir. Taşıma sırasında standart ESD (Elektrostatik Deşarj) önlemlerine uyulmalıdır.

5. Uygulama Kılavuzları ve Tasarım Hususları

5.1 Tipik Uygulama Devreleri

EL263X çok yönlüdür. Temel uygulamalar şunları içerir:

• Dijital Arayüz İzolasyonu: Farklı bir güç alanında veya gürültülü bir ortamda bir mikrodenetleyici ile bir çevre birimi arasındaki UART, SPI veya I2C hatlarının izolasyonu.
• Anahtarlamalı Güç Kaynağı Geri Beslemesi: Geri besleme hata sinyalini sekonder (çıkış) tarafından birincil taraf kontrolörüne izole etmek, güç anahtarlama geçici olaylarından güvenlik izolasyonu ve gürültü bağışıklığı sağlar.
• Veri Hatlarında Toprak Döngüsü Kesici: Ayrı topraklara sahip sistemler arasındaki iletişim bağlantılarında dolaşım akımlarını ve gürültüyü önleme.
• İzolasyonlu Mantık Seviyesi Çevirici: Gerilim seviyelerini kaydırırken (örn. 3.3V'tan 5V'a) aynı zamanda galvanik izolasyon sağlama.

5.2 Kritik Tasarım Hususları

• Giriş Akımı Ayarı: I_F hız ve marj temelinde seçilir. Test koşulu 7.5mA'dır. 10-16 mA kullanmak daha hızlı anahtarlama ve daha iyi gürültü marjı sağlar ancak güç dağılımını artırır. Daima bir seri direnç kullanın: R_İÇİNDE = (V_SÜR - V_F) / I_F. Remember V_F sıcaklıkla azalır.
• Çıkış Yükü: Test yükü 350Ω'dan V'ye kadardır._CC. Çıkış minimum 13mA (I akımı çekebilir._OL V değerini korurken (durum)_OL < 0.6V. Do not exceed the maximum output current (I_O = 50 mA).
• Güç Kaynağı Ayrıştırma: 0.1 µF bypass kondansatörü tartışılmaz. Yokluğu, salınımlara, yanlış tetiklemeye veya bozulmuş CMTI performansına yol açabilir.
• Yüksek CMTI için Düzen: Nominal CMTI'ye ulaşmak için, izolasyon bariyeri üzerindeki parazitik kapasitansı en aza indirin. Giriş ve çıkış izlerini PCB üzerinde fiziksel olarak ayırın. 5000V izolasyonu için üreticinin önerdiği kaçak akım ve hava aralığı mesafelerine uyun._rms izolasyon.
• EL2630 ile EL2631 Arasında Seçim Yapma: Temel fark, garanti edilen CMTI'dir. EL2631'i motor sürücüleri veya yüksek güçlü invertörler gibi son derece yüksek dV/dt gürültüsüne sahip uygulamalarda kullanın. EL2630, daha az zorlu ortamlar için uygundur.

6. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Transistör çıkışlı standart 4N25/4N35 serisi optokuplörlere kıyasla, EL263X dijital sistemler için belirleyici avantajlar sunar:

• Hız: 10 Mbit/s vs. typically < 100 kbit/s for transistor-output couplers.
• Çıkış Tipi: Aktif yukarı ve aşağı çekmeli mantık kapısı çıkışı, temiz ve hızlı kenarlar ile doğrudan mantık uyumluluğu sağlar; bu, harici bir yukarı çekme direnci gerektiren ve daha yavaş olan açık kollektörlü transistör çıkışının aksinedir.
• CMTI: Belirtilen ve garanti edilen yüksek CMTI (10 kV/µs), endüstriyel sağlamlık için kritik bir ölçüttür ve genellikle temel kuplörlerde belirtilmez veya çok daha düşüktür.

Diğer yüksek hızlı kuplörler veya dijital izolatörlere (kapasitif veya manyetik kuplaj temelli) kıyasla, EL263X gibi fotokuplörler, manyetik alanlara karşı yüksek doğal bağışıklığa sahip, iyi anlaşılmış optik teknolojiye dayanma avantajını sunar.

7. Sıkça Sorulan Sorular (Parametrelere Dayalı)

S: Elde edebileceğim maksimum veri hızı nedir?
A: Cihaz 10 Mbit/s işlem için karakterize edilmiştir. Sınırlayıcı faktörler yayılım gecikmeleri ve darbe genişliği bozulmasıdır. %50 görev döngüsüne sahip bir kare dalga için maksimum frekans yaklaşık olarak 1/(2 * t_PHL) veya 1/(2 * t_PLH)'dir, hangisi daha küçükse. Maksimum gecikmeler (100 ns) kullanıldığında, bu yaklaşık 5 MHz verir. Ancak, non-return-to-zero (NRZ) verisi için 10 Mbit/s hızı geçerlidir.

S: Bir bypass kondansatörü neden zorunludur?
C: Dahili çıkış katının yüksek hızlı anahtarlaması, V_CC hattında ani akım darbelerine neden olur. Yerel, düşük endüktanslı bir kondansatör olmadan, bu darbeler dahili besleme voltajının düşmesine veya yükselmesine, düzensiz çalışmaya, gürültü marjının azalmasına ve CMTI spesifikasyonunun karşılanamamasına yol açabilir.

S: Girişi doğrudan bir mikrodenetleyici pini ile sürebilir miyim?
A> Yes, but you zorunludur kullanmalısınız. 3.3V veya 5V'da tipik bir mikrodenetleyici pimi yeterli akımı sağlayabilir/çekebilir. Örneğin, 3.3V piminden I_F ≈ 10mA elde etmek için: R = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω (180Ω veya 200Ω standart değerini kullanın). MCU piminin akım kapasitesini daima doğrulayın.

Q: "Strobable output" özelliği ne anlama gelir?
A: Bu, çıkışı yüksek empedans durumuna zorlama yeteneğini ifade eder. Sağlanan doğruluk tablosu bir devre dışı bırakma işlevi göstermese de, bazı mantık kapısı fotokuplörlerinde bir çıkış etkinleştirme pini bulunur. EL263X açıklaması bundan bahseder, ancak pin çıkışı ve tablo bunun için özel bir pin göstermez. Tasarımcılar, bu özelliğin belirli varyanttaki uygulamasını doğrulamalıdır.

8. Pratik Tasarım Vaka Çalışması

Senaryo: Endüstriyel ortamda motor gürültüsü bulunan 3.3V sensör düğümü ile 5V sistem kontrolcüsü arasında 1 Mbit/s UART sinyalinin izolasyonu.

Tasarım Adımları:

1. Parça Seçimi: Yakındaki motorlardan gelen gürültüye dayanabilmesi için daha yüksek garanti edilmiş CMTI (10 kV/µs) değeri nedeniyle EL2631 seçilir.
2. Giriş Devresi: 3.3V sensörünün TX pini, fotokuplör girişini sürer. I = 10mA için seri direnci hesaplayın:_F = 10mA: R_İÇİNDE = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω. 180Ω'luk bir direnç kullanın. Anodu (pin 1 veya 4) dirence, katodu (pin 2 veya 3) sensör GND'sine bağlayın.
3. Çıkış Devresi: Tedarik V_CC = Kontrolcü tarafından 5V. Pin 8 (V) ile toprak arasına doğrudan 0.1 µF seramik kapasitör yerleştirin._CC) ve pin 5 (GND). Çıkış pinini (6 veya 7) 5V kontrolcünün RX pinine bağlayın. Gerekirse akımı sınırlamak için seri bir direnç (örneğin, 100Ω) eklenebilir, ancak mantık girişi için kesinlikle gerekli değildir.
4. PCB Düzeni: Place the photocoupler straddling the isolation gap on the PCB. Ensure >8mm creepage/clearance (consult safety standards for 5000V_rms) sağlayın. Baypas kapasitörü bacaklarını çok kısa tutun.
5. Doğrulama: 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. Çalışma Prensibi

EL263X, optik kuplaj prensibiyle çalışır. Bir elektriksel giriş sinyali, bir kızılötesi Işık Yayan Diyot'u (LED) sürer. İleri öngerilimli olduğunda, LED kızılötesi ışık yayar. Bu ışık, şeffaf bir izolasyon bariyerinden (genellikle kalıplanmış bir plastik boşluk) geçer. Diğer tarafta, monolitik bir silikon fotodedektör ve entegre devre bu ışığı algılar. IC, yüksek kazançlı bir amplifikatör, gürültü bağışıklığı için bir Schmitt tetikleyici ve bir totem-pole çıkış sürücü katını içerir. Sürücü, ışığın varlığına veya yokluğuna bağlı olarak çıkış pinini aktif bir şekilde YÜKSEK (V_CC'ye doğru) veya DÜŞÜK (GND'ye doğru) seviyeye çeker, böylece girişten elektriksel olarak izole edilmiş temiz, tamponlanmış bir mantık sinyali oluşturur. İzolasyon bariyeri yüksek gerilim dayanım kapasitesi sağlar ve toprak döngülerini önler.

10. Teknoloji Trendleri

Fotokuplör teknolojisi gelişmeye devam ediyor. EL263X gibi cihazlarla ilgili trendler şunları içerir:

• Daha Yüksek Hızlar: Devam eden geliştirme çalışmaları, modern yüksek hızlı seri arayüzler için 50 Mbit/s'nin ötesinde ve hatta 100+ Mbit/s aralığına kadar veri hızları hedeflemektedir.
• Daha Düşük Güç Tüketimi: Giriş LED akım gereksiniminin (I_F) ve çıkış besleme akımı (I_CC) taşınabilir ve enerji verimli cihazların taleplerini karşılamak için.
• Gelişmiş Entegrasyon: SPI veya izole GPIO gibi çok hatlı arayüzlerde kart alanından ve maliyetten tasarruf etmek için tek bir pakette birden fazla izolasyon kanalını (çift, dörtlü) birleştirmek.
• Geliştirilmiş CMTI: Güç elektroniği anahtarlama hızları arttıkça (örneğin, SiC ve GaN transistörlerle), güvenilirliği korumak için daha yüksek CMTI derecelerine (25-100 kV/µs) sahip izolatörlere olan talep artmaktadır.
• Paket Küçültme: Delikli DIP paketlerinden, daha yoğun PCB tasarımlarına uyum sağlamak için SOIC-8 ve hatta daha küçük geniş gövdeli SOIC paketleri gibi yüzey montaj seçeneklerine geçiş.

EL263X serisi, köklü bir performans aralığında yer alır ve geniş bir endüstriyel ve iletişim uygulama yelpazesi için hız, izolasyon dayanımı ve gürültü bağışıklığı arasında sağlam bir denge sunar.