5-Pin SOP Yüksek Hızlı 10Mbit/s Mantık Kapısı Foto Kuplör ELM6XX Serisi Veri Sayfası - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

ELM6XX serisi, zorlu dijital izolasyon uygulamaları için tasarlanmış yüksek performanslı, yüksek hızlı mantık kapısı foto kuplörlerden oluşan bir aileyi temsil eder. Bu cihazlar, bir mantık kapısı çıkış katına sahip yüksek hızlı entegre bir fotodedektöre optik olarak bağlanmış bir kızılötesi yayan diyot (IRED) entegre eder ve tetiklenebilir çıkış özelliği sunar. Kompakt bir 5-pin Küçük Dış Hat Paketinde (SOP) paketlenmiş olup, standart endüstriyel ayak izine uyar ve mevcut tasarımlara ve PCB düzenlerine kolay entegrasyon sağlar.

Bu bileşenin temel işlevi, dijital mantık sinyallerini iletirken iki elektrik devresi arasında galvanik izolasyon sağlamaktır. Bu izolasyon, toprak döngülerini kırmak, hassas mantık devrelerini sistemin diğer bölümlerindeki voltaj ani artışları ve gürültüden korumak ve yüksek ortak mod voltajlı uygulamalarda güvenliği sağlamak için çok önemlidir.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

ELM6XX serisi, modern elektronik sistemler için uygun kılan birkaç temel avantajla tasarlanmıştır. 10 Mbit/s'lik yüksek hız kapasitesi, hızlı veri iletişim arayüzlerinde kullanılmasını sağlar. Cihazlar, -40°C ila +85°C arasındaki geniş bir çalışma sıcaklığı aralığında performans garantisi sunarak endüstriyel ve otomotiv ortamlarında güvenilirlik sağlar. 3750 V_rmsdeğerinde yüksek bir izolasyon voltajı sağlam koruma sunar. Ayrıca, seri, halojensiz, kurşunsuz, RoHS uyumlu olması ve UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO ve FIMKO tarafından onaylanması dahil olmak üzere başlıca çevresel ve güvenlik standartlarına uygundur.

Birincil hedef pazarlar ve uygulamalar şunları içerir:

• Endüstriyel Otomasyon:PLC G/Ç'larını, motor sürücülerini ve sensör arayüzlerini kontrol mantığından izole etmek için.
• Telekomünikasyon ve Veri İletimi:Hat alıcılarında ve veri çoğullama sistemlerinde gürültüyü ortadan kaldırmak için.
• Güç Elektroniği:Anahtarlamalı güç kaynağı geri besleme döngülerinde darbe transformatörlerinin güvenilir bir yedeği olarak.
• Bilgisayar Çevre Birimleri:Farklı toprak potansiyellerine sahip sistemler arasında arayüz oluşturmak için.
• Genel Dijital Arayüz:LSTTL, TTL ve 5V CMOS gibi mantık aileleri arasında seviye çevirimi ve izolasyon için.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Bu bölüm, veri sayfasında belirtilen temel elektriksel ve performans parametrelerinin ayrıntılı, nesnel bir yorumunu sağlar. Bu parametreleri anlamak, doğru devre tasarımı ve güvenilir çalışmayı sağlamak için kritik öneme sahiptir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Mutlak Maksimum Değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bunlar çalışma koşulları değildir.

• Giriş İleri Akımı (I_F):50 mA. Bu akımın aşılması, büyük olasılıkla dahili Kızılötesi Yayan Diyotu (IRED) tahrip eder.
• Giriş Ters Voltajı (V_R):5 V. IRED ters öngerilime karşı hassastır; bu sınır kesinlikle gözetilmelidir.
• Besleme Voltajı (V_CC) ve Çıkış Voltajı (V_O):7.0 V. Bu, çıkış tarafının güç ve çıkış pinine uygulanabilecek maksimum voltajı tanımlar.
• İzolasyon Voltajı (V_ISO):1 dakika için 3750 V_rms. Bu, giriş pinleri (1,3) kısa devre edilmiş ve çıkış pinleri (4,5,6) kısa devre edilmiş olarak test edilen önemli bir güvenlik parametresidir. Dahili yalıtım bariyerinin dielektrik dayanımını belgeler.
• Çalışma ve Depolama Sıcaklığı:Cihaz -40°C ila +85°C çalışma ve -55°C ila +125°C depolama için derecelendirilmiştir.
• Lehimleme Sıcaklığı:10 saniye için 260°C. Bu, yeniden akış lehimleme kullanan PCB montaj süreçleri için önemlidir.

2.2 Elektriksel Özellikler

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

2.2.1 Giriş Karakteristikleri (IRED Tarafı)

• İleri Voltaj (V_F):Tipik olarak 1.45V, I_F=10mA'de maksimum 1.8V. Bu, giriş tarafında gereken akım sınırlama direncinin hesaplanmasında kullanılır.
• V_F:'nin Sıcaklık Katsayısı:
• Yaklaşık -1.9 mV/°C. Sıcaklık arttıkça ileri voltaj hafifçe düşer._INGiriş Kapasitansı (C):

Tipik olarak 70 pF. Bu, giriş devresinin yüksek frekans tepkisini ve sürücü gereksinimlerini etkiler.

• 2.2.2 Çıkış ve Transfer Karakteristikleri I_CCHBesleme Akımları:_CCL(çıkış yüksek) tipik olarak 6.0 mA'dir ve I_CC(çıkış düşük) V
• =5.5V ile tipik olarak 7.5 mA'dir. Bu değerler, çıkış tarafındaki güç tüketimini belirler._OHYüksek Seviye Çıkış Akımı (I):
• Çıkış, yüksek durumdayken çok küçük bir akım (tip. 2.1 µA) sağlayabilir. Bu cihaz, önemli akım sağlamak için değil, yüksek empedanslı CMOS girişlerini sürmek için tasarlanmıştır._OLDüşük Seviye Çıkış Voltajı (V):
• 13mA çekerken tipik olarak 0.4V, maksimum 0.6V. Bu, sağlam bir mantık '0' seviyesini tanımlar._FTGiriş Eşik Akımı (I):_OLTipik olarak 2.4 mA, maksimum 5 mA. Bu, belirtilen yük koşulları altında çıkışın geçerli bir düşük duruma (V

≤ 0.6V) geçtiğini garanti etmek için gereken minimum giriş akımıdır. Gürültü bağışıklığını sağlamak için kritik bir parametredir.

2.3 Anahtarlama Karakteristikleri_CCBu parametreler, foto kuplörün dinamik performansını standart koşullar altında (V_F=5V, I_L=7.5mA, C_L=15pF, R

• =350Ω) ölçülerek tanımlar._PHLYayılma Gecikmeleri (t_PLH, t):_PLHGiriş akımı geçişinin %50 noktasından çıkış voltajı geçişindeki karşılık gelen noktaya kadar geçen süre. t_PHL(yükseğe) tipik olarak 50 ns'dir ve t
• (düşüğe) tipik olarak 41 ns'dir, her ikisi de maksimum 100 ns'dir. Bu gecikmeler maksimum veri hızını sınırlar._PHLDarbe Genişliği Bozulması (|t_PLH– t|):
• Tipik olarak 9 ns, maksimum 35 ns. Yükselme/düşme gecikmelerindeki bu asimetri, yüksek frekanslarda çıkış darbelerini daraltabilir._rYükselme/Düşme Süreleri (t_f, t):
• Çıkış yükselme süresi tipik olarak 40 ns ve düşme süresi tipik olarak 10 ns'dir. Daha hızlı kenarlar genellikle sinyal bütünlüğü için daha iyidir.Ortak Mod Geçici Bağışıklığı (CMH, CML):_{Bu, izolasyon cihazları için kritik bir parametredir. Çıkış durumunun, izolasyon bariyeri boyunca hızlı voltaj geçişlerine karşı bağışıklığını ölçer. Örneğin, ELM601, durumu yanlışlıkla değiştirmeden 50V tepe-tepe ortak mod sinyali ile 5,000 V/µs'lik bir dV/dt'yi tolere edebilir. ELM611 daha da yüksek bağışıklık sunar (1000V}t-t

'de 20,000 V/µs).

3. Mekanik ve Paket Bilgisi

• Cihaz, 5-pin Küçük Dış Hat Paketinde (SOP) bulunur. Pin konfigürasyonu aşağıdaki gibidir:Pin 1:
• Giriş IRED'in anodu.Pin 2:
• Bağlı değil (NC).Pin 3:
• Giriş IRED'in katodu.Pin 4:
• Çıkış tarafı için toprak (GND).Pin 5:_OUTÇıkış Voltajı (V
• ).Pin 6:_CCÇıkış tarafı için Besleme Voltajı (V

).

Veri sayfası, PCB ayak izi tasarımı için danışılması gereken ayrıntılı bir paket boyut çizimini (milimetre cinsinden) içerir. Güvenilir lehimleme ve mekanik stabilite sağlamak için yüzey montaj montajı için önerilen bir pad düzeni de sağlanır.

4. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Uygun kullanım ve montaj, güvenilirlik için esastır. Cihaz, standart kurşunsuz yeniden akış lehimleme profilleri (örn., IPC/JEDEC J-STD-020) ile uyumlu olan 10 saniye için maksimum 260°C lehimleme sıcaklığına derecelendirilmiştir.

• Ana Hususlar:
• Yeniden akış sırasında mezar taşı oluşumunu veya yanlış hizalamayı önlemek için önerilen pad düzenini kullanın.
• Dahili yonga ve plastik pakete termal hasar vermekten kaçınmak için belirtilen sıcaklık profilini uygulayın.
• Cihaz hassas yarı iletken bileşenler içerdiğinden, kullanım sırasında standart ESD (Elektrostatik Deşarj) önlemlerini izleyin.

Cihazları, depolama sıcaklığı derecelendirmesine (-55°C ila +125°C) göre kuru, kontrollü bir ortamda saklayın.

5. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

• ELM6XX serisi, üretim ihtiyaçlarına uygun farklı paketleme seçeneklerinde mevcuttur:Standart Seçenek (Yok):
• Cihazlar anti-statik tüplerde, tüp başına 100 adet olarak tedarik edilir.Bant ve Makara Seçeneği (TA/TB):

Cihazlar, otomatik al-yerleştir montajı için bant ve makara üzerinde, makara başına 3000 adet olarak tedarik edilir. 'TA' ve 'TB' muhtemelen farklı makara boyutlarına veya bant özelliklerine işaret eder.Parça Numaralandırma Sistemi:

• ELM6XX(Z)-VXX:
• Belirli parça numarası (00, 01 veya 11). Bunlar, muhtemelen Ortak Mod Geçici Bağışıklık derecelendirmelerine (örn., ELM600, ELM601, ELM611) dayalı varyantları ayırt eder.Z:
• Bant ve makara seçeneği (TA, TB veya tüp için yok).V:

İsteğe bağlı VDE onay işareti.

6. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulama Devreleri_OUTBirincil uygulama dijital sinyal izolasyonudur. Tipik bir devre, giriş IRED ile seri olarak bir akım sınırlama direnci içerir ve bir mantık sinyaline bağlanır. Çıkış pini (V_CC), bir çekme direnci (R_L) aracılığıyla V_L'ye bağlanır ve alıcı mantık kapısının girişini sürer. R

'nin değeri (örn., 350Ω) ve yük kapasitansı anahtarlama hızını etkiler.

• 6.2 Kritik Tasarım NotlarıGiriş Akımı:_FGiriş akımının (I_FT), garanti edilmiş düşük çıkış için maksimum Giriş Eşik Akımını (I_F) karşıladığından veya aştığından, ancak Mutlak Maksimum Değeri aşmadığından emin olun. Tipik bir çalışma I
• değeri 7.5mA ila 10mA yaygındır.Gürültü Bağışıklığı:
• Gürültülü ortamlar için, uygulamada beklenen gürültü seviyelerine uygun daha yüksek Ortak Mod Geçici Bağışıklığına sahip bir varyant (ELM601 veya ELM611) seçin.Güç Kaynağı Ayrıştırma:_CCKararlı çalışmayı sağlamak ve anahtarlama gürültüsünü en aza indirmek için çıkış tarafındaki V
• ve GND pinlerine yakın baypas kapasitörleri (örn., 0.1 µF) kullanın.Doğruluk Tablosu:

Cihaz, evirmeyen bir tampon olarak işlev görür. Girişteki mantık Yüksek (H) (IRED açık), çıkışta mantık Düşük (L) üretir. Girişteki mantık Düşük (L) (IRED kapalı), çıkışta mantık Yüksek (H) üretir (çekme direnci nedeniyle).

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Standart 4N25/4N35 serisi foto kuplörlerle karşılaştırıldığında, ELM6XX serisi önemli ölçüde daha yüksek hız (~100 kbit/s'ye karşı 10 Mbit/s) ve üstün Ortak Mod Bastırma sunar. Mantık kapısı çıkışı, fototransistör çıkışlarıyla genellikle gereken ek Schmitt tetikleyici devrelerine ihtiyaç duymadan temiz dijital dalga formları sağlar. 5-pin SOP paketi, eski DIP paketlerinden daha kompakttır. ELM6XX serisi içindeki temel farklılaşma, kademeli Ortak Mod Geçici Bağışıklıktır ve bu, tasarımcıların belirli gürültü ortamları için uygun maliyet/performans seviyesini seçmelerine olanak tanır.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S1: Bu foto kuplörle elde edebileceğim maksimum veri hızı nedir?

C: Tipik yayılma gecikmeleri, belirtildiği gibi 10 Mbit/s'ye kadar veri hızlarına izin verir. Ancak, bir sistemdeki gerçek maksimum güvenilir hız, darbe genişliği bozulması ve alıcı mantığın kurulum/tutma süreleri nedeniyle daha düşük olacaktır. Muhafazakar bir tasarım 5-8 Mbit/s'yi hedefleyebilir.

S2: ELM600, ELM601 ve ELM611 arasında nasıl seçim yapmalıyım?

C: Seçim öncelikle gereken Ortak Mod Geçici Bağışıklığına (CMTI) dayanır. Düşük gürültülü temel izolasyon için ELM600'ü kullanın. ELM601 (5,000 V/µs) endüstriyel motor sürücü ve güç kaynağı uygulamaları için uygundur. ELM611 (20,000 V/µs) yüksek güçlü invertörler gibi çok yüksek gürültülü ortamlar içindir.

S3: Bu cihazı bir LED veya röleyi doğrudan sürmek için kullanabilir miyim?_OHC: Hayır. Çıkış, yüksek empedanslı CMOS veya TTL mantık girişlerini sürmek için tasarlanmıştır. Akım sağlama/çekme kapasitesi sınırlıdır (I_OLçok düşüktür, I

13mA'de belirtilmiştir). Daha yüksek akımlı yükleri sürmek için ek bir tampon veya transistör katı gereklidir._LS4: Hangi değerde çekme direnci (R

) kullanmalıyım?_LC: Veri sayfası, R

=350Ω ile test koşullarını belirtir. Bu iyi bir başlangıç noktasıdır. Daha küçük bir direnç daha hızlı yükselme süreleri sağlar ancak güç tüketimini ve çıkış akımını artırır. Daha büyük bir direnç güç tasarrufu sağlar ancak yükselme süresini yavaşlatır. Değer, yük kapasitansı ve gereken hız dikkate alınarak seçilmelidir.

9. Pratik Uygulama Vaka Çalışması

Senaryo: Bir Mikrodenetleyici UART'ını bir RS-485 Verici/Alıcıdan İzole Etme._OUTEndüstriyel bir sensör düğümünde, 3.3V'luk bir mikrodenetleyicinin UART TX hattının, gürültülü uzun mesafeli bir veriyoluna bağlanan 5V'luk bir RS-485 verici/alıcıdan izole edilmesi gerekmektedir. Bu amaçla bir ELM601 kullanılabilir. Mikrodenetleyici pini, bir akım sınırlama direnci (örn., (3.3V - 1.45V)/7.5mA ≈ 247Ω) aracılığıyla IRED'i sürer. Çıkış tarafı, RS-485 verici/alıcının 5V rayından beslenir. V

pini, 350Ω'luk bir dirençle 5V'a çekilir ve doğrudan RS-485 IC'nin Sürücü Girişi (DI) pinine bağlanır. Bu kurulum, hassas mikrodenetleyici ile gürültülü veriyolu arasındaki toprak bağlantısını keser, mikrodenetleyiciyi veriyolu kaynaklı geçici durumlardan korur ve 3.3V'tan 5V'a mantık seviyesi çevirimini gerçekleştirir. ELM601'in yüksek CMTI'si, veriyolundaki gürültüye rağmen dijital sinyalin bozulmadan kalmasını sağlar.

10. Çalışma Prensibi

Cihaz, opto-elektronik dönüşüm prensibiyle çalışır. Giriş tarafına (pin 1 & 3) uygulanan bir elektrik akımı, Kızılötesi Yayan Diyotun (IRED) ışık yaymasına neden olur. Bu ışık, dahili şeffaf bir izolasyon bariyerini (tipik olarak kalıplanmış bir plastik boşluk) geçer. Çıkış tarafında, monolitik bir silikon fotodedektör entegre devresi bu ışığı alır. Bu IC, bir fotodiyot, yüksek kazançlı bir amplifikatör ve bir mantık kapısı çıkış katı (muhtemelen bir totem-pole veya benzeri bir yapı) içerir. Amplifikatör, fotodiyot akımını bir voltaja dönüştürür ve mantık katı bunu tamponlayarak temiz bir dijital sinyal olarak çıkarır. Bahsedilen 'tetiklenebilir çıkış' özelliği, muhtemelen çıkış durumunu tutabilen dahili bir mandal veya etkinleştirme işlevine işaret eder, ancak spesifik detaylar tam dahili şema gerektirir.

11. Teknoloji Trendleri₂Dijital izolasyondaki trend, daha yüksek hızlar, daha düşük güç tüketimi, daha küçük paketler ve daha yüksek entegrasyona doğrudur. ELM6XX gibi foto kuplörler birçok uygulama için mükemmel kalmaya devam ederken, kapasitif (SiO