6-Pin SDIP Yüksek Hız 10MBit/s Mantık Kapısı Fotokuplör ELS611-G Serisi Veri Sayfası - İngilizce Teknik Doküman

1. Ürüne Genel Bakış

ELS611-G serisi, dijital sinyal izolasyonu için tasarlanmış yüksek hızlı, mantık kapısı çıkışlı fotokuplör (opto-izolatör) ailesini temsil eder. Bu cihazlar, saklanabilir mantık kapısı çıkışına sahip yüksek hızlı entegre bir fotodedektöre optik olarak bağlanan bir kızılötesi yayan diyot entegre eder. Kompakt 6 bacaklı Küçük Çift Sıralı Paket (SDIP) içine yerleştirilmiş olup, darbe transformatörlerinin yerini almak ve gürültülü elektriksel ortamlarda sağlam bir toprak döngüsü eliminasyonu sağlamak üzere tasarlanmıştır.

Temel işlev, giriş ve çıkış devreleri arasında elektriksel izolasyon sağlayarak toprak döngülerinin, voltaj ani yükselmelerinin ve gürültünün yayılmasını önlemektir. Mantık kapısı çıkışı, temiz dijital sinyal iletimi sağlayarak farklı mantık aileleri veya voltaj alanları arasında arayüz oluşturmak için uygun hale getirir.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

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.

Hedef uygulamalar öncelikle endüstriyel otomasyon, güç kaynağı sistemleri (örn., geri besleme izolasyonu için anahtarlamalı güç kaynakları), bilgisayar çevre birimi arayüzleri, veri iletim sistemleri, veri çoğullama ve dijital sinyaller için güvenilir, yüksek hızlı galvanik izolasyon gerektiren her senaryodur.

2. Derin Teknik Parametre Analizi

Aşağıdaki bölümler, veri sayfasında belirtilen temel elektriksel ve performans parametrelerinin detaylı, nesnel bir analizini sunmaktadır.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Cihazın bu sınırlarda veya bu sınırlara yakın bir şekilde sürekli çalıştırılması önerilmez.

• Giriş İleri Akımı (I_F): 20 mA. Giriş LED'inden geçmesine izin verilen maksimum sürekli akım.
• Giriş Ters Gerilimi (V_R): 5 V. Giriş LED'inin dayanabileceği maksimum ters öngerilim voltajı.
• Giriş Güç Harcaması (P_D): 40 mW. Giriş tarafının harcayabileceği maksimum güç.
• Çıkış Besleme Gerilimi (V_CC): 7.0 V. Çıkış tarafı besleme pinine uygulanabilecek mutlak maksimum voltaj.
• Çıkış Voltajı (V_O): 7.0 V. Çıkış pininde görünebilecek maksimum voltaj.
• Çıkış Akımı (I_O): 50 mA. Çıkış pininin çekebileceği veya sağlayabileceği maksimum akım.
• İzolasyon Gerilimi (V_ISO)1 dakika boyunca 5000 Vrms. Kritik bir güvenlik derecesidir; giriş pinleri (1,2,3,4) birbirine kısa devre yapılarak ve çıkış pinleri (5,6) birbirine kısa devre yapılarak test edilmiştir.
• Çalışma Sıcaklığı (T_OPR): -40°C ila +85°C. Normal çalışma için ortam sıcaklığı aralığı.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_SOL): 260°C, 10 saniye. Bu, yeniden akış lehimleme profil toleransını tanımlar.

2.2 Elektriksel Özellikler

Bunlar, belirtilen test koşulları altında garanti edilen performans parametreleridir.

2.2.1 Giriş Karakteristikleri (LED Tarafı)

• İleri Yönlü Gerilim (V_F): Tipik olarak 1.45V, I_F=10mA'de maksimum 1.8V. Bu, giriş akım sınırlama devresini tasarlamak için kullanılır.
• Ters Yönlü Akım (I_R): V_R=5V. Bu, LED'in kapalı durumdaki sızıntı akımını gösterir.
• Giriş Kapasitansı (C_IN): Tipik olarak 60pF. Bu parametre, giriş tarafındaki yüksek frekanslı anahtarlama performansını etkiler.

2.2.2 Çıkış Karakteristikleri

• Besleme Akımı, Yüksek Seviye (I_CCH)I=0mA (LED kapalı) ve VCC=5.5V iken 7mA ile 13mA arasında._F=0mA (LED kapalı) ve V_CC=5.5V. Bu, çıkış mantıksal yüksek seviyedeykenki durağan akımdır.
• Besleme Akımı, Düşük Seviye (I_CCL): I_F=10mA (LED yanıyor) ve V_CC=5.5V iken 9mA ila 15mA arası. Bu, çıkış aktif olarak düşük seviyeye çekildiğindeki çalışma akımıdır.
• Düşük Seviye Çıkış Gerilimi (V_OL): Tipik olarak 0.4V, V_CC=5.5V, I_F=5mA, I_OL=13mA. Bu, düşük durumda akım çekerken çıkış voltajını tanımlar.
• Input Threshold Current (I_FT): Maksimum 5mA. Bu, belirtilen V_OL <= 0.6V) under the specified V_CC koşulları altında çıkışın geçerli bir düşük mantık seviyesine (V_OL <= 0.6V) geçişini garanti etmek için gereken minimum giriş LED akımıdır. Gerekli sürücü akımını belirlemek için kilit bir parametredir.

2.3 Anahtarlama Karakteristikleri

Bu parametreler, yüksek hızlı veri iletimi için kritik olan optokuplörün zamanlama performansını tanımlar. Test koşulları V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω belirtilmedikçe.

• Yüksek Seviyeye Yayılım Gecikmesi (t_PHL): Genellikle 40ns, maksimum 100ns. Giriş LED'inin sönmesinden çıkışın mantıksal yüksek seviyeye yükselmesine kadar geçen süre.
• Düşük Seviyeye Yayılım Gecikmesi (t_PLH)Genellikle 50ns, maksimum 100ns. Giriş LED'inin yanmasından çıkışın mantıksal düşük seviyeye düşmesine kadar geçen süre.
• Darbe Genişliği Bozulması (|t_PHL – t_PLH|)Genellikle 10ns, maksimum 50ns. İki yayılım gecikmesi arasındaki fark. Daha düşük bir değer, sinyal bütünlüğünü ve görev döngüsünü korumak için daha iyidir.
• Çıkış Yükselme Süresi (t_r): Tipik olarak 50ns. Çıkışın, nihai yüksek değerinin %10'undan %90'ına yükselmesi için geçen süre.
• Çıkış Düşme Süresi (t_f): Tipik olarak 10ns. Çıkışın, başlangıçtaki yüksek değerinin %90'ından %10'una düşmesi için geçen süre.
• Ortak Mod Geçici Bağışıklığı (CMH, CML): Minimum 5 kV/µs. Bu ölçüm, cihazın giriş ve çıkış toprakları arasındaki hızlı voltaj geçici olaylarına karşı bağışıklığını ölçer. CMH, çıkış yüksek olduğunda uygulanır ve CML, çıkış düşük olduğunda uygulanır. Yüksek bir değer, izolasyon bariyeri üzerinden bağlanan gürültüye karşı güçlü bir bastırma olduğunu gösterir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası tipik elektro-optik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Belirli grafikler sağlanan metinde ayrıntılı olarak verilmemiş olsa da, tipik olarak tasarım için gerekli olan aşağıdakileri içerir:

• Akım Transfer Oranı (CTR) - İleri Akım Grafiği: Optokuplörün verimliliğini gösterir. Bir mantık kapısı tipi için bu, anahtarlama parametrelerine gömülüdür ancak sıcaklık ve akım üzerindeki performansı gösterebilir.
• Yayılım Gecikmesi - İleri Akım Grafiği: LED sürme akımına bağlı olarak anahtarlama hızının nasıl değiştiğini gösterir. Daha yüksek I_F genellikle yayılma gecikmesini azaltır ancak güç dağılımını artırır.
• Yayılma Gecikmesi - Sıcaklık İlişkisi: Çalışma sıcaklığı aralığı boyunca zamanlama parametresindeki değişimi gösterir.
• Besleme Akımı - Sıcaklık İlişkisi: Çıkış tarafındaki güç tüketiminin sıcaklıkla nasıl değiştiğini belirtir.

Tasarımcılar, belirli uygulama koşulları için performans sınırlarını ve güç azaltma ihtiyaçlarını anlamak üzere tam veri sayfası grafiklerine başvurmalıdır.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

4.1 Pin Konfigürasyonu ve İşlevi

Cihaz, 6 pinli SDIP paketi kullanır. Pin bağlantıları aşağıdaki gibidir:

• Pin 1: Giriş LED'inin anodu.
• Pin 2: Bağlantı Yok (N.C.).
• Pin 3: Giriş LED'inin katodu.
• Pin 4: Çıkış tarafı için toprak (GND).
• Pin 5: Çıkış (V_OUT). Bu, dahili mantık kapısının açık kollektörlü veya totem direkli çıkışıdır.
• Pin 6: Besleme Gerilimi (V_CC) çıkış tarafı için.

Kritik Tasarım Notu: Bacak 6 (V) ile bacak 4 (GND) arasına, pakete mümkün olduğunca yakın yerleştirilmiş, iyi yüksek frekans özelliklerine sahip 0.1µF (veya daha büyük) bir bypass kondansatörü bağlanmalıdır._CC) Bu, kararlı çalışma ve belirtilen anahtarlama performansına ulaşmak için esastır.

4.2 Paket Boyutları ve PCB Yerleşimi

Veri sayfası, \"P\" tipi (yüzey montajlı uç formu) paket için detaylı mekanik çizimler sağlar. Temel boyutlar, toplam paket gövde boyutunu, uç aralığını ve taban yüksekliğini içerir. Güvenilir lehimleme ve mekanik dayanım sağlamak için yüzey montajlı montaj için önerilen bir pad yerleşimi de sağlanmıştır. Tasarımcılar, tombstoning veya zayıf lehim bağlantılarını önlemek için bu yerleşim kılavuzlarına uymalıdır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Lehimleme sıcaklığı için mutlak maksimum değer 10 saniye için 260°C'dir. Bu, tipik kurşunsuz reflow lehimleme profilleri ile uyumludur. Aşağıdaki önlemler dikkate alınmalıdır:

• Kullanılan spesifik lehim pastası için önerilen reflow profilini takip edin, tepe sıcaklığının ve likidüs üzerindeki sürenin cihazın derecelendirmesini aşmadığından emin olun.
• Paket üzerinde aşırı mekanik stres uygulamaktan kaçının.
• Lehim köprüsü veya yetersiz fileto oluşumunu önlemek için önerilen PCB pad tasarımına uyun.
• Depolama koşulları, -55°C ila +125°C belirtilen depolama sıcaklık aralığında ve yüzey montaj cihazları için standart nem hassasiyeti seviyesi (MSL) gerekliliklerine uygun kuru bir ortamda olmalıdır (alıntıda belirli MSL belirtilmemiştir).

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Model Numaralandırma Kuralı

Parça numarası şu formatta olacaktır: ELS611X(Y)-VG

• EL: Üretici ön eki.
• S611: Temel parça numarası.
• X: Bacak tipi. \"P\", yüzey montaj bacak formunu belirtir.
• (Y): Bant ve makara seçeneği. \"TA\" veya \"TB\", farklı makara paketleme stillerini belirtir.
• V: İsteğe bağlı, VDE onayını belirtir.
• G: Halojensiz yapımı belirtir.

Örnek: ELS611P(TA)-VG, TA bandı ve makarası üzerinde yüzey montaj cihazıdır, VDE onaylı, halojensiz.

6.2 Paketleme Özellikleri

Cihaz, otomatik montaj için band ve makara paketlemesinde mevcuttur. Hem TA hem de TB seçenekleri makara başına 1000 birim içerir. Veri sayfası, band boyutlarını, yuva aralığını ve makara boyutunu belirten diyagramlar içerir.

6.3 Cihaz İşaretleme

Paket, üretim yeri, cihaz numarası ve tarih kodunu gösteren bir kodla işaretlenmiştir. Format şunları içerir: Fabrika kodu (Tayvan için "T"), üretici için "EL", cihaz için "S611", 1 haneli yıl kodu, 2 haneli hafta kodu ve isteğe bağlı VDE için "V".

7. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

7.1 Tipik Uygulama Devreleri

Temel uygulama alanı dijital sinyal izolasyonudur. Tipik bir devre şunları içerir:

1. Giriş Tarafı: LED'in (pin 1 ve 3) ileri akımını I_F ayarlamak için seri bağlı bir akım sınırlama direnci._FDeğer, sürücü voltajı ve istenen I_F akımına göre hesaplanır._F (genellikle eşik akımı I_th ile maksimum sürekli ileri akım I_F(max) arasında)._FT ve maksimum değerlendirme). Yüksek hızlı çalışma için hızlı bir sürücü önerilir.
2. Çıkış Tarafı: V_CC (pin 6) istenen mantık besleme voltajına (7V'a kadar) bağlanır. Pin 4 (GND) çıkış toprağına bağlanır. Çıkış pini 5, alıcı mantık girişine bağlanır. V'ye harici bir çekme direnci_CC Dahili çıkış yapısına bağlı olarak gerekli olabilir (veri sayfası şeması aktif bir pull-down gösteriyor, bu da totem-pole çıkışını düşündürüyor, ancak tasarımın pull-up'a ihtiyaç duyulup duyulmadığını doğrulaması gerekir). V_CC ve GND arasındaki kritik 0.1µF bypass kapasitörü zorunludur.

7.2 Tasarım Hususları

• Hız vs. Akım: Daha Yüksek I_F yayılım gecikmesini iyileştirir ancak güç dağılımını artırır ve uzun vadeli güvenilirliği azaltabilir. I_F 'ı gerekli hız ve termal kısıtlara göre optimize edin.
• Gürültü Bağışıklığı: Yüksek ortak mod geçici bağışıklık (5kV/µs), motor sürücüleri ve güç kaynakları gibi gürültülü ortamlar için uygun kılar. Yalıtım bariyeri çevresindeki parazitik kuplajı en aza indirmek için uygun PCB yerleşimini sağlayın.
• Yük Hususları: Maksimum çıkış akımı (I_O) ve voltaj (V_O) değerlerine saygı gösterin. Çıkış, standart mantık girişlerini (TTL, CMOS) sürmek için tasarlanmıştır, ağır yükleri değil.
• Güç Kaynağı Baypaslama: Önerilen bypass kondansatörünün ihmal edilmesi, salınımlara, yanlış tetiklemeye ve bozulmuş anahtarlama performansına yol açabilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Standart transistör çıkışlı fotokuplörlere kıyasla, ELS611-G'nin entegre mantık kapısı birkaç önemli avantaj sağlar:

• Daha Yüksek Hız: 10MBit/s veri hızı ve 100ns altındaki yayılım gecikmeleri, tipik transistör kuplörlerinden (genellikle µs aralığında) önemli ölçüde daha hızlıdır.
• Temiz Dijital Çıkış: Mantık kapısı çıkışı, harici Schmitt tetikleyicilere ihtiyaç duymadan keskin kenarlar ve iyi tanımlanmış mantık seviyeleri sağlar, devre tasarımını basitleştirir.
• Daha Düşük Darbe Bozulması: Belirtilen darbe genişliği bozulması düşüktür, bu da saat ve veri hatlarında sinyal bütünlüğünü korumak için kritik öneme sahiptir.
• Entegre İşlevsellik: Fotodedektör, amplifikatör ve mantık kapısını tek bir çipte birleştirerek harici bileşen sayısını azaltır.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

1. S: Çıkışın düşük seviyeye geçmesini garanti etmek için gereken minimum giriş akımı nedir?
   A: I_FT (Giriş Eşik Akımı) parametresinin test koşulları altında (V_CC=5.5V, V_O=0.6V, I_OL=13mA). Tüm koşullar altında güvenilir anahtarlama sağlamak için tasarım, I_F bu değerden daha büyük olmalıdır, anahtarlama karakteristiklerinde belirtildiği gibi tipik olarak 7.5mA ila 10mA.
2. S: Çıkışta 3.3V mantık beslemesi ile kullanabilir miyim?
   C: Evet, cihaz V_CC dahili mantık kapısının çalışması için gereken minimum seviyeye kadar düşük (açıkça belirtilmemiştir, ancak CMOS için tipik olarak ~2.7V ila 3V). Çıkış mantık seviyeleri bu V'ye göre olacaktır._CC. Maksimum V_CC 7.0V'dur.
3. S: 0.1µF bypass kondansatörü ne kadar kritiktir?
   A: Kararlı, yüksek hızlı çalışma için kesinlikle kritiktir. Çıkış katının anahtarlama akımları için yerel bir yük rezervuarı sağlar, besleme hattındaki düşüşü ve arızalara neden olabilecek salınımları önler.
4. Q: "Storable output" ne anlama gelir?
   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. Pratik Uygulama Örneği

Senaryo: Bir Endüstriyel Kontrolcüde UART Sinyalinin İzolasyonu.
Bir endüstriyel mikrodenetleyici, 115200 baud hızında UART üzerinden bir çevre birimiyle iletişim kurar. Çevre birimi, farklı bir toprak potansiyeline sahip ayrı bir güç kaynağı üzerinde çalışır ve bu da toprak döngüsü riski oluşturur.

Uygulama:
İki adet ELS611-G cihazı kullanılır; biri TX hattı (kontrolcüden çevre birimine) ve diğeri RX hattı (çevre biriminden kontrolcüye) için. TX izolatöründe, mikrodenetleyicinin TX pini, I=10mA için ayarlanmış bir akım sınırlama direnci üzerinden LED'i sürer. İzolatörün çıkış pini, çevre biriminin RX girişine bağlanır. İzolatörün Vcc'i, çevre biriminin 5V veya 3.3V hattından, zorunlu bypass kapasitörü ile beslenir. RX hattı için işlem aynı şekilde tersine uygulanır. Bu kurulum, toprak bağlantısını keser, gürültü kuplajını önler ve mikrodenetleyiciyi çevre birimi tarafındaki voltaj dalgalanmalarından korur; tüm bunlar yüksek hızlı seri verinin bütünlüğünü korurken gerçekleşir._F=10mA. İzolatörün çıkış pini, çevre biriminin RX girişine bağlanır. İzolatörün Vcc'i, çevre biriminin 5V veya 3.3V hattından, zorunlu bypass kapasitörü ile beslenir._CC is supplied from the peripheral's 5V or 3.3V rail, with the mandatory bypass capacitor. The process is mirrored for the RX line. This setup breaks the ground connection, prevents noise coupling, and protects the microcontroller from voltage transients on the peripheral side, all while maintaining the integrity of the high-speed serial data.

11. Çalışma Prensibi

Bir fotokuplör, elektriksel izolasyon sağlamak için optik kuplaj prensibiyle çalışır. ELS611-G'de:

1. Giriş tarafına uygulanan bir elektrik sinyali, kızılötesi Işık Yayan Diyot'un (LED) akımla orantılı olarak ışık yaymasına neden olur.
2. Bu ışık, paket içindeki şeffaf bir izolasyon bariyerinden (genellikle bir kalıp bileşiği) geçer.
3. Çıkış tarafında, bir silikon fotodiyot veya fototransistör ışığı algılar ve onu tekrar bir elektrik akımına dönüştürür.
4. Bu küçük fotoakım, bir mantık kapısını (bu durumda muhtemelen bir evirici veya tampon) içeren yüksek hızlı bir entegre devre tarafından yükseltilir ve işlenir. IC, giriş durumunu kopyalayan ancak ondan elektriksel olarak izole edilmiş temiz, dijital bir çıkış sinyali sağlar.
5. Yalıtım bariyeri, iki taraf arasında akım akışını ve gerilim farklarını önleyen yüksek dielektrik dayanımı (5000Vrms) sağlar.

12. Technology Trends

ELS611-G gibi fotokuplörlerin evrimi, elektronikteki birkaç temel eğilim tarafından yönlendirilmektedir:

• Artan Veri Hızları: Endüstriyel iletişimde (Profibus, EtherCAT), otomotiv ağlarında ve yenilenebilir enerji sistemlerinde daha yüksek hızlı izolasyon talebi, daha düşük yayılım gecikmesi ve daha yüksek ortak mod bağışıklığına sahip cihazlar için baskı oluşturmaktadır.
• Küçültme: PCB alanından tasarruf etmek için aynı veya daha iyi izolasyon derecelerine sahip daha küçük paketlere (örneğin, SOIC-4, LSSOP) doğru sürekli bir eğilim vardır.
• Gelişmiş Entegrasyon: Gelecekteki cihazlar, güç izolasyonu (izole DC-DC dönüştürücüler) ile veri izolasyonunu tek bir pakette birleştirmek veya çok kanallı izolatörler gibi daha fazla işlevi entegre edebilir.
• Malzeme ve Süreç İnovasyonu: LED verimliliği, dedektör hassasiyeti ve kalıp bileşiği saflığındaki gelişmeler, daha düşük güç tüketimi, daha yüksek hız ve gelişmiş uzun vadeli güvenilirlik sağlar.
• Alternatif İzolasyon Teknolojileri: Optokuplörler olgun bir teknoloji olsa da, kapasitif izolasyon (SiO2 bariyerleri kullanarak) ve manyetik (GMR) izolasyon gibi teknolojiler bazı yüksek hızlı, yüksek yoğunluklu uygulamalarda rekabet eder. Her teknolojinin hız, bağışıklık, güç tüketimi ve maliyet açısından kendi ödünleşimleri vardır.