8引脚SOP封装双通道高速10Mbit/s逻辑门光耦合器EL063X系列数据手册 - 中文技术文档

1. 产品概述

EL063X系列是一类双通道高速逻辑门光耦合器（光隔离器）。这些器件旨在为两个电路之间提供稳健的电气隔离和高速数字信号传输。其核心功能是通过红外发光二极管（LED）与带有逻辑门输出的高速集成光电探测器进行光耦合，从而跨越隔离屏障传输逻辑电平信号。这种设计能有效消除地环路、防止噪声传输，并保护敏感电路免受电压尖峰或地电位差的影响。

该元件的主要应用领域包括工业自动化、通信接口、电源控制和计算机外围设备，这些领域对可靠、抗噪声的信号传输至关重要。单个封装内的双通道配置为差分信号应用或多路控制线隔离提供了节省空间的优势，并确保了通道特性的一致性。

2. 技术参数详解

电气和光学参数定义了光耦合器的工作边界和性能。

2.1 绝对最大额定值

这些是任何条件下（即使是瞬间）都不可超越的应力极限。超出这些额定值工作可能导致器件永久性损坏。

• 输入正向电流（I_F)）：20 mA DC/平均值。这限制了通过输入LED的最大电流。
• 输入反向电压（V_R)）：5 V。输入LED可承受的最大反向偏置电压。
• 输出电流（I_O)）：50 mA。输出晶体管可吸收的最大电流。
• 输出电压（V_O）与电源电压（V_CC)）：7.0 V。可施加到输出侧引脚的最大电压。
• 隔离电压（V_ISO)）：3750 V_有效值，持续1分钟。这是一个关键的安全参数，表示输入与输出侧之间隔离屏障的介电强度，测试时将引脚1-4短接在一起，引脚5-8短接在一起。
• 工作温度（T_OPR)）：-40°C 至 +100°C。保证器件正常工作的环境温度范围。
• 存储温度（T_STG)）：-55°C 至 +125°C。

2.2 电气特性

这些参数在指定的工作条件下（除非另有说明，Ta = -40°C 至 85°C）得到保证。

2.2.1 输入特性

• 正向电压（V_F)）：典型值1.4V，在I_F= 10 mA时最大为1.8V。用于计算输入LED驱动电路所需的串联电阻。
• V_F的温度系数：约 -1.8 mV/°C。LED正向电压随温度升高而降低。
• 输入电容（C_IN)）：典型值60 pF。该寄生电容影响输入侧的高频性能。

2.2.2 输出与传输特性

• 电源电流（I_CCH/I_CCL)）：输出IC消耗的静态电流。I_CCH（输出高电平）典型值为13 mA（最大18 mA）。在V_CCL= 5.5V时，I_CC（输出低电平）典型值为15 mA（最大21 mA）。这对于电源预算计算很重要。
• 高电平输出电流（I_OH)）：输出在维持高逻辑电平（V_O接近V_CC）时，最大可提供100 µA的电流。这是一种较弱的电流提供能力。
• 低电平输出电压（V_OL)）：在I_F= 5mA且I_CL= 13mA时，最大为0.6V。这定义了输出晶体管主动吸收电流时的电压水平，确保与TTL/CMOS逻辑低电平阈值兼容。
• 输入阈值电流（I_FT)）：最大5 mA。这是在指定条件下保证输出切换到有效低电平状态（V_O≤ 0.6V）所需的输入电流。设计人员必须确保驱动电路至少提供此电流，以实现可靠的开关。

2.3 开关特性

这些参数定义了高速数字性能，在标准测试条件下测量（Ta=25°C，V_CC=5V，I_F=7.5mA，C_L=15pF，R_L=350Ω）。

• 传播延迟（t_PHL， t_PLH)）：各自最大100 ns。t_PHL是从输入LED开启（电流上升）到输出下降的延迟。t_PLH是从输入LED关闭（电流下降）到输出上升的延迟。这些延迟限制了最大数据速率。
• 脉冲宽度失真（|t_PHL– t_PLH|）：最大35 ns。上升和下降延迟之间的这种不对称性会扭曲传输脉冲的占空比，这在时序敏感的应用中至关重要。
• 输出上升/下降时间（t_r， t_f)）：t_r典型值为40 ns（10% 至 90%），t_f典型值为10 ns（90% 至 10%）。更快的下降时间是主动下拉输出级的特征。
• 共模瞬态抑制（CMTI）：这是电机驱动或开关电源等嘈杂环境中抗噪能力的关键参数。它衡量器件抑制出现在隔离屏障两端的快速电压瞬变的能力。
  • EL0630：最小5000 V/µs。
  • EL0631：最小10000 V/µs。更高的CMTI使EL0631适用于电气噪声更严苛的应用。
  • 该抑制能力针对输出高电平（CM_H）和输出低电平（CM_L）状态均有规定，确保在瞬态事件期间输出不会误触发。

3. 性能曲线分析

虽然提供的PDF摘录提到了“典型光电特性曲线”，但具体图表未包含在文本中。通常，光耦合器的此类曲线包括：

• 电流传输比（CTR）与正向电流（I_F)的关系：显示不同驱动水平下光耦合的效率（输出电流 / 输入电流）。
• 传播延迟与正向电流（I_F)的关系：说明开关速度如何随LED驱动电流变化。更高的I_F通常会减少传播延迟。
• 传播延迟与温度的关系：显示开关速度的温度依赖性。输出饱和电压与输出电流的关系：表征输出晶体管吸收电流时的性能。
• 设计人员应查阅包含图表的完整数据手册，以了解这些关系，从而优化其特定应用，例如在速度与LED电流/功耗之间进行权衡。4. 机械与封装信息

该器件采用标准的8引脚小外形封装（SOP或SOIC）。这种表面贴装封装符合常见的SO8封装尺寸，便于PCB布局和组装。

4.1 引脚配置

引脚配置如下：

引脚 1：阳极（通道1输入LED）

引脚 2：阴极（通道1输入LED）

• 引脚 3：阴极（通道2输入LED）
• 引脚 4：阳极（通道2输入LED）
• 引脚 5：地（GND）- 输出侧公共端。
• 引脚 6：V
• 2（通道2输出）
• 引脚 7：V_OUT1（通道1输出）
• 引脚 8：V_OUT（输出侧电源电压，典型值+5V）
• 重要说明：_CC输入和输出侧完全隔离。引脚1-4位于隔离的输入侧，引脚5-8位于隔离的输出侧。PCB布局必须在两组引脚及其相关走线之间保持足够的爬电距离和电气间隙，以保持隔离等级。

5. 焊接与组装指南该器件适用于标准的表面贴装组装工艺。

焊接温度：最高允许焊接温度为260°C，持续10秒。这与典型的无铅回流焊温度曲线兼容。

湿度敏感性：虽然摘录中未明确说明，但大多数塑料封装的SMD器件都有湿度敏感等级（MSL）。为防止回流焊过程中出现“爆米花”现象，必须按照制造商指南进行适当的处理、烘烤（如果需要）和存储。

• 输出旁路：一个关键的设计说明（*3）规定，V电源引脚（8）必须使用0.1 µF或更大容量的电容器（具有良好高频特性的陶瓷或固体钽电容）进行旁路。该电容器必须尽可能靠近引脚8（V
• ）和引脚5（GND）放置，以确保稳定运行并最小化电源轨上的开关噪声。6. 应用建议
• 6.1 典型应用电路数据手册列出了几个关键应用：_CC地环路消除：主要功能，隔离两个子系统的地，以防止环流和噪声。_CC逻辑电平转换/接口：可以在提供隔离的同时，在不同逻辑系列（例如，从LSTTL到TTL或5V CMOS）之间进行接口。

数据传输与线路接收器：适用于隔离的串行数据链路（例如，RS-232、RS-485隔离）、数字I/O隔离和多路复用。

开关电源反馈：在反激式或其他隔离式转换器拓扑中，将反馈信号从次级（输出）侧隔离到初级（控制器）侧。

脉冲变压器替代：为跨越隔离屏障传输数字脉冲提供了一种固态、可能更可靠且更紧凑的替代方案。

• 计算机外围设备接口：隔离与打印机、工业I/O卡或其他外围设备之间的信号。6.2 设计考量
• 输入驱动电路：必须根据输入电源电压（V）、所需的正向电流I
• 和LED的V来计算串联电阻。R
• 串联= (V
• - V) / I
• 。为保证可靠开关，I必须 ≥ I

，并且可以增加到绝对最大额定值以提高速度，但代价是更高的功耗。

• 输出负载：输出设计用于驱动标准逻辑负载。上拉电阻R（连接在V_IN和输出引脚之间）设定了逻辑高电平和上升时间。较小的R_F提供更快的上升时间，但在输出为低电平时会增加功耗。测试条件使用R_F=350Ω。_{功耗：计算输入侧（P}= V_IN* I_F）和输出侧的总功耗，确保其保持在限制范围内，尤其是在高温下。_F通道选择：对于需要更高共模噪声抑制能力（CMTI ≥ 10,000 V/µs 对比 5,000 V/µs）的应用，选择EL0631而非EL0630。_F7. 技术对比与差异化_FTEL063X系列通过以下几个关键特性在市场中脱颖而出：
• 高速：10 Mbit/s的能力和≤100 ns的传播延迟使其属于高速光耦合器类别，适用于快速数字通信。SOP-8封装双通道：在紧凑的标准封装中集成了两个隔离通道，与两个单通道器件相比节省了电路板空间。_L高CMTI：特别是EL0631的最小10 kV/µs CMTI，在工业电机驱动等电气噪声环境中具有显著优势，而低CMTI的光耦可能会发生故障。_CC宽温度范围：保证在-40°C至85°C的性能，工作范围高达100°C，适用于工业和汽车应用。_L全面的安全认证：该器件获得了主要国际安全机构（UL、cUL、VDE、SEMKO等）的认证，这通常是受监管市场中终端产品的强制性要求。_L环保合规：无卤素（Br/Cl限制）、无铅、符合RoHS和REACH标准，满足现代环保法规。
• 8. 常见问题解答（基于技术参数）问：使用此光耦合器可实现的最大数据速率是多少？_D答：10 Mbit/s的规格和100 ns的最大传播延迟表明，对于NRZ数据，最大理论数据速率约为5-10 Mbps。实际上，可实现的速率取决于具体的波形、上升/下降时间和脉冲宽度失真。为可靠运行，通常保守的设计目标是1-5 Mbps。_F问：如何在EL0630和EL0631之间选择？_F答：主要区别在于共模瞬态抑制（CMTI）。如果您的应用涉及显著的开关噪声（例如，靠近电机驱动器、大功率逆变器、嘈杂的电源），EL0631（10 kV/µs）提供更优越的抗噪能力。对于噪声较小的环境，EL0630（5 kV/µs）可能就足够了。
• 问：为什么V上需要旁路电容？

答：输出级的高速开关会在V

线上引起瞬时电流尖峰。本地旁路电容为此电流提供了一个低阻抗源，防止V

• 上出现电压跌落或尖峰，否则可能导致运行不稳定或噪声辐射。将其靠近引脚放置对于有效性至关重要。问：我可以用这个器件来隔离模拟信号吗？
• 答：不能。这是一个逻辑门
• 光耦合器。输出是数字逻辑电平（高或低），而不是输入电流的线性表示。对于模拟隔离，需要使用线性光耦合器（带有光电晶体管或光电二极管输出）。问：描述中提到的“可触发输出”的目的是什么？
• 答：虽然此摘录中未详细说明，但可触发输出通常意味着输出级具有使能或触发控制。这允许通过第三个控制信号来开启/关闭或锁存输出，这在多路复用应用或降低功耗时很有用。这里的引脚配置没有显示单独的触发引脚，因此此功能可能以特定模式内部集成，或者可能指输出由输入信号本身使能。9. 工作原理
• 工作原理基于光电转换。当向输入红外发光二极管（IRED）施加足够的正向电流（I）时，它会发射光子。这些光子穿过透明的隔离屏障（通常是模塑塑料化合物）。在输出侧，一个高速硅光电探测器集成电路接收此光。该IC包含一个将光转换回光电流的光电二极管。然后，该光电流由内部放大器和比较器电路（“逻辑门”）处理，以产生干净、明确的数字输出电压。当输入LED开启时，输出被驱动到逻辑低电平状态（通常通过主动下拉晶体管）。当输入LED关闭时，输出电路将引脚拉至逻辑高电平状态（通过外部上拉电阻R
• ）。这种正逻辑操作在提供的真值表中总结为：输入高 = 输出低，输入低 = 输出高。10. 行业趋势与背景

EL063X系列等光耦合器的发展受到电子领域几个关键趋势的推动：

对更高速度和带宽的需求：随着工业网络（EtherCAT、PROFINET IRT）和通信接口速度的提升，隔离器必须跟上步伐。从千比特到兆比特，再到现在的10+兆比特速度的趋势显而易见。

增强的抗噪能力：工业和汽车环境的电气复杂性日益增加，需要具有更高CMTI等级的隔离器，以确保在电机驱动、开关电源和射频源产生的噪声中可靠运行。

小型化与集成：SOP-8封装中的双通道设计反映了节省PCB空间和减少元件数量的需求。进一步的趋势包括集成更多通道（四通道隔离器）或将隔离与其他功能（如ADC驱动器或I

C电平转换）相结合。

更高的安全性与可靠性标准：各行业更严格的安全法规推动了对具有更高隔离电压、更长工作寿命以及获得UL、VDE和CQC等机构稳健认证的元件的需求。_CC?

替代隔离技术：虽然光耦合器技术成熟，但它们面临着来自电容隔离器（使用SiO_CC屏障）和磁隔离器（巨磁阻或基于变压器的）的竞争，后者在速度、功耗和集成密度方面可能具有优势。然而，光耦合器凭借其高CMTI、简单性和易于理解的可靠性，仍保持着稳固的地位。_CCEL063X系列凭借其速度、双通道集成、高CMTI和安全认证的平衡，旨在满足市场对稳健、高性能信号隔离的持续需求。

Q: Can I use this device to isolate analog signals?

A: No. This is alogic gatephotocoupler. The output is a digital logic level (high or low), not a linear representation of the input current. For analog isolation, a linear optocoupler (with a phototransistor or photodiode output) is required.

Q: What is the purpose of the "strobable output" mentioned in the description?

A> While not detailed in this excerpt, a strobable output typically means the output stage has an enable or strobe control. This allows the output to be turned on/off or latched by a third control signal, which can be useful for multiplexing applications or reducing power consumption. The pin configuration here does not show a separate strobe pin, so this functionality may be integrated internally in a specific mode or may refer to the output being enabled by the input signal itself.

. Operational Principle

The operational principle is based on optoelectronic conversion. When a sufficient forward current (I_F) is applied to the input Infrared Emitting Diode (IRED), it emits light photons. These photons traverse the transparent isolation barrier (typically a molded plastic compound). On the output side, a high-speed silicon photodetector integrated circuit receives this light. This IC contains a photodiode that converts the light back into a photocurrent. This photocurrent is then processed by an internal amplifier and comparator circuit (the "logic gate") to produce a clean, well-defined digital output voltage. When the input LED is ON, the output is driven to a logic LOW state (typically by an active pull-down transistor). When the input LED is OFF, the output circuit pulls the pin to a logic HIGH state (through the external pull-up resistor R_L). This positive logic operation is summarized in the provided Truth Table: Input High = Output Low, Input Low = Output High.

. Industry Trends & Context

The development of photocouplers like the EL063X series is driven by several key trends in electronics:

• Demand for Higher Speed and Bandwidth: As industrial networks (EtherCAT, PROFINET IRT) and communication interfaces speed up, isolators must keep pace. The move from kilobit to megabit and now towards 10+ megabit speeds is evident.
• Increased Noise ImmunityIndustrial and automotive environments are becoming more electrically complex, necessitating isolators with higher CMTI ratings to ensure reliable operation amidst noise from motor drives, switching power supplies, and RF sources.
• Miniaturization and IntegrationThe dual-channel design in an SOP-8 package reflects the need to save PCB real estate and reduce component count. Further trends include integrating more channels (quad isolators) or combining isolation with other functions like ADC drivers or I²C level translation.
• Enhanced Safety and Reliability StandardsStricter safety regulations across industries push for components with higher isolation voltages, longer operational lifetimes, and robust certifications from agencies like UL, VDE, and CQC.
• Alternative Isolation TechnologiesWhile optocouplers are mature, they face competition from capacitive isolators (using SiO₂barriers) and magnetic (giant magnetoresistance or transformer-based) isolators, which can offer advantages in speed, power consumption, and integration density. However, optocouplers maintain strong positions due to their high CMTI, simplicity, and well-understood reliability.

The EL063X series, with its balance of speed, dual-channel integration, high CMTI, and safety certifications, is positioned to address these ongoing demands in the market for robust, high-performance signal isolation.