5腳SOP高速10Mbit/s邏輯閘光耦合器ELM6XX系列規格書 - 粵語技術文檔

1. 產品概覽

ELM6XX系列係一個高性能、高速邏輯閘光耦合器家族，專為要求嚴格嘅數字隔離應用而設計。呢啲器件集成咗一個紅外發光二極管，光學耦合到一個帶邏輯閘輸出級嘅高速集成光電探測器，並具有可選通輸出功能。採用緊湊嘅5腳小型封裝（SOP），符合標準行業尺寸，方便集成到現有設計同PCB佈局中。

呢個元件嘅核心功能係喺傳輸數字邏輯信號嘅同時，為兩個電路提供電氣隔離。呢種隔離對於斷開接地迴路、保護敏感邏輯電路免受系統其他部分嘅電壓尖峰同噪聲影響，以及確保具有高共模電壓應用中嘅安全性至關重要。

1.1 核心優勢同目標市場

ELM6XX系列具有多項關鍵優勢，使其適合現代電子系統。其10 Mbit/s嘅高速能力使其可用於快速數據通信接口。該器件保證喺-40°C至+85°C嘅寬工作溫度範圍內嘅性能，確保工業同汽車環境中嘅可靠性。高達3750 V_有效值嘅隔離電壓提供強勁保護。此外，該系列符合主要環境同安全標準，包括無鹵素、無鉛、符合RoHS，並獲得UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO同FIMKO認證。

主要目標市場同應用包括：

• 工業自動化：用於將PLC I/O、電機驅動器同傳感器接口同控制邏輯隔離。
• 電信及數據傳輸：用於線路接收器同數據多路復用系統，以消除噪聲。
• 電力電子：作為開關電源反饋迴路中脈衝變壓器嘅可靠替代品。
• 電腦外設：用於具有不同地電位嘅系統之間嘅接口。
• 通用數字接口：用於邏輯系列（如LSTTL、TTL同5V CMOS）之間嘅電平轉換同隔離。

2. 深入技術參數分析

本節對規格書中指定嘅關鍵電氣同性能參數提供詳細、客觀嘅解讀。理解呢啲參數對於正確電路設計同確保可靠運行至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義咗可能對器件造成永久損壞嘅應力極限。呢啲唔係工作條件。

• 輸入正向電流（I_F）：50 mA。超過呢個電流可能會損壞內部紅外發光二極管（IRED）。
• 輸入反向電壓（V_R）：5 V。IRED對反向偏壓敏感；必須嚴格遵守呢個限制。
• 電源電壓（V_CC）及輸出電壓（V_O）：7.0 V。呢個定義咗可以施加到輸出側電源同輸出腳嘅最大電壓。
• 隔離電壓（V_ISO）：3750 V_有效值，持續1分鐘。呢個係一個關鍵安全參數，測試時將輸入腳（1,3）短路，輸出腳（4,5,6）短路。佢證明咗內部絕緣屏障嘅介電強度。
• 工作及儲存溫度：器件額定工作溫度為-40°C至+85°C，儲存溫度為-55°C至+125°C。
• 焊接溫度：260°C，持續10秒。呢個對於使用回流焊接嘅PCB組裝過程好重要。

2.2 電氣特性

呢啲參數定義咗器件喺正常工作條件下嘅性能（除非註明，T_A= -40°C 至 85°C）。

2.2.1 輸入特性（IRED側）

• 正向電壓（V_F）：典型值1.45V，喺I_F=10mA時最大值為1.8V。呢個用於計算輸入側所需嘅限流電阻。
• V_F:嘅溫度係數：
• 約為-1.9 mV/°C。正向電壓隨溫度升高而略有下降。_IN輸入電容（C）：

典型值70 pF。呢個會影響輸入電路嘅高頻響應同驅動要求。

• 2.2.2 輸出及傳輸特性 I_CCH電源電流：_CCL（輸出高電平）典型值為6.0 mA，而I_CC（輸出低電平）喺V
• =5.5V時典型值為7.5 mA。呢啲值決定咗輸出側嘅功耗。_OH高電平輸出電流（I）：
• 當處於高電平狀態時，輸出可以提供非常小嘅電流（典型值2.1 µA）。呢個器件設計用於驅動高阻抗CMOS輸入，唔係用於提供大電流。_OL低電平輸出電壓（V）：
• 典型值0.4V，當灌入13mA時最大值為0.6V。呢個定義咗一個穩定嘅邏輯'0'電平。_FT輸入閾值電流（I）：_OL典型值2.4 mA，最大值5 mA。呢個係保證輸出切換到有效低電平（V

≤ 0.6V）所需嘅最小輸入電流，喺指定負載條件下。佢係確保抗噪能力嘅關鍵參數。

2.3 開關特性_CC呢啲參數定義咗光耦合器嘅動態性能，喺標準條件下測量（V_F=5V，I_L=7.5mA，C_L=15pF，R

• =350Ω）。_PHL傳播延遲（t_PLH，t）：_PLH從輸入電流轉換嘅50%點到輸出電壓轉換相應點嘅時間。t_PHL（到高電平）典型值為50 ns，而t
• （到低電平）典型值為41 ns，兩者最大值均為100 ns。呢啲延遲限制咗最大數據速率。_PHL脈衝寬度失真（|t_PLH– t|）：
• 典型值9 ns，最大值35 ns。呢種上升/下降延遲嘅不對稱性會喺高頻時使輸出脈衝變窄。_r上升/下降時間（t_f，t）：
• 輸出上升時間典型值為40 ns，下降時間典型值為10 ns。更快嘅邊沿通常對信號完整性更好。共模瞬態抗擾度（CMH，CML）：_{呢個係隔離器件嘅關鍵參數。佢測量輸出狀態對跨越隔離屏障嘅快速電壓瞬變嘅抗擾度。例如，ELM601可以承受dV/dt為5,000 V/µs，峰峰值為50V嘅共模信號，而不會錯誤地改變狀態。ELM611提供更高嘅抗擾度（喺1000V}峰峰值

時為20,000 V/µs）。

3. 機械及封裝資訊

• 器件封裝喺一個5腳小型封裝（SOP）中。腳位配置如下：腳1：
• 輸入IRED嘅陽極。腳2：
• 不連接（NC）。腳3：
• 輸入IRED嘅陰極。腳4：
• 輸出側嘅地（GND）。腳5：_OUT輸出電壓（V
• ）。腳6：_CC輸出側嘅電源電壓（V

）。

規格書包含詳細嘅封裝尺寸圖（以毫米為單位），設計PCB封裝時必須參考。亦提供咗建議嘅表面貼裝焊盤佈局，以確保可靠焊接同機械穩定性。

4. 焊接同組裝指引

正確處理同組裝對於可靠性至關重要。器件額定最大焊接溫度為260°C，持續10秒，符合標準無鉛回流焊接曲線（例如IPC/JEDEC J-STD-020）。

• 關鍵考慮事項：
• 使用建議嘅焊盤佈局，以防止回流期間發生墓碑效應或錯位。
• 遵守指定嘅溫度曲線，以避免對內部芯片同塑料封裝造成熱損壞。
• 處理期間遵循標準ESD（靜電放電）預防措施，因為器件包含敏感半導體組件。

根據儲存溫度額定值（-55°C至+125°C），將器件儲存喺乾燥、受控嘅環境中。

5. 包裝同訂購資訊

• ELM6XX系列提供唔同包裝選項以滿足生產需求：標準選項（無）：
• 器件以防靜電管供應，每管100個。帶裝及捲盤選項（TA/TB）：

器件以帶裝及捲盤供應，用於自動貼片組裝，每捲3000個。'TA'同'TB'可能指唔同嘅捲盤尺寸或帶裝規格。零件編號系統：

• ELM6XX(Z)-VXX：
• 特定零件編號（00、01或11）。呢啲區分唔同型號，可能基於共模瞬態抗擾度等級（例如ELM600、ELM601、ELM611）。Z：
• 帶裝及捲盤選項（TA、TB，或無表示管裝）。V：

可選嘅VDE認證標記。

6. 應用建議同設計考慮

6.1 典型應用電路_OUT主要應用係數字信號隔離。典型電路涉及一個與輸入IRED串聯嘅限流電阻，連接到邏輯信號。輸出腳（V_CC）通過一個上拉電阻（R_L）連接到V_L，並驅動接收邏輯閘嘅輸入。R

嘅值（例如350Ω）同負載電容會影響開關速度。

• 6.2 關鍵設計注意事項輸入電流：_F確保輸入電流（I_FT）達到或超過最大輸入閾值電流（I_F）以保證低電平輸出，但唔超過絕對最大額定值。典型工作I
• 通常為7.5mA至10mA。抗噪能力：
• 對於嘈雜環境，選擇具有更高共模瞬態抗擾度嘅型號（ELM601或ELM611），適合應用中預期嘅噪聲水平。電源去耦：_CC喺輸出側嘅V
• 同GND腳附近使用旁路電容（例如0.1 µF），以確保穩定運行並最小化開關噪聲。真值表：

器件功能為非反相緩衝器。輸入邏輯高（H）（IRED導通）會喺輸出產生邏輯低（L）。輸入邏輯低（L）（IRED關斷）會喺輸出產生邏輯高（H）（由於上拉電阻）。

7. 技術比較同差異化

與標準4N25/4N35系列光耦合器相比，ELM6XX系列提供顯著更高嘅速度（10 Mbit/s對比約100 kbit/s）同更優越嘅共模抑制。其邏輯閘輸出提供乾淨嘅數字波形，無需光電晶體管輸出通常需要嘅額外施密特觸發器電路。5腳SOP封裝比舊式DIP封裝更緊湊。ELM6XX系列內部嘅關鍵差異在於分級嘅共模瞬態抗擾度，允許設計師根據其特定噪聲環境選擇合適嘅成本/性能水平。

8. 常見問題（基於技術參數）

Q1：使用呢個光耦合器可以達到嘅最大數據速率係幾多？

A：典型傳播延遲允許達到指定嘅10 Mbit/s數據速率。然而，由於脈衝寬度失真同接收邏輯嘅建立/保持時間，系統中實際最大可靠速率會更低。保守設計可能以5-8 Mbit/s為目標。

Q2：我點樣喺ELM600、ELM601同ELM611之間選擇？

A：選擇主要基於所需嘅共模瞬態抗擾度（CMTI）。對於低噪聲嘅基本隔離，使用ELM600。ELM601（5,000 V/µs）適用於工業電機驅動同電源應用。ELM611（20,000 V/µs）用於非常高噪聲嘅環境，例如大功率逆變器。

Q3：我可以用呢個器件直接驅動LED或繼電器嗎？_OHA：唔可以。輸出設計用於驅動高阻抗CMOS或TTL邏輯輸入。其電流提供/吸入能力有限（I_OL非常低，I

指定為13mA）。要驅動更高電流負載，需要額外嘅緩衝器或晶體管級。_LQ4：我應該使用幾大值嘅上拉電阻（R

）？_LA：規格書指定測試條件為R

=350Ω。呢個係一個好嘅起點。較小嘅電阻會提供更快嘅上升時間，但會增加功耗同輸出電流。較大嘅電阻會節省功率，但會減慢上升時間。必須考慮負載電容同所需速度來選擇電阻值。

9. 實際應用案例分析

場景：將微控制器UART同RS-485收發器隔離。_OUT喺一個工業傳感器節點中，一個3.3V微控制器嘅UART TX線需要同一個連接到嘈雜長距離總線嘅5V RS-485收發器隔離。可以使用一個ELM601來實現呢個目的。微控制器腳通過一個限流電阻（例如（3.3V - 1.45V）/7.5mA ≈ 247Ω）驅動IRED。輸出側由RS-485收發器嘅5V電源軌供電。V

腳通過一個350Ω電阻上拉到5V，直接連接到RS-485 IC嘅驅動器輸入（DI）腳。呢個設置斷開咗敏感微控制器同嘈雜總線之間嘅接地連接，保護微控制器免受總線引起嘅瞬變影響，並處理從3.3V到5V嘅邏輯電平轉換。ELM601嘅高CMTI確保數字信號儘管總線上有噪聲仍保持完整。

10. 工作原理

器件基於光電轉換原理工作。施加到輸入側（腳1同3）嘅電流使紅外發光二極管（IRED）發光。呢啲光穿過內部透明隔離屏障（通常係模製塑料間隙）。喺輸出側，一個單片硅光電探測器集成電路接收呢啲光。呢個IC包含一個光電二極管、一個高增益放大器同一個邏輯閘輸出級（可能係圖騰柱或類似結構）。放大器將光電流轉換為電壓，邏輯級對其進行緩衝並輸出為乾淨嘅數字信號。提到嘅可選通輸出功能可能指可以保持輸出狀態嘅內部鎖存器或使能功能，但具體細節需要完整嘅內部原理圖。

11. 技術趨勢₂數字隔離嘅趨勢係朝向更高速度、更低功耗、更細封裝同更高集成度。雖然像ELM6XX咁樣嘅光耦合器對於許多應用仍然非常出色，但基於電容（使用SiO