6腳SDIP高速10MBit/s邏輯閘光電耦合器ELS611-G系列規格書 - 粵語技術文檔

1. 產品概覽

ELS611-G系列係一個專為數碼信號隔離而設計嘅高速邏輯閘輸出光電耦合器（光隔離器）家族。呢啲器件集成咗一個紅外發光二極管，光學耦合到一個帶有可儲存邏輯閘輸出嘅高速集成光電探測器。採用緊湊嘅6腳小型雙列直插封裝（SDIP），設計用於取代脈衝變壓器，並喺嘈雜嘅電氣環境中提供強勁嘅地環路消除功能。

核心功能係提供輸入同輸出電路之間嘅電氣隔離，防止地環路、電壓尖峰同噪音傳播。邏輯閘輸出確保咗乾淨嘅數碼信號傳輸，令佢適合唔同邏輯系列或電壓域之間嘅接口。

1.1 核心優勢同目標市場

ELS611-G系列嘅主要優勢包括高達10MBit/s嘅高速能力，支援快速數碼通訊協議。佢提供5000Vrms嘅高隔離電壓，為敏感電路提供出色保護。器件符合無鹵素要求（Br <900ppm，Cl <900ppm，Br+Cl <1500ppm），無鉛，並符合RoHS同歐盟REACH指令。佢哋獲得咗包括UL、cUL、VDE、NEMKO、FIMKO、SEMKO、DEMKO同CQC在內嘅主要國際安全機構認證，方便喺全球市場使用。

目標應用主要喺工業自動化、電源系統（例如，用於反饋隔離嘅開關電源）、電腦外設接口、數據傳輸系統、數據多路復用，以及任何需要為數碼信號提供可靠、高速電氣隔離嘅場景。

2. 深入技術參數分析

以下部分對規格書中指定嘅關鍵電氣同性能參數提供詳細、客觀嘅分析。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗壓力極限，超過呢啲極限可能會對器件造成永久損壞。唔建議器件持續喺或接近呢啲極限下操作。

• 輸入正向電流（I_F)）：20 mA。允許通過輸入LED嘅最大連續電流。
• 輸入反向電壓（V_R)）：5 V。輸入LED可以承受嘅最大反向偏壓電壓。
• 輸入功耗（P_D)）：40 mW。輸入側可以消耗嘅最大功率。
• 輸出供電電壓（V_CC)）：7.0 V。可以施加到輸出側供電腳嘅絕對最大電壓。
• 輸出電壓（V_O)）：7.0 V。可以出現喺輸出腳嘅最大電壓。
• 輸出電流（I_O)）：50 mA。輸出腳可以吸入或提供嘅最大電流。
• 隔離電壓（V_ISO)）：5000 Vrms，持續1分鐘。呢個係一個關鍵嘅安全額定值，測試時將輸入腳（1,2,3,4）短路，輸出腳（5,6）短路。
• 工作溫度（T_OPR)）：-40°C 至 +85°C。正常操作嘅環境溫度範圍。
• 焊接溫度（T_SOL)）：260°C，持續10秒。呢個定義咗回流焊接曲線嘅容差。

2.2 電氣特性

呢啲係喺指定測試條件下保證嘅性能參數。

2.2.1 輸入特性（LED側）

• 正向電壓（V_F)）：典型值1.45V，最大值1.8V，當I_F=10mA時。用於設計輸入限流電路。
• 反向電流（I_R)）：最大值10 µA，當V_R=5V時。表示LED喺關閉狀態下嘅漏電流。
• 輸入電容（C_IN)）：典型值60pF。呢個參數影響輸入側嘅高頻開關性能。

2.2.2 輸出特性

• 供電電流，高電平（I_CCH)）：7mA 至 13mA，當I_F=0mA（LED關閉）同V_CC=5.5V時。呢個係輸出處於邏輯高電平時嘅靜態電流。
• 供電電流，低電平（I_CCL)）：9mA 至 15mA，當I_F=10mA（LED開啟）同V_CC=5.5V時。呢個係輸出主動拉低時嘅工作電流。
• 低電平輸出電壓（V_OL)）：典型值0.4V，最大值0.6V，條件係V_CC=5.5V，I_F=5mA，I_OL=13mA。定義咗喺低電平狀態下吸入電流時嘅輸出電壓。
• 輸入閾值電流（I_FT)）：最大值5mA。呢個係保證輸出切換到有效低邏輯電平（V_OL<= 0.6V）所需嘅最小輸入LED電流，喺指定嘅V_CC同I_OL條件下。係確定所需驅動電流嘅關鍵參數。

2.3 開關特性

呢啲參數定義咗光電耦合器嘅時序性能，對高速數據傳輸至關重要。測試條件係V_CC=5V，I_F=7.5mA，C_L=15pF，R_L=350Ω，除非另有說明。

• 傳播延遲至高電平（t_PHL)）：典型值40ns，最大值100ns。從輸入LED關閉到輸出上升到邏輯高電平嘅時間。
• 傳播延遲至低電平（t_PLH)）：典型值50ns，最大值100ns。從輸入LED開啟到輸出下降到邏輯低電平嘅時間。
• 脈衝寬度失真（|t_PHL– t_PLH|））：典型值10ns，最大值50ns。兩個傳播延遲之間嘅差值。較低嘅數值對於保持信號完整性同佔空比更佳。
• 輸出上升時間（t_r)）：典型值50ns。輸出從其最終高值嘅10%上升到90%所需嘅時間。
• 輸出下降時間（t_f)）：典型值10ns。輸出從其初始高值嘅90%下降到10%所需嘅時間。
• 共模瞬態抗擾度（CMH，CML））：最小值5 kV/µs。呢個測量器件對輸入同輸出地之間快速電壓瞬變嘅抗擾度。CMH適用於輸出為高電平時，CML適用於輸出為低電平時。高數值表示對通過隔離屏障耦合嘅噪音有強勁嘅抑制能力。

3. 性能曲線分析

規格書參考咗典型嘅電光特性曲線。雖然具體圖表喺提供嘅文本中冇詳細說明，但通常包括以下內容，對設計至關重要：

• 電流傳輸比（CTR）與正向電流：顯示光電耦合器嘅效率。對於邏輯閘類型，呢個已嵌入開關參數中，但可以指示隨溫度同電流變化嘅性能。
• 傳播延遲與正向電流：說明開關速度如何隨LED驅動電流變化。較高嘅I_F通常會減少傳播延遲，但會增加功耗。
• 傳播延遲與溫度：顯示喺整個工作溫度範圍內時序參數嘅變化。
• 供電電流與溫度：指示輸出側功耗如何隨溫度變化。

設計師應查閱完整嘅規格書圖表，以了解其特定應用條件下嘅性能邊界同降額需求。

4. 機械同封裝信息

4.1 腳位配置同功能

器件採用6腳SDIP封裝。腳位分配如下：

• 腳位1：輸入LED嘅陽極。
• 腳位2：無連接（N.C.）。
• 腳位3：輸入LED嘅陰極。
• 腳位4：輸出側嘅地（GND）。
• 腳位5：輸出（V_OUT）。呢個係內部邏輯閘嘅開集電極或圖騰柱輸出。
• 腳位6：輸出側嘅供電電壓（V_CC）。

關鍵設計注意事項：必須喺腳位6（V_CC）同腳位4（GND）之間連接一個0.1µF（或更大）嘅旁路電容，具有良好嘅高頻特性，並盡可能靠近封裝放置。呢個對於穩定操作同達到指定嘅開關性能至關重要。

4.2 封裝尺寸同PCB佈局

規格書提供咗"P"型（表面貼裝引腳形式）封裝嘅詳細機械圖紙。關鍵尺寸包括整體封裝主體尺寸、引腳間距同離板高度。亦提供咗建議嘅焊盤佈局，用於表面貼裝組裝，以確保可靠嘅焊接同機械強度。設計師必須遵守呢啲佈局指南，以防止墓碑效應或不良焊點。

5. 焊接同組裝指南

焊接溫度嘅絕對最大額定值為260°C，持續10秒。呢個符合典型嘅無鉛回流焊接曲線。應遵守以下預防措施：

• 遵循所用特定焊膏嘅推薦回流曲線，確保峰值溫度同液相線以上時間唔超過器件嘅額定值。
• 處理過程中避免對封裝施加過度嘅機械應力。
• 遵守推薦嘅PCB焊盤設計，以防止焊橋或焊角不足。
• 儲存條件應喺指定嘅儲存溫度範圍-55°C至+125°C內，並根據表面貼裝器件嘅標準濕度敏感等級（MSL）要求（摘錄中未說明具體MSL）存放喺乾燥環境中。

6. 包裝同訂購信息

6.1 型號編號規則

部件編號遵循格式：ELS611X(Y)-VG

• EL：製造商前綴。
• S611：基本部件編號。
• X：引腳類型。"P"表示表面貼裝引腳形式。
• (Y)：帶狀同捲盤選項。"TA"或"TB"指定唔同嘅捲盤包裝樣式。
• V：可選，表示VDE認證。
• G：表示無鹵素結構。

示例：ELS611P(TA)-VG係一個表面貼裝器件，採用TA帶狀同捲盤包裝，VDE認證，無鹵素。

6.2 包裝規格

器件以帶狀同捲盤包裝提供，用於自動化組裝。TA同TB選項每個捲盤都包含1000個器件。規格書包括指定帶狀尺寸、袋間距同捲盤尺寸嘅圖表。

6.3 器件標記

封裝上標有指示製造來源、器件編號同日期代碼嘅代碼。格式包括：工廠代碼（"T"代表台灣），"EL"代表製造商，"S611"代表器件，一位數年份代碼，兩位數週代碼，以及可選嘅"V"代表VDE。

7. 應用建議同設計考慮

7.1 典型應用電路

主要應用係數碼信號隔離。典型電路包括：

1. 輸入側：一個限流電阻串聯喺LED（腳位1同3）上，以設定正向電流I_F。數值根據驅動電壓同所需嘅I_F（通常喺閾值電流I_FT同最大額定值之間）計算。對於高速操作，建議使用快速驅動器。
2. 輸出側： V_CC（腳位6）連接到所需嘅邏輯供電電壓（最高7V）。腳位4（GND）連接到輸出地。輸出腳位5連接到接收邏輯輸入。可能需要一個外部上拉電阻到V_CC，具體取決於內部輸出結構（規格書示意圖顯示咗主動下拉，表明係圖騰柱輸出，但設計應驗證是否需要上拉）。V_CC同GND之間關鍵嘅0.1µF旁路電容係必須嘅。

7.2 設計考慮

• 速度與電流：較高嘅I_F改善傳播延遲，但會增加功耗，並可能降低長期可靠性。根據所需速度同熱約束優化I_F。
• 抗噪能力：高共模瞬態抗擾度（5kV/µs）令佢適合嘈雜環境，如電機驅動同電源。確保適當嘅PCB佈局，以最小化隔離屏障周圍嘅寄生耦合。
• 負載考慮：遵守最大輸出電流（I_O）同電壓（V_O）額定值。輸出設計用於驅動標準邏輯輸入（TTL，CMOS），而唔係重負載。
• 電源旁路：忽略推薦嘅旁路電容可能導致振盪、誤觸發同開關性能下降。

8. 技術比較同差異化

與標準晶體管輸出光電耦合器相比，ELS611-G嘅集成邏輯閘提供咗幾個關鍵優勢：

• 更高速度：10MBit/s數據速率同低於100ns嘅傳播延遲，明顯快於典型嘅晶體管耦合器（通常喺µs範圍）。
• 乾淨數碼輸出：邏輯閘輸出提供尖銳邊緣同明確嘅邏輯電平，無需外部施密特觸發器，簡化電路設計。
• 更低脈衝失真：指定嘅脈衝寬度失真較低，對於保持時鐘同數據線中嘅信號完整性至關重要。
• 集成功能：將光電探測器、放大器同邏輯閘集成喺一個芯片中，減少外部元件數量。

9. 常見問題（基於技術參數）

1. 問：保證輸出切換到低電平所需嘅最小輸入電流係幾多？
   
   答：參數I_FT（輸入閾值電流）喺測試條件下（V_CC=5.5V，V_O=0.6V，I_OL=13mA）嘅最大值為5mA。為確保喺所有條件下可靠切換，設計應使用大於呢個數值嘅I_F，通常如開關特性所示為7.5mA至10mA。
2. 問：我可以喺輸出側使用3.3V邏輯電源嗎？
   
   答：可以，器件可以喺V_CC低至內部邏輯閘工作所需嘅最小值（未明確說明，但對於CMOS通常約為~2.7V至3V）下操作。輸出邏輯電平將相對於呢個V_CC。最大V_CC為7.0V。
3. 問：0.1µF旁路電容有幾關鍵？
   
   答：對於穩定、高速操作絕對關鍵。佢為輸出級嘅開關電流提供本地電荷儲備，防止供電軌下降同振盪，呢啲可能導致故障。
4. 問："可儲存輸出"係咩意思？
   
   答：佢可能指可以保持輸出狀態嘅鎖存器或觸發器功能。然而，PDF中嘅真值表顯示咗一個簡單嘅反相器功能（輸入H -> 輸出L，輸入L -> 輸出H）。呢個術語可能表示輸出可以喺短暫中斷期間保持其狀態，或者具有良好嘅抗噪能力。應查閱示意圖以作澄清。

10. 實際應用示例

場景：喺工業控制器中隔離UART信號。

一個工業微控制器通過UART以115200波特率與外設通訊。外設喺具有唔同地電位嘅獨立電源上運行，產生地環路風險。

實施：

使用兩個ELS611-G器件，一個用於TX線（控制器到外設），一個用於RX線（外設到控制器）。喺TX隔離器上，微控制器嘅TX引腳通過設定為I_F=10mA嘅限流電阻驅動LED。隔離器嘅輸出引腳連接到外設嘅RX輸入。隔離器嘅V_CC由外設嘅5V或3.3V軌供電，並帶有必須嘅旁路電容。RX線嘅過程係鏡像嘅。呢個設置斷開咗地連接，防止噪音耦合，並保護微控制器免受外設側電壓瞬變嘅影響，同時保持高速串行數據嘅完整性。

11. 工作原理

光電耦合器基於光學耦合原理工作，以實現電氣隔離。喺ELS611-G中：

1. 施加到輸入側嘅電信號使紅外發光二極管（LED）發出與電流成正比嘅光。
2. 呢啲光穿過封裝內嘅透明隔離屏障（通常係模塑化合物）。
3. 喺輸出側，一個矽光電二極管或光電晶體管檢測光並將其轉換回電流。
4. 呢個小光電流被一個高速集成電路放大同處理，該電路包括一個邏輯閘（喺呢種情況下，可能係反相器或緩衝器）。IC提供一個乾淨嘅數碼輸出信號，複製輸入狀態，但與其電氣隔離。
5. 隔離屏障提供高介電強度（5000Vrms），防止兩側之間嘅電流流動同電壓差。

12. 技術趨勢

像ELS611-G咁樣嘅光電耦合器嘅發展，受到電子領域幾個關鍵趨勢嘅推動：

• 數據速率提高：工業通訊（Profibus，EtherCAT）、汽車網絡同可再生能源系統對更高速隔離嘅需求，推動咗具有更低傳播延遲同更高共模抗擾度嘅器件發展。
• 小型化：持續趨向更小嘅封裝（例如，SOIC-4，LSSOP），具有相同或更好嘅隔離額定值，以節省PCB空間。
• 增強集成：未來器件可能集成更多功能，例如將電源隔離（隔離DC-DC轉換器）同數據隔離集成喺單一封裝中，或多通道隔離器。
• 材料同工藝創新：LED效率、探測器靈敏度同模塑化合物純度嘅發展，有助於降低功耗、提高速度同改善長期可靠性。
• 替代隔離技術：雖然光電耦合器已經成熟，但像電容隔離（使用SiO2屏障）同磁隔離（GMR）等技術喺某些高速、高密度應用中競爭。每種技術喺速度、抗擾度、功耗同成本方面都有其自身嘅權衡。