8-Pin SOP 3.3V 雙通道高速 15Mbit/s 邏輯閘光耦合器 EL083L EL086L 系列規格書 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

EL08XL 系列代表了一款專為現代數位隔離應用所設計的雙通道高速邏輯閘光耦合器（光隔離器）家族。這些元件將紅外發光二極體與 CMOS 偵測器積體電路光學耦合，整合於緊湊的 8-pin 小型外廓封裝（SOP）內。其主要功能是在輸入與輸出電路之間提供電氣隔離，同時以最小失真傳輸高速數位訊號。

此系列的核心優勢在於其結合了高速效能（最高可達每秒 15 百萬位元）、與低電壓 3.3V 及 5V CMOS 邏輯家族相容，以及強健的隔離特性。這些元件專為在嚴苛應用中取代脈衝變壓器及其他隔離方法而設計，提供可靠、緊湊且可表面黏著的解決方案。目標市場包括工業自動化、電信、電源供應控制、電腦周邊設備，以及任何需要跨電壓域進行抗雜訊資料傳輸的系統。

2. 技術參數深入解析

2.1 絕對最大額定值

本元件規定在定義的極限範圍內可靠運作。關鍵的絕對最大額定值包括：輸入 LED 的正向電流（I_F）為 20 mA，反向電壓（V_R）為 5V，輸入端功耗限制為 35 mW，輸出端為 85 mW。供應電壓（V_CC）與輸出電壓（V_O）不得超過 5.5V。一個關鍵參數是隔離電壓（V_ISO），在特定濕度條件下測試一分鐘，輸入與輸出接腳分別短路時，其值為 3750 V_rms。工作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C。

2.2 電氣特性

詳細的直流參數確保與系統設計相容。輸入 LED 在 8mA 時的典型正向電壓（V_F）為 1.4V，最大值為 1.8V。輸出特性針對 3.3V 與 5V 供電操作均有定義。當吸入 4mA 電流時，高準位輸出電壓（V_OH）保證在 V_CC（最小值）的 1V 範圍內。當輸入 LED 以 8mA 驅動且輸出供應 4mA 電流時，低準位輸出電壓（V_OL）典型值為 0.21V（3.3V）或 0.17V（5V），確保強健的邏輯準位。產生有效低準位輸出的輸入臨界電流（I_FT）典型值為 2.5 mA，最大值為 5 mA。

2.3 開關特性

本節定義動態效能。傳播延遲時間（t_PHL與 t_PLH）在 3.3V 供電下典型值為 38-41 ns，5V 供電下為 35-46 ns，在指定測試條件下（I_F=8mA, C_L=15pF）最大值為 60 ns。影響訊號完整性的脈波寬度失真（|t_PHL– t_PLH|）典型值為 6-8 ns，最大值為 30 ns。輸出上升與下降時間（t_r, t_f）典型值為 5.5-6 ns。一個關鍵的區別在於共模暫態耐受度（CMTI）。EL086L 變體保證在高與低輸出狀態下最小為 10,000 V/µs，而 EL083L 則保證 5,000 V/µs。此參數在接地電位快速變化的高雜訊環境中至關重要。

3. 效能曲線分析

規格書參考了典型的光電特性曲線。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類曲線通常說明輸入 LED 的正向電流與正向電壓之間的關係、傳播延遲與溫度的關係，以及共模暫態耐受度效能。這些曲線對於設計人員理解元件在非標準條件下的行為，並針對速度、功率和可靠性優化工作點至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

本元件採用 8-pin SOP 封裝。尺寸圖提供了 PCB 佈局設計的關鍵測量值，包括整體封裝長度、寬度、高度、接腳間距（通常為 1.27mm）以及接腳尺寸。遵循這些尺寸對於正確焊接和機械配合是必要的。

4.2 接腳配置與極性

接腳配置如下：接腳 1（陽極 1）、接腳 2（陰極 1）、接腳 3（陰極 2）、接腳 4（陽極 2）、接腳 5（接地）、接腳 6（V_OUT2）、接腳 7（V_OUT1）、接腳 8（V_CC）。此配置支援兩個獨立通道。必須正確連接輸入 LED（陽極/陰極）和輸出電源（V_CC/GND）的極性，以防止元件損壞。

4.3 建議的 PCB 焊墊佈局

提供了建議的表面黏著焊墊佈局。備註強調這是一個參考設計，應根據特定的 PCB 製造工藝和熱要求進行修改。焊墊設計旨在確保迴焊後可靠的焊錫圓角與機械強度。

5. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值規定了焊接溫度（T_SOL）為 260°C，持續 10 秒。這與典型的無鉛迴焊曲線相符。遵循特定 PCB 組裝的建議迴焊曲線以避免熱損壞至關重要。元件在使用前必須儲存在適當的條件下（T_STG：-55°C 至 +125°C）以保持可焊性。

6. 應用建議

6.1 典型應用電路

列出的主要應用包括線路接收器、資料傳輸系統、資料多工、交換式電源供應器回授隔離、脈衝變壓器替代、電腦周邊介面以及高速邏輯接地隔離。在典型電路中，輸入側由邏輯訊號透過一個限流電阻驅動以設定 I_F。輸出側需要在 V_CC和 GND 接腳之間盡可能靠近地連接一個旁路電容器（0.1µF 或更大，具有良好的高頻特性），以確保穩定運作並最小化雜訊。

6.2 設計考量

• 電源去耦：在輸出側強制使用本地旁路電容器對於實現指定的高速效能和抗雜訊能力至關重要。
• 輸入電流設定：正向電流（I_F）應根據所需速度和保證的 I_FT來設定。在建議的 8mA 下運作可確保適當的雜訊邊際和開關速度。
• 負載考量：輸出最多可驅動 10 個標準 CMOS 負載。規格書指定了測試條件，其中 I_O= ±4mA 用於 V_OH/V_OL.
• 通道選擇：根據應用的電氣雜訊環境，在 EL083L（5kV/µs CMTI）和 EL086L（10kV/µs CMTI）之間進行選擇。

7. 技術比較與差異化

EL08XL 系列透過其在標準 SOP-8 封裝中的雙通道設計實現差異化，與兩個單通道元件相比節省了電路板空間。保證在 3.3V/5V 下達到 15Mbit/s 的速度是現代數位介面的關鍵效能指標。高共模暫態耐受度，特別是 EL086L 的 10kV/µs 額定值，與標準光耦合器相比，在高雜訊工業和電源轉換環境中提供了卓越的效能。符合無鹵素、RoHS、REACH 及主要國際安全標準（UL、cUL、VDE 等）使其適用於全球市場。

8. 常見問題（基於技術參數）

問：如果我的邏輯是 3.3V，我可以在輸出端使用 5V 電源嗎？

答：輸出級與 3.3V 和 5V CMOS 準位相容。然而，如果您使用 5V 的 V_CC，則必須確保接收端的邏輯裝置能耐受 5V。V_OH將接近 5V。

問：CMTI 規格的目的是什麼？

答：CMTI 衡量元件抑制輸入與輸出接地之間快速電壓暫態的能力。高 CMTI（例如 10kV/µs）可防止這些暫態導致錯誤的輸出切換，這在馬達驅動器、電源供應器和工業 PLC 中至關重要。

問：如何計算輸入串聯電阻？

答：R_series= (V_driver- V_F) / I_F。使用規格書中的 V_F（最大值 1.8V）並選擇 I_F（例如，為獲得完整效能選擇 8mA）。確保驅動器能夠提供所需的電流。

問：輸出端是否需要外部上拉/下拉電阻？

答：不需要。輸出是一個主動式 CMOS 推挽級，提供電流供應與吸入能力。

9. 實務設計案例

情境：在位於高雜訊馬達控制板上的微控制器與位於乾淨邏輯板上的通訊模組之間，隔離一個 3.3V UART（115200 鮑率）訊號。

實作：使用 EL086L 的一個通道。在微控制器側，將 TX 接腳透過一個 180Ω 電阻（對於 3.3V 驅動器，約為 8mA 的 I_F）連接到光耦合器輸入（陽極）。將陰極連接到接地。在隔離側，使用來自通訊模組電源的 3.3V 為 V_CC接腳（接腳 8）供電。在接腳 8（V_CC）和接腳 5（GND）之間直接放置一個 0.1µF 陶瓷電容器。將輸出（接腳 7，V_OUT1）連接到通訊模組的 RX 接腳。儘管馬達驅動器會產生接地雜訊，EL086L 的高 CMTI 仍能確保資料完整性。

10. 工作原理

本元件基於光學隔離原理運作。施加到輸入端紅外發光二極體（LED）的電流使其發光。此光線穿過一個光學透明的隔離屏障（通常是模製聚合物）。在另一側，一個單片 CMOS 積體電路光偵測器將接收到的光強度轉換回電氣訊號。此 CMOS IC 包含放大、整形和一個推挽輸出級，以產生乾淨的數位波形。光路徑提供了電氣隔離，因為輸入與輸出之間沒有電氣連接，只有光束。

11. 產業趨勢

數位隔離的趨勢是朝向更高的速度、更低的功耗、更小的封裝和更高的整合度。雖然像此系列這樣的傳統光耦合器因其簡單性和高隔離電壓而仍然流行，但基於電容（使用 SiO₂屏障）或磁（巨磁阻）耦合的替代技術正在興起。這些技術可以提供更高的速度、更好的時序精度和更長的使用壽命，因為它們沒有會退化的 LED。然而，高壓光耦合器在需要極高工作隔離電壓（數千伏特）和經過驗證的可靠性的應用中繼續佔據主導地位。整合額外功能，如跨屏障供電（隔離式 DC-DC 轉換器）或具有增強安全等級的多通道，也是一個關鍵的發展方向。