8-Pin DIP 高速 10Mbit/s 邏輯閘光耦合器 EL263X 系列規格書 - 10Mbps - 5000Vrms 隔離 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

EL263X 系列代表一系列高速、邏輯閘輸出的光耦合器（光隔離器）。這些元件旨在為輸入與輸出電路之間提供電氣隔離，同時高速傳輸數位邏輯訊號。其核心功能是將輸入邏輯位準（高/低）轉換為對應的、但電氣隔離的輸出邏輯位準。

其主要應用於消除接地迴路、抗雜訊和電壓位準轉換至關重要的場景。它們常被用作數據傳輸中脈衝變壓器的替代品，提供一種固態、可能更可靠且更緊湊的解決方案。

1.1 核心優勢與目標市場

EL263X 系列專為同時要求高速數位訊號完整性和強健電氣隔離的應用而設計。其關鍵優勢源自其特定的技術參數。

• 高速數據傳輸：最高數據速率達 10 Mbit/s，傳播延遲典型值約為 35-40 ns，適用於時序至關重要的現代數位通訊介面、電腦周邊設備和多工系統。
• 卓越的抗雜訊能力：EL2631 的最小共模暫態耐受度（CMTI）為 10 kV/μs（典型值 20,000 V/μs），確保在電氣雜訊環境中可靠運作，例如交換式電源供應器和馬達驅動器，這些環境中隔離屏障兩側常出現大而快速的電壓突波。
• 高隔離電壓：5000 V_rms的隔離電壓提供了強大的安全與保護屏障，適用於工業控制系統、醫療設備以及其他需要加強絕緣的應用。
• 寬溫工作範圍：保證在 -40°C 至 +85°C 範圍內的性能，使其適用於汽車、工業和戶外等會遇到極端溫度的應用。
• 邏輯閘相容性：輸出直接相容於標準邏輯系列（LSTTL、TTL、5V CMOS），簡化了介面設計，無需額外的緩衝電路。

目標市場包括工業自動化、電源供應器（AC-DC、DC-DC 轉換器）、數據擷取系統、通訊介面，以及任何因安全、降噪或位準轉換而需要對數位訊號進行電氣隔離的電子系統設計師。

2. 深入技術參數分析

規格書提供了全面的電氣與開關特性。詳細解讀對於正確的電路設計至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些是在任何條件下（即使是瞬間）都不得超過的應力極限。超過這些額定值操作可能會導致永久性損壞。

• 輸入順向電流（I_F）：20 mA。輸入紅外線 LED 必須使用限流電阻驅動，以確保 I_F低於此值。
• 輸出電源電壓（V_CC）：7.0 V。這是可以施加到輸出側 V_CC接腳（第 8 腳）的絕對最大電壓。
• 輸出電壓（V_O）：7.0 V。輸出接腳（6, 7）上的電壓不得超過此限制。
• 隔離電壓（V_ISO）：5000 V_rms持續 1 分鐘。這是輸入（接腳 1-4）與輸出（接腳 5-8）部分之間隔離屏障介電強度的測試參數。
• 焊接溫度（T_SOL）：260°C 持續 10 秒。這指導了迴焊溫度曲線，表示封裝本體可承受的峰值溫度。

2.2 電氣與傳輸特性

這些參數定義了元件在正常工作條件下（T_A= -40°C 至 85°C）的性能。

• 順向電壓（V_F）：在 I_F=10mA 時典型值為 1.4V。當由電壓源驅動時，用於計算輸入串聯電阻（例如，R_limit= (V_source- V_F) / I_F）。
• 低電位輸出電壓（V_OL）：在 I_F=5mA 且 I_OL=13mA 時，最大值為 0.6V。這定義了輸出在維持有效邏輯低電位電壓時的電流吸入能力。
• 輸入臨界電流（I_FT）：最大值 5mA。這是保證輸出切換到有效邏輯低狀態（V_O <≤ 0.6V）所需的輸入電流。設計時應使用顯著高於此值的 I_F（例如，如測試條件所示的 7.5mA 或 10mA）以保留餘裕。
• 電源電流（I_CCH、I_CCL）：輸出 IC 的靜態電流。I_CCL（輸出為低）略高於 I_CCH（典型值約 12.5mA），因為輸出電晶體處於活動狀態。

2.3 開關特性

這些參數對於高速電路中的時序分析至關重要。測試條件：V_CC=5V，I_F=7.5mA，C_L=15pF，R_L=350Ω。

• 傳播延遲（t_PLH、t_PHL）：從輸入電流跨越 3.75mA 到輸出電壓跨越 1.5V 的時間。t_PLH（輸入高到低至輸出低到高）典型值為 35 ns，最大值為 100 ns。t_PHL典型值為 40 ns，最大值為 100 ns。不對稱性（典型值 5 ns）會導致脈衝寬度失真。
• 脈衝寬度失真（PWD）：|t_PHL- t_PLH|，最大值 35 ns。這是傳播延遲的差異，可能導致輸出脈衝寬度與輸入脈衝寬度不同。在時脈或精確時序訊號傳輸中至關重要。
• 上升/下降時間（t_r、t_f）： t_r（10% 至 90%）典型值為 40 ns。t_f（90% 至 10%）典型值為 10 ns。更快的下降時間是主動下拉電路的典型特徵。
• 共模暫態耐受度（CMTI）：這是一個關鍵的隔離參數。EL2631 保證最小 10,000 V/μs（典型值 20,000 V/μs），而 EL2630 保證 5,000 V/μs。它衡量輸出狀態對輸入和輸出接地之間快速電壓暫態的耐受能力。高 CMTI 可防止在雜訊環境中發生錯誤切換。

3. 性能曲線分析

雖然提供的 PDF 摘錄在第 5 頁提到了典型光電特性曲線，但具體圖表並未包含在文本中。通常，光耦合器的此類曲線包括：

• 電流傳輸比（CTR）與順向電流關係圖：顯示耦合輸出電流相對於輸入 LED 電流的效率，儘管對於邏輯閘輸出，這是 IC 內部的特性。
• 傳播延遲與溫度關係圖：說明訊號時序參數在整個工作溫度範圍內的變化情況。
• 順向電壓與溫度關係圖：顯示負溫度係數（ΔV_F/ΔT_A≈ -1.8 mV/°C），這對於恆流驅動設計很重要。
• 輸出電壓與輸出電流（吸入/源出）關係圖：將詳細說明輸出驅動器的能力。

設計師應查閱製造商的完整規格書以獲取這些圖表，從而了解性能邊界和降額情況。

4. 機械結構、封裝與組裝資訊

4.1 接腳配置與電路圖

該元件採用標準 8 腳雙列直插封裝（DIP）。

• 接腳定義：
  1. 陽極 1
  2. 陰極 1
  3. 陰極 2
  4. 陽極 2
  5. 接地（GND）
  6. 輸出電壓 2（V_OUT2)
  7. 輸出電壓 1（V_OUT1)
  8. 電源電壓（V_CC)
• 真值表（正邏輯）：輸入高 = 輸出低；輸入低 = 輸出高。雙陽極/陰極接腳允許靈活連接輸入 LED。
• 關鍵旁路：一個具有良好高頻特性的 0.1 µF（或更大）陶瓷電容必須連接在 V_CC（第 8 腳）和 GND（第 5 腳）之間，並盡可能靠近元件接腳放置。這對於穩定運作和最小化開關雜訊至關重要。

4.2 焊接與操作注意事項

焊接的絕對最大額定值為 260°C 持續 10 秒。這對應於標準無鉛迴焊溫度曲線。對於波峰焊或手工焊接，應控制接觸時間和溫度以防止封裝損壞。操作期間應遵守標準的靜電放電（ESD）預防措施。

5. 應用指南與設計考量

5.1 典型應用電路

EL263X 用途廣泛。主要應用包括：

• 數位介面隔離：隔離微控制器與不同電源域或雜訊環境中外圍設備之間的 UART、SPI 或 I2C 線路。
• 交換式電源供應器回授：將回授誤差訊號從次級（輸出）側隔離到初級側控制器，提供安全隔離並抵抗電源開關暫態的雜訊。
• 數據線中的接地迴路斷路器：防止具有獨立接地系統之間通訊鏈路中的環流和雜訊。
• 帶隔離的邏輯位準轉換器：轉換電壓位準（例如，3.3V 至 5V），同時提供電氣隔離。

5.2 關鍵設計考量

• 輸入電流設定：根據速度和餘裕選擇 I_F。測試條件為 7.5mA。使用 10-16 mA 可提供更快的開關速度和更好的雜訊餘裕，但會增加功耗。始終使用串聯電阻：R_IN= (V_DRIVE- V_F) / I_F。請記住 V_F會隨溫度降低。
• 輸出負載：測試負載為 350Ω 連接至 V_CC。輸出在維持 V_OL≤ 0.6V 的同時，可以吸入至少 13mA 的電流（I_OL <條件）。請勿超過最大輸出電流（I_O= 50 mA）。
• 電源去耦：0.1 µF 旁路電容是不可或缺的。缺少它可能導致振盪、錯誤觸發或 CMTI 性能下降。
• 高 CMTI 的佈局：為達到額定的 CMTI，應最小化隔離屏障上的寄生電容。在 PCB 上保持輸入和輸出走線物理分離。遵循製造商針對 5000V_rms isolation.
• 隔離所建議的爬電距離和間隙距離。選擇 EL2630 與 EL2631：

主要差異在於保證的 CMTI。在具有極高 dV/dt 雜訊的應用（例如馬達驅動器或高功率逆變器）中使用 EL2631。EL2630 適用於要求較低的環境。

6. 技術比較與差異化

• 與標準的 4N25/4N35 系列光耦合器（電晶體輸出）相比，EL263X 為數位系統提供了決定性優勢：速度：<10 Mbit/s 對比電晶體輸出耦合器通常的
• 100 kbit/s。輸出類型：
• 具有主動上拉和下拉的邏輯閘輸出提供了乾淨、快速的邊緣和直接的邏輯相容性，不同於需要外部上拉電阻且速度較慢的開集極電晶體輸出。CMTI：

指定並保證的高 CMTI（10 kV/µs）是工業穩健性的關鍵指標，在基本耦合器中通常未指定或低得多。

與其他高速耦合器或數位隔離器（基於電容或磁耦合）相比，像 EL263X 這樣的光耦合器具有基於成熟光學技術的優勢，對磁場具有固有的高免疫力。

7. 常見問題（基於參數）

問：我可以實現的最大數據速率是多少？_PHL答：該元件特性適用於 10 Mbit/s 操作。限制因素是傳播延遲和脈衝寬度失真。對於 50% 工作週期的方波，最大頻率約為 1/(2 * t_PLH) 或 1/(2 * t

)，取較小者。使用最大延遲（100 ns），這給出約 5 MHz。然而，對於不歸零（NRZ）數據，10 Mbit/s 的速率是有效的。

問：為什麼旁路電容是強制性的？_CC答：內部輸出級的高速開關會在 V

線上引起突然的電流突波。如果沒有本地的低電感電容，這些突波可能導致內部電源電壓下降或突升，從而導致運作不穩定、雜訊餘裕降低以及無法滿足 CMTI 規格。

問：我可以直接從微控制器接腳驅動輸入嗎？答：可以，但您必須_F使用限流電阻。典型的微控制器接腳在 3.3V 或 5V 下可以提供/吸入足夠的電流。例如，要從 3.3V 接腳獲得 I

≈ 10mA：R = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω（使用 180Ω 或 200Ω 標準值）。始終驗證 MCU 接腳的電流能力。

問：可選通輸出功能是什麼意思？

答：這指的是將輸出強制置於高阻抗狀態的能力。雖然提供的真值表未顯示禁用功能，但一些邏輯閘光耦合器具有輸出致能接腳。EL263X 的描述提到了它，但接腳配置和表格未顯示專用的接腳。設計師應確認此功能在特定型號中的實現方式。

8. 實務設計案例分析場景：

在具有馬達雜訊的工業環境中，隔離 3.3V 感測器節點與 5V 系統控制器之間的 1 Mbit/s UART 訊號。

1. 設計步驟：元件選擇：
2. 選擇 EL2631，因其具有更高的保證 CMTI（10 kV/µs），可承受來自附近馬達的雜訊。輸入電路：_F3.3V 感測器的 TX 接腳驅動光耦合器輸入。計算 I_IN= 10mA 時的串聯電阻：R
3. = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω。使用 180Ω 電阻。將陽極（接腳 1 或 4）連接到電阻，陰極（接腳 2 或 3）連接到感測器 GND。輸出電路：_CC從控制器側供應 V_CC= 5V。將一個 0.1 µF 陶瓷電容直接放置在接腳 8（V
4. ）和接腳 5（GND）之間。將輸出接腳（6 或 7）連接到 5V 控制器的 RX 接腳。如果需要，可以添加一個串聯電阻（例如，100Ω）以限制電流，但對於邏輯輸入並非嚴格必要。PCB 佈局：_{將光耦合器放置在 PCB 的隔離間隙上。確保所有輸入側和輸出側的銅箔、元件和走線之間有 >8mm 的爬電距離/間隙（請參閱 5000V}rms
5. 的安全標準）。保持旁路電容的引腳非常短。驗證：<通過此設置，來自感測器 TX 的邏輯高（3.3V）將點亮 LED，導致輸出變為低（

≤ 0.6V），5V 控制器將其讀取為邏輯低。訊號被反相，必要時可以在軟體中進行校正。

9. 工作原理_CCEL263X 基於光耦合原理運作。電氣輸入訊號驅動紅外線發光二極體（LED）。當正向偏壓時，LED 發出紅外光。此光線穿過透明的隔離屏障（通常是模製塑膠間隙）。在另一側，一個單片矽光電探測器和積體電路檢測到此光。該 IC 包括一個高增益放大器、一個用於抗雜訊的施密特觸發器和一個圖騰柱輸出驅動級。驅動器根據光的存在與否，主動將輸出接腳拉高（朝向 V

）或拉低（朝向 GND），產生一個乾淨、緩衝的邏輯訊號，該訊號與輸入電氣隔離。隔離屏障提供高耐壓能力並防止接地迴路。

10. 技術趨勢

• 光耦合器技術持續發展。與 EL263X 等元件相關的趨勢包括：更高速度：
• 持續開發旨在實現超過 50 Mbit/s 的數據速率，甚至達到 100+ Mbit/s 範圍，以適應現代高速序列介面。更低功耗：_F降低輸入 LED 電流需求（I_CC）和輸出電源電流（I
• ），以滿足便攜式和節能設備的需求。增強整合度：
• 在單一封裝中結合多個隔離通道（雙通道、四通道），以在 SPI 或隔離 GPIO 等多線介面中節省電路板空間和成本。改進的 CMTI：
• 隨著功率電子開關速度的提高（例如，使用 SiC 和 GaN 電晶體），對具有更高 CMTI 額定值（25-100 kV/µs）的隔離器的需求不斷增長，以保持可靠性。封裝小型化：

從通孔 DIP 封裝轉向表面黏著選項，如 SOIC-8 甚至更小的寬體 SOIC 封裝，以適應更密集的 PCB 設計。