光电耦合器HCPL-260L/060L的应用

1 概述

　　现在越来越多的产品向高速化、小型化、便携式、低功耗方向发展，电源电压仅有3.3V甚至更低的系统也正在蓬勃发展中。光电耦合器的优点是体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、能隔离噪音、工作温度宽，输入输出之间电绝缘，单向传输信号及逻辑电路易连接等。光电耦合器按光接收器件可分为有硅光敏器件（光敏二极管、雪崩型光敏二极管、PIN光敏二极管、光敏三极管等）、光敏可控硅和光敏集成电路。把不同的发光器件和各种光接收器组合起来，就可构成几百个品种系列的光电耦合器，因而，该器件已成为一类独特的半导体器件。其中光敏二极管加放大器类的光电耦合器随着近年来信息处理的数字化、高速化以及仪器的系统化和网络化的发展，其需求量不断增加。利用光电耦合器还可以构成与门、或门、与非门等逻辑电路，以及隔离固体开关电路、双稳压电路，斩波器和差分放大电路等多种电路。

　　作为信号隔离的关系器件——光电耦合器，也必须使用相应的产品与之相适应。美国安捷伦科技有限公司（Agilent Technologies）生产的HCPL-262L/060L是与LVTTL/LVCMOS兼容的高速数字电耦合器，其速度可达15MBd。该器件的输入端是GaAsP材料LED，输出端是高增益信电极开路肖特基钳位晶体管，该器件同时具有输出使能控制。它的内部屏蔽结构可保证5kV/μs的共模瞬态抗扰度。HCPL-262L/060L可广泛应用于高速数字逻辑接口、计算机外设接口、输入/输出缓存、A/D，D/A转换数字隔离、线路接收器以及开关电源等方面。HCPL-260L/060L的主要特点如下：

　　▽低功耗、

　　▽速率高达15MBd、

　　▽输入电流可低至5mA、

　　▽电源电压范围为2.7～3.3V、

　　▽带选通输出功能、

　　▽扇出系数为5个TTL负载、

　　▽可在-40℃～85℃温度范围内无故障运行、

　　▽已通过UL、CSA、VDE0884安全、

　　▽HCPL-260L使用8脚DIP封装、HCPL-060L使用SO-8封装。

2 引脚功能及内部结构

　　图1是HCPL-260L/060L的引脚及内部结构图，表1为其引脚功能说明，表2为正逻辑真值表。

表1 引脚名称及功能说明 

　　引脚号   引脚名称      功  能

　　1           NC        空引脚

　　2          ANODE      输入正

　　3        CATHODE      输入负

　　4           NC        空引脚

　　5           GND         地

　　6         VO（OUTPUT）  输出

　　7         VE（ENABLE）输出使能

　　8           VCC         电源

表2 真值表

　　引脚号   引脚名称      功  能

　　1           NC        空引脚

　　2          ANODE      输入正

　　3        CATHODE      输入负

　　4           NC        空引脚

　　5           GND         地

　　6           VO          输出

　　7           VE       输出使能

　　8           VCC        电源

3 应用设计

　　3.1 使用条件

　　为了保证器件可靠，使用时应按照表3所列条件进行设计。

表3 HCPL-260L/060L的使用条件

　　名  称　　　　　符  号　值　值　单  位

　　使用温度　　　　　TA　　-40　　　85      ℃

　　输入关态电流　　　IFL　　0　　  250      μA

　　输入开态电流　　　IFH　　5　　　 20       mA

　　电源电压　　　　　VCC　　2.7　　3.3       V

　　低电平使能电压　　VEL    0　　　0.8       V

　　高电平使能电压　　VEH　　2.0     Vcc      V

　　输出端上拉电阻　　RL　　330　　　4k       Ω

　　3.2 LVTTL接口电路

　　实现LVTTL电平到LVPECL电平转换的装置，包括LVTTL电平接口器件和LVPECL电平接口器件，还包括：一个耦合电容C1，用于将所述LVTTL电平接口器件输出的3.3V摆幅LVTTL电平信号耦合输出；一个分压电路，用于将经所述耦合电容C1耦合输出的交流信号进行分压，产生符合LVPECL要求的约0.8V摆幅的交流信号，输入到所述LVPECL接口电平器件。采用本实用新型的技术方案，可以使得LVTTL接口电平器件与LVPECL接口电平器件有缝连接，而无须使用接口转换芯片。

　　图2是HCPL-260L/060L和LVTTL器件的典型接口电路。图中，如果前级LVTTL器件是集电极开路输出，则二极管1N4148可不用。

　　3.3 隔离的3.3V RS232接口电路

　　图3所示的RS232接口电路的信号传输速度可达15MBd，为了保证该电路具有较好的共模抑制特性，HCPL-260L/060L的LED驱动电流至少应为5mA，并应将第7脚VE接至第8脚Vcc。另外，DS14C335应使用另一组电源供电。其中C1、C2为0.1μF，R1～R4的参数可由表3中的参数决定。双通道数字式磁隔离器ADUM1201在RS-232通信系统中的应用，由于ADUM1201的优良特性，用ADUM1201代替传统的光电隔离器件，降低了系统功耗，简化系统结构，增加了系统稳定性，提高了系统的性能。为RS-232隔离的实现提供了一种很好的解决方案。

　　图3 隔离的3.3V RS232接口电路

　　4 注意事项

　　（1）在光电耦合器的输入部分和输出部分必须分别采用独立的电源，若两端共用一个电源，则光电耦合器的隔离作用将失去意义。

　　（2）当用光电耦合器来隔离输入输出通道时，必须对所有的信号（包括数位量信号、控制量信号、状态信号）全部隔离，使得被隔离的两边没有任何电气上的联系，否则这种隔离是没有意义的。

　　首先，由于HCPL-260L/060L为静电敏感器件，因此，拿取和焊接时应采取静电防护措施。其次，在应用时，应在该器件第5脚和第8脚之间焊接一个0.1μF的瓷片电容，并且离光耦管脚应在10mm以内，以旁路电源噪声。为了获得较好的共模抑制特性，当不使用第7脚VE作输出使能信号端地，不要将其悬空，而应接Vcc端。在此基础上，如果想获得更好的共模抑制特性，还应将第1脚和第4脚连接到输入端的地。