教你如何選擇光電耦合器

1、我們以6N137為例：來說明怎樣選擇器件6N137高速光電耦合器6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850nm波長(zhǎng)AlGaAsLED和一個(gè)集成檢測(cè)器組成，其檢測(cè)器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速（典型為10MBd）,5mA的極小輸入電流。特性：轉(zhuǎn)換速率高達(dá)10MBit/s;擺率高達(dá)10kV/us;扇出系數(shù)為8;邏輯電平輸出；集電極開路輸出；工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250uA最大輸入電流，高電平：15mA最大允許低電平電壓（輸出高）：0.8v最大

2、允許高電平電壓：Vcc最大電源電壓、輸出：5.5V扇出（TTL負(fù)載）：8個(gè)（最多）工作溫度范圍：-40°Cto+85°C典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達(dá)控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等6N137光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳如圖1所示。6N137光耦合器的真值如表1所示：6N137光耦合器的真值表輸入使能輸出HNCLLNCH需要注意的是，在6N137光耦合器的電源管腳旁應(yīng)有一個(gè)0.1uF的去耦電容。在選擇電容類型時(shí)，應(yīng)盡量選擇高頻特性好的電容器，如陶瓷電容或鋰電容，并且盡量靠近6N137光耦合器的電源管腳；另外，輸入使能管腳在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無需再外接上拉電阻。6N137光耦合器的使用需

3、要注意兩點(diǎn)：第一是6N137光耦合器的第6腳Vo輸出電路屬于集電極開路電路，必須上拉一個(gè)電阻；第二是6N137光耦合器的第2腳和第3腳之間是一個(gè)LED,必須串接一個(gè)限流電阻。、6N137原理及典型用法6N137的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，信號(hào)從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個(gè)輸入端，與門的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時(shí)與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號(hào)電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時(shí)，輸出高電平，但這個(gè)邏輯高是集電極開路的，可針對(duì)接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。簡(jiǎn)單的原理如圖2

4、所示，若以腳2為輸入，腳3接地，則真值表如附表所列，這相當(dāng)于非門的傳輸，若希望在傳輸過程中不改變邏輯狀態(tài)，則從腳3輸入，腳2接高電平。6N137真值表輸入使能輸出HHLLHHHLHLLH隔離器使用方法如圖2所示，假設(shè)輸入端屬于模塊I,輸出端屬于模塊II。輸入端有A、B兩種接法，分別得到反相或同相邏輯傳輸，其中RF為限流電阻。發(fā)光二極管正向電流0-250UA,光敏管不導(dǎo)通；發(fā)光二極管正向壓降1.2-1.7V,正向電流6.5-15mA,光敏管導(dǎo)通。若以B方法連接，TTL電平輸入，Vcc為5V時(shí)，RF可選500Q左右。如果不加限流電阻或阻值很小，6N137仍能工作，但發(fā)光二極管導(dǎo)通電流很大對(duì)Vcc1

5、有較大沖擊，尤其是數(shù)字波形較陡時(shí)，上升、下降沿的頻譜很寬，會(huì)造成相當(dāng)大的尖峰脈沖噪聲，而通常印刷電路板的分布電感會(huì)使地線吸收不了這種噪聲，其峰-峰值可達(dá)100mV以上，足以使模擬電路產(chǎn)生自激，A/D不能正常工作。所以在可能的情況下，RF應(yīng)盡量取大。輸出端由模塊II供電，Vcc2=4.5-5.5V。在Vcc2（腳8）和地（腳5）之間必須接一個(gè)0.1uF高頻特性良好的電容，如瓷介質(zhì)或鋰電容，而且應(yīng)盡量放在腳5和腳8附近。這個(gè)電容可以吸收電源線上的紋波，又可以減小光電隔離器接受端開關(guān)工作時(shí)對(duì)電源的沖擊。腳7是使能端，當(dāng)它在0-0.8V時(shí)強(qiáng)制輸出為高（開路）；當(dāng)它在2.0V-Vcc2時(shí)允許接收端工作，

6、見附表。腳6是集電極開路輸出端，通常加上拉電阻RL。雖然輸出低電平時(shí)可吸收電路達(dá)13mA,但仍應(yīng)當(dāng)根據(jù)后級(jí)輸入電路的需要選擇阻值。因?yàn)殡娮杼?huì)使6N137耗電增大，加大對(duì)電源的沖擊，使旁路電容無法吸收，而干擾整個(gè)模塊的電源，甚至把尖峰噪聲帶到地線上。一般可選4.7kQ,若后級(jí)是TTL輸入電路，且只有1至J2個(gè)負(fù)載，則用47kQ或15kQ也行。CL是輸出負(fù)載的等效電容，它和RL影響器件的響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)RL=35（n,CL=15pF時(shí)，響應(yīng)延遲為48-75ns。注意：6N137不應(yīng)使用太多，因?yàn)樗妮斎腚娙萦?0pF,若過多使用會(huì)降低高速電路的性能。情況允許時(shí)，可考慮把并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)串行化，由一個(gè)

7、光電隔離器傳送。二6N137應(yīng)用實(shí)例信號(hào)采集系統(tǒng)通常是模擬電路和數(shù)字電路的混合體，其中模數(shù)變換是不可缺少的。從信號(hào)通路來說，AD變換之前是模擬電路，之后是數(shù)字電路。模擬電路和AD變換電路決定了系統(tǒng)的信噪比，而這是評(píng)價(jià)采集系統(tǒng)優(yōu)劣的關(guān)鍵參數(shù)。為了提高信噪比，通常要想辦法抑制系統(tǒng)中噪聲對(duì)模擬和AD電路的干擾。在各種噪聲當(dāng)中，由數(shù)字電路產(chǎn)生并串入模擬及AD電路的噪聲普遍存在且較難克服。數(shù)字電平上下跳變時(shí)集成電路耗電發(fā)生突變，引起電源產(chǎn)生毛刺，通常對(duì)開關(guān)電源影響比線性電源大，因?yàn)殚_關(guān)電源在開關(guān)周期內(nèi)不能響應(yīng)電流突變，而僅由電容提供電流的變化部分。一般數(shù)字電路越復(fù)雜，數(shù)據(jù)速率越高，累積的電流跳變?cè)綇?qiáng)烈，

8、高頻分量越豐富。而普通印刷電路的分布電感較大，使地線不能完全吸收邏輯電平跳變產(chǎn)生的電流高頻分量，產(chǎn)生電壓的毛刺，而這種毛刺進(jìn)入地線后就不能靠旁路電容吸收了，而且會(huì)通過共同的地線或穿過變壓器，干擾模擬電路和AD轉(zhuǎn)換器，其幅度可高達(dá)幾百毫伏，足以使AD工作不正常。本所研制的機(jī)載三通道紅外成像掃描儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求信噪比1000,12位量化級(jí)別，并行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率500KB/S。要達(dá)到上述要求，AD能否達(dá)到轉(zhuǎn)換精度是個(gè)關(guān)鍵。在未采用光電隔離器的電路中，雖采取了一系列措施，但因各模塊間地線相連，數(shù)字電路中尖峰噪聲影響仍很大，系統(tǒng)信噪比僅達(dá)500.故我們采用6N137將模擬電路及AD變換器和數(shù)字電路徹底隔離，電路如圖3所示。5V，而AD轉(zhuǎn)電源部分由隔離變壓器隔離，減少電網(wǎng)中的噪聲影響，數(shù)字電源和模擬電源不共地，由于模擬電路一般只有換器還需要+5V電源，為使數(shù)字電路與模擬電路真正隔離，+5V電源由+15V模擬電源經(jīng)DC-DC變換器得到。模擬電路以及AD轉(zhuǎn)換電路與數(shù)字電路的信號(hào)聯(lián)系都通過6N137。逐次比較型AD并行輸出12位數(shù)據(jù)，每一路信號(hào)經(jīng)緩存器后送入6N137的腳3,進(jìn)行同相邏輯傳輸至數(shù)字電路，輸入端限流電阻選用470Q,輸出端上拉電阻選用47kQ,輸出端電源和地間（即6N137的腳8與腳5間）接0.1uF瓷片電容，作為旁路電容以減少對(duì)電源的干擾