高速光電耦合器6N137原理與應(yīng)用

　　高速光電耦合器6N137由磷砷化鎵發(fā)光二極管和光敏集成檢測電路組成。通過光敏二極管接收信號(hào)并經(jīng)內(nèi)部高增益線性放大器把信號(hào)放大后，由集電極開路門輸出。6N137引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1和圖2所示。該光電器件高、低電平傳輸延遲時(shí)間短，典型值僅為45ns，已接近TTL電路傳輸延遲時(shí)間的水平。具有10Mbps的高速性能，因而在傳輸速度上完全能夠滿足隔離總線的要求。內(nèi)部噪聲防護(hù)裝置提供了典型10kV/μs的共模抑制功能。除此之外，6N137還具有一個(gè)控制端，通過對(duì)該端的控制，可使光耦輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。

　　1:NC.；2:Anode（陽極）；3:Cathode（陰極）；4:N.C.；5:GND；6:Output（Opencollector開路集電極）；7:Enable（使能端）；8:VCC

　　簡單的原理如圖1所示，若以腳2為輸入，腳3接地，則真值表如附表2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原理及典型應(yīng)用

　　6N137的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖3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。

　　隔離器6N137典型應(yīng)用如圖3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0-250μA，光敏管不導(dǎo)通；發(fā)光二極管正向壓降1.2-1.7V（典型1.4V），正向電流6.3-15mA，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500Ω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。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)0.1μF高頻特性良好的電容，如瓷介質(zhì)或鉭電容，而且應(yīng)盡量放在腳5和腳8附近（不要超過1cm）。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，見真值表2。

　　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4.7kΩ，若后級(jí)是TTL輸入電路，且只有1到2個(gè)負(fù)載，則用47kΩ或15kΩ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=350Ω，CL=15pF時(shí)，響應(yīng)延遲為25-75ns。