Progettazione PCB: Un tutorial sull'optoaccoppiatore per il layout del tuo PCB

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Nell'elettronica, i sistemi embedded si affidano spesso a circuiti optoisolatori per ricevere segnali di input da sensori esterni o interruttori. In un certo senso, sono come le sveglie dei microcontrollori. Idealmente, tutti i segnali vengono trasmessi accuratamente al microcontrollore. Tuttavia, quando il simbolo degli optoisolatori non è implementato correttamente, il microcontrollore a volte può perdere segnali di input o rilevare falsamente segnali quando non vengono attivati input. In questo tutorial di progettazione PCB con optoisolatore, discuteremo come configurare un layout PCB di optoisolatore di successo. Ma prima, ricordiamoci come funziona una guida alla progettazione di un optoisolatore in questo tutorial sull'optoisolatore.

Tutorial sull'Optoisolatore: Principi Base di un PCB Optoisolatore

Optoisolatori o optoisolatori sono componenti elettronici che isolano i segnali di ingresso attraverso un'interfaccia ottica. La forma più basilare di optoisolatore consiste in un LED infrarosso e un fototransistor all'interno di un unico circuito integrato. Il LED infrarosso si accende quando una corrente elettrica lo attraversa e l'intensità dipende dall'ampiezza della corrente. Il fototransistor è attivato dalla luce del LED, il che provoca un breve collegamento tra il suo collettore ed emettitore.

Il LED infrarosso e il fototransistor sono spesso separati da vetro o aria. Questo garantisce un isolamento elettrico di <10kV attraverso il layout del PCB dell'optoisolatore. Di conseguenza, i circuiti con optoisolatori sono una scelta ideale per isolare i sistemi embedded dalle interferenze elettriche provenienti dall'ambiente del segnale di ingresso.

Oltre a proteggere il sistema embedded dal rumore elettrico, gli optoisolatori sono utilizzati anche per mantenere separati i sistemi a bassa tensione e quelli ad alta tensione. Ad esempio, il foto-triac, che è una variazione degli optoisolatori, può essere utilizzato per controllare dispositivi ad alta tensione AC. Ad esempio, un motore AC. Questo elimina il rischio di guasti al circuito che possono causare danni al microcontrollore e ai suoi componenti accompagnatori per il dispositivo.

Tutorial sull'Optoisolatore PCB: Errori con gli Optoisolatori

L'optoaccoppiatore è un componente passivo semplice che la maggior parte dei progettisti incontra. Far funzionare un PCB per optoaccoppiatori non è un'impresa impossibile; tuttavia, ci sono un paio di errori di progettazione che vanificano lo scopo dell'utilizzo di uno di essi o che causano segnali di ingresso instabili.

1. Non Separare Le Connessioni Di Terra Del PCB Dell'Optoaccoppiatore.

Nel layout di base del PCB per optoaccoppiatori, il circuito integrato (IC) consiste di due pin di terra. Uno è connesso al LED infrarosso e l'altro al fototransistor. Un errore è collegare entrambe le terre insieme durante il routing del PCB. Nella mia esperienza di ingegnere, mi sono imbattuto in questo anche nei controllori elettronici utilizzati nelle macchine.

Il motivo principale per utilizzare un optoaccoppiatore è separare in sicurezza due circuiti. Quando la terra esterna è connessa al PCB, qualsiasi rumore di terra dal circuito può accoppiarsi direttamente al circuito sensibile a bordo. Invece, creare una connessione di segnale separata per i pin di terra esterni e allocare connettori dedicati per i fili di terra di ingresso.

2. Utilizzare Il Valore Sbagliato Per La Resistenza Di Limitazione Della Corrente

Oltre ad applicare la corretta tensione di uscita, il LED a infrarossi dell'optoisolatore richiede una corrente adeguata per funzionare correttamente. Il valore della corrente in avanti minima di uscita può essere consultato nel grafico del Rapporto di Trasferimento di Corrente dell'optoisolatore in questione. Se la resistenza limitatrice di corrente opera al valore minimo dell'optoisolatore, il fototransistor può comportarsi in modo irregolare. Ad esempio, su 10 ingressi validi provenienti dagli interruttori, solo una parte di essi verrà rilevata.

D'altra parte, il valore della resistenza limitatrice non dovrebbe essere troppo basso. Ciò serve a prevenire la rottura del LED a infrarossi. Come i LED regolari, anche il LED a infrarossi ha una corrente massima in avanti che non dovrebbe essere superata. Questo rende la scelta della giusta resistenza limitatrice di corrente un passo cruciale per garantire un funzionamento affidabile del PCB dell'optoisolatore.

3. Scegliere l'Optoisolatore Sbagliato

Per quanto possa sembrare generale, non tutti gli optoisolatori sono costruiti allo stesso modo. Ad esempio, l'opto-triac è utilizzato per controllare un carico AC e l'opto-Darlington è ideale per situazioni in cui viene generata solo una piccola quantità di corrente di ingresso. Un'altra considerazione è la tensione di rottura del collettore-emettitore, che può variare per diversi modelli di optoisolatori.

Ma se stai semplicemente utilizzando una guida alla progettazione di optoisolatori per normali isolatori di ingresso, modelli come il PC817 faranno al caso tuo. Impiegherai anche meno tempo a creare footprint poiché il componente elettronico optoisolatore generico nel tuo software di progettazione PCB farà al caso tuo. Quando hai bisogno di accedere a uno strumento di layout PCB facile da usare che include tutto il necessario per costruire schede di circuito di alta qualità e fabbricabili, non cercare oltre CircuitMaker. In aggiunta al software di progettazione PCB facile da usare, tutti gli utenti di CircuitMaker hanno accesso a uno spazio personale sulla piattaforma Altium 365. Puoi caricare e memorizzare i tuoi dati di progettazione nel cloud, e puoi facilmente visualizzare i tuoi progetti tramite il tuo browser web in una piattaforma sicura.

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