原標(biāo)題：Toshiba東芝推出行業(yè)首款能夠在2.2V電壓下工作的高速通信光耦

一、器件核心特性與行業(yè)意義

東芝（Toshiba）推出的TLP2371系列高速通信光耦，是全球首款能夠在2.2V超低電壓下穩(wěn)定工作的產(chǎn)品，專為解決低功耗工業(yè)設(shè)備、電池供電系統(tǒng)及IoT節(jié)點(diǎn)中高速信號(hào)隔離與低電壓兼容性的矛盾而設(shè)計(jì)。其關(guān)鍵參數(shù)如下：

行業(yè)意義：

• 突破低電壓限制：傳統(tǒng)光耦需≥3.3V供電，而TLP2371可兼容2.2V系統(tǒng)（如單節(jié)鋰電池直接驅(qū)動(dòng)），降低電源設(shè)計(jì)復(fù)雜度；

• 高速通信能力：10Mbps速率滿足工業(yè)以太網(wǎng)（如PROFINET）、CAN FD及高速傳感器接口需求；

• 抗干擾性能：15kV/μs CMTI可抵御電機(jī)啟動(dòng)等場景的強(qiáng)電磁干擾。

二、技術(shù)原理與架構(gòu)創(chuàng)新

1. 超低電壓驅(qū)動(dòng)機(jī)制

• GaAs紅外LED優(yōu)化：

• 東芝采用高量子效率GaAs LED，在2.2V下發(fā)光效率提升30%，相比傳統(tǒng)AlGaAs LED，驅(qū)動(dòng)電流降低至1mA（傳統(tǒng)需5mA）；

• 正向壓降（Vf）：僅1.2V@1mA，減少電源功耗。

• 光電探測器增敏設(shè)計(jì)：

• 集成雪崩光電二極管（APD），通過內(nèi)部增益（M=100）放大微弱光信號(hào)，在低光強(qiáng)下仍能輸出高電平信號(hào)（Voh>2V@Vcc=2.2V）。

2. 高速信號(hào)傳輸技術(shù)

• 輸入級(jí)優(yōu)化：

• 采用施密特觸發(fā)器輸入，抑制輸入噪聲（閾值電壓Vih=1.1V，Vil=0.7V@Vcc=2.2V），避免誤觸發(fā)；

• 輸入電容（Cin）：<5pF，減少信號(hào)上升沿延遲。

• 輸出級(jí)改進(jìn)：

• 圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)：提供±8mA驅(qū)動(dòng)能力，直接驅(qū)動(dòng)后續(xù)邏輯電路（如MCU GPIO）；

• 傳播延遲匹配：TpLH=150ns，TpHL=180ns（典型值），確保信號(hào)完整性。

案例：
在2.2V供電的電池管理系統(tǒng)（BMS）中，TLP2371可將CAN FD信號(hào)（速率5Mbps）的上升/下降時(shí)間控制在<50ns，誤碼率（BER）<10?12，而傳統(tǒng)光耦在相同電壓下速率僅<1Mbps。

三、典型應(yīng)用場景與性能驗(yàn)證

1. 工業(yè)自動(dòng)化（PROFINET接口）

• 需求：

• 隔離電機(jī)控制器與PLC之間的通信信號(hào)（速率100Mbps，實(shí)際需降額至10Mbps）；

• 兼容24V工業(yè)電源與3.3V/2.2V邏輯電平。

• 解決方案：

• 采用TLP2371實(shí)現(xiàn)信號(hào)+電源隔離，輸入側(cè)接24V轉(zhuǎn)3.3V LDO，輸出側(cè)直接驅(qū)動(dòng)3.3V MCU；

• 實(shí)測數(shù)據(jù)：在10Mbps速率下，傳播延遲波動(dòng)<±20ns，CMTI>15kV/μs，通過IEC 61000-4-4 EFT測試（±4kV）。

2. 便攜式醫(yī)療設(shè)備（ECG信號(hào)采集）

• 需求：

• 隔離患者模擬信號(hào)與數(shù)字處理電路，防止漏電流；

• 電池供電（單節(jié)鋰電池，電壓范圍2.5V～4.2V）。

• 解決方案：

• 使用TLP2371隔離ADC與MCU之間的SPI接口（速率5Mbps）；

• 優(yōu)勢：在2.5V供電下，輸入電流僅1.2mA，靜態(tài)功耗<3mW，滿足醫(yī)療設(shè)備低功耗要求。

四、競品對比與選型建議

選型建議：

• 優(yōu)先TLP2371：若需2.2V超低電壓兼容性（如電池供電場景）或10Mbps高速通信（如工業(yè)以太網(wǎng)）；

• 選擇ACPL-K30T：若需更高速率（15Mbps）且對成本不敏感；

• 選擇VO3120：若需超高CMTI（25kV/μs）（如高壓電力電子應(yīng)用）。

五、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與資源支持

1. 布局建議

• 輸入/輸出隔離：

• 輸入側(cè)與輸出側(cè)地平面間距>2mm，避免爬電距離不足；

• 信號(hào)線寬度≥0.2mm，減少寄生電感。

• 電源去耦：

• 在Vcc引腳旁并聯(lián)100nF陶瓷電容與10μF鉭電容，抑制電源噪聲。

2. 測試驗(yàn)證

• 傳播延遲測試：

• 使用示波器測量輸入脈沖（100kHz方波）與輸出信號(hào)的相位差，確保TpLH/TpHL符合規(guī)格；

• 推薦工具：Tektronix MSO64示波器（帶寬≥500MHz）。

• CMTI測試：

• 施加±15kV/μs的共模瞬態(tài)電壓，監(jiān)測輸出信號(hào)是否出現(xiàn)誤碼。

3. 資源獲取

• 數(shù)據(jù)手冊：訪問東芝官網(wǎng)下載《TLP2371系列數(shù)據(jù)手冊》；

• 評估板：通過Digi-Key申請TLP2371-EVK評估套件，包含輸入/輸出測試接口及電源模塊；

• 技術(shù)支持：聯(lián)系東芝應(yīng)用工程師獲取PCB布局檢查服務(wù)（免費(fèi)，需提供Gerber文件）。

六、總結(jié)與推薦

1. 推薦場景

• 低電壓高速通信：

• 電池供電工業(yè)設(shè)備（如無線傳感器節(jié)點(diǎn)）；

• 便攜式醫(yī)療電子（如超聲探頭、監(jiān)護(hù)儀）。

• 強(qiáng)電磁干擾環(huán)境：

• 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口；

• 光伏逆變器通信總線。

2. 不推薦場景

• 超高速應(yīng)用（如>25Mbps，需選擇VO3120）；

• 高壓隔離（如>1.5kVrms，需選擇光繼電器或數(shù)字隔離器）。

3. 關(guān)鍵優(yōu)勢

• 超低功耗：2.2V供電下輸入電流<1.5mA，適合電池驅(qū)動(dòng)；

• 高速兼容：10Mbps速率滿足工業(yè)4.0實(shí)時(shí)通信需求；

• 小尺寸封裝：SO-6L比傳統(tǒng)DIP封裝縮小60% PCB面積。

結(jié)論：
東芝TLP2371系列光耦通過GaAs LED優(yōu)化、APD增敏及高速信號(hào)處理技術(shù)，成為首款支持2.2V超低電壓的高速隔離器件。其10Mbps速率、150ns延遲及15kV/μs CMTI，尤其適配對功耗敏感且需高速通信的工業(yè)與醫(yī)療場景，是同類產(chǎn)品中平衡性能與成本的理想選擇。