1.功能說明：
光電耦合元件是以光(含可見光、紅外線等)作為媒介來傳輸信號的一種元件，主要功能是讓 輸入及輸出電路以隔離的方式傳送電信號，光電耦合元件(英語：optical coupler，或英語：photo coupler)，亦稱光耦合器、光隔離器以及光電隔離器，簡稱光耦。光電耦合元件可以在兩個不共 地的電路之間傳送信號，即使兩電路之間有高電壓差也不會互相影響，還能提高其抗干擾能力和 可靠度及穩定性；高速光耦大多用在需要隔離的兩個高速通訊介面之間。可應用在 RS232、CAN、 SPI、I2C或 RS485/422…等通訊介面及 PLC 高速計數器、伺服電機控制、旋轉編碼器控制、PLC 與 MCU 之間的信號轉換…等應用。
2.訊號特性：
1.電流傳輸比(Current Transfer Ratio , CTR) : 流傳輸比(CTR)的定義為輸出電流和輸入電流的比值（Io /IF∗ 100%），主要用來計算負載電阻值的選用，表１為製規的測試規範，其量測方式如圖 1 所示。
2.邏輯電壓 : 在數位傳輸中，訊號用高、低電壓來表示邏輯訊號的 1 和 0。如圖 2 所示，輸出電壓的規範以VOH和VOL表示，VOH定義為邏輯 1 的最低輸出電壓，VOL定義為邏輯 0 的最高輸出電 壓；輸入電壓的規範以VIH和VIL表示，VIH定義為邏輯 1 的最低輸入電壓，VIL定義為邏輯 0 的 最高輸入電壓。
註）VOH：Output Voltage in High
VOL：Output Voltage in Low VIH：Input Voltage in High
VIL：Input Voltage in Low
邏輯電路中，常會因靜電或磁場的干擾，進而在線路上感應出電壓，此種不屬於原電路 的訊號即為雜訊，而抵抗此雜訊的能力，稱為雜訊容忍度(Noise margin)。如圖 3 所示。在 電路設計上，ELM453 Vo(pin5)的輸出電壓VOH，應高過於 Receiving Device 的VIH，並且 VOL低於VIL，才能正確的判斷訊號。
圖 3 雜訊容忍度
3.傳播延遲時間(Propagation delay) : 輸入訊號經過光耦轉換，會延遲一段時間後，輸出訊號才會反應，TPHL表示輸出訊號的電壓從高準位降至低準位的時間，TPLH表示輸出訊號的電壓從低準位上升至高準位的時間。 如表格 2 所示，測試條件為IF=16mA、RL=1.9KΩ。圖 4 為測試電路及各參數定義的時間 軸。
表格 2 Propagation Delay Time 測試規範
圖 5 Transient Immunity Test Circuit & Waveform
3.電路設計：
圖 4 為 ELM453 應用電路範例，將其分成輸入端與輸出端兩部份。
- 輸入端：以 Control pin 控制 NPN 電晶體，將訊號以光的方式傳送至輸出端。
- 輸出端：Open collector 架構，因此需要加上 pull-high 電阻 RL，以維持高準位時的電壓值。Vcc需要加上 bypass 電容 0.1uF，用來過濾電源雜訊。
圖 4 應用電路範例CTR 會因為IF的大小而增減，如圖 5 所示，當IF為 5mA 時，CTR 降至 0.92 倍，此時 CTR%=20~50%便會降底至 18.4%~46%。當受到溫度的影響時，如圖６所示，溫度從 25℃上 升至 85℃時，倍數增加到 1.2 倍，此時 CTR%=20~50%，便會增加至 24~60%。當兩個條件同 時成立時，可以將兩者的倍數相乘，即 0.92*1.2≒1.1，因此 CTR%=20~50%，便會增加至 22~55%，
此時Io=1.1~2.75mA，Io太小，可能會造成VOL低於VIL的情況發生。
圖 5 Current Transfer Ratio vs Forward Current 圖 6 Current Transfer Ratio vs Ambient Temperature
影響到TPLH與TPHL的外部條件主要為IF與 RL，如圖 7 所示，RL 影響最大，尤其在 RL=3KΩ 後的TPLH極速上升，加上為了避免因IF電流降低，造成VOL低於VIL的情況發生，因此建議可採用IF ＝16mA、RL=1.9KΩ的條件，此條件與製規相同，可直接套用 CTR%範圍，評估 CTR%下限是 否能正常工作。
假設Vcc=5V、Ta=25℃：
＠IF＝16mA、CTR%(min)=20%、Io=16mA*20%=3.2mA。
@RL=1.9KΩ、VRL=3.2m*1.9K=6.08V＞Vcc，評估Io實際電流<3.2mA。
假設VO=0.4V、Io=(5-0.4)/1.9K=2.42mA，故實際電流為 2.42mA。
圖７Propagation Delay vs. Load Resistance
當使用高速光耦應用問答:
Q/A 1 問：高速光耦的主要應用是什麼？
答：高速光耦器件常用於電氣與光學之間的數據傳輸和隔離應用。它們可以將高速的電信號轉換成光信號，以達到隔離和抗干擾的目的，同時保持高速數據傳輸的能力。
Q/A 2 問：高速光耦的典型應用有哪些？
答：高速光耦器件廣泛應用於以下領域：
高速通信系統：用於光纖通信、光纖傳輸和光纖接口。
工業自動化：在工業控制系統中用於隔離和傳輸高速數據信號。
醫療設備：用於醫學影像設備、醫療器械和醫療檢測系統。
測試和測量儀器：在高速數據傳輸和信號隔離方面的應用。
高速數據存儲：用於存儲系統中的高速數據讀寫和傳輸。
Q/A 3 問：高速光耦的工作原理是什麼？
答：高速光耦由發光二極管（LED）和光敏電晶體（Phototransistor）組成。LED發光時，產生的光信號通過絕緣層，照射在光敏電晶體上。
光敏電晶體吸收光信號並產生電流，從而實現光信號到電信號的轉換。
Q/A 4 問：高速光耦的優點是什麼？
答：高速光耦具有以下優點：
高速傳輸：能夠實現高速的數據傳輸，支持高頻率信號的隔離和傳輸。
隔離能力：能夠隔離高電壓或高噪聲環境下的信號，保護數據傳
Q/A5問：隔離性：
高速光耦通常用於隔離不同的電路或系統，以防止干擾或提供電氣隔離。確保選擇具有良好隔離性能的高速光耦，以確保信號的隔離和保護。
參考來源