原標題：Toshiba東芝推出行業首款能夠在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超低電壓下穩定工作的產品，專為解決低功耗工業設備、電池供電系統及IoT節點中高速信號隔離與低電壓兼容性的矛盾而設計。其關鍵參數如下：

行業意義：

• 突破低電壓限制：傳統光耦需≥3.3V供電，而TLP2371可兼容2.2V系統（如單節鋰電池直接驅動），降低電源設計復雜度；

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

• 抗干擾性能：15kV/μs CMTI可抵御電機啟動等場景的強電磁干擾。

二、技術原理與架構創新

1. 超低電壓驅動機制

• GaAs紅外LED優化：

• 東芝采用高量子效率GaAs LED，在2.2V下發光效率提升30%，相比傳統AlGaAs LED，驅動電流降低至1mA（傳統需5mA）；

• 正向壓降（Vf）：僅1.2V@1mA，減少電源功耗。

• 光電探測器增敏設計：

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

2. 高速信號傳輸技術

• 輸入級優化：

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

• 輸入電容（Cin）：<5pF，減少信號上升沿延遲。

• 輸出級改進：

• 圖騰柱輸出結構：提供±8mA驅動能力，直接驅動后續邏輯電路（如MCU GPIO）；

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

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

三、典型應用場景與性能驗證

1. 工業自動化（PROFINET接口）

• 需求：

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

• 兼容24V工業電源與3.3V/2.2V邏輯電平。

• 解決方案：

• 采用TLP2371實現信號+電源隔離，輸入側接24V轉3.3V LDO，輸出側直接驅動3.3V MCU；

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

2. 便攜式醫療設備（ECG信號采集）

• 需求：

• 隔離患者模擬信號與數字處理電路，防止漏電流；

• 電池供電（單節鋰電池，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）；

• 優勢：在2.5V供電下，輸入電流僅1.2mA，靜態功耗<3mW，滿足醫療設備低功耗要求。

四、競品對比與選型建議

選型建議：

• 優先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（如工業以太網）；

• 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）（如高壓電力電子應用）。

五、設計注意事項與資源支持

1. 布局建議

• 輸入/輸出隔離：

• 輸入側與輸出側地平面間距>2mm，避免爬電距離不足；

• 信號線寬度≥0.2mm，減少寄生電感。

• 電源去耦：

• 在Vcc引腳旁并聯100nF陶瓷電容與10μF鉭電容，抑制電源噪聲。

2. 測試驗證

• 傳播延遲測試：

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

• 推薦工具：Tektronix MSO64示波器（帶寬≥500MHz）。

• CMTI測試：

• 施加±15kV/μs的共模瞬態電壓，監測輸出信號是否出現誤碼。

3. 資源獲取

• 數據手冊：訪問東芝官網下載《TLP2371系列數據手冊》；

• 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；

• 技術支持：聯系東芝應用工程師獲取PCB布局檢查服務（免費，需提供Gerber文件）。

六、總結與推薦

1. 推薦場景

• 低電壓高速通信：

• 電池供電工業設備（如無線傳感器節點）；

• 便攜式醫療電子（如超聲探頭、監護儀）。

• 強電磁干擾環境：

• 電機驅動器接口；

• 光伏逆變器通信總線。

2. 不推薦場景

• 超高速應用（如>25Mbps，需選擇VO3120）；

• 高壓隔離（如>1.5kVrms，需選擇光繼電器或數字隔離器）。

3. 關鍵優勢

• 超低功耗：2.2V供電下輸入電流<1.5mA，適合電池驅動；

• 高速兼容：10Mbps速率滿足工業4.0實時通信需求；

• 小尺寸封裝：SO-6L比傳統DIP封裝縮小60% PCB面積。

結論：
東芝TLP2371系列光耦通過GaAs LED優化、APD增敏及高速信號處理技術，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與醫療場景，是同類產品中平衡性能與成本的理想選擇。