詳細記錄6N137光耦電路設計過程，設計過程所需要考慮的問題
前幾天，由於採用TLP521光耦來處理20KHz的矩形波訊號，導致輸出波形嚴重失真。可以點選此連結檢視。
上篇文章提到採用6N137高速光耦可有效減小輸出訊號失真情況，那麼本文將詳細記錄6N137光耦電路的設計過程，雖然將要花費一些時間與精力，但是一想到後續專案也有可能用到，還有其他人尤其是初次接觸光耦的人。對於光耦設計過程中所需要注意的地方，有必要在設計光耦電路之前，提前閱讀，避免掉坑、避免耽誤專案進度。
一、根據手上實際晶片來閱讀對應生產廠家的晶片手冊
從某寶上購買的晶片是Vishay（美國 威世 公司生產的）6N137晶片，如下圖所示。
6N137實物圖片
為什麼單憑晶片圖片，就能知道晶片的生產廠家呢？是因為購買的晶片上有生產廠家的logo絲印，如下圖所示晶片正面上有類似於“SU”的絲印，這個特殊的絲印，透過網上查詢得知是Vishay公司的logo，透過判斷晶片上logo絲印，從而得知購買的晶片是哪一個公司的。
注意晶片上的“SU”絲印
既然知道晶片所屬生產廠家，那麼在ALLDATASHEETCN。COM - 電子元件和半導體及其他半導體的資料表搜尋網站。上查詢Vishay公司的6N137晶片手冊。
那麼為什麼要根據生產廠商來檢視器件手冊呢？不同廠家相同型號的器件手冊，記錄的引數難道不一樣嗎？
因為我在檢視不同生產生產廠商，相同型號的6N137光耦晶片時發現，不同廠家生產出來的晶片對應的引數曲線有區別。例如日本東芝TOSHIBA公司生產的6N137，在對應的手冊上，6N137的前向電壓與前向電流曲線上，10mA對應的是1。6V，而且流過二極體最大可持續電流為20mA。
TOSHIBA公司生產的6N137手冊內容
TOSHIBA公司生產的6N137手冊內容——最大持續電流20mA
而在Vishay廠商的6N137手冊上，發現6N137的前向電壓與前向電流曲線上，10mA對應的是1。35V，最大可持續電流同樣也是20mA。
Vishay廠商的6N137手冊上前向電壓與前向電流曲線
Vishay廠商的6N137手冊上最大可持續電流
從這一個例子，就可以看出雖然是相同型號的器件，但是不同廠家生產出來，是有差別的。
因此我們要根據手上實際晶片來閱讀對應生產廠家的晶片手冊。
二、光耦電路設計過程
經過仔細閱讀6N137的手冊，並根據專案的實際需求，設計出如下圖所示的光耦電路。
專案需求：
在本專案中，使用下圖所示光耦電路，進行3。3V頻率為20Khz訊號PWM_BENG轉換成5v的頻率訊號CTRL_BENG，CTRL_BENG直接送給氣泵的速度調節端，氣泵的抽氣速度是透過調節CTRL_BENG訊號的佔空比來實現的。
STM32微控制器透過調節PWM_BENG訊號的佔空比，經過光耦轉換得到CTRL_BENG訊號，從而控制氣泵的抽氣速度。
設計完成的6N137光耦電路
上圖所示的各個電阻和電容的值是如何計算得出的呢？
主要是根據器件手冊中推薦值來計算得出的。
根據6N137手冊上的
推薦操作值
（RECOMMENDED OPERATING CONDITIONS），設計的電路中取IFH=10mA（也就是當PWM_BENG=1時，流過發光二極體的電流為10mA）。
推薦操作值
2。1 限流電阻R51的計算過程
根據vishay公司的6N137的手冊，如下圖所示的前向電流與前向電壓之間的曲線圖，可以發現當流過6N137內部發光二極體的電流IF=10mA時，發光二極體的前向電壓VF=1。35V。
6N137前向電流與前向電壓之間的曲線圖
那因此
限流電阻R51=(VCC-VF)/IF
，其中VCC在設計的電路圖中去3。3V，VF=1。35V，IF=10mA，計算得到R51=（3。3-1。35）/10mA=195Ω。而又因為195Ω的電阻，不是特別常見，
所以將R51取為200Ω的電阻
。
2。2 關於6腳輸出端的上拉電阻R52選取過程。
從6N137手冊上也可以看出，輸出端上拉電阻（Output pull up resistor）RL最小值為330Ω，最大值為4k。
輸出端上拉電阻取值範圍
再繼續檢視下圖，6N137的輸出脈衝寬度失真程度與晶片周圍環境溫度之間的關係，從圖中可以看出脈衝寬度失真與溫度上成正相關的。並且當輸出上拉電阻RL越大，輸出脈衝寬度失真程度也越大。
輸出脈衝寬度失真程度與晶片周圍環境溫度曲線
接著檢視6N137的輸出波形的上升和下降時間與環境溫度之間曲線圖，如下圖所示。從圖中也可以看出，RL=4K時，tr上升時間超過250ns了。當RL=4k時，下降時間tf接近於0。
輸出波形的上升和下降時間與環境溫度之間曲線圖
波形上升時間與下降時間
而理想的輸出訊號波形，要求上升時間（rise time） tr 與下降時間（fall time）tf相等。那因此當RL選取4K的時候，輸出訊號波形是不理想的。
為了使得輸出波形的上升時間（rise time） tr 與下降時間（fall time）tf相等，根據上圖6N137的輸出波形的上升和下降時間與環境溫度之間曲線圖，發現當RL=350Ω的時候，tr≈60ns，tf≈0；這種相對最理想的情況。
從上面的分析過程來看，RL=350歐姆的時候，輸出訊號波形較為理想。
當輸入訊號頻率多大時，特別上訊號頻率快要接近10MHz時，注意RL的選取不能太大，RL電阻值至少不要超過4K，否則輸出訊號將會出現嚴重的失真。
但是有考慮到當RL=350Ω，還需要額外採購電阻，目前手上有510Ω和1k的電阻，可供選擇。
因此結合多方面來考慮，選取RL=510Ω。
2。3 其它電阻電容的選取
如下圖6N137手冊上所描述的，C12 作為旁路電容放置在6N137的8腳與5腳之間。
1腳與2腳不需要連線（no connection），使能端輸入端7腳（Enable input）外部無需上拉電阻，因為晶片內部在7腳處有內部上拉電阻，因此在設計中7腳懸空。
7腳內部有上拉電阻
6N137電路圖
至此，6N137光耦電路的設計完畢。
詳細記錄下此次設計過程，雖然需要花費一些時間和精力，但是能夠讓更多的人尤其是初學者瞭解其中所需要考慮的地方，我覺得也是有意義的。每一位讀者在評論區的留言，我都認真看了，從不同的角度思考問題，提出解決方法，都使我受益匪淺。
文中如有錯誤的地方，也請各位大佬及時指出，最後謝謝每一位認真閱讀和評論的讀者。
