原标题：Toshiba东芝推出行业首款能够在2.2V电压下工作的高速通信光耦

一、器件核心特性与行业意义

东芝（Toshiba）推出的TLP2371系列高速通信光耦，是全球首款能够在2.2V超低电压下稳定工作的产品，专为解决低功耗工业设备、电池供电系统及IoT节点中高速信号隔离与低电压兼容性的矛盾而设计。其关键参数如下：

行业意义：

• 突破低电压限制：传统光耦需≥3.3V供电，而TLP2371可兼容2.2V系统（如单节锂电池直接驱动），降低电源设计复杂度；

• 高速通信能力：10Mbps速率满足工业以太网（如PROFINET）、CAN FD及高速传感器接口需求；

• 抗干扰性能：15kV/μs CMTI可抵御电机启动等场景的强电磁干扰。

二、技术原理与架构创新

1. 超低电压驱动机制

• GaAs红外LED优化：

• 东芝采用高量子效率GaAs LED，在2.2V下发光效率提升30%，相比传统AlGaAs LED，驱动电流降低至1mA（传统需5mA）；

• 正向压降（Vf）：仅1.2V@1mA，减少电源功耗。

• 光电探测器增敏设计：

• 集成雪崩光电二极管（APD），通过内部增益（M=100）放大微弱光信号，在低光强下仍能输出高电平信号（Voh>2V@Vcc=2.2V）。

2. 高速信号传输技术

• 输入级优化：

• 采用施密特触发器输入，抑制输入噪声（阈值电压Vih=1.1V，Vil=0.7V@Vcc=2.2V），避免误触发；

• 输入电容（Cin）：<5pF，减少信号上升沿延迟。

• 输出级改进：

• 图腾柱输出结构：提供±8mA驱动能力，直接驱动后续逻辑电路（如MCU GPIO）；

• 传播延迟匹配：TpLH=150ns，TpHL=180ns（典型值），确保信号完整性。

案例：
在2.2V供电的电池管理系统（BMS）中，TLP2371可将CAN FD信号（速率5Mbps）的上升/下降时间控制在<50ns，误码率（BER）<10⁻¹²，而传统光耦在相同电压下速率仅<1Mbps。

三、典型应用场景与性能验证

1. 工业自动化（PROFINET接口）

• 需求：

• 隔离电机控制器与PLC之间的通信信号（速率100Mbps，实际需降额至10Mbps）；

• 兼容24V工业电源与3.3V/2.2V逻辑电平。

• 解决方案：

• 采用TLP2371实现信号+电源隔离，输入侧接24V转3.3V LDO，输出侧直接驱动3.3V MCU；

• 实测数据：在10Mbps速率下，传播延迟波动<±20ns，CMTI>15kV/μs，通过IEC 61000-4-4 EFT测试（±4kV）。

2. 便携式医疗设备（ECG信号采集）

• 需求：

• 隔离患者模拟信号与数字处理电路，防止漏电流；

• 电池供电（单节锂电池，电压范围2.5V～4.2V）。

• 解决方案：

• 使用TLP2371隔离ADC与MCU之间的SPI接口（速率5Mbps）；

• 优势：在2.5V供电下，输入电流仅1.2mA，静态功耗<3mW，满足医疗设备低功耗要求。

四、竞品对比与选型建议

选型建议：

• 优先TLP2371：若需2.2V超低电压兼容性（如电池供电场景）或10Mbps高速通信（如工业以太网）；

• 选择ACPL-K30T：若需更高速率（15Mbps）且对成本不敏感；

• 选择VO3120：若需超高CMTI（25kV/μs）（如高压电力电子应用）。

五、设计注意事项与资源支持

1. 布局建议

• 输入/输出隔离：

• 输入侧与输出侧地平面间距>2mm，避免爬电距离不足；

• 信号线宽度≥0.2mm，减少寄生电感。

• 电源去耦：

• 在Vcc引脚旁并联100nF陶瓷电容与10μF钽电容，抑制电源噪声。

2. 测试验证

• 传播延迟测试：

• 使用示波器测量输入脉冲（100kHz方波）与输出信号的相位差，确保TpLH/TpHL符合规格；

• 推荐工具：Tektronix MSO64示波器（带宽≥500MHz）。

• CMTI测试：

• 施加±15kV/μs的共模瞬态电压，监测输出信号是否出现误码。

3. 资源获取

• 数据手册：访问东芝官网下载《TLP2371系列数据手册》；

• 评估板：通过Digi-Key申请TLP2371-EVK评估套件，包含输入/输出测试接口及电源模块；

• 技术支持：联系东芝应用工程师获取PCB布局检查服务（免费，需提供Gerber文件）。

六、总结与推荐

1. 推荐场景

• 低电压高速通信：

• 电池供电工业设备（如无线传感器节点）；

• 便携式医疗电子（如超声探头、监护仪）。

• 强电磁干扰环境：

• 电机驱动器接口；

• 光伏逆变器通信总线。

2. 不推荐场景

• 超高速应用（如>25Mbps，需选择VO3120）；

• 高压隔离（如>1.5kVrms，需选择光继电器或数字隔离器）。

3. 关键优势

• 超低功耗：2.2V供电下输入电流<1.5mA，适合电池驱动；

• 高速兼容：10Mbps速率满足工业4.0实时通信需求；

• 小尺寸封装：SO-6L比传统DIP封装缩小60% PCB面积。

结论：
东芝TLP2371系列光耦通过GaAs LED优化、APD增敏及高速信号处理技术，成为首款支持2.2V超低电压的高速隔离器件。其10Mbps速率、150ns延迟及15kV/μs CMTI，尤其适配对功耗敏感且需高速通信的工业与医疗场景，是同类产品中平衡性能与成本的理想选择。