ورقة بيانات مستقبل الألياف الضوئية سلسلة PLR137 - واجهة Photolink - 2.4-5.5 فولت - 16 ميجابت/ثانية - ضوء أحمر 650 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة PLR137 وحدة مستقبل ألياف ضوئية عالية الأداء مصممة لنقل البيانات الرقمية الضوئية. تم هندستها لتحويل الإشارات الضوئية إلى مخرجات كهربائية متوافقة مع TTL، مما يسهل اتصالات بيانات موثوقة عبر كابلات الألياف الضوئية البلاستيكية (POF). جوهر الجهاز هو دائرة متكاملة خاصة لكاشف الضوء CMOS (PDIC)، مما يتيح حساسية عالية واستهلاكًا منخفضًا للطاقة. تم تحسين هذا المنتج للاستخدام مع مصادر الضوء الأحمر، عادةً بطول موجة حوالي 650 نانومتر، مما يجعله مناسبًا لمجموعة من تطبيقات الواجهات الرقمية الاستهلاكية والصناعية حيث تكون مناعة الضوضاء وعمر البطارية الممتد أمرًا بالغ الأهمية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تقدم سلسلة PLR137 عدة مزايا رئيسية تضعها في وضع جيد في السوق. تتيح حساسية كاشف الضوء العالية، المُحسّنة للضوء الأحمر، مسافات نقل أطول أو استخدام أجهزة إرسال ذات طاقة أقل. تحسن دائرة التحكم في العتبة المدمجة بشكل كبير هامش الضوضاء، مما يعزز سلامة الإشارة في البيئات الكهربائية الصاخبة. علاوة على ذلك، فإن استهلاكها المنخفض للطاقة هو عامل حاسم للأجهزة المحمولة والتي تعمل بالبطارية. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية واجهات الصوت الرقمية (مثل Dolby AC-3)، وروابط البيانات الصناعية، وأي تطبيق يتطلب رابط اتصال ضوئي قوي للمدى القصير إلى المتوسط محصن ضد التداخل الكهرومغناطيسي.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا موضوعيًا مفصلاً للمعايير التقنية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات. يعد فهم هذه المعايير أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدوائر المناسب وتكامل النظام.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. يجب ألا يتجاوز جهد الإمداد (Vcc) 5.5 فولت أو ينخفض عن -0.5 فولت. يجب عدم إجبار جهد طرف الخرج على تجاوز Vcc + 0.3 فولت. يمكن تخزين الجهاز في درجات حرارة تتراوح من -40°C إلى 85°C ولكنه يعمل ضمن نطاق أضيق من -20°C إلى 70°C. المعيار الحرج للتجميع هو درجة حرارة اللحام، المصنفة عند 260°C لمدة قصوى تبلغ 10 ثوانٍ، وهو ما هو نموذجي لعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص. تبلغ حماية التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان) و 100 فولت (نموذج الآلة)، مما يشير إلى ضرورة اتخاذ احتياطات التعامل القياسية.

2.2 ظروف التشغيل الموصى بها

للتشغيل الموثوق، يجب تشغيل الجهاز ضمن نطاق جهد الإمداد الموصى به من 2.4 فولت إلى 5.5 فولت، بقيمة نموذجية تبلغ 3.0 فولت. قد يؤدي التشغيل خارج هذا النطاق إلى تدهور الأداء أو الفشل في تلبية الخصائص المحددة الأخرى.

2.3 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعايير، المقاسة عند 25°C، Vcc=3V، وسعة حمل 5pF، أداء المستقبل.

• طول موجة الحساسية القصوى (λp):650 نانومتر. يكون المستقبل أكثر حساسية للضوء الأحمر عند هذا الطول الموجي.
• مسافة النقل (d):0.2 إلى 5 أمتار. هذا النطاق نموذجي للألياف الضوئية البلاستيكية القياسية.
• قدرة الاستقبال (Pc):الحد الأدنى المطلوب للقدرة الضوئية (الحساسية) هو -27 ديسيبل ميلي واط (الحد الأدنى) عند 16 ميجابت/ثانية. الحد الأقصى المسموح به لقدرة الإدخال قبل التلف أو التشويه المحتمل هو -14 ديسيبل ميلي واط. الفرق بين هذه القيم هو المدى الديناميكي.
• تيار الاستهلاك (Icc):عادة 4 مللي أمبير، بحد أقصى 12 مللي أمبير. هذا التيار المنخفض هو مفتاح لعمر البطارية.
• مستويات جهد الخرج:يوفر الخرج المتوافق مع TTL مستوى عالٍ (VOH) يبلغ عادة 2.5 فولت (الحد الأدنى 2.1 فولت) ومستوى منخفض (VOL) يبلغ عادة 0.2 فولت (الحد الأقصى 0.4 فولت).
• معايير التوقيت:أوقات الصعود والهبوط (tr, tf) تبلغ عادة 10 نانوثانية (الحد الأقصى 20 نانوثانية). تأخيرات الانتشار (tPLH, tPHL) تصل إلى 120 نانوثانية. تشوه عرض النبضة (Δtw) يقع ضمن ±25 نانوثانية، والاهتزاز (Δtj) يتراوح من 1-20 نانوثانية اعتمادًا على قدرة الإدخال.
• معدل النقل (T):يدعم إشارات عدم العودة إلى الصفر (NRZ) من 0.1 ميجابت/ثانية حتى 16 ميجابت/ثانية.

3. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات منحنيات أداء نموذجية توفر نظرة ثاقبة على السلوك تحت ظروف مختلفة.

3.1 جهد مصدر الطاقة مقابل الحد الأدنى لقدرة الاستقبال

يوضح الشكل 4 كيف تتغير الحد الأدنى لقدرة الاستقبال (الحساسية) مع جهد التشغيل. بشكل عام، قد تتحسن الحساسية قليلاً عند الفولتية الأعلى ضمن نطاق التشغيل. هذا المنحنى ضروري للمصممين لتأكيد هامش الارتباط الكافي عند التشغيل بجهود غير 3.3 فولت النموذجية.

3.2 معدل النقل مقابل الحد الأدنى لقدرة الاستقبال

يظهر الشكل 5 العلاقة بين معدل البيانات وقدرة الإدخال الضوئية المطلوبة. مع زيادة معدل البيانات، يحتاج المستقبل عادةً إلى قدرة ضوئية أكبر (ديسيبل ميلي واط أقل سلبية) للحفاظ على معدل خطأ منخفض. هذا المنحنى حاسم لتحديد أقصى مسافة يمكن تحقيقها عند معدل بيانات مرغوب أو لاختيار قدرة إرسال مناسبة.

4. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

4.1 أبعاد العبوة وتوصيل الأطراف

يأتي الجهاز في عبوة قياسية بثلاثة أطراف. وظائف الأطراف هي: الطرف 1: Vout (الخرج)، الطرف 2: GND (الأرضي)، الطرف 3: Vcc (جهد الإمداد). البعد الميكانيكي الحرج هو طول الطرف (A1)، والذي يختلف حسب نوع الجهاز (مثل PLR137، PLR137/S، PLR137/S9، إلخ.)، ويتراوح من 8.00 مم إلى 16.00 مم. جميع الأبعاد لها تسامح عام يبلغ ±0.10 مم. يجب اختيار النوع المحدد بناءً على المتطلبات الميكانيكية للموصل المضيف أو تركيب اللوحة المطبوعة.

5. إرشادات التطبيق والتصميم

5.1 دائرة التطبيق النموذجية

توفر ورقة البيانات دائرتين تطبيقيتين عامتين للتشغيل بجهد 3 فولت و 5 فولت. تتطلب كلتا الدائرتين مكونات فصل وتصفية خارجية. يجب وضع مكثف 0.1 ميكروفاراد (C1) بالقرب من طرفي Vcc و GND (ضمن 7 مم للحصول على اقتران جيد) لفصل الضوضاء عالية التردد. يمكن أن يساعد مكثف اختياري 30 بيكوفاراد (C2) عبر الخرج في تقليل الرنين. يمكن استخدام محث 47 ميكروهنري (L2) على التوالي مع مصدر الطاقة لتصفية ضوضاء إضافية. يعتمد الاختيار بين دائرة 3 فولت و 5 فولت على جهد النظام المتاح وتأرجح الخرج المطلوب.

5.2 طرق القياس

يحدد المستند الطرق القياسية لتوصيف الجهاز. يوضح الشكل 1 كيفية قياس أقصى وأدنى قدرة إدخال باستخدام دائرة تحكم، جهاز إرسال، كابل POF قياسي، ومقياس قدرة ضوئية. يظهر الشكل 2 إعداد قياس تيار الإمداد. يوضح الشكل 3 دائرة الاختبار وتعريفات جهد الخرج، ومعايير توقيت النبضة (وقت الصعود/الهبوط، تأخير الانتشار)، والاهتزاز.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 شرح الملصق والتغليف

يحتوي ملصق المنتج على عدة رموز: CPN (رقم منتج العميل)، P/N (رقم المنتج)، QTY (كمية التعبئة)، LOT No (رقم الدفعة)، ورموز مرجعية لرتب مختلفة (لا تستخدم عادةً لهذا المستقبل الرقمي). خيارات التعبئة القياسية هي 500 قطعة لكل كيس أو 2000 قطعة لكل كيس، مع 4 أكياس لكل صندوق.

7. ملاحظات الامتثال والموثوقية

تم تصميم المنتج للامتثال للوائح البيئية الرئيسية. يُذكر أنه يظل ضمن الإصدارات المتوافقة مع RoHS (تقييد المواد الخطرة)، ويتوافق مع لوائح الاتحاد الأوروبي REACH، وخالي من الهالوجين (البروم <900 جزء في المليون، الكلور <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون). هذه الامتثالات مهمة لتلبية المعايير البيئية العالمية في المنتجات الإلكترونية.

8. اعتبارات التصميم والأسئلة الشائعة

8.1 اعتبارات التصميم الرئيسية

• ميزانية الارتباط:احسب دائمًا ميزانية الارتباط بمقارنة قدرة إخراج جهاز الإرسال الخاص بك (المقترنة بالألياف) مع حساسية المستقبل عند معدل بيانات وجهد التشغيل الخاصين بك. قم بتضمين خسائر الموصلات وهامش الشيخوخة.
• فصل مصدر الطاقة:يجب وضع المكثف 0.1 ميكروفاراد بالقرب قدر الإمكان من أطراف المستقبل لضمان تشغيل مستقر وتقليل الضوضاء إلى الحد الأدنى.
• محاذاة الألياف:المحاذاة الميكانيكية المناسبة بين الألياف وكاشف الضوء في المستقبل أمر بالغ الأهمية لتعظيم القدرة الضوئية المقترنة.
• سلامة الإشارة:للتشغيل عالي السرعة بالقرب من 16 ميجابت/ثانية، ضع في اعتبارك تأثيرات الاهتزاز وتشوه عرض النبضة على هوامش التوقيت في نظامك.

8.2 الأسئلة المتكررة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني استخدام هذا المستقبل مع مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء 850 نانومتر؟

ج: لا. تم تحسين المستقبل لطول موجة حساسية قصوى يبلغ 650 نانومتر (ضوء أحمر). ستكون حساسيته أقل بكثير عند 850 نانومتر، مما قد يجعل الارتباط غير فعال.

س: ما هو أقصى معدل بيانات مدعوم؟

ج: أقصى معدل بيانات مضمون لإشارات NRZ هو 16 ميجابت/ثانية تحت الظروف المحددة. لم يتم توصيف التشغيل بمعدل يتجاوز هذا.

س: كيف أختار نوع الجهاز الصحيح (مثل PLR137/S مقابل PLR137/S9)؟

ج: يعتمد الاختيار فقط على طول الطرف المطلوب (البعد A1) لسكنك الميكانيكي المحدد أو الموصل. راجع جدول اختيار الجهاز في قسم أبعاد العبوة.

س: هل هناك حاجة لمضخم خارجي؟

ج: لا. يدمج الجهاز كاشف ضوء حساس ومضخم متحكم في العتبة على دائرة PDIC CMOS واحدة، مما يوفر خرجًا مباشرًا بمستوى TTL.

9. مبدأ التشغيل

يعمل PLR137 على مبدأ التأثير الكهروضوئي الداخلي. تضرب الفوتونات الضوئية الواردة، عادةً عند 650 نانومتر، كاشف الضوء المتكامل داخل دائرة PDIC CMOS. يولد هذا أزواجًا من الإلكترونات والثقوب، مما يؤدي إلى تيار ضوئي صغير يتناسب مع القدرة الضوئية. يتم بعد ذلك تضخيم هذا التيار ومعالجته بواسطة الدوائر المتكاملة. الميزة الرئيسية هي دائرة التحكم في العتبة المدمجة، والتي تحدد مستوى قرار للتمييز بين الحالات المنطقية '0' و '1'، مما يحسن المناعة ضد الضوضاء والاختلافات في متوسط القدرة الضوئية. الخرج النهائي هو إشارة رقمية معاد توليدها ومتوافقة مع TTL.

10. سيناريوهات التطبيق وحالات الاستخدام

واجهة الصوت الرقمية:التطبيق الأساسي هو في واجهات الصوت الرقمية Dolby AC-3، حيث يوفر رابطًا معزولًا كهربائيًا وعالي الدقة بين مكونات مثل مشغلات DVD ومستقبلات الصوت، مما يلغي حلقات التأريض والطنين.

رابط البيانات الصناعي:في أتمتة المصانع، يمكن استخدام المستقبل في شبكات الاستشعار أو روابط التحكم حيث قد تفسد مستويات عالية من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) من المحركات والمشغلات الكابلات الكهربائية.

المعدات الطبية:لرصد البيانات غير الحرجة داخل الأجهزة الطبية، يمكن أن يعزز العزل الضوئي سلامة المريض عن طريق كسر الاتصالات الجلفانية.

الإلكترونيات الاستهلاكية:استخدام محتمل في أجهزة ألعاب الفيديو المتطورة أو أنظمة VR لنقل بيانات خالي من التداخل وذو زمن انتقال منخفض بين الوحدات.