دیتاشیت سری PLR137 گیرنده فیبر نوری - رابط Photolink - 2.4-5.5 ولت - 16 مگابیت بر ثانیه - نور قرمز 650 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری PLR137 نمایانگر یک ماژول گیرنده فیبر نوری با عملکرد بالا است که برای انتقال داده‌های دیجیتال نوری طراحی شده است. این محصول به گونه‌ای مهندسی شده که سیگنال‌های نوری را به خروجی‌های الکتریکی سازگار با TTL تبدیل می‌کند و ارتباط داده‌ای قابل اطمینان را از طریق کابل‌های فیبر نوری پلاستیکی (POF) تسهیل می‌نماید. هسته این دستگاه یک مدار مجتمع آشکارساز نوری CMOS اختصاصی (PDIC) است که حساسیت بالا و مصرف توان پایین را ممکن می‌سازد. این محصول برای استفاده با منابع نور قرمز، معمولاً در طول موج حدود 650 نانومتر، بهینه‌سازی شده و آن را برای طیف وسیعی از کاربردهای رابط دیجیتال مصرفی و صنعتی که مصونیت در برابر نویز و طول عمر باتری گسترده در آنها حیاتی است، مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

سری PLR137 چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را در بازار به موقعیتی مطلوب می‌رساند. حساسیت بالای آشکارساز نوری آن، که برای نور قرمز بهینه شده، امکان فاصله‌های انتقال طولانی‌تر یا استفاده از فرستنده‌های کم‌توان‌تر را فراهم می‌آورد. مدار کنترل آستانه داخلی، حاشیه نویز را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده و یکپارچگی سیگنال را در محیط‌های دارای نویز الکتریکی بالا می‌برد. علاوه بر این، مصرف توان پایین آن یک عامل تعیین‌کننده برای دستگاه‌های قابل حمل و مبتنی بر باتری است. بازارهای هدف اصلی شامل رابط‌های صوتی دیجیتال (مانند Dolby AC-3)، لینک‌های داده صنعتی و هر کاربرد دیگری است که نیازمند یک لینک ارتباط نوری قوی، با برد کوتاه تا متوسط و مصون از تداخل الکترومغناطیسی می‌باشد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای فنی کلیدی مشخص شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد. درک این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و یکپارچه‌سازی سیستم حیاتی است.

2.1 محدوده‌های مطلق حداکثر

محدوده‌های مطلق حداکثر، حدود تنش‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. ولتاژ تغذیه (Vcc) هرگز نباید از 5.5 ولت تجاوز کند یا به زیر 0.5- ولت برسد. ولتاژ پایه خروجی نباید به بالاتر از Vcc + 0.3 ولت مجبور شود. دستگاه می‌تواند در دمای 40- تا 85 درجه سانتی‌گراد نگهداری شود اما در محدوده باریک‌تری از 20- تا 70 درجه سانتی‌گراد عمل می‌کند. یک پارامتر حیاتی برای مونتاژ، دمای لحیم‌کاری است که برای حداکثر مدت 10 ثانیه در 260 درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده که برای فرآیندهای ریفلو بدون سرب معمول است. حفاظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) 2000 ولت (مدل بدن انسان) و 100 ولت (مدل ماشین) است که نشان‌دهنده ضرورت رعایت احتیاط‌های استاندارد در هنگام جابجایی می‌باشد.

2.2 شرایط کاری توصیه شده

برای عملکرد قابل اطمینان، دستگاه باید در محدوده ولتاژ تغذیه توصیه شده 2.4 تا 5.5 ولت، با مقدار معمول 3.0 ولت، تغذیه شود. عملکرد خارج از این محدوده ممکن است منجر به تخریب عملکرد یا عدم برآورده شدن سایر مشخصات تعریف شده گردد.

2.3 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها که در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، Vcc=3 ولت و ظرفیت بار 5 پیکوفاراد اندازه‌گیری شده‌اند، عملکرد گیرنده را تعریف می‌کنند.

• طول موج حساسیت اوج (λp):650 نانومتر. گیرنده در این طول موج بیشترین حساسیت را به نور قرمز دارد.
• فاصله انتقال (d):0.2 تا 5 متر. این محدوده برای فیبر نوری پلاستیکی استاندارد معمول است.
• توان دریافتی (Pc):حداقل توان نوری مورد نیاز (حساسیت) در 16 مگابیت بر ثانیه، 27- دسی‌بل میلی‌وات (حداقل) است. حداکثر توان ورودی مجاز قبل از آسیب یا اعوجاج احتمالی، 14- دسی‌بل میلی‌وات می‌باشد. تفاوت بین این مقادیر، دینامیک رنج است.
• جریان تلفاتی (Icc):معمولاً 4 میلی‌آمپر، با حداکثر 12 میلی‌آمپر. این جریان پایین کلیدی برای طول عمر باتری است.
• سطوح ولتاژ خروجی:خروجی سازگار با TTL، سطح بالا (VOH) را معمولاً 2.5 ولت (حداقل 2.1 ولت) و سطح پایین (VOL) را معمولاً 0.2 ولت (حداکثر 0.4 ولت) ارائه می‌دهد.
• پارامترهای زمان‌بندی:زمان‌های صعود و نزول (tr, tf) معمولاً 10 نانوثانیه (حداکثر 20 نانوثانیه) هستند. تاخیرهای انتشار (tPLH, tPHL) تا 120 نانوثانیه می‌رسند. اعوجاج عرض پالس (Δtw) در محدوده ±25 نانوثانیه است و جیتر (Δtj) بسته به توان ورودی از 1 تا 20 نانوثانیه متغیر است.
• نرخ انتقال (T):از سیگنال‌های Non-Return-to-Zero (NRZ) از 0.1 مگابیت بر ثانیه تا 16 مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل منحنی‌های عملکرد معمول است که بینشی از رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهد.

3.1 ولتاژ تغذیه در مقابل حداقل توان دریافتی

شکل 4 نشان می‌دهد که حداقل توان دریافتی (حساسیت) چگونه با ولتاژ کاری تغییر می‌کند. به طور کلی، حساسیت ممکن است در ولتاژهای بالاتر در محدوده کاری، اندکی بهبود یابد. این منحنی برای طراحان ضروری است تا حاشیه لینک کافی را هنگام کار با ولتاژهایی غیر از مقدار معمول 3.3 ولت تأیید کنند.

3.2 نرخ انتقال در مقابل حداقل توان دریافتی

شکل 5 رابطه بین نرخ داده و توان نوری ورودی مورد نیاز را نشان می‌دهد. با افزایش نرخ داده، گیرنده معمولاً به توان نوری بیشتری (دسی‌بل میلی‌وات کمتر منفی) برای حفظ نرخ خطای بیت پایین نیاز دارد. این منحنی برای تعیین حداکثر فاصله قابل دستیابی در یک نرخ داده مطلوب یا برای انتخاب توان فرستنده مناسب، حیاتی است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی و پایه‌ها

دستگاه در یک بسته‌بندی استاندارد 3 پایه ارائه می‌شود. عملکرد پایه‌ها به این شرح است: پایه 1: Vout (خروجی)، پایه 2: GND (زمین)، پایه 3: Vcc (ولتاژ تغذیه). بعد مکانیکی حیاتی، طول پایه (A1) است که بسته به نوع دستگاه (مثلاً PLR137، PLR137/S، PLR137/S9 و غیره) از 8.00 میلی‌متر تا 16.00 میلی‌متر متغیر است. تمامی ابعاد دارای تلرانس کلی ±0.10 میلی‌متر هستند. نوع خاص باید بر اساس الزامات مکانیکی کانکتور میزبان یا نصب PCB انتخاب شود.

5. راهنمای کاربری و طراحی

5.1 مدار کاربردی معمول

دیتاشیت دو مدار کاربردی کلی برای کار با 3 ولت و 5 ولت ارائه می‌دهد. هر دو مدار به اجزای جداسازی و فیلتر خارجی نیاز دارند. یک خازن 0.1 میکروفاراد (C1) باید در نزدیکی پایه‌های Vcc و GND (در فاصله حداکثر 7 میلی‌متر برای کوپلینگ مناسب) قرار گیرد تا نویز فرکانس بالا جداسازی شود. یک خازن اختیاری 30 پیکوفاراد (C2) در سراسر خروجی می‌تواند به کاهش رینگینگ کمک کند. یک سلف 47 میکروهانری (L2) در سری با منبع تغذیه ممکن است برای فیلتر نویز اضافی استفاده شود. انتخاب بین مدار 3 ولت و 5 ولت به ولتاژ سیستم موجود و دامنه خروجی مطلوب بستگی دارد.

5.2 روش‌های اندازه‌گیری

سند روش‌های استاندارد برای مشخصه‌یابی دستگاه را تشریح می‌کند. شکل 1 جزئیات نحوه اندازه‌گیری حداکثر و حداقل توان ورودی را با استفاده از یک مدار کنترل، فرستنده، کابل POF استاندارد و یک متر توان نوری نشان می‌دهد. شکل 2 تنظیمات اندازه‌گیری جریان تغذیه را نشان می‌دهد. شکل 3 مدار تست و تعاریف ولتاژ خروجی، پارامترهای زمان‌بندی پالس (زمان صعود/نزول، تاخیر انتشار) و جیتر را نشان می‌دهد.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 توضیح برچسب و بسته‌بندی

برچسب محصول حاوی چندین کد است: CPN (شماره محصول مشتری)، P/N (شماره محصول)، QTY (تعداد بسته‌بندی)، LOT No (شماره لات) و کدهای مرجع برای رتبه‌های مختلف (که معمولاً برای این گیرنده دیجیتال استفاده نمی‌شود). گزینه‌های بسته‌بندی استاندارد 500 قطعه در هر کیسه یا 2000 قطعه در هر کیسه، با 4 کیسه در هر جعبه است.

7. ملاحظات انطباق و قابلیت اطمینان

محصول به گونه‌ای طراحی شده که با مقررات کلیدی محیط زیستی مطابقت داشته باشد. ذکر شده که در نسخه‌های سازگار با RoHS (محدودیت مواد خطرناک) باقی می‌ماند، با مقررات REACH اتحادیه اروپا مطابقت دارد و فاقد هالوژن است (برم <900ppm، کلر <900ppm، Br+Cl <1500ppm). این انطباق‌ها برای برآورده کردن استانداردهای محیط زیستی جهانی در محصولات الکترونیکی مهم هستند.

8. ملاحظات طراحی و پرسش‌های متداول

8.1 ملاحظات کلیدی طراحی

• بودجه لینک:همیشه بودجه لینک را با مقایسه توان خروجی فرستنده شما (کوپل شده به فیبر) با حساسیت گیرنده در نرخ داده و ولتاژ کاری خود محاسبه کنید. تلفات کانکتورها و حاشیه برای کهنگی را نیز لحاظ کنید.
• جداسازی منبع تغذیه:خازن 0.1 میکروفاراد باید تا حد امکان نزدیک به پایه‌های گیرنده قرار گیرد تا عملکرد پایدار تضمین شده و نویز به حداقل برسد.
• همترازی فیبر:همترازی مکانیکی مناسب بین فیبر و آشکارساز نوری گیرنده برای حداکثر کردن توان نوری کوپل شده حیاتی است.
• یکپارچگی سیگنال:برای عملکرد پرسرعت نزدیک به 16 مگابیت بر ثانیه، تأثیرات جیتر و اعوجاج عرض پالس بر حاشیه‌های زمان‌بندی سیستم خود را در نظر بگیرید.

8.2 پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم از این گیرنده با یک منبع نور مادون قرمز 850 نانومتر استفاده کنم؟

ج: خیر. گیرنده برای طول موج حساسیت اوج 650 نانومتر (نور قرمز) بهینه شده است. حساسیت آن در 850 نانومتر به طور قابل توجهی پایین‌تر خواهد بود و ممکن است لینک را غیرفعال کند.

س: حداکثر نرخ داده پشتیبانی شده چقدر است؟

ج: حداکثر نرخ داده تضمین شده برای سیگنال‌دهی NRZ تحت شرایط مشخص شده، 16 مگابیت بر ثانیه است. عملکرد فراتر از این نرخ مشخصه‌یابی نشده است.

س: چگونه نوع صحیح دستگاه (مثلاً PLR137/S در مقابل PLR137/S9) را انتخاب کنم؟

ج: انتخاب صرفاً بر اساس طول پایه مورد نیاز (بعد A1) برای محفظه مکانیکی یا کانکتور خاص شما صورت می‌گیرد. به جدول انتخاب دستگاه در بخش ابعاد بسته‌بندی مراجعه کنید.

س: آیا به یک تقویت کننده خارجی نیاز است؟

ج: خیر. دستگاه یک آشکارساز نوری حساس و یک تقویت کننده کنترل شده با آستانه را بر روی یک PDIC CMOS مجتمع کرده و یک خروجی مستقیم در سطح TTL ارائه می‌دهد.

9. اصل عملکرد

PLR137 بر اساس اصل اثر فوتوالکتریک داخلی عمل می‌کند. فوتون‌های نور ورودی، معمولاً در 650 نانومتر، به آشکارساز نوری مجتمع درون PDIC CMOS برخورد می‌کنند. این امر جفت‌های الکترون-حفره ایجاد کرده و منجر به یک جریان فوتو کوچک متناسب با توان نوری می‌شود. این جریان سپس توسط مدارات مجتمع تقویت و پردازش می‌شود. یک ویژگی کلیدی، مدار کنترل آستانه داخلی است که یک سطح تصمیم‌گیری برای تشخیص حالت‌های منطقی '0' و '1' تعیین می‌کند و مصونیت در برابر نویز و تغییرات در توان نوری متوسط را بهبود می‌بخشد. خروجی نهایی یک سیگنال دیجیتال بازتولید شده و سازگار با TTL است.

10. سناریوها و موارد کاربردی

رابط صوتی دیجیتال:یک کاربرد اصلی در رابط‌های صوتی دیجیتال Dolby AC-3 است، جایی که یک لینک با کیفیت بالا و ایزوله الکتریکی بین قطعاتی مانند پخش‌کننده‌های DVD و گیرنده‌های صوتی فراهم می‌کند و حلقه‌های زمینی و هوم را حذف می‌نماید.

لینک داده صنعتی:در اتوماسیون کارخانه، گیرنده می‌تواند در شبکه‌های سنسور یا لینک‌های کنترلی استفاده شود که در آن سطوح بالای تداخل الکترومغناطیسی (EMI) از موتورها و درایوها، کابل‌های الکتریکی را تخریب می‌کند.

تجهیزات پزشکی:برای نظارت بر داده‌های غیرحیاتی درون دستگاه‌های پزشکی، ایزولاسیون نوری می‌تواند با قطع اتصالات گالوانیکی، ایمنی بیمار را افزایش دهد.

الکترونیک مصرفی:استفاده بالقوه در کنسول‌های بازی رده بالا یا سیستم‌های VR برای انتقال داده بدون تاخیر و عاری از تداخل بین ماژول‌ها.