PLR137シリーズ 光ファイバ受信モジュール データシート - Photolinkインターフェース - 2.4-5.5V - 16Mbps - 650nm赤色光

1. 製品概要

PLR137シリーズは、デジタル光データ伝送向けに設計された高性能光ファイバ受信モジュールです。光信号を電気的なTTL互換出力に変換し、プラスチック光ファイバ（POF）ケーブルを介した信頼性の高いデータ通信を実現します。本デバイスのコアは、独自のCMOS光検出集積回路（PDIC）であり、高感度と低消費電力を可能にしています。本製品は、主に650nm波長帯の赤色光源での使用に最適化されており、ノイズ耐性と長いバッテリ寿命が重要な、様々な民生用および産業用デジタルインターフェースアプリケーションに適しています。

1.1 中核的優位性とターゲット市場

PLR137シリーズは、市場での優位性を確立するいくつかの主要な利点を提供します。赤色光に最適化された高感度光検出器により、より長い伝送距離の実現、または低出力の送信機の使用が可能となります。内蔵されたしきい値制御回路はノイズマージンを大幅に改善し、電気的にノイズの多い環境での信号の完全性を高めます。さらに、その低消費電力は、携帯機器やバッテリ駆動デバイスにとって決定的な要素です。主なターゲット市場には、デジタルオーディオインターフェース（ドルビーAC-3など）、産業用データリンク、および電磁干渉の影響を受けない堅牢な中短距離光通信リンクを必要とするあらゆるアプリケーションが含まれます。

2. 詳細技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定されている主要な技術パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計とシステム統合にとって極めて重要です。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。電源電圧（Vcc）は、5.5Vを超えたり、-0.5Vを下回ったりしてはなりません。出力ピンの電圧は、Vcc + 0.3V以上に強制してはなりません。デバイスは-40°Cから85°Cの温度で保管できますが、動作範囲は-20°Cから70°Cの狭い範囲内です。実装における重要なパラメータは、はんだ付け温度であり、最大10秒間260°Cと定格されており、これは鉛フリーリフロー工程に典型的な値です。静電気放電（ESD）保護は2000V（人体モデル）および100V（機械モデル）であり、標準的な取り扱い上の注意が必要であることを示しています。

2.2 推奨動作条件

信頼性の高い動作のためには、デバイスは推奨される電源電圧範囲である2.4Vから5.5V（標準値3.0V）以内で給電する必要があります。この範囲外で動作すると、性能の低下や他の規定特性を満たさなくなる可能性があります。

2.3 電気光学特性

これらのパラメータは、25°C、Vcc=3V、負荷容量5pFの条件下で測定され、受信機の性能を定義します。

• ピーク感度波長（λp）：650 nm。受信機はこの波長の赤色光に対して最も感度が高くなっています。
• 伝送距離（d）：0.2 ～ 5 メートル。この範囲は、標準的なプラスチック光ファイバに典型的です。
• 受信光パワー（Pc）：16 Mbpsにおける最小必要光パワー（感度）は-27 dBm（最小値）です。損傷や歪みが生じる可能性のある最大許容入力光パワーは-14 dBmです。これらの値の差がダイナミックレンジとなります。
• 消費電流（Icc）：標準値4 mA、最大12 mA。この低電流はバッテリ寿命にとって重要です。
• 出力電圧レベル：TTL互換出力は、標準値2.5V（最小2.1V）のハイレベル（VOH）と、標準値0.2V（最大0.4V）のローレベル（VOL）を提供します。
• タイミングパラメータ：立ち上がり時間と立ち下がり時間（tr, tf）は標準値10 ns（最大20 ns）です。伝搬遅延時間（tPLH, tPHL）は最大120 nsです。パルス幅歪み（Δtw）は±25 ns以内、ジッタ（Δtj）は入力光パワーに応じて1-20 nsの範囲です。
• 伝送速度（T）：0.1 Mbpsから16 Mbpsまでの非復帰ゼロ（NRZ）信号をサポートします。

3. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下での動作に関する洞察を提供する代表的な性能曲線が含まれています。

3.1 電源電圧 vs. 最小受信感度

図4は、動作電圧の変化に伴う最小受信光パワー（感度）の変化を示しています。一般的に、動作範囲内では、より高い電圧で感度がわずかに向上する可能性があります。この曲線は、標準的な3.3V以外の電圧で動作する際に、十分なリンクマージンを確認するために設計者にとって不可欠です。

3.2 伝送速度 vs. 最小受信感度

図5は、データレートと必要な光入力パワーの関係を示しています。データレートが増加すると、受信機は通常、低いビット誤り率を維持するためにより多くの光パワー（より負の値が小さいdBm）を必要とします。この曲線は、所望のデータレートで達成可能な最大距離を決定したり、適切な送信機出力を選択したりするために重要です。

4. 機械的仕様とパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法とピン配置

本デバイスは、標準的な3ピンパッケージで提供されます。ピン機能は以下の通りです：ピン1: Vout（出力）、ピン2: GND（グランド）、ピン3: Vcc（電源電圧）。重要な機械的寸法はピン長（A1）であり、デバイスのバリアント（例：PLR137、PLR137/S、PLR137/S9など）によって異なり、8.00 mmから16.00 mmの範囲です。全ての寸法の一般公差は±0.10 mmです。特定のバリアントは、ホストコネクタまたはPCB実装の機械的要件に基づいて選択する必要があります。

5. アプリケーションと設計ガイドライン

5.1 代表的なアプリケーション回路

データシートには、3Vおよび5V動作のための2つの一般的なアプリケーション回路が記載されています。どちらの回路も外部のデカップリングおよびフィルタリング部品を必要とします。高周波ノイズを除去するため、0.1µFのコンデンサ（C1）はVccピンとGNDピンのできるだけ近く（良好な結合のため7mm以内）に配置する必要があります。出力間にオプションの30pFコンデンサ（C2）を接続することで、リンギングの低減に役立ちます。電源と直列に47µHのインダクタ（L2）を追加することで、さらなるノイズフィルタリングが可能です。3V回路と5V回路の選択は、利用可能なシステム電圧と所望の出力振幅に依存します。

5.2 測定方法

本ドキュメントでは、デバイスの特性評価のための標準的な方法を概説しています。図1は、制御回路、送信機、標準POFケーブル、および光パワーメータを使用して最大および最小入力光パワーを測定する方法を詳細に説明しています。図2は、供給電流を測定するためのセットアップを示しています。図3は、出力電圧、パルスタイミングパラメータ（立ち上がり/立ち下がり時間、伝搬遅延）、およびジッタのテスト回路と定義を示しています。

6. 梱包と発注情報

6.1 ラベル説明と梱包

製品ラベルには、いくつかのコードが含まれています：CPN（顧客品番）、P/N（品番）、QTY（梱包数量）、LOT No（ロット番号）、および各種ランクの参照コード（このデジタル受信機では通常使用されません）。標準的な梱包オプションは、袋あたり500個または袋あたり2000個で、箱あたり4袋です。

7. 適合性と信頼性に関する注記

本製品は、主要な環境規制に準拠するように設計されています。RoHS（有害物質の使用制限）準拠版の範囲内に留まること、EU REACH規制に準拠すること、およびハロゲンフリー（臭素<900ppm、塩素<900ppm、Br+Cl<1500ppm）であることが記載されています。これらの適合性は、電子製品における世界的な環境基準を満たすために重要です。

8. 設計上の考慮点とFAQ

8.1 主要な設計上の考慮点

• リンクバジェット：常に、送信機の出力パワー（ファイバに結合されたもの）と、動作データレートおよび電圧における受信機の感度を比較してリンクバジェットを計算してください。コネクタ損失と経年劣化のマージンを含めてください。
• 電源デカップリング：0.1µFのコンデンサは、安定した動作を確保し、ノイズを最小限に抑えるために、受信機のピンにできるだけ近くに配置する必要があります。
• ファイバアライメント：ファイバと受信機の光検出器との適切な機械的アライメントは、結合光パワーを最大化するために極めて重要です。
• 信号の完全性：16 Mbpsに近い高速動作では、ジッタとパルス幅歪みがシステムのタイミングマージンに及ぼす影響を考慮してください。

8.2 よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: この受信機を850nmの赤外線光源と一緒に使用できますか？

A: いいえ。受信機はピーク感度波長650nm（赤色光）に最適化されています。850nmでは感度が大幅に低下し、リンクが機能しない可能性があります。

Q: サポートされる最大データレートは何ですか？

A: 規定条件下でのNRZ信号伝送における保証された最大データレートは16 Mbpsです。このレートを超える動作については特性評価されていません。

Q: 正しいデバイスバリアント（例：PLR137/S 対 PLR137/S9）をどのように選択すればよいですか？

A: 選択は、特定の機械的ハウジングまたはコネクタに必要なピン長（A1寸法）のみに基づきます。パッケージ寸法セクションのデバイス選択表を参照してください。

Q: 外部増幅器は必要ですか？

A: いいえ。本デバイスは、高感度の光検出器としきい値制御増幅器を単一のCMOS PDICに統合しており、直接TTLレベルの出力を提供します。

9. 動作原理

PLR137は、内部光電効果の原理に基づいて動作します。通常650nmの入射光子が、CMOS PDIC内の集積光検出器に衝突します。これにより電子-正孔対が生成され、光パワーに比例した小さな光電流が発生します。この電流は、その後、集積回路によって増幅および処理されます。重要な特徴は、内蔵されたしきい値制御回路であり、論理0と1の状態を区別するための決定レベルを設定し、ノイズや平均光パワーの変動に対する耐性を向上させます。最終的な出力は、再生されたTTL互換のデジタル信号です。

10. アプリケーションシナリオとユースケース

デジタルオーディオインターフェース：主なアプリケーションの一つは、ドルビーAC-3デジタルオーディオインターフェースであり、DVDプレーヤーとオーディオレシーバーなどのコンポーネント間の電気的に絶縁された高忠実度リンクを提供し、グランドループやハムノイズを排除します。

産業用データリンク：ファクトリーオートメーションでは、モーターやドライブからの高レベルの電磁干渉（EMI）が電気ケーブルに悪影響を及ぼす可能性のある、センサーネットワークや制御リンクで本受信機を使用できます。

医療機器：医療機器内の非クリティカルなデータ監視において、光絶縁は電気的接続を断つことで患者の安全性を向上させることができます。

民生用電子機器：高級ゲーム機やVRシステムにおいて、モジュール間の低遅延かつ干渉のないデータ転送に使用される可能性があります。