ITR8307/F43 반사형 광학 센서 데이터시트 - 적외선 LED 및 포토트랜지스터 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ITR8307/F43은 단거리 물체 감지를 위해 설계된 소형 표면 실장 반사형 광학 센서입니다. 단일 플라스틱 패키지 내에 적외선 발광 다이오드(IR-LED)와 고감도 NPN 실리콘 포토트랜지스터를 통합하고 있습니다. 주요 기능은 LED에서 적외선을 방출하고 포토트랜지스터로 반사되어 돌아오는 빛의 양을 측정하여 물체의 유무를 감지하는 것입니다.

이 장치의 핵심 장점은 빠른 응답 시간, 적외선에 대한 높은 감도, 그리고 가시광선 간섭을 걸러내어 신뢰할 수 있는 동작을 보장하는 능력을 포함합니다. 얇고 컴팩트한 폼 팩터는 소비자 가전 및 마이크로컴퓨터 제어 장비에서 공간이 제한된 응용 분야에 적합합니다.

이 장치는 무연(Pb-free)으로 제조되었으며, EU REACH 규정을 준수하고, 할로겐 프리 표준(Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)을 준수합니다. 또한 RoHS 지침의 사양 내에 있도록 설계되었습니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 입력(IR-LED) 전력 소산 (Pd):자유 공기 온도 25°C 이하에서 75 mW. 이를 초과하면 LED 접합부가 과열될 수 있습니다.
• LED 역전압 (VR):5 V. 더 높은 역전압을 가하면 항복이 발생할 수 있습니다.
• LED 순방향 전류 (IF):연속 50 mA. 피크 순방향 전류(IFP)는 10 ms 주기, 100 µs 폭의 펄스에 대해 1 A입니다.
• 출력(포토트랜지스터) 콜렉터 전력 소산 (PC):75 mW.
• 콜렉터 전류 (IC):최대 50 mA.
• 콜렉터-이미터 전압 (V_CEO):30 V. 이는 베이스가 개방된 상태에서 콜렉터와 이미터 사이에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 동작 온도 (T_opr):-25°C ~ +85°C. 장치는 이 주변 온도 범위 내에서 기능합니다.
• 보관 온도 (T_stg):-30°C ~ +100°C.
• 리드 솔더링 온도 (T_sol):최대 5초 동안 260°C. 이는 웨이브 또는 리플로우 솔더링 공정에 매우 중요합니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 Ta=25°C에서 측정되며, 장치의 대표적인 성능을 정의합니다.

• LED 순방향 전압 (V_F):일반적으로 1.2 V, 순방향 전류(I_F) 20 mA에서 최대 1.6 V. 이는 전류 제한 구동 회로 설계에 중요합니다.
• LED 피크 파장 (λ_P):940 nm. 이는 IR-LED가 가장 많은 광 출력을 방출하는 파장으로, 실리콘 포토트랜지스터의 최대 감도 파장과 일치합니다.
• 포토트랜지스터 암전류 (I_CEO):조명 없음(E_CE=0), V_e=10V 조건에서 최대 100 nA. 이는 센서가 '꺼진' 상태일 때의 누설 전류로, 양호한 신호 대 잡음비를 위해 최소화되어야 합니다.
• 콜렉터 전류 (I_C(ON)):V_CE=5V, I_F=20mA 테스트 조건에서 최소 0.1 mA. 이는 LED가 활성화되고 물체가 감지 범위 내에 있을 때 생성되는 광전류입니다.
• 상승/하강 시간 (t_r, t_f):각각 일반적으로 20 µs. 이는 포토트랜지스터의 스위칭 속도를 정의하며, 고속으로 움직이는 물체 감지 또는 일부 응용 분야에서 고속 데이터 전송에 중요합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 다양한 조건에서의 장치 동작을 더 깊이 이해할 수 있는 여러 특성 곡선이 포함되어 있습니다. 특정 그래프는 여기에 재현되지 않았지만, 그들의 일반적인 의미를 설명합니다.

3.1 IR-LED 특성

적외선 발광체에 대한 곡선은 일반적으로 순방향 전압과 순방향 전류 사이의 비선형 관계(I-V 곡선)를 보여줍니다. 또한 상대 복사 강도 대 순방향 전류를 나타내어 광 출력이 구동 전류에 따라 어떻게 증가하는지, 그리고 주변 온도가 이 출력에 미치는 영향(일반적으로 온도 상승에 따라 감소)을 보여줍니다.

3.2 포토트랜지스터 특성

수신기에 대한 곡선은 일반적으로 다양한 조도(광 입력 전력) 수준에 대한 콜렉터 전류 대 콜렉터-이미터 전압을 나타냅니다. 이 곡선군은 바이폴라 트랜지스터의 출력 특성과 유사하며, 조도가 베이스 전류와 같은 역할을 합니다. 다른 곡선은 반사 표면까지의 거리 또는 LED 구동 전류에 대한 콜렉터 전류를 보여주어 센서의 전달 함수를 정의할 수 있습니다.

3.3 통합 센서 특성

이 곡선들은 완전한 센서 어셈블리의 성능을 나타냅니다. 핵심 그래프는 고정된 LED 전류에 대해 표준 반사 표면(종종 흰색 카드)까지의 거리에 대한 콜렉터 전류입니다. 이 곡선은 유효 감지 범위와 거리에 따른 비선형 응답을 정의하며, 이는 임계값 감지 설계에 매우 중요합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

이 장치는 컴팩트한 표면 실장 패키지로 제공됩니다. 정확한 치수는 데이터시트의 패키지 도면에 제공됩니다. 도면의 주요 참고사항은 달리 명시되지 않는 한 모든 치수는 밀리미터 단위이며 일반 공차는 ±0.15 mm임을 지정합니다. IR-LED와 포토트랜지스터의 나란한 배치는 반사 감지에 최적화되어 있습니다. 패키지에는 PCB 조립 중 올바른 방향을 보장하기 위한 극성 표시가 포함되어 있습니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

리드 솔더링 온도의 절대 최대 정격은 5초 동안 260°C입니다. 이 파라미터는 플라스틱 패키지나 내부 와이어 본드에 손상을 방지하기 위해 리플로우 또는 웨이브 솔더링 공정 중에 엄격히 준수해야 합니다. 무연 솔더링을 위한 표준 IPC/JEDEC J-STD-020 프로파일이 일반적으로 적용 가능하지만, 피크 온도와 액상선 이상에서의 시간은 제어되어야 합니다. 솔더링 전 장시간 고습도에 노출되는 것을 피해야 하며, 특정 MSL 분류가 제공된 내용에 명시되지 않았더라도 표준 수분 민감도 레벨(MSL) 처리 절차를 권장합니다.

6. 포장 및 주문 정보

표준 포장은 다음과 같습니다:

1. 튜브당 160개.
2. 내부 카톤당 18튜브.
3. 마스터(외부) 카톤당 12개의 내부 카톤.

포장의 라벨에는 고객 생산 번호(CPN), 생산 번호(P/N), 포장 수량(QTY), 등급(CAT), 피크 파장(HUE), 참조(REF), 로트 번호(LOT No.), 생산 장소 필드가 포함됩니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

데이터시트는 여러 고전적인 응용 분야를 나열합니다: 카메라(예: 필름 또는 테이프 존재 감지), VCR, 플로피 디스크 드라이브, 카세트 테이프 레코더, 다양한 마이크로컴퓨터 제어 장비. 현대 응용 분야에는 프린터의 용지 감지, 자판기의 동전 감지, 에지 센싱, 물체 계수, 비접촉 감지가 필요한 소비자 기기에서의 근접 감지 등이 포함됩니다.

7.2 설계 시 고려사항

• 전류 제한:IR-LED와 함께 직렬 저항기를 사용하여 순방향 전류(I_F)를 안전한 값(일반적으로 표준 동작을 위해 20 mA)으로 제한해야 하며, 이는 공급 전압과 LED의 순방향 전압(V_F)을 사용하여 계산됩니다.
• 부하 저항기:포토트랜지스터 출력은 콜렉터와 양극 공급 전원 사이에 연결된 풀업 또는 부하 저항기(R_L)가 필요합니다. 그 값은 출력 전압 스윙과 응답 속도를 결정합니다. 더 작은 저항기는 더 빠른 응답을 제공하지만 감도가 낮아집니다(전압 변화가 작음).
• 주변광 내성:이 장치는 가시광선을 차단하지만, 강한 주변 적외선 광원(햇빛, 백열등)은 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 기계적 차폐, 광학 필터 또는 변조/복조 기술(LED를 펄싱하고 출력을 동기적으로 읽기)을 사용하면 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
• 반사율:감지 범위와 신호 강도는 목표 물체의 반사율, 색상 및 표면 질감에 크게 의존합니다. 보정 또는 조정 가능한 임계값이 필요할 수 있습니다.

8. 기술 비교

ITR8307/F43은 특정한 기능 세트를 제공합니다. 더 단순한 포토트랜지스터나 포토다이오드와 비교할 때, 반사 감지를 위한 통합되고 정렬된 솔루션을 제공합니다. 내장 로직이 있는 현대적인 디지털 출력 센서와 비교할 때, 이는 신호 조정을 위한 외부 회로가 필요한 아날로그 부품으로, 더 큰 설계 유연성을 제공하지만 더 복잡합니다. 주요 차별화 요소는 컴팩트한 크기, 빠른 응답 시간(20 µs), 환경 규정(RoHS, REACH, 할로겐 프리) 준수입니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 일반적인 감지 거리는 얼마입니까?

A: 데이터시트는 목표물의 반사율과 LED 구동 전류에 크게 의존하기 때문에 최대 거리를 명시하지 않습니다. I_C(ON)에 대한 테스트 조건은 1mm 간격을 사용하여 매우 단거리 감지에 최적화되었음을 나타냅니다. 실제 범위는 일반적으로 몇 밀리미터에서 몇 센티미터입니다.

Q: LED를 전압원으로 직접 구동할 수 있습니까?

A: 아니요. LED는 과열 및 과전류로 인한 파괴를 방지하기 위해 거의 항상 직렬 저항기로 구현되는 전류 제한 소스로 구동되어야 합니다.

Q: 출력을 마이크로컨트롤러에 어떻게 연결합니까?

A: 포토트랜지스터 콜렉터 출력은 반사광에 따라 변하는 아날로그 전압입니다. 정밀 측정을 위해 마이크로컨트롤러의 아날로그-디지털 변환기(ADC) 핀에 연결하거나, 비교기 회로를 통해 GPIO 핀용 디지털 온/오프 신호를 생성할 수 있습니다.

Q: '가시광선 차단' 기능의 목적은 무엇입니까?

A: 포토트랜지스터는 주로 페어링된 LED의 940 nm 적외선에 민감하고 가시광선에는 덜 민감하도록 설계되었습니다. 이는 주변 실내 조명 변화로 인한 오작동을 줄입니다.

10. 실제 사용 사례

사례: 데스크탑 프린터의 용지 끝 감지

센서는 프린터 내부에 용지 경로를 향해 장착됩니다. 반사 플래그 또는 용지 자체가 목표물 역할을 합니다. 용지가 있으면 적외선이 포토트랜지스터로 반사되어 높은 콜렉터 전류와 낮은 출력 전압(풀업 저항기를 사용하는 경우)을 생성합니다. 용지가 떨어지면 반사가 중단되고 포토트랜지스터가 꺼지며 출력 전압이 높아집니다. 이 전압 전이는 프린터의 제어 로직에 의해 감지되어 사용자에게 "용지 없음" 경고를 트리거합니다. 빠른 응답 시간은 높은 용지 공급 속도에서도 감지를 보장합니다.

11. 동작 원리

ITR8307/F43은 변조된 빛 반사의 원리로 동작합니다. 내부 GaAs 적외선 LED는 전류를 적외선(940 nm)으로 변환합니다. 이 빛은 목표 영역을 향해 방출됩니다. 감지 영역 내에 물체가 있으면 이 빛의 일부가 반사되어 돌아옵니다. 통합된 NPN 실리콘 포토트랜지스터가 수신기 역할을 합니다. 반사된 적외선의 광자가 포토트랜지스터의 베이스-콜렉터 접합부에 충돌하면 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이 광생성 전류는 베이스 전류 역할을 하며, 트랜지스터의 이득에 의해 증폭되어 훨씬 더 큰 콜렉터 전류(I_C)를 생성합니다. 이 콜렉터 전류의 크기는 반사된 적외선의 강도에 비례하며, 이는 다시 물체의 거리와 반사율에 따라 달라집니다. 이 출력 전류(또는 부하 저항기 양단의 전압)를 측정함으로써 물체의 존재, 부재 또는 심지어 대략적인 거리를 판단할 수 있습니다.

12. 기술 트렌드

ITR8307/F43과 같은 반사형 광학 센서는 성숙하고 신뢰할 수 있는 기술을 나타냅니다. 이 분야의 현재 트렌드에는 패키지의 추가 소형화, 센서를 아날로그 프런트엔드 회로(증폭기, ADC) 및 디지털 로직(I2C/SPI 인터페이스)과 통합하여 단일 칩 솔루션으로 만드는 것(외부 부품 수 감소)이 포함됩니다. 또한 배터리 구동 장치를 위한 더 낮은 전력 소비와 배경광 제거 및 거리 측정을 위한 향상된 알고리즘에 초점을 맞추고 있습니다. 이 장치가 해결하는 환경 규정 준수(친환경) 부품에 대한 수요는 계속해서 전자 산업의 강력한 동인이 되고 있습니다.

13. 면책 조항 및 중요 참고사항

데이터시트 내용을 바탕으로, 사용자에게 다음과 같은 면책 조항과 참고사항이 중요합니다:

1. 제조사는 제품 재료 구성을 조정할 권리를 보유합니다.
2. 제품은 출하일로부터 12개월 동안 공개된 사양을 충족합니다.
3. 그래프와 대표값은 참고용이며, 보장된 최소 또는 최대 한계를 나타내지 않습니다.
4. 사용자는 절대 최대 정격 내에서 장치를 동작시킬 책임이 있습니다. 제조사는 오용으로 인한 손상에 대해 책임을 지지 않습니다.
5. 데이터시트 내용은 저작권이 있습니다; 복제는 사전 동의가 필요합니다.
6. 중요 경고:이 제품은사용할 수 없습니다군사, 항공기, 자동차, 의료, 생명 유지 또는 생명 구조 장비를 포함한 안전-중요 응용 분야에서. 이러한 응용 분야에서는 명시적인 승인이 필요합니다.