Dokumen Teknikal PD333-3B/L4 - Fotodiod PIN Silikon 5mm dengan Semi-Lensa - Pakej Hitam

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD333-3B/L4 ialah fotodiod PIN silikon berkelajuan tinggi dan sensitiviti tinggi yang dibungkus dalam pakej plastik silinder pandangan sisi. Ciri utamanya ialah pakej epoksi bersepadu yang juga berfungsi sebagai penapis inframerah (IR), menjadikannya sepadan secara spektrum dengan pemancar IR biasa. Integrasi ini memudahkan reka bentuk optik dengan mengurangkan keperluan untuk komponen penapis luaran. Peranti ini direka untuk aplikasi yang memerlukan masa tindak balas pantas dan pengesanan cahaya inframerah yang boleh dipercayai, terutamanya dalam julat panjang gelombang 940nm.

Kelebihan utama termasuk masa tindak balas pantas, fotosensitiviti tinggi, dan kapasitans simpang kecil, yang penting untuk integriti isyarat dalam aplikasi berkelajuan tinggi. Komponen ini mematuhi peraturan RoHS dan EU REACH, dan dihasilkan menggunakan proses bebas plumbum, selaras dengan piawaian alam sekitar dan keselamatan moden untuk komponen elektronik.

2. Penerangan Mendalam Parameter Teknikal

Peranti ini dinilai untuk beroperasi dalam had persekitaran dan elektrik tertentu untuk memastikan kebolehpercayaan dan mencegah kerosakan. Voltan songsang maksimum (VR) ialah 32V. Penarafan penyahkuasa kuasa (Pd) ialah 150mW. Komponen ini boleh menahan suhu pateri lead (Tsol) sehingga 260°C untuk tempoh tidak melebihi 5 saat, yang serasi dengan proses pateri reflow standard. Julat suhu operasi (Topr) adalah dari -40°C hingga +85°C, dan julat suhu penyimpanan (Tstg) adalah dari -40°C hingga +100°C, menunjukkan prestasi teguh dalam pelbagai keadaan.

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik

Prestasi fotodiod dicirikan di bawah keadaan standard (Ta=25°C). Lebar jalur spektrumnya (λ0.5) adalah dari 840nm hingga 1100nm, dengan sensitiviti puncak (λp) pada 940nm. Ini menjadikannya sesuai untuk digunakan dengan LED IR 940nm. Parameter elektrik utama termasuk voltan litar terbuka (VOC) tipikal 0.42V apabila diterangi dengan 5mW/cm² pada 940nm, dan arus litar pintas (ISC) tipikal 10µA di bawah pencahayaan 1mW/cm² pada 940nm.

Arus cahaya songsang (IL), iaitu fotocarus yang dijana di bawah pincang songsang, adalah tipikal 12µA (VR=5V, Ee=1mW/cm², λp=940nm). Arus gelap (Id), parameter kritikal untuk sensitiviti cahaya rendah, ditetapkan maksimum 10nA (VR=10V). Voltan pecah songsang (BVR) mempunyai minimum 32V dan nilai tipikal 170V. Kapasitans terminal keseluruhan (Ct) adalah tipikal 5pF pada VR=5V dan 1MHz, nilai rendah yang menyumbang kepada keupayaan berkelajuan tinggi peranti.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen teknikal menyediakan beberapa lengkung ciri yang menggambarkan tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan. Graf ini penting untuk jurutera reka bentuk meramal prestasi dalam aplikasi dunia sebenar di luar keadaan ujian standard.

3.1 Ciri-Ciri Terma dan Optik

Rajah 1 menunjukkan hubungan antara penyahkuasa kuasa yang dibenarkan dan suhu ambien. Apabila suhu meningkat, penyahkuasa kuasa maksimum yang dibenarkan berkurangan secara linear, ciri penyahkadar standard untuk peranti semikonduktor. Rajah 2 menggambarkan lengkung sensitiviti spektrum, mengesahkan tindak balas puncak pada 940nm dan titik potong yang ditakrifkan pada 840nm dan 1100nm di mana sensitiviti jatuh kepada separuh nilai puncaknya.

3.2 Arus vs. Pencahayaan dan Suhu

Rajah 3 menggambarkan bagaimana arus gelap (Id) meningkat secara eksponen dengan peningkatan suhu ambien. Ini adalah sifat asas simpang semikonduktor dan kritikal untuk aplikasi yang beroperasi pada suhu tinggi, kerana peningkatan arus gelap meningkatkan paras hingar. Rajah 4 menunjukkan hubungan linear antara arus cahaya songsang (IL) dan sinaran (Ee), menunjukkan penjanaan fotocarus yang boleh diramal dan linear fotodiod.

3.3 Kapasitans dan Masa Tindak Balas

Rajah 5 memplot kapasitans terminal terhadap voltan songsang. Kapasitans berkurangan dengan peningkatan pincang songsang, tingkah laku tipikal fotodiod PIN. Kapasitans lebih rendah membolehkan masa tindak balas lebih pantas. Rajah 6 menunjukkan hubungan antara masa tindak balas dan rintangan beban. Masa tindak balas meningkat dengan rintangan beban yang lebih tinggi disebabkan oleh pemalar masa RC yang dibentuk oleh kapasitans simpang dan beban luaran. Untuk aplikasi berkelajuan tinggi, perintang beban nilai rendah (contohnya, 50Ω) biasanya digunakan, walaupun ini mengorbankan amplitud isyarat untuk kelajuan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

PD333-3B/L4 datang dalam pakej silinder pandangan sisi. Badan pakej itu sendiri berwarna hitam, yang membantu mengurangkan pantulan dalaman dan gangguan cahaya sesat. Reka bentuk "semi-lensa" membantu memfokuskan cahaya masuk ke kawasan silikon aktif, meningkatkan sensitiviti berkesan. Dimensi pakej terperinci disediakan dalam dokumen teknikal, dengan semua ukuran dalam milimeter. Toleransi kritikal untuk penempatan mekanikal biasanya ±0.25mm. Orientasi pandangan sisi amat berguna untuk aplikasi di mana laluan cahaya selari dengan permukaan PCB, seperti dalam sensor slot atau sistem pengesanan tepi.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Komponen ini sesuai untuk proses pemasangan PCB standard. Had maksimum mutlak untuk suhu pateri lead ialah 260°C. Adalah penting bahawa masa pateri pada suhu ini tidak melebihi 5 saat untuk mencegah kerosakan pada pakej plastik atau die semikonduktor dalaman. Profil pateri reflow IR standard atau pateri gelombang yang digunakan untuk pemasangan bebas plumbum umumnya boleh digunakan. Pengendalian yang betul untuk mengelakkan pencemaran permukaan lensa adalah penting untuk mengekalkan prestasi optik. Penyimpanan harus dalam julat suhu yang ditetapkan dari -40°C hingga +100°C dalam persekitaran kering.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Spesifikasi pembungkusan standard ialah 500 keping setiap beg, 5 beg setiap kotak, dan 10 kotak setiap karton. Pembungkusan pukal ini adalah tipikal untuk barisan pemasangan automatik. Label pada pembungkusan termasuk maklumat kritikal untuk kebolehjejakan dan pengesahan: Nombor Pengeluaran Pelanggan (CPN), Nombor Pengeluaran (P/N), Kuantiti Pembungkusan (QTY), pangkat kualiti (CAT), panjang gelombang puncak (HUE), kod rujukan (REF), dan Nombor Lot pembuatan. Bulan pengeluaran juga ditunjukkan. Pengguna harus merujuk silang maklumat label dengan rekod dalaman mereka dan spesifikasi dokumen teknikal.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

PD333-3B/L4 amat sesuai untuk beberapa aplikasi utama. Sebagai

pengesan foto berkelajuan tinggi, ia boleh digunakan dalam pautan komunikasi data menggunakan cahaya inframerah, pengimbas kod bar, atau sistem pengesanan denyut. Integrasinya ke dalamkameraboleh untuk sistem bantuan autofokus atau pengukuran cahaya. Dalamsuis optoelektronik, ia membentuk separuh penerima pemutus optik atau sensor reflektif, biasa ditemui dalam pencetak, pengekod, dan langsir keselamatan. Penggunaannya dalamVCR dan kamera videosecara sejarah berkaitan dengan sensor hujung pita atau penerima kawalan jauh, walaupun prinsip serupa digunakan untuk elektronik pengguna moden.7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

Apabila mereka bentuk dengan fotodiod ini, beberapa faktor mesti dipertimbangkan. Untuk

pincang, ia biasanya dikendalikan dalam pincang songsang (mod fotokonduktif) untuk meningkatkan kelajuan dan lineariti, walaupun mod fotovoltaik (pincang sifar) boleh digunakan untuk aplikasi hingar rendah. Pilihanpenguat operasidalam litar penguat transimpedans (TIA) adalah kritikal; ia mesti mempunyai arus pincang input rendah dan hingar rendah untuk mengelakkan kemerosotan isyarat dari fotodiod arus gelap rendah. Sifatpenapisan IRpakej adalah bermanfaat tetapi pereka mesti memastikan panjang gelombang sumber (contohnya, 940nm) sejajar dengan sensitiviti puncak. Untuk operasi berkelajuan tinggi, susun atur PCB yang teliti untuk meminimumkan kapasitans parasit dan induktans pada nod fotodiod adalah penting.8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan fotodiod standard tanpa lensa atau penapis bersepadu, PD333-3B/L4 menawarkan penyelesaian optik yang lebih padat dan dipermudahkan. Penapis IR terbina dalam menghapuskan keperluan untuk komponen penapis berasingan, menjimatkan ruang, kos, dan kerumitan pemasangan. Pakej pandangan sisinya menawarkan kelebihan mekanikal berbeza berbanding pakej pandangan atas untuk geometri laluan optik tertentu. Gabungan voltan pecah yang agak tinggi (min 32V, tip 170V) dan arus gelap rendah adalah keseimbangan yang baik untuk banyak aplikasi penderiaan perindustrian yang memerlukan nisbah isyarat-ke-hingar yang baik dan operasi teguh.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Apakah kepentingan sensitiviti puncak pada 940nm?

J: 940nm adalah panjang gelombang yang sangat biasa untuk LED inframerah kerana ia tidak kelihatan oleh mata manusia dan mempunyai penghantaran atmosfera yang baik. Menyesuaikan tindak balas puncak fotodiod dengan panjang gelombang pemancar memaksimumkan kekuatan isyarat dan kecekapan sistem.

S: Bagaimanakah spesifikasi arus gelap mempengaruhi reka bentuk saya?

J: Arus gelap adalah sumber utama hingar dalam fotodiod apabila tiada cahaya hadir. Arus gelap rendah (10nA maks untuk peranti ini) bermakna sensor boleh mengesan isyarat cahaya yang sangat lemah tanpa dibanjiri oleh hingar dalamannya sendiri, meningkatkan sensitiviti dan julat dinamik.

S: Bolehkah saya menggunakan ini untuk pengesanan cahaya nampak?

J: Pakej epoksi bersepadu bertindak sebagai penapis IR, melemahkan cahaya nampak dengan ketara. Oleh itu, varian khusus ini tidak sesuai untuk aplikasi yang memerlukan sensitiviti dalam spektrum nampak. Untuk pengesanan cahaya nampak, pakej jernih atau penapis berbeza akan diperlukan.

S: Apakah rintangan beban yang patut saya gunakan untuk kelajuan optimum?

J: Merujuk Rajah 6, untuk masa tindak balas terpantas (dalam julat nanosaat), rintangan beban rendah (contohnya, 50Ω hingga 100Ω) adalah perlu. Walau bagaimanapun, ini menghasilkan isyarat voltan yang lebih kecil. Litar penguat transimpedans selalunya penyelesaian terbaik, menyediakan kedua-dua kelajuan tinggi dan gandaan isyarat yang baik.

10. Kes Reka Bentuk Praktikal

Kes: Mereka Bentuk Sensor Jarak Inframerah

Dalam sensor jarak biasa, LED IR mendenyutkan cahaya, dan PD333-3B/L4 mengesan cahaya yang dipantulkan dari objek. Penapis IR terbina dalam adalah penting di sini, kerana ia menyekat cahaya nampak ambien (contohnya, dari pencahayaan bilik) yang boleh memenuhi sensor atau mencipta pencetus palsu. Masa tindak balas pantas membolehkan pendenyutan pantas LED, membolehkan pengesanan cepat dan berpotensi membolehkan pengukuran jarak melalui kaedah masa penerbangan atau anjakan fasa dalam sistem yang lebih maju. Pakej pandangan sisi membolehkan kedua-dua LED dan fotodiod dipasang pada satah PCB yang sama, menghadap arah yang sama, yang sesuai untuk penderiaan reflektif. Litar ringkas akan melibatkan memincang fotodiod dengan pincang songsang 5V melalui perintang besar, dan menggunakan pembanding atau penguat berkelajuan tinggi untuk mengesan denyut arus yang dijana apabila cahaya pantulan hadir.

11. Pengenalan Prinsip Operasi

Fotodiod PIN ialah peranti semikonduktor dengan kawasan intrinsik (I) yang luas dan didop ringan yang diapit antara kawasan jenis-p (P) dan jenis-n (N). Apabila dipincang songsang, struktur ini mencipta kawasan penipisan yang besar. Foton yang jatuh pada peranti dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur semikonduktor mencipta pasangan elektron-lubang dalam kawasan penipisan ini. Medan elektrik kuat yang hadir disebabkan oleh pincang songsang dengan cepat memisahkan pembawa ini, menyebabkan mereka hanyut ke kenalan masing-masing, menghasilkan fotocarus yang berkadar dengan keamatan cahaya insiden. Kawasan intrinsik yang luas mengurangkan kapasitans simpang (membolehkan kelajuan tinggi) dan meningkatkan isipadu untuk penyerapan foton (meningkatkan sensitiviti), terutamanya untuk panjang gelombang lebih panjang seperti inframerah di mana kedalaman penembusan lebih besar.

12. Trend Teknologi

Trend dalam teknologi fotodiod terus ke arah integrasi lebih tinggi, hingar lebih rendah, dan fungsi lebih besar. Ini termasuk integrasi litar penguatan dan penyelarasan isyarat pada cip yang sama atau dalam pakej yang sama (contohnya, gabungan fotodiod-penguat). Terdapat juga dorongan ke arah peranti dengan arus gelap dan kapasitans yang lebih rendah untuk aplikasi dalam instrumentasi saintifik, pengimejan perubatan, dan LiDAR. Penggunaan bahan selain silikon, seperti InGaAs, melanjutkan sensitiviti lebih jauh ke dalam inframerah untuk telekomunikasi dan penderiaan gas. Tambahan pula, inovasi pembungkusan bertujuan untuk menyediakan ciri optik yang lebih tepat, seperti lensa medan pandang (FOV) yang ditakrifkan dan penapisan yang lebih berkesan secara langsung dalam pakej, seperti yang dilihat dalam PD333-3B/L4.

The trend in photodiode technology continues towards higher integration, lower noise, and greater functionality. This includes the integration of amplification and signal conditioning circuitry on the same chip or in the same package (e.g., photodiode-amplifier combinations). There is also a drive towards devices with even lower dark currents and capacitances for applications in scientific instrumentation, medical imaging, and LiDAR. The use of materials beyond silicon, such as InGaAs, extends sensitivity further into the infrared for telecommunications and gas sensing. Furthermore, packaging innovations aim to provide more precise optical characteristics, such as defined field-of-view (FOV) lenses and even more effective filtering directly in the package, as seen in the PD333-3B/L4.