Folha de Dados do Receptor de Fibra Óptica Série PLR137 - Interface Photolink - 2.4-5.5V - 16Mbps - Luz Vermelha 650nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série PLR137 representa um módulo receptor de fibra óptica de alto desempenho projetado para transmissão digital de dados ópticos. Foi desenvolvido para converter sinais ópticos em saídas elétricas compatíveis com TTL, facilitando uma comunicação de dados confiável através de cabos de fibra óptica plástica (POF). O núcleo do dispositivo é um Circuito Integrado Fotodetector CMOS proprietário (PDIC), que permite alta sensibilidade e baixo consumo de energia. Este produto é otimizado para uso com fontes de luz vermelha, tipicamente em torno do comprimento de onda de 650nm, tornando-o adequado para uma gama de aplicações de interface digital, tanto de consumo como industriais, onde a imunidade a ruído e a vida útil prolongada da bateria são críticas.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

A série PLR137 oferece várias vantagens-chave que a posicionam favoravelmente no mercado. A sua alta sensibilidade do fotodetector, otimizada para luz vermelha, permite distâncias de transmissão maiores ou o uso de transmissores de menor potência. O circuito de controle de limiar integrado melhora significativamente a margem de ruído, aumentando a integridade do sinal em ambientes eletricamente ruidosos. Além disso, o seu baixo consumo de energia é um fator decisivo para dispositivos portáteis e operados por bateria. Os mercados-alvo principais incluem interfaces de áudio digital (como Dolby AC-3), enlaces de dados industriais e qualquer aplicação que requeira um enlace de comunicação óptica robusto, de curto a médio alcance e imune a interferências eletromagnéticas.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação objetiva e detalhada dos principais parâmetros técnicos especificados na folha de dados. Compreender estes parâmetros é crucial para um projeto de circuito e integração de sistema adequados.

2.1 Limites Absolutos Máximos

Os limites absolutos máximos definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A tensão de alimentação (Vcc) nunca deve exceder 5.5V ou ser inferior a -0.5V. A tensão no pino de saída não deve ser forçada acima de Vcc + 0.3V. O dispositivo pode ser armazenado em temperaturas de -40°C a 85°C, mas opera dentro de uma faixa mais estreita de -20°C a 70°C. Um parâmetro crítico para a montagem é a temperatura de soldadura, classificada em 260°C por uma duração máxima de 10 segundos, o que é típico para processos de reflow sem chumbo. A proteção contra descarga eletrostática (ESD) é de 2000V (Modelo de Corpo Humano) e 100V (Modelo de Máquina), indicando que são necessárias precauções padrão de manuseio.

2.2 Condições Recomendadas de Operação

Para uma operação confiável, o dispositivo deve ser alimentado dentro da faixa de tensão de alimentação recomendada de 2.4V a 5.5V, com um valor típico de 3.0V. Operar fora desta faixa pode levar à degradação do desempenho ou ao não cumprimento de outras características especificadas.

2.3 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros, medidos a 25°C, Vcc=3V e uma capacitância de carga de 5pF, definem o desempenho do receptor.

• Comprimento de Onda de Sensibilidade de Pico (λp):650 nm. O receptor é mais sensível à luz vermelha neste comprimento de onda.
• Distância de Transmissão (d):0.2 a 5 metros. Esta faixa é típica para fibra óptica plástica padrão.
• Potência do Receptor (Pc):A potência óptica mínima necessária (sensibilidade) é de -27 dBm (mínimo) a 16 Mbps. A potência de entrada máxima permitida antes de possíveis danos ou distorção é de -14 dBm. A diferença entre estes valores é a faixa dinâmica.
• Corrente de Dissipação (Icc):Tipicamente 4 mA, com um máximo de 12 mA. Esta baixa corrente é fundamental para a vida útil da bateria.
• Níveis de Tensão de Saída:A saída compatível com TTL fornece um nível alto (VOH) tipicamente de 2.5V (mín. 2.1V) e um nível baixo (VOL) tipicamente de 0.2V (máx. 0.4V).
• Parâmetros de Temporização:Os tempos de subida e descida (tr, tf) são tipicamente 10 ns (máx. 20 ns). Os atrasos de propagação (tPLH, tPHL) são de até 120 ns. A distorção da largura do pulso (Δtw) está dentro de ±25 ns, e o jitter (Δtj) varia de 1-20 ns dependendo da potência de entrada.
• Taxa de Transferência (T):Suporta sinais Non-Return-to-Zero (NRZ) de 0.1 Mbps até 16 Mbps.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados inclui curvas de desempenho típicas que fornecem insights sobre o comportamento em condições variáveis.

3.1 Tensão de Alimentação vs. Potência Mínima do Receptor

A Figura 4 ilustra como a potência mínima do receptor (sensibilidade) muda com a tensão de operação. Geralmente, a sensibilidade pode melhorar ligeiramente em tensões mais altas dentro da faixa de operação. Esta curva é essencial para os projetistas confirmarem uma margem de enlace adequada ao operar em tensões diferentes da típica 3.3V.

3.2 Taxa de Transferência vs. Potência Mínima do Receptor

A Figura 5 mostra a relação entre a taxa de dados e a potência óptica de entrada necessária. À medida que a taxa de dados aumenta, o receptor tipicamente requer mais potência óptica (dBm menos negativo) para manter uma baixa taxa de erro de bit. Esta curva é crítica para determinar a distância máxima alcançável a uma taxa de dados desejada ou para selecionar uma potência de transmissor apropriada.

4. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento e Diagrama de Pinos

O dispositivo vem num encapsulamento padrão de 3 pinos. As funções dos pinos são: Pino 1: Vout (Saída), Pino 2: GND (Terra), Pino 3: Vcc (Tensão de Alimentação). A dimensão mecânica crítica é o comprimento do pino (A1), que varia conforme a variante do dispositivo (ex.: PLR137, PLR137/S, PLR137/S9, etc.), variando de 8.00 mm a 16.00 mm. Todas as dimensões têm uma tolerância geral de ±0.10 mm. A variante específica deve ser selecionada com base nos requisitos mecânicos do conector hospedeiro ou da montagem na PCB.

5. Diretrizes de Aplicação e Projeto

5.1 Circuito de Aplicação Típico

A folha de dados fornece dois circuitos de aplicação gerais para operação a 3V e 5V. Ambos os circuitos requerem componentes externos de desacoplamento e filtragem. Um capacitor de 0.1µF (C1) deve ser colocado o mais próximo possível dos pinos Vcc e GND (dentro de 7mm para um bom acoplamento) para desacoplar ruído de alta frequência. Um capacitor opcional de 30pF (C2) na saída pode ajudar a reduzir ringing. Um indutor de 47µH (L2) em série com a fonte de alimentação pode ser usado para filtragem adicional de ruído. A escolha entre o circuito de 3V e 5V depende da tensão do sistema disponível e do swing de saída desejado.

5.2 Métodos de Medição

O documento descreve métodos padrão para caracterizar o dispositivo. A Figura 1 detalha como medir a potência de entrada máxima e mínima usando um circuito de controlo, um transmissor, um cabo POF padrão e um medidor de potência óptica. A Figura 2 mostra a configuração para medir a corrente de alimentação. A Figura 3 ilustra o circuito de teste e as definições para a tensão de saída, parâmetros de temporização de pulso (tempo de subida/descida, atraso de propagação) e jitter.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Explicação do Rótulo e Embalagem

O rótulo do produto contém vários códigos: CPN (Número do Produto do Cliente), P/N (Número do Produto), QTY (Quantidade por Embalagem), LOT No (Número do Lote) e códigos de referência para várias classificações (normalmente não usados para este receptor digital). As opções de embalagem padrão são 500 peças por saco ou 2000 peças por saco, com 4 sacos por caixa.

7. Notas de Conformidade e Confiabilidade

O produto é projetado para cumprir regulamentações ambientais-chave. É declarado que permanece dentro das versões compatíveis com RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas), cumpre os regulamentos REACH da UE e é Livre de Halogéneos (Bromo <900ppm, Cloro <900ppm, Br+Cl <1500ppm). Estas conformidades são importantes para atender aos padrões ambientais globais em produtos eletrónicos.

8. Considerações de Projeto e Perguntas Frequentes

8.1 Considerações de Projeto Principais

• Orçamento do Enlace:Calcule sempre o orçamento do enlace comparando a potência de saída do seu transmissor (acoplada na fibra) com a sensibilidade do receptor na sua taxa de dados e tensão de operação. Inclua perdas nos conectores e margem para envelhecimento.
• Desacoplamento da Fonte de Alimentação:O capacitor de 0.1µF deve ser colocado o mais próximo possível dos pinos do receptor para garantir operação estável e minimizar o ruído.
• Alinhamento da Fibra:O alinhamento mecânico adequado entre a fibra e o fotodetector do receptor é crítico para maximizar a potência óptica acoplada.
• Integridade do Sinal:Para operação de alta velocidade perto de 16 Mbps, considere os efeitos do jitter e da distorção da largura do pulso nas margens de temporização do seu sistema.

8.2 Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Posso usar este receptor com uma fonte de luz infravermelha de 850nm?

R: Não. O receptor é otimizado para um comprimento de onda de sensibilidade de pico de 650nm (luz vermelha). A sua sensibilidade será significativamente menor a 850nm, podendo tornar o enlace não funcional.

P: Qual é a taxa de dados máxima suportada?

R: A taxa de dados máxima garantida para sinalização NRZ é de 16 Mbps nas condições especificadas. A operação além desta taxa não é caracterizada.

P: Como seleciono a variante correta do dispositivo (ex.: PLR137/S vs. PLR137/S9)?

R: A seleção baseia-se unicamente no comprimento de pino necessário (dimensão A1) para o seu alojamento mecânico ou conector específico. Consulte a Tabela de Seleção de Dispositivo na secção de Dimensões do Encapsulamento.

P: É necessário um amplificador externo?

R: Não. O dispositivo integra um fotodetector sensível e um amplificador com controlo de limiar num único PDIC CMOS, fornecendo uma saída direta de nível TTL.

9. Princípio de Funcionamento

O PLR137 opera com base no princípio do efeito fotoelétrico interno. Fotões de luz incidentes, tipicamente a 650nm, atingem o fotodetector integrado dentro do PDIC CMOS. Isto gera pares eletrão-lacuna, resultando numa pequena fotocorrente proporcional à potência óptica. Esta corrente é então amplificada e processada pelos circuitos integrados. Uma característica-chave é o circuito de controlo de limiar integrado, que define um nível de decisão para distinguir entre os estados lógicos '0' e '1', melhorando a imunidade ao ruído e variações na potência óptica média. A saída final é um sinal digital regenerado e compatível com TTL.

10. Cenários de Aplicação e Casos de Uso

Interface de Áudio Digital:Uma aplicação primária é em interfaces de áudio digital Dolby AC-3, onde fornece um enlace de alta fidelidade e isolado eletricamente entre componentes como leitores de DVD e receptores de áudio, eliminando loops de terra e hum.

Enlace de Dados Industrial:Na automação industrial, o receptor pode ser usado em redes de sensores ou enlaces de controlo onde altos níveis de interferência eletromagnética (EMI) de motores e acionamentos corromperiam cabos elétricos.

Equipamento Médico:Para monitorização de dados não críticos dentro de dispositivos médicos, o isolamento óptico pode aumentar a segurança do paciente ao quebrar conexões galvânicas.

Eletrónica de Consumo:Uso potencial em consolas de jogos de alta gama ou sistemas de RV para transferência de dados sem interferências e de baixa latência entre módulos.