Техническая документация на оптоволоконный приёмник серии PLR137 - Интерфейс Photolink - 2.4-5.5В - 16Мбит/с - Красный свет 650нм

1. Обзор продукта

Серия PLR137 представляет собой высокопроизводительный оптоволоконный приёмный модуль, предназначенный для цифровой оптической передачи данных. Он преобразует оптические сигналы в электрические выходные сигналы, совместимые с уровнями TTL, обеспечивая надёжную передачу данных по пластиковым оптическим волокнам (ПОВ). Основу устройства составляет специализированная КМОП-микросхема фотоприёмника (CMOS PDIC), обеспечивающая высокую чувствительность и низкое энергопотребление. Продукт оптимизирован для работы с источниками красного света с длиной волны около 650 нм, что делает его подходящим для широкого спектра потребительских и промышленных цифровых интерфейсов, где критически важны помехоустойчивость и увеличенное время работы от батарей.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Серия PLR137 предлагает несколько ключевых преимуществ, которые выгодно выделяют её на рынке. Высокая чувствительность фотоприёмника, оптимизированная для красного света, позволяет увеличить дальность передачи или использовать менее мощные передатчики. Встроенная схема контроля порога значительно улучшает запас по помехоустойчивости, повышая целостность сигнала в условиях сильных электрических помех. Кроме того, низкое энергопотребление является решающим фактором для портативных и питающихся от батарей устройств. Основными целевыми рынками являются цифровые аудиоинтерфейсы (например, Dolby AC-3), промышленные каналы передачи данных и любые приложения, требующие надёжной оптической связи на короткие и средние расстояния, невосприимчивой к электромагнитным помехам.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная и объективная интерпретация ключевых технических параметров, указанных в документации. Понимание этих параметров имеет решающее значение для правильного проектирования схемы и интеграции в систему.

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Предельно допустимые режимы эксплуатации определяют граничные условия, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Напряжение питания (Vcc) никогда не должно превышать 5.5В или быть ниже -0.5В. Напряжение на выходном выводе не должно превышать Vcc + 0.3В. Устройство может храниться при температурах от -40°C до 85°C, но работает в более узком диапазоне от -20°C до 70°C. Критическим параметром для монтажа является температура пайки, которая составляет 260°C в течение максимум 10 секунд, что типично для бессвинцовых процессов оплавления. Защита от электростатического разряда (ESD) составляет 2000В (модель человеческого тела) и 100В (модель машины), что указывает на необходимость стандартных мер предосторожности при обращении.

2.2 Рекомендуемые условия эксплуатации

Для надёжной работы устройство должно питаться в рекомендуемом диапазоне напряжений от 2.4В до 5.5В, с типичным значением 3.0В. Работа за пределами этого диапазона может привести к ухудшению характеристик или несоответствию другим указанным параметрам.

2.3 Электрооптические характеристики

Эти параметры, измеренные при 25°C, Vcc=3В и ёмкости нагрузки 5пФ, определяют производительность приёмника.

• Длина волны пиковой чувствительности (λp):650 нм. Приёмник наиболее чувствителен к красному свету с этой длиной волны.
• Дальность передачи (d):от 0.2 до 5 метров. Этот диапазон типичен для стандартного пластикового оптического волокна.
• Мощность приёма (Pc):Минимально необходимая оптическая мощность (чувствительность) составляет -27 дБм (минимум) при скорости 16 Мбит/с. Максимально допустимая входная мощность до возможного повреждения или искажения составляет -14 дБм. Разница между этими значениями представляет собой динамический диапазон.
• Ток потребления (Icc):Типично 4 мА, максимум 12 мА. Этот низкий ток является ключевым для времени работы от батареи.
• Уровни выходного напряжения:Выход, совместимый с TTL, обеспечивает высокий уровень (VOH) типично 2.5В (мин. 2.1В) и низкий уровень (VOL) типично 0.2В (макс. 0.4В).
• Временные параметры:Время нарастания и спада (tr, tf) типично составляет 10 нс (макс. 20 нс). Задержки распространения (tPLH, tPHL) составляют до 120 нс. Искажение длительности импульса (Δtw) находится в пределах ±25 нс, а джиттер (Δtj) варьируется от 1 до 20 нс в зависимости от входной мощности.
• Скорость передачи (T):Поддерживает сигналы без возврата к нулю (NRZ) от 0.1 Мбит/с до 16 Мбит/с.

3. Анализ характеристик

В документации представлены типичные характеристики, которые дают представление о поведении устройства в различных условиях.

3.1 Зависимость минимальной мощности приёма от напряжения питания

Рисунок 4 иллюстрирует, как минимальная мощность приёма (чувствительность) изменяется в зависимости от рабочего напряжения. Как правило, чувствительность может незначительно улучшаться при более высоких напряжениях в рабочем диапазоне. Эта характеристика необходима разработчикам для подтверждения достаточного запаса по мощности линии связи при работе с напряжениями, отличными от типичных 3.3В.

3.2 Зависимость минимальной мощности приёма от скорости передачи

Рисунок 5 показывает взаимосвязь между скоростью передачи данных и требуемой оптической входной мощностью. По мере увеличения скорости передачи данных приёмнику, как правило, требуется большая оптическая мощность (менее отрицательное значение дБм) для поддержания низкого уровня битовых ошибок. Эта характеристика критически важна для определения максимально достижимой дальности при желаемой скорости передачи данных или для выбора подходящей мощности передатчика.

4. Механические данные и корпус

4.1 Габаритные размеры и назначение выводов

Устройство поставляется в стандартном 3-выводном корпусе. Назначение выводов: Вывод 1: Vout (Выход), Вывод 2: GND (Земля), Вывод 3: Vcc (Напряжение питания). Критическим механическим размером является длина выводов (A1), которая варьируется в зависимости от варианта устройства (например, PLR137, PLR137/S, PLR137/S9 и т.д.) и составляет от 8.00 мм до 16.00 мм. Все размеры имеют общий допуск ±0.10 мм. Конкретный вариант должен быть выбран на основе механических требований разъёма или способа монтажа на печатную плату.

5. Применение и рекомендации по проектированию

5.1 Типовая схема включения

В документации представлены две общие схемы включения для работы от 3В и 5В. Обе схемы требуют внешних компонентов развязки и фильтрации. Конденсатор 0.1мкФ (C1) должен быть размещён как можно ближе к выводам Vcc и GND (в пределах 7мм для хорошей связи) для подавления высокочастотных помех. Опциональный конденсатор 30пФ (C2) на выходе может помочь уменьшить звон. Дроссель 47мкГн (L2), включённый последовательно с источником питания, может использоваться для дополнительной фильтрации помех. Выбор между схемой на 3В и 5В зависит от доступного системного напряжения и желаемого размаха выходного сигнала.

5.2 Методы измерений

В документе описаны стандартные методы измерения характеристик устройства. Рисунок 1 детализирует, как измерить максимальную и минимальную входную мощность с использованием управляющей схемы, передатчика, стандартного кабеля ПОВ и оптического измерителя мощности. Рисунок 2 показывает схему для измерения тока потребления. Рисунок 3 иллюстрирует испытательную схему и определения для выходного напряжения, временных параметров импульса (время нарастания/спада, задержка распространения) и джиттера.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Расшифровка маркировки и упаковка

Маркировка продукта содержит несколько кодов: CPN (номер продукта заказчика), P/N (номер продукта), QTY (количество в упаковке), LOT No (номер партии) и справочные коды для различных категорий (обычно не используются для этого цифрового приёмника). Стандартные варианты упаковки: 500 штук в пакете или 2000 штук в пакете, по 4 пакета в коробке.

7. Соответствие стандартам и надёжность

Продукт разработан в соответствии с ключевыми экологическими нормами. Указано, что он соответствует версиям, соответствующим директиве RoHS (ограничение использования опасных веществ), соответствует регламенту ЕС REACH и не содержит галогенов (Бром <900ppm, Хлор <900ppm, Br+Cl <1500ppm). Эти соответствия важны для соответствия глобальным экологическим стандартам в электронной продукции.

8. Особенности проектирования и ЧЗВ

8.1 Ключевые аспекты проектирования

• Бюджет линии связи:Всегда рассчитывайте бюджет линии связи, сравнивая выходную мощность вашего передатчика (введённую в волокно) с чувствительностью приёмника при вашей рабочей скорости передачи данных и напряжении. Учитывайте потери в разъёмах и запас на старение.
• Развязка источника питания:Конденсатор 0.1мкФ должен быть размещён как можно ближе к выводам приёмника для обеспечения стабильной работы и минимизации помех.
• Юстировка волокна:Правильное механическое выравнивание между волокном и фотоприёмником приёмника критически важно для максимизации вводимой оптической мощности.
• Целостность сигнала:Для высокоскоростной работы, близкой к 16 Мбит/с, учитывайте влияние джиттера и искажения длительности импульса на временные запасы вашей системы.

8.2 Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я использовать этот приёмник с источником инфракрасного света 850нм?

О: Нет. Приёмник оптимизирован для пиковой чувствительности на длине волны 650нм (красный свет). Его чувствительность будет значительно ниже на 850нм, что может сделать линию связи неработоспособной.

В: Какова максимальная поддерживаемая скорость передачи данных?

О: Гарантированная максимальная скорость передачи данных для сигналов NRZ составляет 16 Мбит/с при указанных условиях. Работа на более высоких скоростях не характеризуется.

В: Как выбрать правильный вариант устройства (например, PLR137/S против PLR137/S9)?

О: Выбор основывается исключительно на требуемой длине выводов (размер A1) для вашего конкретного механического корпуса или разъёма. Обратитесь к таблице выбора устройств в разделе "Габаритные размеры".

В: Нужен ли внешний усилитель?

О: Нет. Устройство интегрирует чувствительный фотоприёмник и усилитель с контролем порога на одной КМОП-микросхеме PDIC, обеспечивая прямой выходной сигнал уровня TTL.

9. Принцип работы

PLR137 работает на принципе внутреннего фотоэлектрического эффекта. Падающие фотоны света, обычно с длиной волны 650нм, попадают на интегрированный фотоприёмник внутри КМОП-микросхемы PDIC. Это генерирует электрон-дырочные пары, создавая небольшой фототок, пропорциональный оптической мощности. Этот ток затем усиливается и обрабатывается встроенной схемой. Ключевой особенностью является встроенная схема контроля порога, которая устанавливает уровень принятия решения для различения логических состояний '0' и '1', повышая помехоустойчивость к шумам и вариациям средней оптической мощности. Конечным выходом является восстановленный цифровой сигнал, совместимый с TTL.

10. Сценарии применения и примеры использования

Цифровой аудиоинтерфейс:Основное применение — в цифровых аудиоинтерфейсах Dolby AC-3, где он обеспечивает гальванически развязанное высококачественное соединение между компонентами, такими как DVD-плееры и аудиоресиверы, устраняя контуры заземления и фон.

Промышленный канал передачи данных:В промышленной автоматизации приёмник может использоваться в сетях датчиков или управляющих линиях, где высокий уровень электромагнитных помех (EMI) от двигателей и приводов может искажать сигналы в электрических кабелях.

Медицинское оборудование:Для некритичного мониторинга данных в медицинских устройствах оптическая развязка может повысить безопасность пациента, разрывая гальванические соединения.

Потребительская электроника:Потенциальное использование в игровых консолях высокого класса или VR-системах для передачи данных с низкой задержкой и без помех между модулями.