ITR8307/L24/TR8 Yansıtıcı Optik Sensör Veri Sayfası - Kurşunsuz, RoHS, REACH Uyumlu - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

ITR8307/L24/TR8, kısa mesafe algılama uygulamaları için tasarlanmış kompakt, yüzeye monte edilebilen bir yansıtıcı optik anahtardır. Tek bir yan yana plastik paket içinde bir GaAs kızılötesi (IR) ışık yayan diyot (LED) verici ve yüksek hassasiyetli bir NPN silikon foto-transistör alıcıyı entegre eder. Bu konfigürasyon, alıcıya geri yansıyan IR ışığın yoğunluğunu ölçerek yansıtıcı bir yüzeyin varlığını veya yokluğunu tespit etmesini sağlar.

Cihaz, hızlı tepki süresi, kızılötesi ışığa yüksek hassasiyeti ve görünür dalga boylarını kesen spektral tepkisi ile karakterize edilir, bu da ortam görünür ışık girişimine karşı bağışıklık sağlar. Kurşunsuz (Pb-free) olarak üretilir, AB RoHS ve REACH direktiflerine uyumludur ve halojensiz gereksinimlerini karşılar (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

Bu sensörün birincil avantajları, alan kısıtlı ve yüksek hızlı uygulamalar için kritik olan ince profili, kompakt kapladığı alanı ve hızlı optik tepkisidir. Tasarımı, güvenilir, temas gerektirmeyen nesne algılama gerektiren çeşitli tüketici elektroniği ve mikroişlemci kontrollü ekipmanlar için uygundur.

Tipik hedef uygulamalar arasında dijital kameralarda (lens veya kapak tespiti için), video kaset kaydedicilerde (VCR), disket sürücülerde, kaset teyp kaydedicilerde ve diğer otomatik kontrol sistemlerinde konum algılama yer alır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihaz, kalıcı hasarı önlemek için bu limitlerin ötesinde çalıştırılmamalıdır. Ana değerler arasında 25°C serbest hava sıcaklığında 75 mW giriş (LED) güç dağılımı, maksimum 50 mA ileri akım (IF) ve %1 görev döngüsünde ≤100μs darbe için 1 A tepe ileri akımı (IFP) bulunur. Çıkış (foto-transistör) için maksimum kollektör güç dağılımı 75 mW, kollektör akımı (IC) 50 mA ve kollektör-emiter voltajı (BV_CEO) 30 V'dur. Çalışma sıcaklık aralığı -40°C ila +85°C arasındadır.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler, ortam sıcaklığında (T_a) 25°C'de belirtilir ve cihazın normal çalışma koşulları altındaki performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş (IR LED) Karakteristikleri

• İleri Voltaj (V_F):20 mA ileri akımda (I_F) tipik olarak 1.2 V, maksimum 1.6 V. Bu, LED sürücü devresi tasarımı için çok önemlidir.
• Tepe Dalga Boyu (λ_P):940 nm, yayılımını yakın kızılötesi spektrumuna yerleştirir.

2.2.2 Çıkış (Foto-Transistör) Karakteristikleri

• Karanlık Akım (I_CEO):Hiç ışık gelmediğindeki sızıntı akımı, V_CE=10V'da maksimum 100 nA. Daha düşük bir değer, daha iyi kapalı durum performansını gösterir.
• Işık Akımı (I_C(ON)):LED aktifken ve ışık alıcıya yansıdığında kollektör akımı. V_CE=2V ve I_F=4mA test koşullarında 0.5 mA ila 15.0 mA arasında geniş bir aralığa sahiptir. Bu parametre, hedef nesnenin yansıtıcılığına ve mesafesine oldukça bağlıdır.
• Yükselme/Düşme Süresi (t_r, t_f):Tipik olarak her biri 20 μsaniye, sensörün anahtarlama hızını tanımlar.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, değişen koşullar altında ana parametreler arasındaki ilişkiyi gösteren çeşitli grafikler sağlar. Bunlar, tipik 25°C noktasının ötesindeki gerçek dünya davranışını anlamak için gereklidir.

3.1 IR LED Karakteristikleri

Eğriler, ileri akımın ortam sıcaklığı ve ileri voltajla nasıl değiştiğini gösterir. İleri voltaj negatif bir sıcaklık katsayısına sahiptir, yani sıcaklık arttıkça azalır. Spektral dağılım eğrisi, 940 nm'de tepe emisyonunu doğrular, tepe dalga boyunun kendisi sıcaklıkla hafifçe kayar.

3.2 Foto-Transistör Karakteristikleri

Önemli eğriler arasında Kollektör Karanlık Akımı vs. Ortam Sıcaklığı (sıcaklıkla üstel olarak artar), Kollektör Akımı vs. Işınım (fototransistörün ışık yoğunluğuna tepkisini gösterir) ve Kollektör Akımı vs. Kollektör-Emiter Voltajı yer alır. Spektral hassasiyet eğrisi, alıcının 800-900 nm civarındaki kızılötesi ışığa en hassas olduğunu gösterir, bu da LED'in 940 nm çıkışıyla iyi eşleşir.

3.3 Tam Sensör (ITR) Karakteristikleri

Bu grafikler, sensörün pratik bir yansıtıcı kurulumdaki davranışını modeller.Bağıl Kollektör Akımı vs. Mesafeeğrisi sistem tasarımı için kritiktir, sensör ile yansıtıcı bir yüzey (alüminyum buharlaştırılmış cam gibi) arasındaki boşluk arttıkça çıkış sinyalinin nasıl azaldığını gösterir. Başka bir eğri, bir kartın sensörün görüş alanı boyunca hareket etmesiyle çıkışın nasıl değiştiğini gösterir, bu da kenar veya yuva tespiti için kullanışlıdır. Tepki Süresi vs. Yük Direnci grafiği, hızı optimize etmek için uygun bir pull-up direnci seçilmesine yardımcı olur.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

Cihaz kompakt bir yüzey montaj paketinde gelir. Veri sayfası, toplam uzunluk, genişlik, yükseklik, bacak aralığı ve pad boyutları gibi kritik ölçümlerle ayrıntılı boyut çizimleri sağlar. Aksi belirtilmedikçe tüm toleranslar tipik olarak ±0.1 mm'dir. Mühendisler, doğru lehimleme ve mekanik hizalama sağlamak için PCB footprint tasarımı için bu kesin çizimlere başvurmalıdır.

4.2 Polarite Tanımlama

Paket, pin 1'i belirtmek için işaretler veya belirli bir şekil içerir. Montaj sırasında doğru yönlendirme hayati önem taşır, çünkü ters bağlantı cihaza zarar verebilir. Pinout, IR LED'in anot ve katodunu ve foto-transistörün kollektör ve emitörünü tanımlar.

5. Lehimleme, Montaj ve Depolama Kılavuzları

5.1 Nem Hassasiyeti ve Depolama

Cihaz Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL) 4 olarak derecelendirilmiştir. Ana işleme talimatları şunları içerir:

• Orijinal kapalı nem bariyerli torbada raf ömrü: <40°C ve <%90 RH'de 12 ay.
• Torba açıldıktan sonra, fabrika koşullarında (<30°C/%60RH) saklanırsa cihazlar 72 saat içinde monte edilmelidir veya kuru bir ortamda (<%20 RH) saklanmalıdır.
• Nem Gösterge Kartı (HIC) %20 RH'yi aşarsa, reflow lehimlemeden önce pişirme gereklidir (örneğin, 125°C'de 24 saat).

5.2 Reflow Lehimleme Koşulları

Önerilen bir kurşunsuz lehim reflow sıcaklık profili sağlanmıştır. Ana önlemler şunları içerir:

• Reflow lehimleme maksimum iki döngü ile sınırlandırılmalıdır.
• Isıtma sırasında paket üzerinde mekanik stres oluşturmaktan kaçınılmalıdır.
• Lehimleme sonrası PCB'nin eğilmesi önlenmelidir.

5.3 Onarım

Lehimleme sonrası onarım önerilmez. Kaçınılmazsa, termal stresi en aza indirmek için bileşenin her iki tarafını aynı anda ısıtmak için çift uçlu bir lehim havya kullanılmalıdır. Cihaz karakteristikleri üzerindeki potansiyel etki önceden değerlendirilmelidir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Paketleme Özellikleri

Standart paketleme akışı şu şekildedir: Makara başına 1000 adet, kutu başına 15 makara ve koli başına 2 kutu.

6.2 Şeritleme ve Makara Boyutları

Taşıyıcı şerit (yuva boyutları, aralık) ve makara (çap, göbek boyutu) için ayrıntılı çizimler, otomatik pick-and-place makine programlamasında kullanılmak üzere sağlanmıştır.

6.3 Etiket Özellikleri

Paketleme etiketleri, izlenebilirlik için Müşteri Parça Numarası (CPN), Ürün Numarası (P/N), Miktar (QTY) ve Lot Numarası (LOT No.) gibi alanları içerir.

7. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

7.1 Tipik Uygulama Devreleri

Temel bir uygulama devresi, IR LED anodu ile seri olarak bir akım sınırlama direnci bağlamayı içerir. Foto-transistör tipik olarak kollektörü bir pull-up direncine (V_CC) ve emitörü toprağa bağlanır. Kollektör düğümündeki voltaj dijital veya analog çıkış sinyali olarak hizmet eder. Pull-up direncinin (R_L) değeri, hem çıkış voltaj salınımını hem de tepki süresini etkiler, veri sayfası eğrilerinde gösterildiği gibi.

7.2 Tasarım Hususları

• Nesne Yansıtıcılığı:Sensörün çıkışı (I_C(ON)), hedef yüzeyin yansıtıcılığı ile doğru orantılıdır. Yüksek yansıtıcı malzemeler (örneğin, beyaz plastik, metal) güçlü bir sinyal sağlarken, koyu veya emici malzemeler sağlamayabilir.
• Mesafe ve Hizalama:Algılama mesafesi kısadır (tipik olarak birkaç milimetre). Sensör ile hedef yol arasında tutarlı çalışma için hassas mekanik hizalama kritik önem taşır.
• Ortam Işığı Bağışıklığı:Alıcının spektral hassasiyeti görünür ışığı kesse de, güçlü ortam kızılötesi kaynakları (örneğin, güneş ışığı, akkor ampuller) girişime neden olabilir. Bu tür ortamlarda optik koruma veya modülasyon/demodülasyon teknikleri gerekli olabilir.
• Elektriksel Gürültü:Gürültülü ortamlarda, cihaz yakınında bypass kapasitörleri ve dikkatli PCB yerleşimi önerilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Daha basit fototransistörlere veya fotodiyotlara kıyasla, ITR8307 hem vericiyi hem de alıcıyı entegre ederek optik tasarımı ve hizalamayı basitleştirir. Geçişli sensörlere (ayrı bileşenler arasında bir ışın kırması gerektiren) karşı, yansıtıcı sensörler nesnenin bir tarafında algılama ile daha basit mekanik tasarıma izin verir. Temel farklılaştırıcıları, kompakt SMD paketi, modern çevre düzenlemelerine uyumu (kurşunsuz, halojensiz) ve sıcaklık genelinde iyi belgelenmiş performansıdır.

9. Teknik Parametrelere Dayalı Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Tipik algılama mesafesi nedir?

C: Mesafe sabit bir özellik değildir, hedef yansıtıcılığına ve gerekli çıkış akımına bağlıdır. "Bağıl Kollektör Akımı vs. Mesafe" grafiği, standart bir yansıtıcı yüzey için 1-2 mm ötesinde sinyalin önemli ölçüde azaldığını gösterir. En kısa güvenilir mesafe için tasarım yapın.

S: LED'i doğrudan bir voltaj kaynağı ile sürebilir miyim?

C: Hayır. LED akım kontrollü bir cihazdır. Besleme voltajınıza (V_F) ve LED'in ileri voltajına (V_CC≈ 1.2V) dayanarak ileri akımı (I_F) istenen değere (örneğin, 20 mA) ayarlamak için seri bir akım sınırlama direnci kullanmalısınız. R_limit= (V_CC- V_F) / I_F.

S: Işık Akımı için neden bu kadar geniş bir aralık var (0.5 ila 15.0 mA)?

C: Bu aralık, hem LED'in çıkış gücündeki hem de foto-transistörün hassasiyetindeki normal üretim varyasyonlarını hesaba katar. Ayrıca parametrenin uygulamadaki belirli yansıtıcı hedefe ve mesafeye olan güçlü bağımlılığını vurgular. Devre tasarımları bu aralığı karşılamalıdır, genellikle mutlak bir akım değerine güvenmek yerine ayarlanabilir eşikli bir karşılaştırıcı kullanılır.

S: MSL 4 derecelendirmesini nasıl yorumlamalıyım?

C: MSL 4, paketin standart fabrika zemin koşullarına 72 saat maruz kaldıktan sonra havadan zararlı seviyelerde nem emebileceği anlamına gelir. Yüksek sıcaklıklı reflow işlemi sırasında "patlamış mısır" veya katman ayrılmasını önlemek için, Bölüm 5.1'de özetlenen katı depolama, işleme ve pişirme kılavuzlarını takip etmelisiniz.

10. Pratik Uygulama Örneği

Senaryo: Bir Yazıcıda Kağıt Tespiti.

Sensör, kağıt besleme yolu yakınına monte edilebilir. Sensörün konumunun karşısına bir silindir veya sabit yüzey üzerine yansıtıcı bir şerit yerleştirilir. Kağıt olmadığında, IR ışık şeritten yansıyarak alıcıya geri döner ve yüksek bir çıkış (mantık YÜKSEK) üretir. Bir kağıt yaprağı sensör ile şerit arasından geçtiğinde, yansıyan ışığı bloke eder veya önemli ölçüde azaltır, bu da çıkışın düşmesine (mantık DÜŞÜK) neden olur. Bu geçiş, bir mikrodenetleyici tarafından kağıt varlığını onaylamak, sıkışmaları tespit etmek veya sayfa saymak için algılanabilir. Hızlı tepki süresi (20 μs), yüksek kağıt besleme hızlarında bile tespit yapılmasını sağlar.

11. Çalışma Prensibi

Cihaz, modüle edilmiş ışık yansıması prensibiyle çalışır. Dahili IR LED, 940 nm kızılötesi ışık demeti yayar. Bu ışık paketten dışarı doğru yayılır. Kısa bir mesafe içinde ve hem LED'in hem de foto-transistörün görüş alanında yansıtıcı bir nesne varsa, yayılan ışığın bir kısmı geri yansıtılır. NPN foto-transistör, ışık kontrollü bir akım kaynağı olarak hareket eder. Yansıyan kızılötesi fotonlar taban bölgesine çarptığında, elektron-delik çiftleri oluşturarak etkili bir şekilde bir taban akımı oluşturur. Bu taban akımı, transistörün kazancı ile yükseltilir, çok daha büyük bir kollektör akımı (I_C) ile sonuçlanır. Bu kollektör akımının büyüklüğü, yansıyan ışığın yoğunluğu ile orantılıdır, bu da hedef nesnenin mesafesine ve yansıtıcılığına bağlıdır. I_C'yi (veya bir yük direnci üzerindeki voltajı) izleyerek sistem, nesnenin varlığını veya yakınlığını belirleyebilir.

12. Teknoloji Trendleri

ITR8307 gibi yansıtıcı optik sensörler, kısa menzilli, düşük maliyetli nesne tespiti için olgun ve güvenilir bir teknolojiyi temsil eder. Bu alandaki mevcut trendler, giderek daha küçük tüketici cihazlarına sığacak şekilde paketlerin daha da küçültülmesini, sistem tasarımını basitleştirmek ve gürültü bağışıklığını artırmak için sinyal koşullandırma devrelerinin (yükselticiler, Schmitt tetikleyiciler, dijital arayüzler) aynı paket içinde entegrasyonunu ve pil ile çalışan IoT cihazları için daha da düşük güç tüketimine sahip sensörlerin geliştirilmesini içerir. Ayrıca, geliştirilmiş optik tasarım ve filtreleme teknikleri yoluyla daha yüksek hassasiyet ve daha iyi ortam ışığı reddi için sürekli bir çaba vardır.