PLR137 系列光纖接收器規格書 - Photolink 介面 - 2.4-5.5V - 16Mbps - 650nm 紅光 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

PLR137 系列是一款專為數位光學資料傳輸設計的高性能光纖接收器模組。其設計旨在將光訊號轉換為電氣 TTL 相容輸出，實現透過塑膠光纖（POF）纜線進行可靠的資料通訊。本裝置的核心為專有的 CMOS 光偵測器積體電路（PDIC），能實現高靈敏度與低功耗。此產品針對波長約 650nm 的紅光光源進行最佳化，適用於多種消費性與工業數位介面應用，特別是在抗雜訊能力與延長電池壽命至關重要的場合。

1.1 核心優勢與目標市場

PLR137 系列具備多項關鍵優勢，使其在市場上具有競爭力。其針對紅光最佳化的高光偵測器靈敏度，可實現更長的傳輸距離或使用更低功率的發射器。內建的臨界值控制電路能顯著提升雜訊邊限，增強在電氣雜訊環境中的訊號完整性。此外，其低功耗特性對於可攜式與電池供電裝置而言是決定性因素。主要目標市場包括數位音訊介面（例如 Dolby AC-3）、工業資料鏈路，以及任何需要強固、中短距離且能抵抗電磁干擾的光通訊鏈路之應用。

2. 深入技術參數分析

本節針對規格書中指定的關鍵技術參數提供詳細且客觀的解讀。理解這些參數對於正確的電路設計與系統整合至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致裝置永久損壞的應力極限。電源電壓（Vcc）絕對不得超過 5.5V 或低於 -0.5V。輸出接腳電壓不應被強制拉高至 Vcc + 0.3V 以上。裝置可儲存於 -40°C 至 85°C 的溫度環境，但工作溫度範圍較窄，為 -20°C 至 70°C。組裝時的一個關鍵參數是焊接溫度，額定值為 260°C，最長持續時間 10 秒，此為無鉛迴焊製程的典型條件。靜電放電（ESD）防護能力為 2000V（人體放電模型）與 100V（機器放電模型），表示需要採取標準的防護措施。

2.2 建議工作條件

為確保可靠運作，裝置應在建議的電源電壓範圍 2.4V 至 5.5V 內供電，典型值為 3.0V。在此範圍外工作可能導致性能下降或無法滿足其他指定的特性。

2.3 電氣光學特性

這些參數是在 25°C、Vcc=3V 及負載電容 5pF 的條件下量測，定義了接收器的性能。

• 峰值靈敏度波長（λp）：650 nm。接收器對此波長的紅光最為敏感。
• 傳輸距離（d）：0.2 至 5 公尺。此範圍為標準塑膠光纖的典型值。
• 接收器功率（Pc）：在 16 Mbps 速率下，所需的最小光功率（靈敏度）為 -27 dBm（最小值）。在可能造成損壞或失真前，最大允許輸入功率為 -14 dBm。兩者之間的差值即為動態範圍。
• 消耗電流（Icc）：典型值為 4 mA，最大值為 12 mA。此低電流是延長電池壽命的關鍵。
• 輸出電壓位準：TTL 相容輸出提供的高位準（VOH）典型值為 2.5V（最小值 2.1V），低位準（VOL）典型值為 0.2V（最大值 0.4V）。
• 時序參數：上升與下降時間（tr, tf）典型值為 10 ns（最大值 20 ns）。傳播延遲（tPLH, tPHL）最大為 120 ns。脈衝寬度失真（Δtw）在 ±25 ns 以內，而抖動（Δtj）則根據輸入功率從 1-20 ns 不等。
• 傳輸速率（T）：支援從 0.1 Mbps 到 16 Mbps 的非歸零（NRZ）訊號。

3. 性能曲線分析

規格書包含典型的性能曲線，有助於了解在不同條件下的行為表現。

3.1 電源電壓與最小接收功率關係

圖 4 說明了最小接收功率（靈敏度）如何隨工作電壓變化。通常，在工作電壓範圍內，較高的電壓可能會略微改善靈敏度。此曲線對於設計人員在非典型 3.3V 電壓下工作時，確認足夠的鏈路邊際至關重要。

3.2 傳輸速率與最小接收功率關係

圖 5 顯示了資料速率與所需光輸入功率之間的關係。隨著資料速率增加，接收器通常需要更多的光功率（dBm 負值較小）以維持低誤碼率。此曲線對於決定在期望資料速率下可達到的最大距離，或選擇合適的發射器功率至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸與接腳定義

本裝置採用標準 3 接腳封裝。接腳功能為：接腳 1：Vout（輸出），接腳 2：GND（接地），接腳 3：Vcc（電源電壓）。關鍵的機械尺寸是接腳長度（A1），此尺寸因裝置型號（例如 PLR137、PLR137/S、PLR137/S9 等）而異，範圍從 8.00 mm 到 16.00 mm。所有尺寸的一般公差為 ±0.10 mm。必須根據主機連接器或 PCB 安裝的機械要求選擇特定的型號。

5. 應用與設計指南

5.1 典型應用電路

規格書提供了適用於 3V 和 5V 操作的兩種通用應用電路。兩種電路都需要外部去耦與濾波元件。必須在 Vcc 和 GND 接腳附近（建議在 7mm 內以確保良好耦合）放置一個 0.1µF 電容器（C1）以去耦高頻雜訊。在輸出端可選用一個 30pF 電容器（C2）以幫助減少振鈴現象。可在電源串聯一個 47µH 電感器（L2）以進行額外的雜訊濾波。選擇 3V 或 5V 電路取決於可用的系統電壓與期望的輸出擺幅。

5.2 量測方法

本文件概述了表徵裝置的標準方法。圖 1 詳細說明了如何使用控制電路、發射器、標準 POF 纜線和光功率計來量測最大與最小輸入功率。圖 2 展示了量測電源電流的設置。圖 3 說明了用於量測輸出電壓、脈衝時序參數（上升/下降時間、傳播延遲）以及抖動的測試電路與定義。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 標籤說明與包裝方式

產品標籤包含數個代碼：CPN（客戶產品編號）、P/N（產品編號）、QTY（包裝數量）、LOT No（批號），以及各種等級的參考代碼（通常不適用於此數位接收器）。標準包裝選項為每袋 500 件或每袋 2000 件，每箱裝有 4 袋。

7. 符合性與可靠性說明

本產品設計符合關鍵的環境法規。其聲明保持在符合 RoHS（有害物質限制指令）的版本範圍內，符合歐盟 REACH 法規，且為無鹵素（溴 <900ppm、氯 <900ppm、溴+氯 <1500ppm）。這些符合性對於滿足電子產品的全球環境標準至關重要。

8. 設計考量與常見問題

8.1 關鍵設計考量

• 鏈路預算：務必計算鏈路預算，方法是將發射器的輸出功率（耦合進光纖）與接收器在您的工作資料速率和電壓下的靈敏度進行比較。需包含連接器損耗與老化餘裕。
• 電源去耦：0.1µF 電容器必須盡可能靠近接收器接腳放置，以確保穩定運作並最小化雜訊。
• 光纖對準：光纖與接收器光偵測器之間的正確機械對準對於最大化耦合光功率至關重要。
• 訊號完整性：對於接近 16 Mbps 的高速操作，需考慮抖動與脈衝寬度失真對系統時序邊際的影響。

8.2 常見問題集（基於技術參數）

問：我可以將此接收器與 850nm 紅外光源一起使用嗎？

答：不行。此接收器針對 650nm（紅光）的峰值靈敏度波長進行最佳化。其在 850nm 的靈敏度將顯著降低，可能導致鏈路無法正常工作。

問：支援的最大資料速率是多少？

答：在指定條件下，NRZ 信令保證的最大資料速率為 16 Mbps。超出此速率的操作未經特性描述。

問：如何選擇正確的裝置型號（例如 PLR137/S 與 PLR137/S9）？

答：選擇完全基於您特定機械外殼或連接器所需的接腳長度（A1 尺寸）。請參閱封裝尺寸章節中的裝置選擇表。

問：是否需要外部放大器？

答：不需要。本裝置將靈敏的光偵測器與臨界值控制放大器整合在單一 CMOS PDIC 上，提供直接的 TTL 位準輸出。

9. 工作原理

PLR137 基於內部光電效應的原理運作。入射的光子（通常為 650nm）撞擊 CMOS PDIC 內的整合光偵測器，產生電子-電洞對，形成與光功率成正比的小光電流。此電流隨後由積體電路放大與處理。一個關鍵特色是內建的臨界值控制電路，它設定了一個決策位準來區分邏輯 '0' 與 '1' 狀態，從而提升對雜訊與平均光功率變化的免疫力。最終輸出是一個再生、TTL 相容的數位訊號。

10. 應用情境與使用案例

數位音訊介面：主要應用之一是在 Dolby AC-3 數位音訊介面中，它在 DVD 播放器與音訊接收器等元件之間提供電氣隔離的高傳真鏈路，消除接地迴路與哼聲。

工業資料鏈路：在工廠自動化中，此接收器可用於感測器網路或控制鏈路，在這些場合，來自馬達與驅動器的高電磁干擾（EMI）會干擾電纜。

醫療設備：用於醫療設備內的非關鍵資料監測，光學隔離可透過斷開電氣連接來增強患者安全。

消費性電子產品：潛在應用於高階遊戲主機或 VR 系統，用於模組間的低延遲、無干擾資料傳輸。