FB01GKAR 650 nm 1 Gbit/s 40 m OptoLock® POF-Transceiver

Für den Betrieb mit 1 Gbit/s ist der PHY-IC KD1053 erforderlich, der auch den 100-Mbit/s-Modus unterstützt. Die Gigabit-Übertragung nutzt das für IEEE 802.3-bv über POF vorgeschriebene mehrstufig codierte Signal. Der Transceiver sollte daher nicht mit einem beliebigen Ethernet-PHY kombiniert werden. Der 100-Mbit/s-Modus entspricht IEEE 802.3 Ethernet und nutzt dieselbe optische Transceiver-Baugruppe. TD+ und TD− führen die Eingangssignale zum Sender, RD+ und RD− die Ausgangssignale des Empfängers. Diese differenziellen Signalpfade müssen impedanzkontrolliert geführt werden. In der Praxis sollten PHY, Transceiver, Leiterplattenlayout und gewählter Betriebsmodus gemeinsam als vollständige Übertragungsstrecke validiert werden.

Die spezifizierten Auslegungsziele für Stufenindex-POF liegen bei bis zu 40 m mit 1 Gbit/s und bis zu 100 m mit 100 Mbit/s. Die optische Schnittstelle ist für ummantelte Kabel mit 2,2 mm Durchmesser ausgelegt. Die optische Charakterisierung basiert auf POF mit 1 mm Kerndurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,5. Die Sendeleistung wird mit 0,5 m fachgerecht konfektionierter Faser geprüft, für die Empfängerprüfung beträgt die Faserlänge mindestens 1 m. Die tatsächlich erreichbare maximale Entfernung hängt von der Datenrate, dem Faserzustand, der Verlegung in Biegungen, der Konfektionierungsqualität und der Installationsumgebung ab. Das optische Leistungsbudget und das Gesamtsystem sollten daher mit dem für die Serienfertigung vorgesehenen Kabel und Konfektionierungsverfahren geprüft werden.

Der Transceiver sollte mit 3,3 V versorgt werden; der Betriebsspannungsbereich liegt bei 3,13 bis 3,47 V. Die Stromaufnahme des Senders beträgt 61 bis 75,5 mA, die des Empfängers 25,5 bis 46 mA. Die Maximalwerte ergeben zusammen 121,5 mA, noch ohne den Strombedarf des PHY und eine Auslegungsreserve. Die Versorgung sollte über eine Ferritperle mit 600 Ω bei 100 MHz und einem Gleichstromwiderstand (DCR) unter 200 mΩ entkoppelt werden. Lokale Versorgungskondensatoren sind nahe an den Gleich­spannungsanschlüssen zu platzieren. Die Pins 1 und 12 der EMI-Abschirmung müssen mit der Signalmassefläche verbunden werden. Die Massepins 2 und 3 des Senders benötigen eine durchgehende Massefläche zur Wärmeabfuhr. Halten Sie Abstand zu heißen Bauteilen, sorgen Sie für Luftzirkulation im Gehäuse und stellen Sie sicher, dass die Temperatur der EMI-Abschirmung unter 85 °C bleibt.

Der RSSI-Ausgang bildet die mittlere optische Leistung am Empfänger ab und lässt sich zur Überwachung des Verbindungszustands nutzen. Seine typische Empfindlichkeit beträgt 0,52 A/W bei einem maximalen Ausgangsstrom von 300 µA und einem zulässigen Ausgangsspannungsbereich von 0,3 bis 2,7 V. Bei einer mittleren optischen Leistung von -36 dBm wechselt der Empfänger in den Ruhezustand und wird bei einem Pegel von -30 dBm wieder aktiv. Diese Schwellen ergeben eine optische Hysterese von 6 dB. Nach Überschreiten der Aufwachschwelle beträgt die typische Aufwachzeit des Ausgangs 24 µs. So kann der Controller oder PHY zwischen einem inaktiven optischen Pfad und einem Signalpegel unterscheiden, der für die Wiederaufnahme des Empfangsbetriebs ausreicht.

TD+/TD− und RD+/RD− sind auf der Leiterplatte als differenzielle Hoch­geschwindig­keits-Signalpfade mit gleichbleibender Impedanz und möglichst wenigen Diskontinuitäten zu führen. Jeder Sendereingang hat eine typische unsymmetrische Impedanz von 50 Ω bei Grenzwerten von 46 bis 54 Ω sowie eine typische Eingangskapazität von 2,33 pF. Der Empfänger weist eine differenzielle Ausgangsimpedanz von 100 Ω und einen differenziellen Spitze-Spitze-Ausgangshub von 190 bis 323 mV auf. Seine Gleichtakt-Ausgangsspannung liegt zwischen 0,6 und 1,12 V, der typische Wert beträgt 0,96 V. Vor der Layoutfreigabe sollten diese Eigenschaften mit den Eingangsanforderungen des PHY, dem Leiterplatten-Lagenaufbau und dem Terminierungskonzept abgeglichen werden.

Der Transceiver ist weder für Infrarot- noch für Dampfphasen-Reflowlöten geeignet. Daher ist ein geeignetes Lötverfahren für die Anschlussdrähte erforderlich. Die absolute Lötgrenze beträgt einmalig 260 °C für 10 Sekunden, wobei die Wärmeeinwirkung mindestens 2,2 mm vom Ansatz des Anschlussdrahts entfernt erfolgen muss. Das Bauteil ist gemäß J-STD-020 als MSL 2a eingestuft. Nach dem Öffnen des Beutels beträgt die zulässige Verarbeitungszeit 672 Stunden beziehungsweise vier Wochen bei unter 30 °C und unter 60 % relativer Luftfeuchtigkeit. Für einen ungeöffneten Feuchtigkeitsschutzbeutel ist eine Lagerdauer von 24 Monaten bei unter 40 °C und unter 90 % relativer Luftfeuchtigkeit angegeben. Bei der Montage sind ESD-Schutzmaßnahmen, halogenfreie wasserlösliche Flussmittel und geeignete Reinigungsmittel auf Alkoholbasis zu verwenden. Der Staubschutzstopfen muss während des Lötens, Waschens und Trocknens eingesetzt bleiben.

Die Angabe 650 nm bezeichnet die im Produkt eingesetzte RCLED-Technologie im sichtbaren roten Spektralbereich. In den elektrischen und optischen Kenndaten ist dagegen eine typische gemessene Spitzenwellenlänge von 660 nm angegeben. Die spektrale Bandbreite beträgt typischerweise 23 nm und maximal 30 nm. Die emittierte Energie verteilt sich somit über einen Wellenlängenbereich und liegt nicht auf einer einzelnen, exakt definierten Spektrallinie. Die mittlere optische Ausgangsleistung ist unter den festgelegten Faserkopplungsbedingungen mit -5 bis -1,5 dBm spezifiziert; der typische Wert beträgt -2,5 dBm. Der Emitter ist gemäß IEC 60825-1 als LED der Klasse 1 eingestuft. Für die Berechnung des optischen Leistungsbudgets sollten die spezifizierten Leistungs- und Wellenlängenkenndaten verwendet werden, statt von einem Emissionsmaximum bei exakt 650 nm auszugehen.