FB2M5KRR OptoLock®-POF-Transceiver, 650 nm, 10–250 Mbit/s, 50 m

Der FB2M5KRR unterstützt NRZ-Daten von 10 bis 250 Mbit/s und eignet sich damit für Fast Ethernet, Industrial Ethernet und proprietäre serielle Verbindungen innerhalb dieses Symbolratenbereichs. Eine Ethernet-Verbindung mit 100 Mbit/s und 4B/5B-Codierung arbeitet mit 125 MBd. Eine 8B/10B-Verbindung mit 200 Mbit/s arbeitet dagegen mit 250 MBd und erreicht damit die maximal spezifizierte Rate. Geeignete Anwendungsbeispiele sind 100BASE-FX, EtherCAT, Sercos III sowie kompatible serielle FPGA- oder ASIC-Schnittstellen. Die Protokollverarbeitung erfolgt weiterhin extern: Der Transceiver wandelt den differenziellen elektrischen Datenstrom in optische Signale und umgekehrt, implementiert aber nicht das Kommunikationsprotokoll.

Die elektrischen Datenpfade sollten in der Regel wechselspannungsgekoppelt sein. Die Schnittstellenbeschaltung ist dabei auf die Gleichtaktspannung des angeschlossenen Bausteins abzustimmen. Der Empfänger arbeitet mit einer nominalen Ausgangs-Gleichtaktspannung von 1,25 V. Die dargestellten CML- und LVPECL-Schnittstellen verwenden dagegen Gleichtaktpegel von 1,5 V bzw. 2 V. RD+ und RD− sind intern mit 100 Ω terminiert; TD+ und TD− benötigen hingegen einen externen differenziellen Abschluss mit 100 Ω. Für den Hoch­geschwindig­keitsbetrieb werden Koppelkondensatoren mit 100 nF eingesetzt. Bei niedrigeren Datenraten kann jedoch ein höherer Wert erforderlich sein. Die endgültige Beschaltung sollte auf die Anforderungen des gewählten PHY, FPGA oder ASIC an Terminierung und Vorspannung geprüft werden.

Die angegebene Reichweite von 50 m gilt für Kunststoff-Lichtwellen­leiter mit Stufenindexprofil bei 250 Mbit/s und hängt von der fertigen Installation ab. Die optische Charakterisierung erfolgt mit einer POF mit 1 mm Kerndurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,5. Die spezifizierte optische Sendeleistung liegt zwischen −10 und −2 dBm, die Empfängerempfindlichkeit bei −24 dBm. Die maximal zulässige optische Eingangsleistung des Empfängers beträgt −2 dBm und legt damit die Obergrenze seines zulässigen optischen Eingangsbereichs fest. Faserdämpfung, Biegungen, die Qualität der Faseranschlüsse, Verunreinigungen und die Betriebstemperatur können die verfügbare Reserve in der Praxis beeinflussen. Die geplante Kabelführung und das Verfahren zur Faserkonfektionierung sollten daher bei der erforderlichen Datenrate und über die Betriebsbedingungen des Geräts hinweg validiert werden.

Der RSSI-Pin liefert einen Strom, der proportional zur mittleren optischen Leistung am Empfänger ist. Ein geeigneter Widerstand zwischen RSSI und Masse wandelt diesen Strom in eine analoge Spannung um, die ein ADC oder eine Überwachungsschaltung auslesen kann. Die Stromempfindlichkeit des RSSI-Ausgangs beträgt typischerweise 0,16 A/W. Der zulässige RSSI-Spannungsbereich reicht von 0 V bis VCC minus 1,5 V. Bei einer Nennversorgungsspannung von 3,3 V ergibt sich damit eine obere Spannungsgrenze von 1,8 V. Die Schwellenwerte zur Beurteilung der Verbindungsqualität sollten am fertigen System festgelegt werden, da der Messwert auch von Faserdämpfung, Steckerzustand, Bauteilstreuungen und dem gewählten Lastwiderstand abhängt.

Sender und Empfänger wechseln unabhängig voneinander in stromsparende Zustände, wenn keine elektrische bzw. optische Aktivität vorliegt. Die typischen Ruheströme betragen 20 µA für den Sender und 7 µA für den Empfänger. Daraus ergibt sich der angegebene typische Gesamtwert von 27 µA. Der Empfänger wechselt nach einer typischen Verzögerung von zwei Sekunden in den Ruhemodus und benötigt typischerweise 100 µs zum Aufwachen. Seine optische Aufweckschwelle liegt zwischen −28 und −26 dBm. Der Sender benötigt einen differenziellen Eingangsspannungshub von mindestens 50 mV, um den Aufweckvorgang auszulösen. Die Verzögerung beträgt dabei typischerweise 5 µs und maximal 80 µs. Bei Anwendungen mit zeitweiligem Datenverkehr sollten diese Aufweckzeiten bei der Festlegung von Paket-Timing, Verbindungsüberwachung und Wiederholungsverhalten berücksichtigt werden.

Die Datenleitungen sollten als impedanzkontrollierte Differenzpaare mit kurzen, symmetrischen Leiterbahnen und einer durchgehenden, induktivitätsarmen Massefläche geführt werden. RD+ und RD− verfügen bereits über einen differenziellen Abschluss mit 100 Ω. Der Sendereingang benötigt dagegen einen externen 100-Ω-Widerstand zwischen TD+ und TD−. Die Anschlüsse der EMV-Abschirmung sowie alle Masseanschlüsse sollten mit der Signalmassefläche verbunden werden. Die Abblockkondensatoren der Versorgung sollten nahe an den jeweiligen Versorgungsanschlüssen sitzen. Für die Pins 6 und 7 sind auf der Ober- und Unterseite nicht kreisförmige Lötpads mit den Abmessungen 1,2 mm × 1,5 mm erforderlich; die zugehörigen durchkontaktierten Bohrungen bleiben jedoch kreisförmig. Für das mechanische Layout gilt eine allgemeine Maßtoleranz von ±0,2 mm. Es sollte anhand der freigegebenen Zeichnung des Leiterplatten-Footprints umgesetzt werden.

Das Bauteil eignet sich nicht für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflowlöten. Die absolute Lötgrenze beträgt +260 °C für einmalig 10 Sekunden. Die Wärmezufuhr muss dabei mindestens 2,2 mm vom Anschlussansatz entfernt erfolgen. Der Staubschutzstopfen sollte beim Löten, Waschen und Trocknen eingesetzt bleiben. Zulässig sind halogenfreie, wasserlösliche Flussmittel und geeignete Reinigungsmittel auf Alkoholbasis; Aceton, Ethylacetat und phenolbasierte Produkte dürfen nicht verwendet werden. Das Bauteil ist als MSL 2a eingestuft. Nach dem Öffnen des Feuchtigkeitsschutzbeutels beträgt die zulässige Verarbeitungszeit 672 Stunden bei unter 30 °C und unter 60 % relativer Luftfeuchtigkeit. Alternativ können Bauteile aus geöffneten Verpackungen in einem Trockenschrank bei unter 10 % relativer Luftfeuchtigkeit aufbewahrt werden.

Der reguläre Betrieb ist für −40 °C bis +85 °C bei einer Versorgungsspannung von 3,0 V bis 3,6 V mit einem Nennwert von 3,3 V spezifiziert. Der absolute Versorgungsspannungsbereich von −0,5 V bis 3,6 V beschreibt die Grenze, ab der Schäden auftreten können, und darf nicht als Betriebsbereich verstanden werden. Die optische Quelle ist nach IEC 60825-1 als LED der Klasse 1 eingestuft. Die Materialkonformität bezieht sich auf die RoHS-Richtlinie 2011/65/EU. Für den Umgang mit Feuchtigkeit gilt J-STD-020 mit der Einstufung MSL 2a. Diese Klassifizierungen auf Bauteilebene unterstützen die Geräteauswahl. Elektrische Sicherheit, EMV, ESD und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften müssen jedoch weiterhin am fertigen System geprüft werden.