FE50MSNR – Nichtinvertierender SMI-POF-Transceiver, 650 nm, DC bis 50 MBd, 50 m

Ja. Der Signalpfad ist von DC bis 50 MBd spezifiziert und kann daher statische optische Pegel, niederfrequente PWM-Signale und digitale NRZ-Daten übertragen, ohne dass eine Mindestflankenrate erforderlich ist. An der oberen Grenze beträgt das minimale Symbolintervall 20 ns; die angegebene maximale Frequenz liegt bei 25 MHz. Der FE50MSNR kann somit die optische Bitübertragungsschicht für Systeme auf Basis von RS232, RS485, Modbus oder PROFIBUS bereitstellen, sofern die externe Schnittstellenbeschaltung und das Protokolltiming die elektrischen und zeitlichen Grenzwerte einhalten. Bei langen Ruhephasen oder Burst-Übertragungen sollte neben den Zeitkennwerten im eingeschwungenen Zustand auch die anfängliche Pulsbreitenverzerrung des Empfängers geprüft werden.

Der FE50MSNR verfügt über einen nichtinvertierenden Sender und einen nichtinvertierenden Empfänger. Ein elektrischer High-Pegel am Eingang erzeugt somit Licht, und erkanntes Licht führt zu einem High-Pegel am Empfängerausgang. Der FE50MSIR verwendet denselben nichtinvertierenden Sender, jedoch einen invertierenden Empfänger, der die Polarität des Empfangsausgangs umkehrt. Dieser Unterschied ist wichtig, wenn Kupferverbindungen ersetzt, Ruhezustände serieller Schnittstellen berücksichtigt oder direkte Verbindungen zu programmierbarer Logik mit einem definierten aktiven Pegel hergestellt werden. Beim Einschalten des Empfängers bleibt der Ausgang zunächst hochohmig und erreicht innerhalb von 40 µs, nachdem VCC die Betriebsschwelle erreicht hat, einen stabilen Zustand. Bei der Variantenwahl sollten daher sowohl die normale Logikpolarität als auch das erforderliche Einschaltverhalten und das Verhalten im Fehlerfall des Geräts berücksichtigt werden.

Beide Versorgungsspannungen sind geeignet. Die elektrischen Eigenschaften wurden bei 3,3 V und 5 V mit einer Toleranz von jeweils ±5 % validiert. Sofern die angeschlossene Logik es zulässt, sind 3,3 V vorzuziehen: Die typische Stromaufnahme des Senders beträgt dabei 16,5 mA gegenüber 17,5 mA bei 5 V. Sender und Empfänger können getrennt versorgt werden; empfohlen wird jedoch eine gemeinsame Versorgung. Beim Einschalten darf VIN nicht über VCC liegen, da der Sendertreiber sonst in einen unkontrollierten Logikzustand geraten kann. Der Wert von +7 V ist ein absoluter Grenzwert und darf nicht als zulässige Versorgungsspannung im Betrieb verstanden werden. Ein regulärer Betrieb oberhalb von 5,5 V ist nicht spezifiziert.

Die Angabe von 50 m ist als installationsabhängige Übertragungsreichweite zu verstehen, nicht als uneingeschränkte Garantie für eine bestimmte Kabellänge. Die optische Spitzenausgangsleistung des Senders ist mit −9 dBm bis −1 dBm spezifiziert; der optische High-Pegelbereich des Empfängers reicht von −22 dBm bis −1 dBm. Aus der Differenz zwischen dem minimalen Einkoppelpegel und der minimalen High-Pegelschwelle ergibt sich zunächst ein Dämpfungsbudget von 13 dB, noch ohne Sicherheitsreserve für die Auslegung. Faserdämpfung, Steck­verbinderverluste, Biegungen, Verschmutzung, Temperatur und Alterung müssen zusammen innerhalb des endgültigen optischen Leistungsbudgets bleiben. Die optischen Angaben beziehen sich auf Spitzenwerte. Messungen der mittleren Leistung bei Daten mit einem Tastgrad von 50 % fallen daher etwa 3 dB niedriger aus und müssen entsprechend interpretiert werden.

Berücksichtigen Sie für beide Flankenrichtungen bis zu 30 ns Signallaufzeit im Sender und bis zu 50 ns im Empfänger. Daraus ergibt sich eine interne Gesamtlaufzeit von bis zu 80 ns, zu der die zusätzliche Laufzeit der installierten Übertragungsstrecke hinzukommt. Bei 50 MBd beträgt ein Symbolintervall 20 ns. Die feste Latenz kann sich daher über mehrere Symbolintervalle erstrecken, ohne die Augenöffnung im eingeschwungenen Zustand direkt zu verringern. Die Pulsbreitenverzerrung des Senders ist auf −3 ns bis +3 ns begrenzt. Für den Empfänger ist die Pulsbreitenverzerrung (PWD) je nach empfangener optischer Leistung mit bis zu ±4 ns oder ±6 ns spezifiziert. Die ersten drei empfangenen Impulse können eine Verzerrung von −7 ns bis +14 ns aufweisen. Burst-Protokolle sollten daher eine ausreichend lange Präambel oder genügend Zeittoleranz vorsehen, damit das Einschwingverhalten der ersten Impulse berücksichtigt wird.

Die Pins 1 und 12 sind Anschlüsse der EMI-Abschirmung und sollten mit der Signalmassefläche der Leiterplatte verbunden werden. Das reduziert das Übersprechen vom Sender zum Empfänger und verbessert die Abschirmung gegen externe Störungen und ESD. Besondere Aufmerksamkeit erfordert auch das Layout an den Pins 6 und 7: Hier sind auf der oberen und unteren Kupferlage ovale Lötpads mit Abmessungen von 1,2 mm × 1,5 mm vorgeschrieben. Das Bauteil eignet sich für das Wellenlöten, jedoch nicht für das Reflow-Löten. Handlöten wird für die Serienfertigung nicht empfohlen. Die maximale Löttemperatur beträgt 260 °C für einmalig zehn Sekunden bei einem Abstand von mindestens 2,2 mm vom Anschlussansatz. Der Staubschutzstopfen darf während der Verarbeitung eingesetzt bleiben, muss aber unter 110 °C bleiben. Zudem gelten die Handhabungsvorgaben für die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe MSL 2a.

Der FE50MSNR ist für den Betrieb bei −40 °C bis +85 °C spezifiziert und erfüllt die Anforderungen der LED-Klasse 1 nach IEC 60825-1, der RoHS-Richtlinie und des JEDEC Human Body Model, Stufe 2. Die HBM-Einstufung von 2 kV bis unter 4 kV bezieht sich auf die Handhabung des Bauteils und beschreibt nicht die Störfestigkeit des fertigen Geräts gegenüber externen ESD-Ereignissen. Ebenso beschreiben die Angaben zu medizinischen Steuerungen, Patientensicherheit und galvanischer Trennung mögliche Anwendungsbereiche und stellen keine umfassende Zertifizierung für medizinische Geräte oder funktionale Sicherheit dar. Entwickler müssen die erforderlichen Kriech- und Luftstrecken sowie die Anforderungen an Isolierung, EMV und Sicherheit auf Geräteebene weiterhin sicherstellen. Die optische Verbindung kann eine galvanische Trennung ermöglichen; für die fertige Installation ist jedoch keine Isolationsspannung auf Systemebene definiert.