Émetteur-récepteur POF OptoLock® FB01GKAR 650 nm, 1 Gbit/s, 40 m

Le circuit intégré PHY KD1053 est nécessaire pour fonctionner à 1 Gbit/s et prend également en charge le mode 100 Mbit/s. La transmission Gigabit repose sur le signal à codage multiniveau prescrit par la norme IEEE 802.3-bv sur fibre optique plastique (POF) : l’émetteur-récepteur ne doit donc pas être associé à un PHY Ethernet quelconque. Le mode 100 Mbit/s respecte la norme Ethernet IEEE 802.3 tout en utilisant le même ensemble émetteur-récepteur optique. TD+ et TD− acheminent le signal vers l’émetteur, tandis que RD+ et RD− transportent le signal de sortie du récepteur. Ces liaisons différentielles nécessitent un routage à impédance contrôlée. En pratique, il convient de valider le PHY, l’émetteur-récepteur, le routage du circuit imprimé et le mode de fonctionnement choisi comme une liaison complète.

Les objectifs de conception spécifiés sont des liaisons allant jusqu’à 40 m à 1 Gbit/s et jusqu’à 100 m à 100 Mbit/s sur fibre optique plastique à saut d’indice. L’interface optique est conçue pour un câble gainé de 2,2 mm. La caractérisation optique repose sur une fibre optique plastique dont le cœur mesure 1 mm et l’ouverture numérique est de 0,5. Les essais de puissance de l’émetteur utilisent 0,5 m de fibre dont les extrémités ont été préparées par un professionnel, tandis que les essais du récepteur nécessitent une longueur de fibre d’au moins 1 m. La distance maximale réelle peut varier selon le débit, l’état de la fibre, les courbures du cheminement, la qualité de préparation des extrémités et l’environnement d’installation. Le bilan de liaison et les essais du système doivent donc être réalisés avec le câble et le procédé de préparation des extrémités prévus pour la production.

L’émetteur-récepteur doit être alimenté sous 3,3 V, avec une plage de fonctionnement de 3,13 à 3,47 V. Le courant de l’émetteur est compris entre 61 et 75,5 mA, et celui du récepteur entre 25,5 et 46 mA. Leurs valeurs maximales totalisent donc 121,5 mA, avant prise en compte du PHY et de la marge de conception. L’alimentation doit être isolée par une perle de ferrite présentant une impédance nominale de 600 Ω à 100 MHz et une résistance en courant continu inférieure à 200 mΩ. Les condensateurs d’alimentation locaux doivent être placés à proximité des broches d’alimentation continue. Les broches 1 et 12 du blindage contre les interférences électromagnétiques doivent être reliées au plan de masse des signaux, tandis que les broches de masse 2 et 3 de l’émetteur nécessitent un plan de masse plein pour le transfert thermique. Éloignez le dispositif des composants chauds, assurez une circulation d’air dans le boîtier et veillez à maintenir la température du blindage en dessous de 85 °C.

La sortie RSSI représente la puissance optique moyenne reçue par le récepteur et permet de surveiller l’état de la liaison. Sa sensibilité typique est de 0,52 A/W, avec un courant de sortie maximal de 300 µA et une plage de tension admissible de 0,3 à 2,7 V. Le récepteur passe en veille lorsque la puissance optique moyenne atteint -36 dBm et se réveille lorsque le niveau atteint -30 dBm. Ces seuils créent une hystérésis optique de 6 dB. Le temps de réveil typique de la sortie est de 24 µs après le franchissement du seuil de réveil. Le contrôleur ou le PHY peut ainsi distinguer une liaison optique inactive d’un niveau de signal suffisant pour rétablir le fonctionnement du récepteur.

Sur le circuit imprimé, TD+/TD− et RD+/RD− doivent être traités comme des liaisons différentielles à haut débit et routés avec une impédance constante et un minimum de discontinuités. Chaque entrée de l’émetteur présente une impédance asymétrique typique de 50 Ω, avec des limites de 46 à 54 Ω, ainsi qu’une capacité d’entrée typique de 2,33 pF. Le récepteur présente une impédance de sortie différentielle de 100 Ω et une excursion différentielle comprise entre 190 et 323 mV crête à crête. Sa tension de sortie en mode commun varie de 0,6 à 1,12 V, avec une valeur typique de 0,96 V. Avant de valider le routage, il convient de vérifier la compatibilité de ces caractéristiques avec les exigences d’entrée du PHY, l’empilage des couches du circuit imprimé et la stratégie de terminaison.

L’émetteur-récepteur ne convient pas au brasage par refusion infrarouge ou en phase vapeur. Il nécessite donc un procédé compatible de brasage des broches. La limite absolue de brasage est de 260 °C pendant 10 secondes, en une seule opération, la chaleur devant être appliquée à au moins 2,2 mm de la base des broches. Le composant est classé MSL 2a selon la norme J-STD-020, ce qui autorise une durée d’exposition de 672 heures, soit quatre semaines, après ouverture du sachet, à une température inférieure à 30 °C et une humidité relative inférieure à 60 %. La durée de conservation annoncée dans un sachet barrière contre l’humidité non ouvert est de 24 mois, à une température inférieure à 40 °C et une humidité relative inférieure à 90 %. L’assemblage doit faire appel à des procédures de protection contre les décharges électrostatiques, à un flux hydrosoluble non halogéné et à des agents de nettoyage compatibles à base d’alcool. Le bouchon antipoussière doit rester en place pendant le brasage, le lavage et le séchage.

La désignation 650 nm décrit la technologie RCLED émettant dans le rouge visible utilisée par le produit, tandis que les caractéristiques électriques et optiques indiquent une longueur d’onde de crête mesurée typique de 660 nm. La largeur spectrale annoncée est de 23 nm en valeur typique et de 30 nm au maximum : l’énergie émise se répartit donc sur une plage de longueurs d’onde, et non sur une seule raie précise. La puissance optique moyenne de sortie est spécifiée entre -5 et -1,5 dBm, avec une valeur typique de -2,5 dBm dans les conditions de couplage à la fibre définies. L’émetteur est classé LED de classe 1 conformément à la norme IEC 60825-1. Les calculs du bilan de puissance optique doivent s’appuyer sur les caractéristiques de puissance et de longueur d’onde spécifiées, plutôt que de supposer un pic d’émission fixé à exactement 650 nm.