NJM45001 電力線通信用アナログフロントエンド IC 特長 高機能 高温検出及び保護 出力電流制限機能付き 送信ドライバアンプと低ノイズ受信アンプを内蔵 高性能送信ドライバアンプ 高出力電流 : 3A typ. 電力線が低インピーダンス ( 例 :1Ω) においても高出力が得られます 低歪み

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1 電力線通信用アナログフロントエンド IC 特長 高機能 高温検出及び保護 出力電流制限機能付き 送信ドライバアンプと低ノイズ受信アンプを内蔵 高性能送信ドライバアンプ 高出力電流 : 3A typ. 電力線が低インピーダンス ( 例 :1Ω) においても高出力が得られます 低歪み (THD -60dB typ.) すべての PLC 規格 (Cenerec/ARIB/FCC) において設計の自由度が拡大します 受信アンプは 4 通りの利得設定可能 (-18dB/-6dB/0dB/+12dB) 動作電源電圧範囲 8V to 22V ( 通常 12V/15V) 小型パッケージ HTSSOP24 概要 は電力線通信用 (PLC) 用アナログフロントエンド (AFE)IC で 電力線へデータを重畳する為のカプラを負荷としてドライブする送信アンプと 低ノイズの受信アンプを内蔵しています ルネサスエレクトロニクス株式会社製モデム IC ( 例 : upd809508k8) に適合しています 送信ドライバアンプは電力線が低インピーダンス時に 3.0A typ. の電流能力を有し高出力電力を実現します 受信アンプは -18dB, -6dB, 0dB 及び +12dB の利得設定が可能です の動作電源電圧範囲は 8V to 22V です 最大電流出力において 15V の電源電圧時約 11Vpp の出力を得る事ができます はジャンクション温度の検出機能を有します 検出時は自動的にシャットダウンし 検出出力端子はモデム IC へ情報を伝達し 低パワーモード等の設定を行う事が可能です は表面実装 裏面タブ露出の低熱抵抗パッケージ (HTSSOP24) を採用しています 動作可能なジャンクション温度は -40 C to +150 C です アプリケーション スマートメータ ライティングシステム HEMS 機器 ブロック図 - 1 -

2 端子配置 HSSOP24 端子番号端子名機能 1 TXOUT1 送信アンプ出力 2 TXOUT2 送信アンプ出力 3 VDD1 送信アンプドライバ段電源 4 VDD1 送信アンプドライバ段電源 5 D.N.C(Keep open) 未使用 ( オープンにしてください ) 6 ILIM 送信アンプ出力電流制限制御端子 ( 抵抗負荷 ) 7 TJALM1 サーマルシャットダウンアラーム出力端子 (L: shutdown, H: normal operation) 8 TJALM2 ジャンクション温度アラーム出力端子 (L: request low duty cycle, H: normal operation) 9 RXGAIN 受信アンプ利得率セレクト (L: +12dB, H: 0dB) 10 GND 接地 11 RXIN 受信アンプ入力 12 VDD4 受信部電源 13 RXENB 受信アンプ Enable control (L: active, H: sleep) 14 RXSATT 受信アンプアッテネーションセレクト (L: 0dB, H: -18dB) 15 RXOUT 受信アンプ出力 16 VREFIN_RX 受信部用リファレンスバイアス電圧入力 17 VREFIN_TX 送信部用リファレンスバイアス電圧入力 18 VDD3 送信部用リファレンスバイアス用電源 19 VREFOUT 送信部用リファレンスバイアス電圧出力 20 TXENB 送信アンプ Enable control (L: active, H: sleep) 21 D.N.C 未使用 ( オープンにしてください ) 22 VDD2 送信アンプ用電源 23 TXINP 送信アンププラス入力 24 TXINN 送信アンプマイナス入力 製品名構成 VP1 (TE1) 品番パッケージテーピング仕様 Ver 2-00

3 オーダーインフォメーション 製品名パッケージ RoHS Halogen- Free めっき組成 マーキング 製品重量 (mg) 最低発注数量 (pcs) VP1 HTSSOP24 Sn-2Bi ,500 絶対最大定格 Ta=25 C 項目記号定格単位 電源電圧 ( 端子 3,4,12,18,22) V DD +24 V (1) 入力電圧 V IN GND-0.3 to V DD2,3+0.3( 端子 23.24) GND-0.3 to V DD4+0.3( 端子 11) GND-0.3 to 24( 端子 9,13,14,20) 差動入力電圧 ( 端子 23,24) V ID ±1 V 消費電力 P D 1200 (2) (3) 3700 mw ジャンクション温度 T j -40 to +150 C (4) 動作温度範囲 T opr -40 to +125 C 保存温度範囲 T stg -55 to +150 C (1) 入力端子は GND, 電源間に保護ダイオードが有りますので ±0.3V 以内の印加にしてください 超える場合は制限抵抗を用いて入力電流を 10mA 以下に抑えて下さい 出力端子も GND, 電源間に保護ダイオードが有りますので ±0.3V を越えないようにしてください (2) 基板実装時 mm(2 層 FR-4) で EIA/JEDEC 準拠による (3) 基板実装時 mm(4 層 FR-4) で EIA/JEDEC 準拠による (4 層基板内箔 : mm JESD51-5 に基づき 基板にサーマルビアホールを適用 ) (4) はジャンクション温度が +150 C を越えると自動的にシャットダウンモードになります V V V 熱特性 接合部 - 周囲雰囲気間 接合部 - ケース表面間 項目記号値単位 θja ψjt 103 (2) (3) 34 C/W 8 (2) (3) 3 C/W 消費電力 - 周囲温度特性例 - 3 -

4 推奨動作条件 項目記号値単位 電源電圧 V DD +8 to +22 V 動作周囲温度 T opr - 40 to +125 C 電気的特性消費電流 ( 指定無き場合 V DD1,2,3,4 =15V, Ta=25 C) 項目記号条件最小標準最大単位 消費電流 1 消費電流 2 I DD1 I DD2 TXEN(Pin20)=L, RXEN(Pin13)=H, No signal TXEN(Pin20)=H, RXEN(Pin13)=L, No signal ma ma 送信アンプ部 ( 指定無き場合 V DD1,2,3,4 =15V, Ta=25 C) 項目記号条件最小標準最大単位 消費電流 I DDTX V DD1,2,3=15V, No signal ma シャットダウン時電流 I DDSD V DD1,2,3=15V, No signal ma 出力インピーダンス Z O G V=16.5dB, f=100khz Ω 入力オフセット電圧 V IO mv 入力バイアス電流 I B μa 最大出力電圧 V om Isource=1A V DD-1.5 V DD-1 - Isink=1A - GND+1 GND+1.5 V 最大出力電流 I O V O=5V drop, 3kΩ connected to ILIM A オープンループ利得 A V R L=50Ω db THD1 V O=8Vpp, f=300khz, G V=22.5dB, Frequency bandwidth fb < 1.6MHz R L=50Ω V O=8Vpp, f=300khz, G V=22.5dB, 全高調波歪率 Frequency bandwidth fb < 1.6MHz R L=1.5kΩ % THD2 V DD1,2,3,4=20V, V O=16Vpp, f=300khz, G V=22.5dB,fb<1.6MHz,R L=50Ω V DD1,2,3,4=20V, V O=16Vpp, f=300khz, G V=22.5dB,fb<1.6MHz,R L=1.5kΩ 電源電圧変動除去比 PSRR1 G V=22.5dB, f=300khz PSRR2 G V=22.5dB, f=1mhz db 利得帯域幅積 GBW G V=40dB, f=10mhz, R L=5Ω, MHz スルーレート SR G V=20dB, Vo=10Vpp, R L=5Ω V/μs フルパワー帯域幅 PBW G V=16.5dB, f=1mhz, R L=5Ω, Vpp V NI1 f=1khz 入力換算雑音電圧 V NI2 f=10khz nv/ Hz V NI3 f=100khz Ver 4-00

5 温度検出部 ( 指定無き場合 V DD1,2,3,4 =15V, Ta=25 C) 項目記号条件最小標準最大単位 TSD 検出温度 T TSD1 TJALM1 from H to L TSD リカバリ温度 T TSD2 TJALM1 from L to H サーマルアラーム ON T ARMON TJALM2 from H to L C サーマルアラーム OFF T ARMOFF TJALM2 from L to H TJALM1 出力 High TJ1H Load 10kΩ to GND V TJALM1 出力 Low TJ1L Load 10kΩ to 3.3V V TJALM2 出力 High TJ2H Load 10kΩ to GND V TJALM2 出力 Low TJ2L Load 10kΩ to 3.3V V 温度検出出力極性 通常 高温検出時 TJALM1 High Low TJALM2 High Low 受信アンプ部 ( 指定無き場合 V DD1,2,3,4 =15V, Ta=25 C) 項目記号条件最小標準最大単位 消費電流 I DDRX V DD4=15V, No signal ma シャットダウン時電流 I DDSD RXENB=H, No signal ma 出力インピーダンス Z O f=300khz, -6dB mode Ω 出力電圧差 V od G V=+12dB -6dB, G V=0dB -18dB mv 出力電圧リミット電圧 V O_lim No Load Vpp 利得帯域幅積 GBW G V=12dB, f=5mhz, R L=4kΩ MHz 電源電圧変動除去比 PSRR1 G V=+12dB, f=300khz PSRR2 G V=+12dB, f=1mhz db f=10khz to 500kHz Noise Figure V NO SATT=0dB, G V=12dB, db External Resistor=440Ω 全高調波歪率 THD G V=+12dB, f=1khz, R L=4kΩ % スルーレート SR V O=2Vpp,C L=50pF, R L=4kΩ V/μs Step アッテネーション量 SATT G V=-18dB, External BPF=550Ω db 入力インピーダンス R in kω モード制御 ( 指定無き場合 V DD1,2,3,4 =15V, Ta=25 C) 項目記号条件最小標準最大単位 TXENB 切換電圧 RXENB 切換電圧 RXGAIN 切換電圧 RXSATT 切換電圧 VthTX VthRX VthGAIN VthSATT Transmit Amp. ON/OFF control Receiver Amp. ON/OFF control Receiver Amp. Gain control Receiver Amp. Attenuation ON/OFF control L ON Vth H OFF Vth L ON Vth H OFF Vth L +12dB H 0dB L 0dB H -18dB V V V V Receiver Amp タイミングチャート RXENB RXGAIN RXSATT RXAMP GAIN H H/L H/L Hi-Z L L L 12dB L H L 0dB L L H -6dB L H H -18dB - 5 -

6 特性例指定無き場合 Ta=25 C, V DD1,2,3,4 =15V, ILIM 抵抗 =12kΩ, TXENB=RXENB=RXGAIN=RXSATT=Low Ver 6-00

7 特性例 ( 続き ) 指定無き場合 Ta=25 C, V DD1,2,3,4 =15V, ILIM 抵抗 =12KΩ, TXENB=RXENB=RXGAIN=RXSATT=Low

8 端子等価回路 PIN No. PIN NAME EQUIVALENT CIRCUIT V DD1 V DD2,3 1 2 TXOUT1 TXOUT2 100Ω V DD2,3 5 D.N.C 100Ω 32kΩ V DD2,3 6 ILIM 200Ω 100Ω Ver 8-00

9 PIN No. PIN NAME EQUIVALENT CIRCUIT V DD2,3 7 8 TJALM1 TJALM2 V DD RXGAIN RXSATT 100Ω 100kΩ V DD2,3 V DD4 11 RXIN 1kΩ 1.3kΩ - 9 -

10 PIN No. PIN NAME EQUIVALENT CIRCUIT V DD4 13 RXENB 25kΩ 75kΩ V DD4 15 RXOUT 100Ω 10Ω 10Ω V DD2,3 V DD4 100kΩ 16 VREFIN_RX 200Ω 100kΩ Ver - 00

11 PIN No. PIN NAME EQUIVALENT CIRCUIT V DD2,3 100kΩ VREFIN_TX VREFOUT 17PIN 100Ω 100Ω 19PIN 100kΩ V DD2,3 20 TXENB 25kΩ 100kΩ V DD2, TXINP TXINN 100Ω 100Ω

12 アプリケーションノート のアプリケーションを組むにあたって予めご参考頂きたい内容を記載致します アプリケーション例 1. 電源に関して は 4 種類 (5 端子 ) の電源および 2 種類 (2 端子 ) の接地を有しています 送信系 :VDD1( 端子 3,4 短絡して使用 ) 及び VDD2( 端子 22) 受信系 :VDD4( 端子 12) 送信系へのバイアス供給用 :VDD3( 端子 18) 接地 : 端子 10 及びパッケージ裏面の露出パッド ( 必ず接地下さい ) 1.1 電源シーケンス VDD4 の過大電流を防ぐために下記電源シーケンスとしてください 電源印可時 :VDD1,2 及び 3 は同時に電圧印加 VDD4 は VDD1,2,3 と同時か遅延して印加 電源解除時 :VDD1,2 及び 3 は同時に印加解除 VDD4 は VDD1,2,3 と同時か早く印加解除 図 電源応用必要に応じて図 2 に示す電源応用が可能です 一般的に PLC モジュールへは 5V 電源が供給され モジュール内に昇圧スイッチング電源が必要です スイッチング電源のクロックノイズが受信系へ与える影響を低減する為に VDD4 へは LDO 電源を追加し安定化して使用する事が可能です Ver - 00

13 図 電源バイパスコンデンサについて図 3 に電源バイパスコンデンサ例を示します 送信系と受信系を排他的に動作させる場合は 特に送信系電源と受信系電源を分離する必要はありません 最終的には昇圧スイッチング電源ラインのノイズ等にも依存しますので実基板で送受出力ノイズ特性を確認して決めて下さい VDD2 及び 3 は VDD1 との分離を推奨します 図 モード毎の各電源端子電流 ( 参考 ) 表 1 2. サーマルシャットダウン (TSD) 機能に関して は TSD 機能を内蔵しています 温度検出センサは最も温度上昇が大きい送信アンプの出力トランジスタ近くに配置されています TJALM1( 端子 7) は TSD の状態を出力します 端子 7=Low は高温 ( 約 160 ) を検知し強制的にシャットダウン状態 端子 7=High は正常状態を示します TJALM2( 端子 8) は TSD 温度に近づいている状態をアラームとして出力しますが IC 内部は何も制御しません 端子 8=Low は高温 ( 約 135 以上 ) を検知 端子 8=High は正常状態を示します TJALM2 は TSD 防止の為 送信出力振幅を下げたり 送信時間の短縮など Modem IC の制御として使用する事が出来ます

14 3. 送信アンプに関して 3.1 の送信アンプはシングル入力もしくは差動入力として使用する事が可能です シングル入力回路例 差動入力回路例 図 4 図 送信信号と TXENB のタイミングに関して送信アンプは TXENB 信号 ( 端子 20) が Low になって約 10μsec 後に正常動作になります 入力する送信信号にノイズが含まれている場合は TXENB 信号でマスキングする事を推奨します 図 送信出力のスパイクノイズと保護ダイオードの関係に関して ( 重要事項 ) 送信出力には雷サージ保護の為に保護ダイオードを接続する必要があります このサージ保護ダイオードには低リーク電流のダイオードを使用ください 目安としては全温度範囲で 1μA 以下です 送信アンプ OFF 時 送信出力は高インピーダンスになります 保護ダイオードによるリーク電流に寄って出力の DC 電位がずれると 送信アンプオフからオンに移行する時に DC 電位ズレが生じ 出力ノイズの原因になります Ver - 00

15 VDD 図 7 図 7 に示す Leak1 電流と Leak2 電流の差分が送信アンプオフ時の出力 DC をシフトさせます この状態で送信アンプがオンした場合 送信出力 DC が約 1/2 VDD に復帰するのでこの DC シフト分がスパイクノイズとなって送信ラインに出力されます 推奨保護ダイオードは ES3AB です ゲインを低くしてご使用されると 発振する恐れがありますので 16dB 以上でのご使用を推奨いたします 4. 基板熱設計に関して で採用しているパッケージの最大熱容量 (Pd) は ガラスエポキシ基板 (114.5 x mm, 4 層 FR-4) EIA/JDEC 標準基板にて 3700mW です ( パッケージ裏面放熱パッドをスルーホール付き基板装着時 ) IC のジャンクション温度が 150 を超えると TSD しますので 使用電源電圧 想定される最小負荷に応じて基板含めた熱設計をお願いします 4.1 消費電力 Pd の算出 ( 正弦波信号 ) Pd(W)=P1-P2+P3+P4 P1: 送信アンプ部の出力消費電力 P1 = VDD 2 πrl Vrms P2: 出力負荷部の消費電力 P2= Vrms2 RL P3: 送信アンプ部の消費電流分の消費電力 P3 = VDD IDDTX P4: 受信アンプ部のシャットダウン時消費電力 P4 = VDD IDDSD ただし VDD: 電源電圧 (V) RL: 負荷抵抗 (Ω) Vrms: 出力電圧 IDDTX: 送信アンプ部の無信号時消費電流 IDDSD: 受信アンプ部のシャットダウン時消費電流 4.2 Tj 測定方法ジャンクション温度は端子 5 で測定可能です 但し端子 5 は通常は使用しない端子 (DNC) ですので実験的な使用に留めて下さい 図 8 は端子 5 周辺の等価回路でダイオード 3 個の順方向電圧をモニター可能です

16 5pin (DNC 端子 ) 100Ω 10uA 32kΩ 図 8 ダイオード 3 個の温度計数はグラフ 1 に示すように約 -5.5mV/ です (25 以上 ) グラフ 1 信号入力時 TXENB 端子 Hi 時の端子 5 の電圧 (V5_Shut) と TXENB 端子 Lo 時の端子 5 の電圧 (V5_signal) を測定します (RXENB 端子は Hi 固定 ) TXENB 及び RXENB 端子が Hi 時は殆どの機能がオフしていますのでジャンクション温度 = 周囲温度と考える事が出来きす V5_shunt(V) V5_signal(V) Ta( ) Tj( ) Tj( ) = = 5.5mV/ V5_shunt(V) V5_signal(V) + Ta( ) 5.5mV/ 結果 熱抵抗 θは以下のようになります Tj( ) Ta( ) θ( /W) = Pd(W) Ver - 00

17 ± ± ± ± ±0.1 外形寸法図 ± HTSSOP24-P1 Unit: mm ~ M 5.0 フットパターン <ランドパターン > <メタルマスク > < 実装上の注意 > HTSSOP24-P1 パッケージの裏面電極がある為 実装の際には以下の点に注意してくださいますようお願い致します (1) リード部と裏面電極のリフロー温度プロファイルリード部と裏面電極部のリフロー温度プロファイルが 共に設定した温度以上であることが必要です 実装時にリード部と裏面電極部に温度差があり はんだ溶融温度 ( ぬれ温度 ) より低い場合 実装不良が発生する可能性があります (2) フットパターン / メタルマスクのデザインはんだパターン印刷用のメタルマスク厚が 0.13mm 以上必要です (3) はんだペーストフットパターン / メタルマスクおよび以下のはんだペーストを用い実装評価を行っております はんだ組成が同じでもメーカーや型番によって実装性が大きく異なる場合がありますので ご使用のフットパターン / メタルマスク及びはんだペーストを用い実装性について事前評価することを強く推奨致します はんだペースト組成 Sn3Ag0.5Cu( 千住金属工業製 :M705-GRN )

18 B A (0.6) (0.85) W1 B W F E 包装仕様テーピング寸法 HTSSOP24-P1 Unit: mm P2 P0 φd0 A (5.12) (4.2) Feed direction P1 φd1 T K0 T2 SYMBOL A B D0 D1 E F P0 P1 P2 T T2 K0 W W1 DIMENSION 7.45± ± ± ± ± ± ± ± ± ± REMARKS THICKNESS 0.1max リール寸法 W1 C E D SYMBOL A B C D E W W1 DIMENSION φ330±2 φ100±1 φ 13±0.2 φ 21±0.8 2± ±1 2 W テーピング状態 Insert direction Sealing with covering tape (TE1) Empty tape Devices Empty tape Covering tape Feed direction more than 160mm 2500pcs/reel more than 100mm reel more than 1round 梱包状態 Aluminum laminate bag Label Label Label Heat seal Put a reel into a box ID sheet Bubble wrap Ver - 00

19 推奨実装方法 リフローはんだ法温度プロファイル 260 ºC 230 ºC 220 ºC 180 ºC 150 ºC 常温 a b c f e d g a: 温度上昇勾配 :1~4 ºC /s b: 予備加熱温度 :150~180 時間 :60~120s c: 温度上昇勾配 :1~4 ºC /s d: 実装領域 A 温度 :220 ºC 時間 :60s 以内 e: 実装領域 B 温度 :230 ºC 時間 :40s 以内 f: ピーク温度 :260 ºC 以下 g: 冷却温度勾配 :1~6 ºC /s 温度測定点 : パッケージ表面 改定履歴日付 版数 変更内容 2017 / 7 / 4 Ver.1.0 初版 2018 / 6 / 1 アプリケーションノート追加

20 注意事項 1. 当社は 製品の品質 信頼性の向上に努めておりますが 半導体製品はある確率で故障が発生することがありますので 当社半導体製品の故障により結果として 人身事故 火災事故 社会的な損害等を生じさせることのないように お客様の責任においてフェールセーフ設計 冗長設計 延焼対策設計 誤動作防止設計等の安全設計を行い 機器の安全性の確保に十分留意されますようお願いします 2. このデータシートの掲載内容の正確さには万全を期しておりますが 掲載内容について何らかの法的な保証を行うものではありません とくに応用回路については 製品の代表的な応用例を説明するためのものです また 工業所有権その他の権利の実施権の許諾を伴うものではなく 第三者の権利を侵害しないことを保証するものでもありません このデータシートに記載されている商標は 各社に帰属します 3. このデータシートに掲載されている製品を 特に高度の信頼性が要求される下記の機器にご使用になる場合は 必ず事前に当社営業窓口までご相談願います 航空宇宙機器 海底機器 発電制御機器 ( 原子力 火力 水力等 ) 生命維持に関する医療装置 防災 / 防犯装置 輸送機器 ( 飛行機 鉄道 船舶等 ) 各種安全装置 4. このデータシートに掲載されている製品の仕様を逸脱した条件でご使用になりますと 製品の劣化 破壊等を招くことがありますので なさらないように願います 仕様を逸脱した条件でご使用になられた結果 人身事故 火災事故 社会的な損害等を生じた場合 当社は一切その責任を負いません 5. ガリウムヒ素 (GaAs) の安全性について対象製品 :GaAs MMIC フォトリフレクタガリウムヒ素 (GaAs) 製品取り扱い上の注意事項この製品は 法令で指定された有害物のガリウムヒ素 (GaAs) を使用しております 危険防止のため 製品を焼いたり 砕いたり 化学処理を行い気体や粉末にしないでください 廃棄する場合は関連法規に従い 一般産業廃棄物や家庭ゴミとは混ぜないでください 6. このデータシートに掲載されている製品の仕様等は 予告なく変更することがあります ご使用にあたっては 納入仕様書の取り交わしが必要です Ver - 00