מאת: מסנורי טנימורה וראימונד וגנר ROHM Semiconductor GmbH
טכנולוגיית האינפרא-אדום (א”א) צוברת פופולריות ונותנת מענה למגוון רחב של יישומים אלחוטיים, במיוחד בתחומי החישה והשליטה מרחוק. השוק העתידי צפוי לגדול באופן אקספוננציאלי בתחום הא”א הקרוב, הבינוני והרחוק (ראו איור 1). מוצרי הצריכה החדישים ביותר כיום כגון טלפונים ניידים, מצלמות דיגיטליות או נגני DVD כמו גם שלטי רחק רבים אחרים מסתמכים על התקני חישה ושליטה באמצעות א”א. בתחום הא”א הקרוב, טכנולוגיות פוטו אופטיות משמשות לחישה אופטית ולתקשורת אופטית משום שאור פחות מורכב מ- RF (תדר רדיו) כשהוא מיושם כמקור יחיד. היות שא”א לא חודר קירות, הוא לא מתנגש עם אותות אחרים בסביבות שבתוך מבנים ובהשוואה לטכנולוגיות אחרות יש לו כמה יתרונות ברורים שיתוארו כאן.
איור 1: אותות א"א נמצאים קרוב לאמצע הספקטרום האלקטרומגנטי, מעל לרדיו והרבה מתחת לקרני גמא.
טבלה 1: אורכי גל ותדרים של ספקטרום הא"א (IR-A: 700nm-1400nm (0-7μm – 1.4μm קרוב – סיבים אופטיים, חיישני א"א (IR-B: 1400nm-3000nm (1.4μm - 3μm בינוני – חישת חום (IR-C: 3000nm-1mm (3μm - 1000μm רחוק – דימות תרמי
מוצרים המבוססים על טכנולוגית הא”א כוללים פולטי א”א, קולטי א”א (חיישנים), מפסקים אופטיים ומחזירי אור, חיישני רכינה, מודולי תקשורת IrDA וקולטים של מודולי שלט רחוק. פולטי א”א הן דיודות פולטות אור (לד, LED), והם מפורטים על בסיס המארז שלהם והתכונות המיוחדות, כמו הספק מוצא אופטי, אורך גל וזמן תגובה. קולטי א”א נקראים גם חיישנים משום שהם מזהים את אורך הגל והקרינה הספקטראלית של האור מפולט הא”א. מפרטים אותם לפי תכונות אופטיות, מארזים, מעגלים מיוחדים כמו מסנן אור אופף, זווית ראייה רחבה ועוד. מפסק אופטי הוא חיישן אור שמשלב קולט ופולט אור במארז אחד בצורת U. במפסק אופטי מהסוג הפולט, רכיבי פליטת וזיהוי האור מונחים זה מול זה. צורה וגודל הן שתי התכונות המבדלות העיקריות של מפסק אור. התכונות של המוצר נקבעות על ידי החריץ והמרווח – הרוחב או המרחק מהפולט לקולט/ חיישן. הרוחב של החריץ האנכי או האופקי הוא פתח החלון להקבלת האלומה, שנקרא גם רוחב האלומה. פרט לחריץ ולמרווח, קריטריוני בחירה כוללים את סוג הפלט, כגון אנלוגי, דיגיטלי ואותות פלט דו-פאזיים. מחזירי אור או חיישנים מסוג מחזיר הם פולטים- חיישנים זה לצד זה (מפסק אור) שמזהים אלומות מוחזרות ממשטח. המאפיינים החשמליים החשובים הם: קצב שבח ההעברה, זרם הקולט של החיישן לעומת הזרם של לד הא”א, אורך גל וזמן המיתוג של התגובה. חיישני רכינה הם סוג מיוחד של חישה שמיועד לפוטו אופטיקה שבה הסיבוב של התמונה הוא חלק מהחישה.
כדי לתת מענה ליישומים נפוצים כמו תקשורת אופטית אלחוטית למכשירים ניידים, מודולי תקשורת IrDA מוצעים לעיתים קרובות במארזים להרכבה על משטח (SMD) ותומכים בקצבי נתונים SIR, MIR ו-FIR.
איור 2: שלא כמו פולטי א"א רגילים שפועלים ליד 950 נ"מ, הפעולה ב-850 נ"מ של טכנולוגיית פולטי אורכי גל א"א של ROHM Semiconductor הרבה יותר קרובה לאורך הגל של פוטו טרנזיסטורים, והתוצאה היא הפחתת הפסדי האנרגיה.
קולטים של מודולי שלט רחוק פועלים במגוון של תדרי נושא (בדרך כלל בתחום 30 עד 60 קה”צ). שלטים עם עדשה כפולה מספקים רגישות רבה יותר ובטווח רחב יותר. בגלל הגודל הקטן והעיצוב המורכב על משטח (בדרך כלל) הם אידיאליים לשיבוץ בהרבה יישומים. שלטים עם מעגל אור משולב שיפרו את המאפיינים נוגדי הרעש.
בתור טכנולוגיה אלחוטית, לא”א יש יתרונות וחסרונות בהשוואה ל-RF ולקטגוריות תדרים תעשייתיות, מדעיות ורפואיות (ISM) (902-928 מה”צ). היתרונות הם אבטחה גבוהה יותר בגלל הכיווניות של האלומה שעוזרת להבטיח שנתונים לא מתגלים או דולפים למכשירים סמוכים כשהם מועברים. הם מספקים חסינות גבוהה מפני רעש שאינה פגיעה להתנגשות אותות ממכשירים אחרים וגם דרישות הספק נמוכות יחסית: אידיאלי למכשירים ניידים וליישומים עם תכנון פשוט. ולא פחות חשוב, יש רק מעט מגבלות רגולציה בינלאומיות על א”א. מצד שני, החסרונות הם קו הראייה – הפולטים והקולטים חייבים להיות כמעט בקו ישר. יתר על כן, א”א נחסם על ידי עצמים נפוצים כמו קירות וצמחים, ועל ידי דברים אחרים כמו בני אדם. הוא תומך בטווח קצר בלבד משום שהביצועים יורדים במרחקים גדולים ומראים רגישות לאור חזק ולמזג האוויר, ולכן אור שמש ישיר, גשם, ערפל, אבק וזיהום אוויר יכולים להשפיע על ביצועי ההעברה. ולבסוף, קצב העברת הנתונים נמוך יותר מקצבי ההעברה הטיפוסיים באמצעות כבלים או RF. למרות זאת, יישומים רבים מתאימים מאוד לטכנולוגיית הא”א בגלל מהירות התקשורת הגבוהה שלה, רמת האבטחה הגבוהה וגם החופש הגדול בתכנון בגלל התאימות של קבוצת התכונות לתכנון מחדש עתידי.
ROHM Semiconductor מציעה מגוון מקיף של מוצרים שנותנים מענה לכל סוג של טכנולוגיית מכשירי א”א. מספר מוצרי מפתח מפגינים טווח רחב של יכולות עם התמקדות מיוחדת בתפיסה ייחודית של מארז מאוד קומפקטי: טכנולוגיה מתקדמת של פולטי אורכי גל א”א הביאה לפיתוח פולטי א”א שפועלים ליד 850 נ”מ, עם יעילות פלט גבוהה יותר וחיסכון של 66% באנרגיה (ראו איור 2). בהשוואה למוצרים אחרים, מארזי ה-SMD המאוד קומפקטיים של מפסקי האור של ROHM מאפשרים הפחתה של בערך 31.4% בנפח ו-28% במסה. הם מבוססים על מבנה עם שתי תבניות (תבנית ראשית עם עדשות ואחריה תבנית משנית) וטכנולוגיית פולטי א”א עם אורך גל של 850 נ”מ, ומציעים רגישות גבוהה, דיוק אותות משופר וזרם המוצא של הקולט הגבוה ביותר שקיים.
גרסאות שונות כגון מפסקי אור דו-פאזיים משלבות שני חיישנים במארז אחד. בנוסף לחיסכון המוגדל במקום, הם יכולים לגלות גם את המהירות וגם את הכיוון של מנוע בדיוק גדול יותר מאשר פתרונות פוטו אופטיים רגילים המשתמשים בשני חיישני נפרדים. פתרונות אחרים כוללים מארז מורכב על תפס ומחבר MINI CT להתחברות קלה למעגל, ללא צורך בלוח מעגלים משני או הלחמה.
ארבעים שנה של תמיכה בחיישני א”א ומחקר מתמשך בתחומי הלדים והחיישנים הביאו להיצע רחב של מוצרי שלטי רחק וחיישני א”א המשלבים את טכנולוגיות הא”א החדשניות ביותר עם מארזים מורכבים ומאוד יעילים כדי לתת מענה לביקוש ההולך וגובר ליישומי א”א.
ROHM מיוצגת בישראל ע”י דני חייקין מחברת BePresent2
