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Ver.2.0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 ■ 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 ■ 概要 NJM45001 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。 NJM45001 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。 NJM45001 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。 NJM45001 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。- 2 - Ver 00
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■ 端子配置 HSSOP24 ■ 製品名構成 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 NJM45001 VP1 (TE1) 品番 パッケージ テーピング仕様
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Ver.2.0 ■ 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) NJM45001VP1 HTSSOP24 ○ ○ Sn-2Bi 45001 83 2,500 ■ 絶対最大定格 Ta=25C 項目 記号 定格 単位 電源電圧 (端子 3,4,12,18,22) VDD +24 V 入力電圧 (1) VIN GND-0.3 to VDD2,3+0.3（端子 23.24） V GND-0.3 to VDD4+0.3（端子 11） V GND-0.3 to 24（端子 9,13,14,20） V 差動入力電圧（端子 23,24） VID ±1 V 消費電力 PD 1200(2) 3700(3) mW ジャンクション温度 Tj -40 to +150 ˚C 動作温度範囲(4) Topr -40 to +125 ˚C 保存温度範囲 Tstg -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 114.5×101.5×1.6mm(2 層、FR-4)で EIA/JEDEC 準拠による (3) 基板実装時 114.5×101.5×1.6mm(4 層、FR-4)で EIA/JEDEC 準拠による (4 層基板内箔：99.5×99.5mm、JESD51-5 に基づき、基板にサーマルビアホールを適用) (4)NJM45001 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。 ■ 熱特性 項目 記号 値 単位 接合部－周囲雰囲気間 θja 103 (2) 34(3) °C/W 接合部－ケース表面間 ψjt 8 (2) 3(3) °C/W ■ 消費電力－周囲温度特性例- 4 - Ver 00
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- 4 - Ver.2.0http://www.njr.co.jp/
■ 推奨動作条件 項目 記号 値 単位 電源電圧 VDD +8 to +22 V 動作周囲温度 Topr - 40 to +125 °C ■ 電気的特性 消費電流 (指定無き場合 VDD1,2,3,4=15V, Ta=25 ˚C) 項目 記号 条件 最小 標準 最大 単位 消費電流 1 IDD1 TXEN(Pin20)=L, RXEN(Pin13)=H, No signal - 30 50 mA 消費電流 2 IDD2 TXEN(Pin20)=H, RXEN(Pin13)=L, No signal - 4.7 6 mA 送信アンプ部 (指定無き場合 VDD1,2,3,4=15V, Ta=25 ˚C) 項目 記号 条件 最小 標準 最大 単位 消費電流 IDDTX VDD1,2,3=15V, No signal - 30 50 mA シャットダウン時電流 IDDSD VDD1,2,3=15V, No signal - 1.4 3 mA 出力インピーダンス ZO GV=16.5dB, f=100kHz - 0.05 - Ω 入力オフセット電圧 VIO - 1 10 mV 入力バイアス電流 IB - 0.2 1 μA 最大出力電圧 Vom Isource=1A VDD-1.5 VDD-1 - V Isink=1A - GND+1 GND+1.5最大出力電流 IO VO=5V drop, 3kΩ connected to ILIM 2.25 3 - A
オープンループ利得 AV RL=50Ω 70 80 - dB 全高調波歪率 THD1 VO=8Vpp, f=300kHz, GV=22.5dB, Frequency bandwidth fb < 1.6MHz RL=50Ω - 0.07 - % VO=8Vpp, f=300kHz, GV=22.5dB, Frequency bandwidth fb < 1.6MHz RL=1.5kΩ - 0.04 - THD2 VDD1,2,3,4=20V, VO=16Vpp, f=300kHz, GV=22.5dB,fb<1.6MHz,RL=50Ω - 0.09 - VDD1,2,3,4=20V, VO=16Vpp, f=300kHz, GV=22.5dB,fb<1.6MHz,RL=1.5kΩ - 0.05 - 電源電圧変動除去比 PSRR1 GV=22.5dB, f=300kHz - -29 - dB PSRR2 GV=22.5dB, f=1MHz - -16 - 利得帯域幅積 GBW GV=40dB, f=10MHz, RL=5Ω, 50 70 - MHz スルーレート SR GV=20dB, Vo=10Vpp, RL=5Ω - 40 - V/μs フルパワー帯域幅 PBW GV=16.5dB, f=1MHz, RL=5Ω, - 10 - Vpp 入力換算雑音電圧 VNI1 f=1kHz - 9 - nV/√Hz VNI2 f=10kHz - 9 - VNI3 f=100kHz - 9 -
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Ver.2.0 温度検出部 (指定無き場合 VDD1,2,3,4=15V, Ta=25 ˚C) 項目 記号 条件 最小 標準 最大 単位 TSD 検出温度 TTSD1 TJALM1 from H to L - 160 - ˚C TSD リカバリ温度 TTSD2 TJALM1 from L to H - 140 -サーマルアラーム ON TARMON TJALM2 from H to L - 135 -
サーマルアラーム OFF TARMOFF TJALM2 from L to H - 125 -
TJALM1 出力 High TJ1H Load ≥ 10kΩ to GND 3.0 - 3.6 V TJALM1 出力 Low TJ1L Load ≥ 10kΩ to 3.3V 0 - 0.3 V TJALM2 出力 High TJ2H Load ≥ 10kΩ to GND 3.0 - 3.6 V TJALM2 出力 Low TJ2L Load ≥ 10kΩ to 3.3V 0 - 0.3 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 VDD1,2,3,4=15V, Ta=25 ˚C) 項目 記号 条件 最小 標準 最大 単位 消費電流 IDDRX VDD4=15V, No signal - 3.3 5 mA シャットダウン時電流 IDDSD RXENB=H, No signal - 0.8 2 mA 出力インピーダンス ZO f=300kHz, -6dB mode - 0.25 - Ω 出力電圧差 Vod GV=+12dB⇒-6dB, GV=0dB⇒-18dB - 1 20 mV 出力電圧リミット電圧 VO_lim No Load 3.0 3.3 3.6 Vpp 利得帯域幅積 GBW GV=12dB, f=5MHz, RL=4kΩ 8.5 17 - MHz 電源電圧変動除去比 PSRR1 GV=+12dB, f=300kHz - -29 - dB PSRR2 GV=+12dB, f=1MHz - -16 - Noise Figure VNO f=10kHz to 500kHz SATT=0dB, GV=12dB, External Resistor=440Ω - 26 - dB 全高調波歪率 THD GV=+12dB, f=1kHz, RL=4kΩ - 0.003 - % スルーレート SR VO=2Vpp,CL=50pF, RL=4kΩ - 15 - V/μs
Step アッテネーション量 SATT GV=-18dB, External BPF=550Ω 17 18 19 dB
入力インピーダンス Rin - 1.3 - kΩ
モード制御 (指定無き場合 VDD1,2,3,4=15V, Ta=25 ˚C)
項目 記号 条件 最小 標準 最大 単位
TXENB 切換電圧 VthTX Transmit Amp. ON/OFF control
L⇒ON Vth - - 1
V H⇒OFF Vth 2.3 - -
RXENB 切換電圧 VthRX Receiver Amp. ON/OFF control
L⇒ON Vth - - 1
V H⇒OFF Vth 2.3 - -
RXGAIN 切換電圧 VthGAIN Receiver Amp. Gain control L⇒ +12dB - - 1 V H⇒ 0dB 2.3 - - RXSATT 切換電圧 VthSATT Receiver Amp. Attenuation ON/OFF control L⇒ 0dB - - 1 V H⇒ -18dB 2.3 - - 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
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■ 特性例 指定無き場合 Ta=25 ˚C, VDD1,2,3,4=15V, ILIM 抵抗=12kΩ, TXENB=RXENB=RXGAIN=RXSATT=Low.- 7 -
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Ver.2.0 ■ 特性例 (続き) 指定無き場合 Ta=25 ˚C, VDD1,2,3,4=15V, ILIM 抵抗=12KΩ, TXENB=RXENB=RXGAIN=RXSATT=Low.- 8 - Ver 00
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■ 端子等価回路PIN No. PIN NAME EQUIVALENT CIRCUIT
1 2 TXOUT1 TXOUT2 5 D.N.C 6 ILIM 100Ω 100Ω 200Ω 32kΩ 100Ω VDD1 VDD2,3 VDD2,3 VDD2,3
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PIN No. PIN NAME EQUIVALENT CIRCUIT
7 8 TJALM1 TJALM2 9 14 RXGAIN RXSATT 11 RXIN 100Ω 100kΩ 1kΩ 1.3kΩ VDD2,3 VDD4 VDD4 VDD2,3
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PIN No. PIN NAME EQUIVALENT CIRCUIT
13 RXENB 15 RXOUT 16 VREFIN_RX 25kΩ 75kΩ 100Ω 10Ω 10Ω 100kΩ 200Ω 100kΩ VDD4 VDD4 VDD4 VDD2,3
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EQUIVALENT CIRCUIT PIN No. PIN NAME
17 19 VREFIN_TX VREFOUT 20 TXENB 23 24 TXINP TXINN 100kΩ 100Ω 100Ω 100Ω 25kΩ 100Ω 100kΩ 100kΩ 17PIN 19PIN VDD2,3 VDD2,3 VDD2,3
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■ アプリケーションノート NJM45001 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。 1. 電源に関して NJM45001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。 1.2 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。 図 1 NJM45001 アプリケーション例- 13 -
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Ver.2.0 1.3 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。 1.4 モード毎の各電源端子電流（参考） 2. サーマルシャットダウン(TSD)機能に関して NJM45001 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。 図 2 図 3 表 1- 14 - Ver 00
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- 14 - Ver.2.0http://www.njr.co.jp/
3. 送信アンプに関して 3.1 NJM45001 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 3.2 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。 3.3 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。 図 4 図 5 図 6
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Ver.2.0 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 NJM45001 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 101.5 1.6mm, 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 NJM45001 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＝𝑉𝑟𝑚𝑠 2 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。 図 7 VDD- 16 - Ver 00
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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） 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(℃) = −5.5𝑚𝑉/℃ 𝑇𝑗(℃) =𝑉5_𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡(𝑉) − 𝑉5_𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙(𝑉) 5.5𝑚𝑉/℃ + 𝑇𝑎(℃) 結果、熱抵抗θは以下のようになります。 𝜃(℃/𝑊) =𝑇𝑗(℃) − 𝑇𝑎(℃) 𝑃𝑑(𝑊) 100Ω 32kΩ 10uA 5pin (DNC端子) 図 8 グラフ 1- 17 -
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Ver.2.0 ■ 外形寸法図 ■フットパターン <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-GRN350-32-11)HTSSOP24-P1
Unit: mm 24 13 1 12 0 ～ 8 ° 7.8 ±0.1 0.325 0.65 4 . 4 ± 0 . 1 6 . 4 ± 0 . 1 0.1 0.22+0.08 -0.03 0.1 M 0 . 8 5 ± 0 . 0 5 0 . 0 5 ± 0 . 0 5 0 . 9 ± 0 . 1 5.0 3 . 2 0.6 0 . 1 3 + 0 . 0 7 -0 . 0 3 3 . 2 5.0 1 . 0 0.35 0.65 4 . 9 6 . 9 7.5 ＜ランドパターン＞ 3 . 2 0 . 2 0.2 5.0 0.35 1 . 0 7.5 4 . 9 6 . 9 0.65 ＜メタルマスク＞- 18 - Ver 00
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- 18 - Ver.2.0http://www.njr.co.jp/
■ 包装仕様 テーピング寸法 Feed directi on P2 P0 φD0 A B W 1 P1 φD1 E F W T K0 T2 (4.2) (5.12) ( 0 . 8 5 ) ( 0 . 6 ) SYMBOL A B D0 D1 E F P0 P1 P2 T T2 K0 W W1 DIMENSION 7.45±0.2 8.60±0.1 1.5 1.5 1.75±0.1 7.5±0.1 4.0±0.1 12.0±0.1 2.0±0.1 0.3±0.05 1.85 1.45±0.3 16.0±0.3 13.3 REMARKS THICKNESS 0.1max +0.1 0 +0.1 0 リール寸法 A E C D B W W1 SYMBOL A B C D E W W1 DIMENSION φ330±2 φ100±1 φ 13±0.2 φ 21±0.8 2±0.5 17.4±1 2 テーピング状態 Feed directionSealing with covering tape
Empty tape Devices Empty tape Covering tape
more than 160mm 2500pcs/reel more than 100mm reel more than 1round
梱包状態
Label Label
Put a reel into a box Aluminum laminate bag
ID sheet Heat seal Label Bubble wrap
HTSSOP24-P1
Unit: mm Insert direction (TE1)- 19 -
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Ver.2.0 ■ 推奨実装方法 リフローはんだ法 温度プロファイル ■ 改定履歴 日付 版数 変更内容 2017 / 7 / 4 Ver.1.0 初版 2018 / 6 / 1 Ver.2.0 アプリケーションノート追加 a b c e g 150 ºC 260 ºC 常 温 f 180 ºC 230 ºC 220 ºC d a：温度上昇勾配 ：1～4 ºC /s b：予備加熱温度 時間 ：150～180℃ ：60～120s c：温度上昇勾配 ：1～4 ºC /s d：実装領域 A 温度 時間 e：実装領域 B 温度 時間 ：220 ºC ：60s 以内 ：230 ºC ：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- 20 - Ver 00
