ورقة بيانات مستشعر الضوء المحيطي ALS-PD70-01C/TR7 - الحجم 4.4x3.9x1.2 مم - الجهد 2.5V إلى 5.5V - الوثائق الفنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد ALS-PD70-01C/TR7 جهاز مستشعر ضوء محيطي للتركيب السطحي. يتكون من ثنائي ضوئي موضوع في عبوة SMD مصغرة، مصنوعة من مادة شفافة ذات سطح علوي مسطح. تم تصميم هذا المستشعر كحل فعال لتوفير الطاقة في تطبيقات إضاءة خلفية الشاشات للأجهزة المحمولة، مثل الهواتف المحمولة والمساعدات الرقمية الشخصية. من أبرز ميزاته نسبة رفض عالية للإشعاع تحت الأحمر، مما يؤدي إلى استجابة طيفية تتطابق بشكل وثيق مع استجابة العين البشرية.

1.1 المزايا الأساسية

• قريب من الاستجابة الطيفية للعين البشرية.
• تغير منخفض في الحساسية عبر مصادر الضوء المختلفة.
• نطاق تشغيل واسع لدرجة الحرارة من -40°C إلى +85°C.
• نطاق جهد تغذية واسع من 2.5V إلى 5.5V.
• حجم مضغوط: 4.4 مم (الطول) × 3.9 مم (العرض) × 1.2 مم (الارتفاع).
• متوافق مع معايير RoHS و EU REACH والخالي من الهالوجين (Br<900 جزء في المليون، Cl<900 جزء في المليون، Br+Cl<1500 جزء في المليون).

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

يستهدف هذا المستشعر بشكل أساسي الأجهزة الإلكترونية المحمولة والواعية للطاقة. تشمل تطبيقاته الرئيسية:

• كشف الضوء المحيطي للتحكم في إضاءة خلفية شاشات LCD من نوع TFT لتوفير الطاقة.
• أنظمة إدارة الإضاءة الأوتوماتيكية السكنية والتجارية.
• تحسين التباين الأوتوماتيكي للوحات الإعلانات الإلكترونية.
• أجهزة مراقبة الضوء المحيطي في ظروف الضوء النهاري والضوء الاصطناعي.

2. تحليل متعمق للمعايير الفنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل خارج هذه الظروف.

• جهد الانهيار العكسي (V_BR): 35 فولت (عند I_R=100 ميكرو أمبير). يشير هذا إلى أقصى جهد عكسي يمكن للثنائي الضوئي تحمله قبل الانهيار.
• الجهد الأمامي (V_F): 0.5 فولت إلى 1.3 فولت (عند I_F=10 مللي أمبير). هذا هو انخفاض الجهد عبر الثنائي عند انحيازه للأمام، وهو ذو صلة بالاختبار ولكنه ليس نموذجيًا في وضع التشغيل الضوئي التوصيلي.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr): -40°C إلى +85°C.
• درجة حرارة التخزين (T_stq): -40°C إلى +85°C.
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260°C. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات لحام إعادة التدفق.

2.2 ظروف التشغيل الموصى بها

تم تصميم الجهاز للعمل ضمن الظروف التالية لضمان الأداء المحدد.

• درجة حرارة التشغيل (T_opr): -40°C إلى +85°C.

2.3 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند T_a=25°C وتحدد الأداء الأساسي للمستشعر.

• تيار الظلام (I_D): القيمة النموذجية 2 نانو أمبير، القيمة القصوى 10 نانو أمبير (عند V_R=5 فولت، E_V=0 لكس). هذا هو تيار التسرب الصغير عند عدم وجود ضوء. القيمة الأقل أفضل للحساسية في ظروف الإضاءة المنخفضة.
• تيار الضوء (I_L1): القيمة النموذجية 1.1 ميكرو أمبير (عند V_R=5 فولت، E_V=100 لكس، ضوء فلورسنت/ليد أبيض). هذا هو التيار الضوئي الناتج تحت إضاءة محددة.
• تيار الضوء (I_L2): القيمة النموذجية 9.5 ميكرو أمبير (عند V_R=5 فولت، E_V=1000 لكس، ضوء فلورسنت/ليد أبيض).
• تيار الضوء (I_L3): القيمة النموذجية 12 ميكرو أمبير (عند V_R=5 فولت، E_V=1000 لكس، منبع الضوء القياسي CIE-A / مصباح متوهج 2856K). يسلط الفرق بين I_L2و I_L3الضوء على استجابة المستشعر المختلفة لأطياف مصادر الضوء المختلفة.
• طول موجة الحساسية القصوى (λ_p): القيمة النموذجية 630 نانومتر. هذا يؤكد أن ذروة استجابة المستشعر هي في المنطقة المرئية الحمراء-البرتقالية، متوافقة مع حساسية العين البشرية.
• نطاق طول موجة الحساسية (λ): 390 نانومتر إلى 700 نانومتر. هذا يغطي غالبية طيف الضوء المرئي، مع رفض قوي للضوء تحت الأحمر (IR) وفوق البنفسجي (UV).

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى عدة منحنيات نموذجية للخصائص الكهروضوئية والتي تعتبر بالغة الأهمية لمهندسي التصميم.

3.1 تيار الضوء مقابل شدة الإضاءة

يُظهر هذا المنحنى العلاقة بين التيار الضوئي الناتج ومستوى الضوء المحيط (باللكس). يكون خطيًا عادةً على نطاق واسع، مما يسمح بمعايرة مباشرة لمستويات الضوء في التطبيق. يمثل ميل هذا المنحنى استجابة المستشعر.

3.2 تيار الظلام مقابل درجة الحرارة

يوضح هذا الرسم البياني كيف يزداد تيار الظلام (I_D) مع درجة الحرارة. نظرًا لأن تيار الظلام يعمل كضوضاء، فإن فهم هذه العلاقة أمر حيوي للتطبيقات التي تعمل في بيئات درجة حرارة متطرفة لضمان قراءات دقيقة في الإضاءة المنخفضة.

3.3 تيار الضوء مقابل درجة الحرارة

يُظهر هذا المنحنى تغير التيار الضوئي مع درجة الحرارة عند إضاءة ثابتة. من المتوقع وجود بعض الاعتماد على درجة الحرارة، وهذه البيانات ضرورية لتصميم دوائر معوضة لدرجة الحرارة إذا كانت الدقة العالية مطلوبة عبر نطاق التشغيل الكامل.

3.4 تيار الضوء مقابل جهد التغذية

يوضح هذا الرسم استقرار خرج التيار الضوئي عبر نطاق جهد التغذية الموصى به (2.5V إلى 5.5V). يبسط الخرج المستقر عبر تغيرات الجهد تصميم مصدر الطاقة.

3.5 الاستجابة الطيفية

هذا أحد أهم الرسوم البيانية. يرسم الحساسية النسبية للمستشعر مقابل الطول الموجي. يجب أن يصل المنحنى إلى ذروته حول 630 نانومتر (كما هو محدد) ويظهر انخفاضًا حادًا بعد 700 نانومتر، مما يؤكد رفضًا فعالًا للأشعة تحت الحمراء. مقارنة هذا المنحنى بدالة اللمعان الضوئي CIE (استجابة العين البشرية القياسية) تؤكد بصريًا ادعاء "القرب من استجابة العين البشرية."

4. معلومات الميكانيكية والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

يأتي المستشعر في عبوة للتركيب السطحي. الأبعاد الرئيسية هي:

• الطول (L): 4.4 مم ±0.1 مم
• العرض (W): 3.9 مم ±0.1 مم
• الارتفاع (H): 1.2 مم

توفر الرسومات الميكانيكية التفصيلية في ورقة البيانات قياسات دقيقة لتصميم نمط اللحام، بما في ذلك حجم وتباعد الوسادات، وهي حرجة لتخطيط اللوحة PCB وموثوقية وصلة اللحام.

4.2 تحديد القطبية

يشير رسم ورقة البيانات إلى علامات الكاثود والأنود على جسم العبوة. اتجاه القطبية الصحيح أثناء التجميع ضروري لتشغيل الدائرة بشكل صحيح.

5. إرشادات اللحام والتركيب

5.1 معلمات لحام إعادة التدفق

الحد الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام هو 260°C. هذا يعني أن الجهاز يمكنه تحمل ملفات إعادة التدفق النموذجية الخالية من الرصاص. يجب على المصممين اتباع ممارسات لحام إعادة التدفق القياسية لـ SMD، مع ضمان عدم تجاوز درجة الحرارة القصوى 260°C والتحكم في الوقت فوق نقطة الانصهار وفقًا لمواصفات تجميع اللوحة PCB.

5.2 التعامل والتخزين

يجب تخزين الجهاز في كيس الحاجز للرطوبة الأصلي تحت ظروف درجة حرارة التخزين المحددة (-40°C إلى +85°C). يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي القياسية (ESD) أثناء التعامل والتجميع.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواصفات التعبئة

• التعبئة القياسية: 1000 قطعة لكل حجم/كيس.
• التعبئة بالكرتون: 10 علب لكل كرتونة.
• التعبئة بالبكرة: متاحة بـ 1000 قطعة لكل بكرة للتجميع الآلي بالالتقاط والوضع.

6.2 تنسيق الملصق وإمكانية التتبع

يتضمن ملصق التعبئة حقولًا للتتبع والتعريف:

• CPN (رقم منتج العميل)
• P/N (رقم المنتج: ALS-PD70-01C/TR7)
• QTY (كمية التعبئة)
• CAT (الرتب - محتمل لتصنيف الأداء)
• HUE (الطول الموجي الذروة)
• REF (المرجع)
• LOT No (رقم الدفعة للتتبع)

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 دائرة التطبيق النموذجية

يعمل المستشعر في الوضع الضوئي التوصيلي. تتضمن دائرة التطبيق النموذجية توصيل الثنائي الضوئي في انحياز عكسي (الكاثود إلى V_CC، الأنود إلى مضخم معاوقة النقل أو مقاومة سحب لأسفل). يتناسب التيار الناتج مع شدة الضوء. يمكن تحويل هذا التيار إلى جهد باستخدام مقاومة أو مضخم معاوقة نقل أكثر تطورًا يعتمد على مضخم عملياتي (TIA) لحساسية وعرض نطاق أفضل.

7.2 ملاحظات التصميم

• الانحياز: تأكد من أن جهد الانحياز العكسي (V_R) ضمن النطاق من 2.5V إلى 5.5V. يُوصى بمصدر طاقة مستقر لقراءات متسقة.
• تجهيز الإشارة: الخرج هو تيار صغير (ميكرو أمبير). هناك حاجة إلى تخطيط دقيق للوحة PCB لتقليل التقاط الضوضاء. يمكن أن يحسن حجب المستشعر من مصادر الأشعة تحت الحمراء المباشرة (مثل ضوء الشمس أو المصابيح المتوهجة) الدقة بسبب رفضه للأشعة تحت الحمراء، ولكن يبقى بعض الاعتماد الطيفي (كما هو موضح في I_L2مقابل I_L3).
• المعايرة: بسبب الاختلافات النموذجية والإدراك غير الخطي للسطوع من قبل البشر، غالبًا ما تكون معايرة المنتج النهائي مقابل مصدر ضوء معروف ضرورية لقياس اللكس الدقيق.
• التصميم البصري: قد تتطلب العبوة "الشفافة المائية" ذات السطح المسطح دليل ضوء أو موزع في المنتج النهائي لضمان استقبال المستشعر لعينة ممثلة للضوء المحيط وعدم تأثره بمصادر نقطية أو ظلال.

8. المقارنة الفنية والتمييز

يتميز ALS-PD70-01C/TR7 من خلال مجموعة ميزاته الرئيسية:

• استجابة العين البشرية: على عكس الثنائيات الضوئية البسيطة، تقلل استجابته المفلترة من الحساسية للأشعة تحت الحمراء، مما يجعل خرجها أكثر فائدة مباشرة لمهام إدراك السطوع دون تصحيح برمجي معقد.
• نطاق الجهد الواسع: يسمح النطاق من 2.5V إلى 5.5V باستخدامه مباشرة مع أنظمة المنطق 3.3V و 5V الشائعة في المتحكمات الدقيقة، مما يلغي الحاجة إلى محول مستوى أو منظم جهد.
• أداء قوي لدرجة الحرارة: نطاق التشغيل المحدد من -40°C إلى +85°C يجعله مناسبًا للتطبيقات السياراتية والصناعية والهواء الطلق، إلى جانب الإلكترونيات الاستهلاكية النموذجية.
• الامتثال: الامتثال الكامل للوائح البيئية الحديثة (RoHS، REACH، الخالي من الهالوجين) هو شرط إلزامي لمعظم الأسواق العالمية اليوم.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)

9.1 ما مدى دقة قياس اللكس باستخدام هذا المستشعر؟

يوفر المستشعر تيارًا ضوئيًا يتناسب مع شدة الضوء. لقياس اللكس الدقيق، تعتبر المعايرة مقابل مقياس ضوء مرجعي تحت نوع مصدر الضوء المحدد (مثل ضوء النهار، الفلورسنت، LED) المستخدم في التطبيق أمرًا ضروريًا. توفر ورقة البيانات استجابات نموذجية تحت مصادر مختلفة (انظر I_L2و I_L3)، مما يسلط الضوء على الاعتماد الطيفي المتأصل في أي مستشعر ضوء.

9.2 هل يمكن استخدامه في الهواء الطلق تحت أشعة الشمس المباشرة؟

بينما يسمح نطاق درجة حرارة التشغيل بذلك، يحتوي ضوء الشمس المباشر على محتوى عالٍ جدًا من الأشعة تحت الحمراء. يساعد رفض المستشعر للأشعة تحت الحمراء، ولكن مستوى الإضاءة في الشمس المباشرة (غالبًا >50,000 لكس) قد يشبع المستشعر أو مرحلة المضخم التالية. سيكون من الضروري استخدام مخفف بصري (مرشح كثافة محايد) أو اختيار نطاق دقيق في دائرة تجهيز الإشارة.

9.3 ما هو الغرض من "CAT" و "HUE" على الملصق؟

من المحتمل أن تشير هذه إلى تصنيف الأداء. قد يصنف "CAT" (الفئة/الرتبة) الأجهزة بناءً على حساسية تيار الضوء (مثل خرج أعلى/أقل في حالة اختبار قياسية). يصنف "HUE" (الطول الموجي الذروة) الأجهزة بناءً على الطول الموجي الدقيق لذروة الحساسية الطيفية (حوالي 630 نانومتر النموذجية). هذا يسمح للمصنعين باختيار مستشعرات ذات تطابق أداء أضيق للإنتاج الضخم.

10. مثال عملي لحالة الاستخدام

السيناريو: تخفيت إضاءة خلفية أوتوماتيكي لجهاز محمول

يتم وضع ALS-PD70-01C/TR7 خلف فتحة صغيرة أو دليل ضوء على إطار الجهاز. يتم توصيله بمدخل محول تناظري إلى رقمي (ADC) لمتحكم دقيق عبر مقاومة بسيطة. يقرأ برنامج المتحكم الدقيق الداخلي الجهد بشكل دوري، والذي يتوافق مع مستوى الضوء المحيط. بناءً على جدول بحث مبرمج مسبقًا أو خوارزمية (غالبًا تحاكي منحنى إدراك لوغاريتمي بشري)، يضبط المتحكم الدقيق دورة عمل PWM (تعديل عرض النبضة) التي تدفع إضاءة خلفية LED للشاشة. في غرفة مظلمة، تخفت الإضاءة الخلفية لتوفير الطاقة وتقليل إجهاد العين. في ضوء الشمس الساطع، تزيد إلى الحد الأقصى لتحسين إمكانية القراءة. تضمن استجابة المستشعر السريعة وحساسيته الطيفية الشبيهة بالعين البشرية تعديلات سلسة وطبيعية المظهر تحت ظروف الإضاءة المختلفة (فلورسنت المكتب، LED المنزل، شمس الهواء الطلق).

11. مبدأ التشغيل

الجهاز هو ثنائي ضوئي من السيليكون. عندما تضرب الفوتونات ذات الطاقة الأكبر من فجوة النطاق للسيليكون التقاطع شبه الموصل، فإنها تولد أزواج إلكترون-فجوة. تحت جهد انحياز عكسي، يتم سحب حاملات الشحنة هذه عبر التقاطع، مما يخلق تيارًا ضوئيًا قابلًا للقياس يتناسب خطيًا مع شدة الضوء الساقط (على نطاق واسع). تحتوي العبوة على مرشح بصري يخفف الأطوال الموجية تحت الحمراء، مشكلاً الاستجابة الطيفية لتقريب الاستجابة الضوئية للعين البشرية.

12. اتجاهات الصناعة

استشعار الضوء المحيطي هو تقنية ناضجة ولكنها تتطور. تشمل الاتجاهات الحالية:

• التكامل: دمج الثنائي الضوئي، المضخم، ADC، والمنطق الرقمي (واجهة I2C/SPI) في شريحة واحدة لإنشاء مستشعرات ضوء رقمية. هذا يبسط التصميم ولكن قد يضحي ببعض الأداء أو المرونة.
• استشعار القرب: غالبًا ما يتم إقرانه بـ LED للأشعة تحت الحمراء لإنشاء مستشعر قرب، يُستخدم لميزات مثل إيقاف تشغيل الشاشة أثناء المكالمة الهاتفية.
• كشف الوميض: يمكن للمستشعرات المتقدمة اكتشاف تردد وميض الضوء الاصطناعي (مثل من LEDs أو الفلورسنت) لتمكين الكاميرات من ضبط سرعة الغالق وتقليل تأثيرات التموج.
• طاقة منخفضة للغاية: للتطبيقات دائمة التشغيل في أجهزة إنترنت الأشياء، هناك طلب على المستشعرات ذات تيار السكون بمستوى النانو أمبير.

يمثل ALS-PD70-01C/TR7 حلاً منفصلاً عالي الأداء، يقدم مرونة تصميم وأداء تناظري محسّن للتطبيقات التي تُعطى الأولوية لهذه العوامل على التكامل.