ورقة بيانات LED البكسل الذكي C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H - عبوة P-LCC-6 - 5 فولت - زاوية رؤية 120 درجة - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

إن C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H هو مكون LED بكسل ذكي متكامل. يجمع بين شرائح LED الحمراء والخضراء والزرقاء مع دائرة سائق متكاملة (IC) مخصصة من ثلاث قنوات داخل عبوة سطحية واحدة (SMD) من نوع P-LCC-6. يبسط هذا التكامل التصميم من خلال إلغاء الحاجة إلى مكونات سائق خارجية لكل قناة لونية.

الوظيفة الأساسية لدائرة السائق المتكاملة (المشار إليها باسم 4516-IC في الوثيقة) هي توفير تحكم خطي فردي بتعديل عرض النبضة (PWM) 8-بت لكل من مصابيح LED الحمراء (R) والخضراء (G) والزرقاء (B). وهذا يسمح بإنشاء 16.7 مليون لون (2^24) من خلال مزج الكثافة بدقة. يتم التحكم عبر بروتوكول اتصال تسلسلي بسيط بسلك واحد، مما يجعله فعالاً من حيث التكلفة وسهل التنفيذ في تصميمات الإضاءة المختلفة.

تتميز العبوة بعاكس داخلي وتُشكل من راتنج شفاف عديم اللون، مما يساهم في زاوية رؤيتها الواسعة البالغة 120 درجة. ينتج عن مزج الضوء من مصابيح LED الثلاثة الأساسية انبعاث ضوء أبيض، مما يجعل هذا المكون مناسبًا بشكل خاص لتطبيقات الإضاءة الخلفية وأنابيب الضوء حيث تكون هناك حاجة لإضاءة موحدة وزاوية واسعة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل خارج هذه النطاقات.

• جهد مصدر الطاقة (VDD):الحد الأقصى 6.5 فولت. جهد التشغيل النموذجي هو 5 فولت، مما يوفر هامش أمان.
• تبديد الطاقة (PD):أقل من 400 ملي واط. وهذا يحد من إجمالي الحرارة الناتجة عن دائرة IC ومصابيح LED مجتمعة.
• تيار خرج LED (Iout):الحد الأقصى 25 مللي أمبير لكل قناة. يتم تحديد تيار الخرج النموذجي بـ 20 مللي أمبير في الخصائص الكهربائية.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -25°C إلى +85°C. هذا يحدد نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الموثوق.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40°C إلى +90°C.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يتحمل 2000 فولت، مما يشير إلى مستوى أساسي من حماية التعامل.
• درجة حرارة اللحام:متوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص: لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء عند 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350°C لمدة أقصاها 3 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تم القياس عند Ta=25°C و VDD=5 فولت، تحدد هذه المعلمات أداء خرج الضوء.

• شدة الإضاءة (Iv):
  • الأحمر (R): 450 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 1120 مللي كانديلا (الحد الأقصى). القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق.
  • الأخضر (G): 1120 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 2800 مللي كانديلا (الحد الأقصى). الأخضر هو عادةً ألمع قناة.
  • الأزرق (B): 280 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 710 مللي كانديلا (الحد الأقصى).
  • التسامح:±11% لشدة الإضاءة.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):100° (الحد الأدنى)، 120° (النموذجي)، 140° (الحد الأقصى). الزاوية النموذجية الواسعة 120° هي ميزة رئيسية.
• الطول الموجي السائد (λd):
  • الأحمر: من 618 نانومتر إلى 630 نانومتر.
  • الأخضر: من 520 نانومتر إلى 535 نانومتر.
  • الأزرق: من 463 نانومتر إلى 475 نانومتر.
  • التسامح:±1 نانومتر.
• مواد الشريحة:يستخدم الأحمر AlGaInP، بينما يستخدم الأخضر والأزرق InGaN، وهي مواد قياسية لمصابيح LED عالية الكفاءة.

2.3 الخصائص الكهربائية

معلمات دائرة السائق المتكاملة، محددة على نطاق Ta=-20 إلى +70°C و Vdd=4.5 إلى 5.5 فولت.

• تيار الخرج (IOL):19 مللي أمبير (الحد الأدنى)، 20 مللي أمبير (النموذجي)، 21 مللي أمبير (الحد الأقصى). هذا هو التيار الثابت المزود لكل LED.
• مستويات المنطق للإدخال (لأطراف DIN، SET):
  • VIH (جهد الإدخال للمستوى العالي): الحد الأدنى 2.7 فولت.
  • VIL (جهد الإدخال للمستوى المنخفض): الحد الأقصى 0.3 * Vdd (على سبيل المثال، 1.5 فولت كحد أقصى عند Vdd=5 فولت).
• جهد التباطؤ (VH):النموذجي 0.35 فولت. يوفر هذا مناعة ضد الضوضاء على أطراف الإدخال.
• تبديد التيار الديناميكي (IDD_dyn):النموذجي 2 مللي أمبير. هذا هو تيار التشغيل لدائرة السائق نفسها.

3. بروتوكول الاتصال والتوقيت

يستخدم الجهاز نظام اتصال غير عائد إلى الصفر (NRZ) بسلك واحد لاستقبال بيانات 24-بت (8 بت لكل قناة R، G، B).

3.1 توقيت نقل البيانات

يتم تحديد مستويات المنطق من خلال مدة النبضة العالية ضمن زمن دورة ثابتة تبلغ 1.2 ميكروثانية.

• المنطق '0':زمن الجهد العالي (T0H) = 0.30 ميكروثانية (±0.15 ميكروثانية)، زمن الجهد المنخفض (T0L) = 0.90 ميكروثانية.
• المنطق '1':زمن الجهد العالي (T1H) = 0.90 ميكروثانية (±0.15 ميكروثانية)، زمن الجهد المنخفض (T1L) = 0.30 ميكروثانية.
• إشارة إعادة التعيين/القفل:إشارة منخفضة المستوى على طرف DIN لأكثر من 50 ميكروثانية (على وجه التحديد، يظهر أكثر من 250 ميكروثانية) تقفل بيانات 24-بت المستلمة في سجلات الخرج، مما يؤدي إلى تحديث سطوع LED.

يتم إرسال البيانات بت البت الأكثر أهمية (MSB) أولاً لكل لون. التسلسل للبكسل الواحد هو: R[7], R[6], ... R[0], G[7], ... G[0], B[7], ... B[0]. يقوم طرف DOUT بإعادة إرسال الإشارة، مما يسمح بتوصيل أجهزة متعددة على التوالي (سلسلة ديزي) من خط بيانات متحكم واحد.

4. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

4.1 أبعاد العبوة وتوصيلات الأطراف

يتم وضع الجهاز في عبوة P-LCC-6 (حامل شريحة رصاصي بلاستيكي). يظهر رسم الأبعاد المقدم بصمة نموذجية لـ SMD. تكوين الأطراف كما يلي:

1. DI (إدخال البيانات):إدخال إشارة بيانات التحكم.
2. VDD:مصدر الطاقة لدائرة التحكم / IC (عادةً 5 فولت).
3. الأنود (الطرف 3 و 4):هذه الأطراف متصلة داخليًا. إدخال مصدر الطاقة لشرائح LED الحمراء والخضراء والزرقاء. يجب توصيلها بمصدر جهد من خلال مقاومات محددة للتيار مناسبة.
4. GND (الأرضي):الأرضي المشترك لـ IC ومصابيح LED.
5. DOUT (خرج البيانات):خرج إشارة بيانات التحكم للتوصيل على التوالي (سلسلة ديزي) إلى طرف DI للجهاز التالي.

ملاحظة تصميم حرجة:تحذر ورقة البيانات صراحةً من أن المقاومات المحددة للتيار الخارجيةيجبتطبيقها على التوالي مع أطراف الأنود. بدونها، حتى زيادة طفيفة في جهد مصدر الأنود يمكن أن تسبب تغيرًا كبيرًا ومدمرًا في التيار عبر مصابيح LED.

5. إرشادات اللحام والتركيب والتخزين

5.1 ظروف اللحام

المكون خالي من الرصاص ومتوافق مع لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. يتم توفير ملف درجة حرارة موصى به خالٍ من الرصاص:

• التسخين المسبق:من 150–200°C لمدة 60–120 ثانية (أقصى معدل ارتفاع 3°C/ثانية).
• إعادة التدفق:فوق 217°C لمدة 60–150 ثانية، مع عدم تجاوز درجة الحرارة القصوى 260°C لأقصى مدة 10 ثوانٍ.
• التبريد:أقصى معدل انخفاض 6°C/ثانية.
• مهم:يجب ألا يتم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين. يجب عدم تطبيق إجهاد على العبوة أثناء التسخين، ويجب ألا يتشوه لوحة الدوائر المطبوعة بعد اللحام.

5.2 حساسية الرطوبة والتخزين

يتم تعبئة الجهاز في أكياس حاجزة مقاومة للرطوبة مع مجفف.

• قبل الفتح:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية (RH). لا تفتح الكيس حتى تكون جاهزًا للاستخدام.
• بعد الفتح (عمر الاستخدام على الأرضية):يجب لحام المكونات خلال 24 ساعة من فتح الكيس المقاوم للرطوبة.
• التجفيف بالفرن:إذا تم تجاوز وقت التخزين أو أشار المجفف إلى دخول الرطوبة، يلزم معالجة تجفيف بدرجة 60°C ±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

6. التعبئة والطلب

يتم توريد المنتج على شريط ناقل بارز، ثم يتم لفه على بكرات. الكمية القياسية المحملة هي 2000 قطعة لكل بكرة. تم تصميم مواد وعملية التعبئة لتكون مقاومة للرطوبة. تتضمن الملصقات على البكرة معرفات قياسية مثل رقم المنتج (P/N)، الكمية (QTY)، ورقم الدفعة (LOT No.). تشير ورقة البيانات أيضًا إلى فئات لرتبة شدة الإضاءة (CAT)، رتبة الطول الموجي السائد (HUE)، ورتبة جهد الأمام (REF)، مما يشير إلى أن المنتج قد يكون متاحًا في درجات أداء مصنفة مسبقًا.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 التطبيقات النموذجية

• شاشات عرض الفيديو LED الداخلية/الخارجية:مثالي لعروض الألوان الكاملة ذات الدقة المنخفضة إلى المتوسطة، واللافتات، ولوحات الرسائل بسبب التحكم المتكامل وقابلية التوصيل على التوالي (سلسلة ديزي).
• شرائط LED كاملة الألوان:يمكن شرائط LED RGB القابلة للعنونة للإضاءة الزخرفية والمعمارية والترفيهية.
• إضاءة LED الزخرفية:مناسبة لمصابيح الإضاءة المتغيرة الألوان، والإضاءة التكميلية، والتركيبات التفاعلية.
• إضاءة خارجية للألعاب:يمكن استخدامها في إضاءة علبة الكمبيوتر الشخصي، أو الإضاءة الخلفية للوحة المفاتيح، أو أجهزة الألعاب الطرفية الأخرى.
• أنبوب الضوء/الإضاءة الخلفية:زاوية الرؤية الواسعة ومزيج الانبعاث الأبيض يجعلها مرشحًا جيدًا لتطبيقات دليل الضوء المضاء من الحافة أو المضاء مباشرة.

7.2 اعتبارات التصميم الحرجة

1. مقاومات تحديد التيار:هذا هو المكون الخارجي الأكثر أهمية. يجب وضع المقاومات على التوالي مع مصدر الأنود لكل قناة لونية (أو مقاوم مشترك إذا تم استخدام جهد مصدر واحد لجميع الألوان) لضبط أقصى تيار وحماية مصابيح LED. يجب حساب القيمة بناءً على جهد مصدر الأنود (V_anode)، جهد الأمام لـ LED (Vf، مقدر من المنحنيات النموذجية)، والتيار المطلوب (I، عادةً 20 مللي أمبير). R = (V_anode - Vf) / I.
2. فصل مصدر الطاقة:يجب وضع مكثف تجاوز (على سبيل المثال، 0.1 ميكروفاراد) بالقرب من طرف VDD لتحقيق استقرار مصدر طاقة IC وتصفية الضوضاء.
3. سلامة خط البيانات:لسلاسل ديزي طويلة أو في بيئات كهربائية صاخبة، فكر في إضافة مقاوم صغير على التوالي (على سبيل المثال، 100 أوم) عند خرج المتحكم و/أو مقاوم سحب لأعلى على خط البيانات لضمان حواف إشارة نظيفة.
4. إدارة الحرارة:بينما العبوة منخفضة الطاقة، فإن درجات الحرارة المحيطة العالية أو تشغيل جميع مصابيح LED الثلاثة بأقصى سطوع في وقت واحد يمكن أن يقترب من حد تبديد الطاقة. تأكد من وجود كمية كافية من النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة أو تبديد حراري إذا تم استخدامها في مصفوفات عالية الكثافة.
5. الامتثال للتوقيت:يجب أن يلتزم المتحكم الدقيق أو السائق الذي يولد إشارة البيانات بدقة بمواصفات توقيت T0H، T1H، وإعادة التعيين لضمان اتصال موثوق.

8. المقارنة التقنية والتمييز

يدمج C4516SDWN3S1 السائق ومصابيح LED، مما يميزه عن الحلول المنفصلة (LED منفصل + دائرة سائق خارجية). تشمل المزايا الرئيسية:

• تصميم مبسط:يقلل من عدد المكونات، مساحة لوحة الدوائر المطبوعة، وتعقيد التجميع.
• تحكم بسلك واحد:يقلل من الأسلاك، خاصة في مصفوفات متعددة البكسل، مقارنة بالحلول التي تتطلب خطوط ساعة وبيانات منفصلة (على سبيل المثال، SPI).
• شكل متكامل:P-LCC-6 هي عبوة SMD شائعة وسهلة التجميع.
• زاوية رؤية واسعة:زاوية 120° أفضل من العديد من مصابيح LED ذات الحزم الأضيق، وهي مفيدة لتطبيقات الإضاءة المنتشرة.
• القيود المحتملة:يعني التكامل أن أداء LED (الطول الموجي، الشدة) ثابت على الفئات المختارة. الحد الأقصى لتيار الخرج لكل قناة (25 مللي أمبير) مناسب لأغراض المؤشر والزخرفة ولكنه قد يكون أقل من مصابيح LED المنفصلة عالية الطاقة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 كم عدد مصابيح LED هذه التي يمكنني توصيلها على التوالي (سلسلة ديزي)؟

نظريًا، عدد كبير جدًا، محدود بشكل أساسي بمعدل تحديث البيانات. يتطلب كل بكسل 24 بت من البيانات. يتم تحديد معدل البيانات بزمن 1.2 ميكروثانية لكل بت. لتحديث سلسلة من N بكسل، تحتاج إلى (24 * N) بت بالإضافة إلى نبضة إعادة تعيين نهائية (>50 ميكروثانية). لمعدل تحديث 30 هرتز، يمكنك توصيل مئات البكسلات. يتم تحديد الحد العملي من خلال سلامة الإشارة وتوزيع الطاقة عبر السلاسل الطويلة.

9.2 لماذا تعتبر المقاومات الخارجية ضرورية للغاية؟

توفر دائرة السائق المتكاملة تيارًا ثابتًامصرفًاعلى جانب الكاثود لكل LED (متصل داخليًا). ومع ذلك، يتم تحديد قيمة التيار من خلال فرق الجهد بين طرف الأنود (المزود خارجيًا) والمرجع الداخلي لـ IC. بدون مقاوم على التوالي، يحدد جهد الأنود التيار مباشرة. جهد الأمام لـ LED (Vf) له معامل درجة حرارة سالب (ينخفض مع ارتفاع درجة حرارة LED). يمكن أن تسبب زيادة طفيفة في جهد المصدر أو انخفاض في Vf بسبب التسخين زيادة هاربة في التيار، مما يؤدي إلى فشل سريع. يوفر المقاوم رد فعل سلبي، مما يحقق استقرار التيار.

9.3 هل يمكنني استخدام متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت للتحكم في طرف DIN؟

ربما، ولكن بحذر. الحد الأدنى لـ VIH هو 2.7 فولت. مستوى المنطق العالي 3.3 فولت (~3.3 فولت) يلبي هذا المواصفات. ومع ذلك، يتم تقليل هوامش الضوضاء. من الضروري ضمان إشارات نظيفة. إذا أمكن، يوصى باستخدام متحكم دقيق بجهد 5 فولت أو محول مستوى للتشغيل القوي.

9.4 ما هو الغرض من طرف SET المذكور في الخصائص الكهربائية؟

بينما الطرف الأساسي للبيانات هو DIN، فإن الإشارة إلى طرف SET في مواصفات جهد الإدخال تشير إلى أنه قد يكون هناك طرف إضافي للتكوين (على سبيل المثال، ضبط سطوع عام أو وضع). يذكر وصف الطرف الرئيسي فقط DI، VDD، Anode، GND، DOUT. يجب على المصممين الرجوع إلى النسخة الأكثر تفصيلاً من ورقة بيانات دائرة سائق IC للتوضيح حول وظيفة الطرف إذا كان طرف SET موجودًا في نوع محدد.

10. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ سجل الإزاحة التسلسلي الداخلي، المتوازي الخارجي البسيط مجتمعًا مع مصارف تيار ثابتة. يتم توقيت دفق البيانات التسلسلي 24-بت إلى سجل إزاحة داخلي عبر التوقيت على طرف DI. يتوافق كل بت مع الحالة المطلوبة للتشغيل/الإيقاف لفترة فرعية محددة داخل دورة PWM لقناة لونية واحدة. بمجرد استقبال إطار 24-بت بالكامل، تقفل إشارة منخفضة مطولة (إعادة تعيين) هذه البيانات في مجموعة ثانية من السجلات التي تتحكم مباشرة في مصارف تيار الخرج. ثم تشغل هذه المصارف التيار لجزء من كل فترة PWM يتناسب مع قيمة 8-بت لكل لون، مما يخلق السطوع واللون المدركين. يوفر طرف DOUT البيانات المنزاحة من السجل الداخلي، مما يمكن التوصيل المتتالي.

11. اتجاهات التطور والسياق

تمثل أجهزة مثل C4516SDWN3S1 قطاعًا ناضجًا ومحسنًا من حيث التكلفة في سوق LED القابل للعنونة. تشمل اتجاهات التكنولوجيا في هذا المجال:

• تكامل أعلى:التوجه نحو سائقين يتحكمون في المزيد من القنوات (على سبيل المثال، RGBW من 4 قنوات) أو يتضمنون وظائف إضافية مثل تصحيح جاما ونشر الخطأ في IC.
• بروتوكولات اتصال محسنة:بينما السلك الواحد بسيط، تقدم البروتوكولات الأحدث معدلات بيانات أعلى (مثل 800 كيلوهرتز لـ WS2812B) أو مناعة محسنة ضد الضوضاء (إشارات تفاضلية، كما في لوحات LED الاحترافية).
• عمق بت أعلى:التقدم من 8-بت (256 مستوى) إلى 10-بت، 12-بت، أو حتى 16-بت PWM لكل قناة لتدرجات ألوان أكثر سلاسة ونطاق ديناميكي عالٍ في الإضاءة الاحترافية.
• أداء حراري وكهربائي محسن:تصميمات ذات انخفاض جهد أقل، كفاءة أعلى، ومسارات حرارية أفضل للسماح بسطوع مستدام أعلى.
• التوحيد القياسي:نمو بروتوكولات رقمية قياسية في الصناعة (على سبيل المثال، DMX، Art-Net) تتصل مع سائقات البكسل هذه للتركيبات واسعة النطاق.

يقع هذا المكون بقوة في التيار الرئيسي لمصابيح LED RGB الرقمية القابلة للعنونة منخفضة التكلفة، متوازنًا بين الأداء والبساطة والتكلفة بشكل فعال لمجموعة واسعة من التطبيقات الاستهلاكية والتجارية.