Hoja de Datos del Sensor de Luz Ambiental ALS-PD70-01C/TR7 - Tamaño 4.4x3.9x1.2mm - Voltaje 2.5V a 5.5V - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El ALS-PD70-01C/TR7 es un dispositivo sensor de luz ambiental de montaje superficial. Consiste en un fotodiodo alojado en un encapsulado SMD miniatura, moldeado en material transparente con la parte superior plana. Este sensor está diseñado como una solución eficaz para el ahorro de energía en aplicaciones de retroiluminación de pantallas para dispositivos móviles, como teléfonos móviles y PDAs. Una característica clave es su alta relación de rechazo a la radiación infrarroja, lo que resulta en una respuesta espectral que se asemeja mucho a la del ojo humano.

1.1 Ventajas Principales

• Respuesta espectral cercana a la del ojo humano.
• Baja variación de sensibilidad entre diferentes fuentes de luz.
• Amplio rango de temperatura de operación: de -40°C a +85°C.
• Amplio rango de voltaje de alimentación: de 2.5V a 5.5V.
• Tamaño compacto: 4.4 mm (L) x 3.9 mm (A) x 1.2 mm (H).
• Cumple con los estándares RoHS, REACH de la UE y Libre de Halógenos (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Mercado Objetivo y Aplicaciones

Este sensor está dirigido principalmente a dispositivos electrónicos portátiles y conscientes del consumo energético. Sus principales aplicaciones incluyen:

• Detección de luz ambiental para controlar la retroiluminación de pantallas LCD TFT y ahorrar energía.
• Sistemas automáticos de gestión de iluminación residencial y comercial.
• Mejora automática del contraste para letreros electrónicos.
• Dispositivos de monitoreo de luz ambiental para condiciones de luz diurna y artificial.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen las condiciones más allá de las cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar fuera de estas condiciones.

• Voltaje de Ruptura Inversa (V_BR): 35 V (a I_R=100µA). Indica el voltaje inverso máximo que el fotodiodo puede soportar antes de la ruptura.
• Voltaje Directo (V_F): 0.5 V a 1.3 V (a I_F=10mA). Es la caída de voltaje a través del diodo cuando está polarizado en directa, relevante para pruebas pero no típico en modo fotoconductivo.
• Temperatura de Operación (T_opr): -40°C a +85°C.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stq): -40°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C. Este parámetro es crítico para los procesos de soldadura por reflujo.

2.2 Condiciones Recomendadas de Operación

El dispositivo está diseñado para operar dentro de las siguientes condiciones para garantizar el rendimiento especificado.

• Temperatura de Operación (T_opr): -40°C a +85°C.

2.3 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden a T_a=25°C y definen el rendimiento central del sensor.

• Corriente de Oscuridad (I_D): Típ. 2 nA, Máx. 10 nA (a V_R=5V, E_V=0 Lux). Es la pequeña corriente de fuga cuando no hay luz presente. Un valor más bajo es mejor para la sensibilidad en condiciones de poca luz.
• Corriente de Luz (I_L1): Típ. 1.1 µA (a V_R=5V, E_V=100 Lux, luz blanca fluorescente/LED). Es la fotocorriente generada bajo una iluminación específica.
• Corriente de Luz (I_L2): Típ. 9.5 µA (a V_R=5V, E_V=1000 Lux, luz blanca fluorescente/LED).
• Corriente de Luz (I_L3): Típ. 12 µA (a V_R=5V, E_V=1000 Lux, Iluminante Estándar CIE-A / lámpara incandescente 2856K). La diferencia entre I_L2e I_L3destaca la respuesta variable del sensor a diferentes espectros de fuente de luz.
• Longitud de Onda de Sensibilidad Máxima (λ_p): Típ. 630 nm. Confirma que la respuesta máxima del sensor está en la región visible rojo-naranja, alineándose con la sensibilidad del ojo humano.
• Rango de Longitud de Onda de Sensibilidad (λ): 390 nm a 700 nm. Cubre la mayor parte del espectro de luz visible, con un fuerte rechazo a la luz infrarroja (IR) y ultravioleta (UV).

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a varias curvas típicas de características electro-ópticas, cruciales para los ingenieros de diseño.

3.1 Corriente de Luz vs. Iluminancia

Esta curva muestra la relación entre la fotocorriente de salida y el nivel de luz ambiental (en Lux). Suele ser lineal en un amplio rango, permitiendo una calibración directa de los niveles de luz en una aplicación. La pendiente de esta curva representa la responsividad del sensor.

3.2 Corriente de Oscuridad vs. Temperatura

Este gráfico ilustra cómo la corriente de oscuridad (I_D) aumenta con la temperatura. Dado que la corriente de oscuridad actúa como ruido, comprender esta relación es vital para aplicaciones que operan en entornos de temperatura extrema para garantizar lecturas precisas en condiciones de poca luz.

3.3 Corriente de Luz vs. Temperatura

Esta curva muestra la variación de la fotocorriente con la temperatura a una iluminancia fija. Se espera cierta dependencia de la temperatura, y estos datos son necesarios para diseñar circuitos con compensación de temperatura si se requiere alta precisión en todo el rango de operación.

3.4 Corriente de Luz vs. Voltaje de Alimentación

Este gráfico demuestra la estabilidad de la salida de fotocorriente en el rango recomendado de voltaje de alimentación (2.5V a 5.5V). Una salida estable frente a variaciones de voltaje simplifica el diseño de la fuente de alimentación.

3.5 Respuesta Espectral

Este es uno de los gráficos más importantes. Traza la sensibilidad relativa del sensor frente a la longitud de onda. La curva debe alcanzar su máximo alrededor de 630 nm (como se especifica) y mostrar una caída pronunciada más allá de 700 nm, confirmando un rechazo efectivo al IR. Comparar esta curva con la función de luminosidad fotópica CIE (respuesta estándar del ojo humano) valida visualmente la afirmación de "cercana a la respuesta del ojo humano".

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El sensor viene en un encapsulado de montaje superficial. Las dimensiones clave son:

• Longitud (L): 4.4 mm ±0.1 mm
• Ancho (W): 3.9 mm ±0.1 mm
• Altura (H): 1.2 mm

Los dibujos mecánicos detallados en la hoja de datos proporcionan medidas exactas para el diseño del patrón de soldadura, incluido el tamaño y espaciado de las almohadillas, lo cual es crítico para el diseño del PCB y la fiabilidad de la unión soldada.

4.2 Identificación de Polaridad

El dibujo de la hoja de datos indica las marcas de cátodo y ánodo en el cuerpo del encapsulado. La orientación correcta de la polaridad durante el montaje es esencial para el funcionamiento adecuado del circuito.

5. Guías de Soldadura y Montaje

5.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El límite absoluto máximo para la temperatura de soldadura es 260°C. Esto implica que el dispositivo puede soportar perfiles típicos de reflujo sin plomo. Los diseñadores deben seguir las prácticas estándar de soldadura por reflujo para SMD, asegurando que la temperatura máxima no exceda los 260°C y que el tiempo por encima del líquido se controle según las especificaciones de montaje del PCB.

5.2 Manipulación y Almacenamiento

El dispositivo debe almacenarse en su bolsa original de barrera contra la humedad bajo las condiciones de temperatura de almacenamiento especificadas (-40°C a +85°C). Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante la manipulación y el montaje.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificaciones de Empaquetado

• Empaquetado Estándar: 1000 piezas por volumen/bolsa.
• Empaquetado en Cartón: 10 cajas por cartón.
• Empaquetado en Carrete: Disponible con 1000 piezas por carrete para montaje automatizado pick-and-place.

6.2 Formato de Etiqueta y Trazabilidad

La etiqueta del empaquetado incluye campos para trazabilidad e identificación:

• CPN (Número de Producto del Cliente)
• P/N (Número de Producto: ALS-PD70-01C/TR7)
• QTY (Cantidad Empaquetada)
• CAT (Categoría/Rango - potencialmente para clasificación de rendimiento)
• HUE (Longitud de Onda Máxima)
• REF (Referencia)
• LOT No (Número de Lote para trazabilidad)

7. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

7.1 Circuito de Aplicación Típico

El sensor opera en modo fotoconductivo. Un circuito de aplicación típico implica conectar el fotodiodo en polarización inversa (cátodo a V_CC, ánodo a un amplificador de transimpedancia o una resistencia de pull-down). La corriente generada es proporcional a la intensidad de la luz. Esta corriente puede convertirse en voltaje usando una resistencia o un amplificador de transimpedancia (TIA) más sofisticado basado en amplificador operacional para una mejor sensibilidad y ancho de banda.

7.2 Notas de Diseño

• Polarización: Asegúrese de que el voltaje de polarización inversa (V_R) esté dentro del rango de 2.5V a 5.5V. Se recomienda una fuente estable para lecturas consistentes.
• Acondicionamiento de Señal: La salida es una corriente pequeña (microamperios). Se necesita un diseño cuidadoso del PCB para minimizar la captación de ruido. Proteger el sensor de fuentes directas de IR (como la luz solar o bombillas incandescentes) puede mejorar la precisión debido a su rechazo al IR, pero persiste cierta dependencia espectral (como se ve en I_L2vs. I_L3).
• Calibración: Debido a las variaciones típicas y a la percepción no lineal del brillo por parte de los humanos, a menudo es necesaria una calibración del producto final contra una fuente de luz conocida para una medición precisa de Lux.
• Diseño Óptico: El encapsulado de "parte superior plana transparente" puede requerir una guía de luz o un difusor en el producto final para asegurar que el sensor reciba una muestra representativa de la luz ambiental y no se vea afectado por fuentes puntuales o sombras.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El ALS-PD70-01C/TR7 se diferencia por su combinación de características clave:

• Respuesta Similar al Ojo Humano: A diferencia de los fotodiodos simples, su respuesta filtrada minimiza la sensibilidad al IR, haciendo que su salida sea más útil directamente para tareas de percepción de brillo sin corrección de software compleja.
• Amplio Rango de Voltaje: El rango de 2.5V a 5.5V permite su uso directo con sistemas lógicos de 3.3V y 5V comunes en microcontroladores, eliminando la necesidad de un cambiador de nivel o regulador.
• Rendimiento Robusto ante la Temperatura: El rango de operación especificado de -40°C a +85°C lo hace adecuado para aplicaciones automotrices, industriales y al aire libre, más allá de la electrónica de consumo típica.
• Cumplimiento Normativo: El cumplimiento total con las regulaciones ambientales modernas (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) es un requisito obligatorio para la mayoría de los mercados globales hoy en día.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Qué tan precisa es la medición de Lux con este sensor?

El sensor proporciona una fotocorriente proporcional a la intensidad de la luz. Para una medición precisa de Lux, es esencial calibrarlo contra un luxómetro de referencia bajo el tipo específico de fuente de luz (por ejemplo, luz diurna, fluorescente, LED) utilizado en la aplicación. La hoja de datos proporciona respuestas típicas bajo diferentes fuentes (ver I_L2e I_L3), destacando la dependencia espectral inherente de cualquier sensor de luz.

9.2 ¿Se puede usar al aire libre bajo luz solar directa?

Aunque el rango de temperatura de operación lo permite, la luz solar directa tiene un contenido de IR muy alto. El rechazo al IR del sensor ayuda, pero el nivel de iluminancia bajo el sol directo (a menudo >50,000 Lux) puede saturar el sensor o la etapa amplificadora siguiente. Sería necesario un atenuador óptico (filtro de densidad neutra) o una selección cuidadosa del rango en el circuito de acondicionamiento de señal.

9.3 ¿Cuál es el propósito de "CAT" y "HUE" en la etiqueta?

Es probable que indiquen clasificación de rendimiento. "CAT" (Categoría/Rango) podría clasificar dispositivos según la sensibilidad de corriente de luz (por ejemplo, salida más alta/más baja en una condición de prueba estándar). "HUE" (Longitud de Onda Máxima) clasifica dispositivos según la longitud de onda exacta de la sensibilidad espectral máxima (alrededor de los 630 nm típicos). Esto permite a los fabricantes seleccionar sensores con un emparejamiento de rendimiento más ajustado para la producción en gran volumen.

10. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Escenario: Atenuación Automática de Retroiluminación para un Dispositivo Móvil

El ALS-PD70-01C/TR7 se coloca detrás de una pequeña apertura o guía de luz en el bisel del dispositivo. Se conecta a una entrada de convertidor analógico-digital (ADC) de un microcontrolador a través de una simple resistencia. El firmware del microcontrolador lee periódicamente el voltaje, que corresponde al nivel de luz ambiental. Basándose en una tabla de búsqueda preprogramada o un algoritmo (a menudo imitando una curva de percepción humana logarítmica), el microcontrolador ajusta el ciclo de trabajo del PWM (Modulación por Ancho de Pulso) que impulsa la retroiluminación LED de la pantalla. En una habitación oscura, la retroiluminación se atenúa para ahorrar energía y reducir la fatiga visual. Bajo la luz solar brillante, aumenta al máximo para mejorar la legibilidad. La respuesta rápida del sensor y su sensibilidad espectral similar a la del ojo humano garantizan ajustes suaves y naturales bajo diversas condiciones de iluminación (fluorescente de oficina, LED del hogar, sol al aire libre).

11. Principio de Funcionamiento

El dispositivo es un fotodiodo de silicio. Cuando fotones con energía mayor que el bandgap del silicio golpean la unión semiconductora, generan pares electrón-hueco. Bajo un voltaje de polarización inversa, estos portadores de carga son barridos a través de la unión, creando una fotocorriente medible que es linealmente proporcional a la intensidad de la luz incidente (en un amplio rango). El encapsulado incorpora un filtro óptico que atenúa las longitudes de onda infrarrojas, moldeando la respuesta espectral para aproximarse a la respuesta fotópica del ojo humano.

12. Tendencias de la Industria

La detección de luz ambiental es una tecnología madura pero en evolución. Las tendencias actuales incluyen:

• Integración: Combinar el fotodiodo, amplificador, ADC y lógica digital (interfaz I2C/SPI) en un solo chip para crear sensores de luz digitales. Esto simplifica el diseño pero puede comprometer algo de rendimiento o flexibilidad.
• Detección de Proximidad: A menudo se combina con un LED IR para crear un sensor de proximidad, utilizado para funciones como apagar la pantalla durante una llamada telefónica.
• Detección de Parpadeo: Los sensores avanzados pueden detectar la frecuencia del parpadeo de la luz artificial (por ejemplo, de LEDs o fluorescentes) para permitir que las cámaras ajusten la velocidad de obturación y reduzcan efectos de bandas.
• Ultra Bajo Consumo: Para aplicaciones siempre encendidas en dispositivos IoT, hay demanda de sensores con corriente de reposo a nivel de nanoamperios.

El ALS-PD70-01C/TR7 representa una solución discreta de alto rendimiento, que ofrece flexibilidad de diseño y rendimiento analógico optimizado para aplicaciones donde estos factores se priorizan sobre la integración.