Hoja de Datos del LED RGB SMD 12-23C - Cinta de 8mm - Alimentación 5V - Control PWM de 256 Escalas de Gris - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 12-23C es un dispositivo compacto de montaje superficial (SMD) que integra tres chips LED individuales (Rojo, Verde, Azul) con un driver de corriente constante de 3 canales dedicado. Esta integración permite capacidades de color completo con control digital preciso en un solo paquete miniatura. Su principal ventaja radica en permitir diseños de PCB de alta densidad para aplicaciones que requieren iluminación de color vibrante y controlada dinámicamente, sin la complejidad de circuitos drivers externos.

La funcionalidad central es impulsada por un circuito integrado que acepta una señal de datos digital serial. Esta señal contiene 24 bits de datos (8 bits por canal de color), permitiendo 256 niveles distintos de escala de grises por color, lo que resulta en más de 16 millones de combinaciones de color posibles. El dispositivo se suministra en cinta de 8mm y en carretes de 7 pulgadas de diámetro, haciéndolo totalmente compatible con equipos automáticos de montaje pick-and-place de alta velocidad.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. La operación siempre debe permanecer dentro de estos límites.

• Tensión de Alimentación (VDD):+3.8V a +5.5V. Este es el rango de tensión para la lógica y el circuito de control del driver IC interno.
• Tensión de Salida (VOUT):17V máximo. Esta especificación se refiere a la capacidad de soporte de tensión de los transistores de salida del driver interno conectados a los ánodos del LED.
• Tensión de Entrada (VIN):-0.5V a VDD+0.5V. Se aplica a los pines de entrada digital (DIN). Exceder esto puede dañar las estructuras de protección de entrada.
• Descarga Electroestática (ESD):2000V (Modelo de Cuerpo Humano). Indica un nivel moderado de protección ESD; aún se recomiendan procedimientos de manejo adecuados.
• Temperatura de Operación (Topr):-20°C a +70°C. El rango de temperatura ambiente para una operación confiable.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldadura:El dispositivo está clasificado para soldadura por reflujo con una temperatura máxima de 260°C durante 10 segundos, o soldadura manual a 350°C durante 3 segundos.

2.2 Condiciones Recomendadas de Operación

Estas son las condiciones para un rendimiento óptimo y garantizado.

• Tensión de Alimentación (VDD):5.0V (Típico). El dispositivo está diseñado para una alimentación lógica de 5V.
• Niveles Lógicos de Entrada:
  • Tensión de Entrada de Nivel Alto (VIH): Mínimo 0.7*VDD. Una señal debe estar por encima de este nivel para ser reconocida como un '1' lógico.
  • Tensión de Entrada de Nivel Bajo (VIL): Máximo 0.3*VDD. Una señal debe estar por debajo de este nivel para ser reconocida como un '0' lógico.
• Retardo de Propagación (TPLZ):Máximo 300 ns. Este es el retardo de tiempo para que una señal de datos se propague desde el pin DIN al pin DOUT, crucial para determinar la velocidad máxima de transmisión de datos en configuraciones en cadena (daisy-chain).
• Tiempo de Caída de Salida (TTHZ):Máximo 20 µs para los canales de salida R/G/B. Esto afecta las características de conmutación PWM.
• Capacitancia de Entrada (CI):Máximo 15 pF. La carga capacitiva presentada por el pin DIN.

2.3 Características Electro-Ópticas

Medidas a una corriente directa (IF) de 5mA por chip de color y una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Intensidad Luminosa (Iv):
  • Rojo (RS): Los valores típicos oscilan entre 22.5 mcd y 72.0 mcd, dependiendo del lote específico (bin).
  • Verde (GH): Los valores típicos oscilan entre 45.0 mcd y 140.0 mcd.
  • Azul (BH): Los valores típicos oscilan entre 18.0 mcd y 57.0 mcd.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):130 grados (Típico). Este amplio ángulo de visión es característico de la lente de resina difusora blanca.
• Longitud de Onda Pico (λp):
  • Rojo: 632 nm
  • Verde: 518 nm
  • Azul: 468 nm
• Longitud de Onda Dominante (λd):La longitud de onda de color percibida.
  • Rojo: 617.5 nm a 629.5 nm
  • Verde: 525.0 nm a 540.0 nm
  • Azul: 464.5 nm a 476.5 nm
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):
  • Rojo: 20 nm
  • Verde: 35 nm
  • Azul: 25 nm

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El dispositivo se clasifica en lotes (bins) basándose en parámetros ópticos clave para garantizar la consistencia de color y brillo dentro de un lote de producción.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Cada chip de color se clasifica por separado. El código de lote (ej., M2, N1, P2) define un rango mínimo y máximo de intensidad luminosa a IF=5mA. Por ejemplo, un chip Rojo en el lote P1 tiene una intensidad entre 45.0 y 57.0 mcd. La hoja de datos proporciona tablas detalladas para Rojo (RS), Verde (GH) y Azul (BH). Se aplica una tolerancia de ±11% a la intensidad luminosa.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Similar a la intensidad, la longitud de onda dominante también se clasifica para controlar el punto de color. Por ejemplo, un chip Verde en el lote 'Y' tiene una longitud de onda dominante entre 525.0 nm y 530.0 nm. La hoja de datos proporciona tablas para los tres colores. Se especifica una tolerancia de ±1nm para la longitud de onda dominante.

4. Análisis de Rendimiento y Temporización

4.1 Forma de Onda de Temporización y Protocolo de Comunicación

El dispositivo utiliza un protocolo de comunicación serial de un solo cable. Los datos se introducen en el flanco de subida de la señal. El protocolo define dos niveles lógicos: código '0' y código '1', cada uno con requisitos específicos de tiempo en alto (T1H, T0H) y tiempo en bajo (T1L, T0L).

• T0H:300 ns ±80 ns (tiempo en alto para código 0).
• T0L:900 ns ±80 ns (tiempo en bajo para código 0).
• T1H:900 ns ±80 ns (tiempo en alto para código 1).
• T1L:300 ns ±80 ns (tiempo en bajo para código 1).
• RES (Tiempo de Reinicio):>50 µs. Una señal baja en DIN que dure más de este tiempo reinicia el registro de desplazamiento interno y fija los datos a la salida.

Se transmiten veinticuatro bits de datos secuencialmente: típicamente 8 bits para Verde, 8 bits para Rojo y 8 bits para Azul (orden GRB). Los datos para múltiples dispositivos pueden encadenarse (daisy-chain) desde el DOUT de un dispositivo al DIN del siguiente.

4.2 Circuito de Aplicación

Para un sistema de 5V, la hoja de datos recomienda colocar un condensador de desacoplamiento de 0.1 µF entre los pines AVDD (alimentación) y GND, posicionado lo más cerca posible del dispositivo para minimizar el ruido y garantizar una operación estable. El driver interno es de tipo corriente constante; sin embargo, los límites absolutos máximos indican que pueden requerirse resistencias limitadoras de corriente externas dependiendo del voltaje de drenaje aplicado (el voltaje en el ánodo del LED, que es mayor que VDD) para evitar condiciones de sobrecorriente. Los valores específicos de las resistencias se determinan por la corriente objetivo del LED y el voltaje directo de los chips LED a esa corriente.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo tiene una huella compacta SMD. El dibujo dimensional muestra el tamaño del cuerpo y la configuración de las patillas. Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.1mm. La asignación de pines es la siguiente:

1. DIN:Entrada de Datos para la señal de control serial.
2. GND:Tierra común tanto para datos como para alimentación.
3. DOUT:Salida de Datos para encadenar (daisy-chain) al siguiente dispositivo.
4. AVDD:Entrada de alimentación, conectar a +5V.

5.2 Especificaciones de Embalaje

El dispositivo se suministra en embalaje resistente a la humedad.

• Cinta Portadora:Cinta de 8mm de ancho en un carrete de 7 pulgadas de diámetro. Cada carrete contiene 2000 piezas.
• Sensibilidad a la Humedad:Los componentes son sensibles a la humedad (probablemente MSL 3 o similar). Las precauciones incluyen:
  • Almacenamiento antes de abrir la bolsa: ≤30°C / ≤90% HR.
  • Vida útil después de abrir la bolsa: 24 horas a ≤30°C / ≤60% HR.
  • Las piezas no utilizadas deben reembolsarse con desecante si se excede la vida útil.
  • Se requiere secado (baking) si el indicador de desecante muestra saturación o se excede el tiempo de almacenamiento.
• Dimensiones del Carrete y la Cinta:Se proporcionan dibujos detallados para el carrete, los bolsillos de la cinta portadora y la cinta de cubierta.
• Información de la Etiqueta:La etiqueta del carrete incluye campos para el Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Producto (P/N), Cantidad (QTY) y los códigos específicos de Clasificación (Binning) para Intensidad Luminosa (CAT), Longitud de Onda (HUE) y Voltaje Directo (REF).

6. Guías de Soldadura, Montaje y Uso

6.1 Compatibilidad con Procesos de Soldadura

El 12-23C es compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarrojo y de fase de vapor, adhiriéndose al perfil con una temperatura máxima de 260°C durante hasta 10 segundos. También está clasificado para soldadura manual a 350°C durante 3 segundos. El producto está libre de plomo y cumple con las normas RoHS, REACH de la UE y libre de halógenos (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).

6.2 Precauciones Críticas de Uso

• Protección contra Sobrecorriente:Es obligatorio usar resistencias limitadoras de corriente externas en serie con cada canal de color del LED. El voltaje directo del LED tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que la corriente aumenta a medida que sube la temperatura. Sin resistencias, incluso un pequeño aumento en la tensión de alimentación o la temperatura de unión puede provocar una fuga térmica y fallo del dispositivo.
• Precauciones ESD:Aunque está clasificado para 2000V HBM, se deben seguir los procedimientos estándar de manejo ESD durante el montaje y manipulación.
• Gestión Térmica:La temperatura máxima de operación de la unión está limitada por el driver IC y los chips LED. Se debe utilizar un área de cobre de PCB adecuada (alivio térmico) para la almohadilla GND para disipar el calor, especialmente cuando se manejan los LEDs a corrientes más altas.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Pantallas de Video LED Interiores/Exteriores:Ideal para pantallas de paso fino debido a su pequeño tamaño, driver integrado y capacidad de encadenamiento (daisy-chain).
• Tiras de LED de Color Completo:Permite tiras de iluminación RGB direccionables y programables.
• Iluminación Decorativa LED:Iluminación arquitectónica, señalización e iluminación ambiental.
• Retroiluminación:Para paneles de instrumentos, interruptores, LCDs y símbolos donde se desee color dinámico.
• Equipos de Telecomunicaciones:Indicadores de estado y retroiluminación de teclados.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Fuente de Alimentación:Utilice una fuente de 5V regulada y limpia. El condensador de desacoplamiento de 0.1µF es crítico para la inmunidad al ruido.
• Integridad de la Línea de Datos:Para cadenas largas (daisy-chain) o datos de alta velocidad, considere la impedancia de la traza y la posible necesidad de una resistencia en serie cerca de la salida del driver para reducir el "ringing".
• Configuración de Corriente:Calcule el valor de la resistencia externa (Rext) usando la fórmula: Rext = (Vdrain - Vf_led - Vds_sat) / Iled_target. Donde Vdrain es la tensión de alimentación del ánodo (<17V), Vf_led es el voltaje directo del LED a la corriente objetivo, Vds_sat es el voltaje de saturación del transistor de salida del driver (de la hoja de datos del driver IC, si está disponible), e Iled_target es la corriente deseada del LED (ej., 5mA para mediciones de especificación).
• Consistencia de Color:Para aplicaciones que requieren color uniforme, especifique códigos de clasificación (CAT y HUE) estrictos al proveedor.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

La principal diferenciación del 12-23C es la integración de los chips LED y el driver IC. En comparación con el uso de LEDs discretos con un driver IC separado, esta solución ofrece:

• Recuento Reducido de Componentes:Menos piezas para colocar y soldar.
• Huella Más Pequeña:Permite diseños de mayor densidad.
• Diseño de PCB Simplificado:No es necesario enrutar trazas de alta corriente desde un IC central a LEDs distantes.
• Simplicidad de Control Digital:Una sola línea de datos controla el color y el brillo, reduciendo el número de pines del microcontrolador y la complejidad del software en comparación con el control PWM analógico de canales separados.
• Encadenamiento (Daisy-Chaining):Simplifica el cableado para matrices lineales como tiras de luz.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la velocidad de datos máxima que puedo usar?

R: El factor limitante es el retardo de propagación (300ns máx.) y los requisitos de temporización para T0H/T1H. Una estimación conservadora para el período de datos es de aproximadamente 1.2µs (T0H+T0L para un '0'), lo que se traduce en una velocidad de datos de aproximadamente 833 kHz. Sin embargo, el tiempo de reinicio (50µs) entre tramas reducirá la tasa de refresco efectiva.

P: ¿Puedo manejar los LEDs a más de 5mA?

R: La hoja de datos solo especifica características a 5mA. Manejar a corrientes más altas aumentará la salida luminosa pero también aumentará la disipación de potencia, la temperatura de unión y puede reducir la vida útil. La corriente máxima está limitada por la capacidad del driver IC y las propias especificaciones del LED, que no se detallan completamente aquí. El desclasificación (derating) y el análisis térmico son esenciales.

P: ¿Cómo calculo el valor de la resistencia externa?

R: Como se describe en la sección 7.2. Necesita la curva Vf del LED (a menudo estimada a partir de valores típicos en la hoja de datos) y el voltaje de su fuente de ánodo (Vdrain). Un Vdrain común es 12V. Ejemplo para LED Rojo a 5mA: Si Vf_red ≈ 2.0V y Vds_sat ≈ 0.6V, entonces R = (12V - 2.0V - 0.6V) / 0.005A = 1880 Ω. Use el valor estándar más cercano.

P: ¿Cuál es la diferencia entre longitud de onda pico y longitud de onda dominante?

R: La longitud de onda pico (λp) es la longitud de onda en el punto más alto de la curva de distribución de potencia espectral del LED. La longitud de onda dominante (λd) es la longitud de onda de una luz monocromática pura que coincide con el color percibido del LED. λd es más relevante para la mezcla de colores y aplicaciones de visualización.

10. Principios de Funcionamiento

El dispositivo opera bajo un principio simple. Un registro de desplazamiento interno recibe datos seriales en el pin DIN. Estos datos se introducen bit a bit basándose en la temporización de la señal de entrada. Después de recibir 24 bits, una señal baja en DIN que dura más que el tiempo RES (50µs) fija estos datos en un registro de retención. El valor del registro de retención controla tres generadores de modulación por ancho de pulso (PWM) separados, uno para cada canal de color (Rojo, Verde, Azul). Cada valor de 8 bits (0-255) establece el ciclo de trabajo de su correspondiente generador PWM, controlando así la corriente promedio, y por lo tanto el brillo, de cada chip LED a lo largo del tiempo. El ojo humano integra este parpadeo rápido, percibiéndolo como un color estable con intensidad ajustable. El pin DOUT proporciona una copia almacenada en búfer del flujo de datos de entrada, permitiendo un encadenamiento (daisy-chain) perfecto a un número ilimitado de dispositivos posteriores.