دیتاشیت نمایشگر LED هفت قسمتی LTC-2723JF - ارتفاع رقم 0.28 اینچ - رنگ نارنجی زرد - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTC-2723JF یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی چهار رقمی هفت قسمتی با عملکرد بالا است. عملکرد اصلی آن ارائه خوانش‌های عددی و الفبایی محدود واضح و روشن در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی است. کاربرد اصلی آن در دستگاه‌هایی است که به یک نمایشگر عددی چند رقمی فشرده با قابلیت دید عالی نیاز دارند، مانند ابزارهای تست و اندازه‌گیری، پنل‌های کنترل صنعتی، پایانه‌های فروش و لوازم الکترونیکی مصرفی.

موقعیت کلیدی دستگاه در تعادل بین اندازه، روشنایی و بازده توان آن نهفته است. با ارتفاع رقم 0.28 اینچ (7 میلی‌متر)، نمایشگری خوانا ارائه می‌دهد بدون آنکه فضای بیش از حدی از پنل را اشغال کند. استفاده از فناوری LED مبتنی بر AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) یک مزیت قابل توجه است که بازده نوری برتر و رنگ نارنجی زرد متمایز و اشباع شده‌ای را در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای استاندارد GaAsP فراهم می‌کند. این امر منجر به مزایای اصلی روشنایی بالا، کنتراست عالی و زاویه دید گسترده می‌شود که خوانایی را حتی در محیط‌های پرنور یا از زوایای مایل تضمین می‌کند.

بازار هدف شامل طراحان و مهندسان سیستم‌های نهفته، ابزار دقیق و سخت‌افزار صنعتی است که به یک راه‌حل نمایشگر قابل اعتماد و با رابط آسان نیاز دارند. طراحی کاتد مشترک مالتی‌پلکس آن مدار درایور را ساده می‌کند و تعداد پایه‌های I/O میکروکنترلر و قطعات خارجی مورد نیاز را کاهش می‌دهد که یک مزیت حیاتی برای کاربردهای حساس به هزینه و با محدودیت فضا است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. معیار اصلی میانگین شدت روشنایی (I_V) است که مقدار معمول آن 600 میکروکاندلا (µcd) است هنگامی که با جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر به ازای هر سگمنت درایو می‌شود. مشخصات یک محدوده از حداقل 200 µcd تا حداکثر ارائه می‌دهد که سطح پایه‌ای از روشنایی را تضمین می‌کند. این شدت با استفاده از یک سنسور و فیلتر کالیبره شده بر اساس تابع درخشندگی فوتوپیک CIE اندازه‌گیری می‌شود که تقریبی از حساسیت طیفی چشم انسان است.

مشخصات رنگ توسط پارامترهای طول‌موج تعریف می‌شوند. طول‌موج اوج تابش (λ_p) معمولاً 611 نانومتر است که در ناحیه نارنجی زرد طیف مرئی قرار می‌گیرد. طول‌موج غالب (λ_d) که معیاری مرتبط‌تر با درک رنگ است، معمولاً 605 نانومتر است. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) معادل 17 نانومتر نشان‌دهنده باند تابش نسبتاً باریکی است که به خلوص و اشباع رنگ نارنجی زرد کمک می‌کند. نسبت تطابق شدت روشنایی (I_V-m) حداکثر 2:1 مشخص شده است، به این معنی که اختلاف روشنایی بین سگمنت‌ها نباید از ضریب دو تجاوز کند و ظاهر یکنواخت در سراسر نمایشگر را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی و حرارتی

مشخصات الکتریکی برای طراحی مدار حیاتی هستند. ولتاژ مستقیم هر سگمنت (V_F) در جریان آزمایش استاندارد 20 میلی‌آمپر معمولاً 2.6 ولت است. حداقل آن 2.05 ولت ذکر شده است. این پارامتر برای محاسبه مقادیر مقاومت محدودکننده جریان و نیازمندی‌های منبع تغذیه ضروری است. جریان معکوس هر سگمنت (I_R) در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت حداکثر 100 میکروآمپر است که مشخصه‌های نشتی دستگاه در حالت خاموش را نشان می‌دهد.

حداکثر مقادیر مطلق (Absolute Maximum Ratings) محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند. جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت 25 میلی‌آمپر ریت شده است، اما این مقدار باید در دمای بالاتر از 25 درجه سلسیوس به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سلسیوس کاهش یابد (دری‌ت شود). برای کار پالسی، جریان مستقیم پیک 60 میلی‌آمپر تحت شرایط خاص (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است. حداکثر اتلاف توان هر سگمنت 70 میلی‌وات است. دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی 35- تا 85+ درجه سلسیوس ریت شده است که آن را برای کاربردهای صنعتی و محیطی گسترده مناسب می‌سازد. ریت دمای لحیم‌کاری مشخص می‌کند که دستگاه می‌تواند دمای 260 درجه سلسیوس را به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند که اطلاعاتی حیاتی برای فرآیندهای مونتاژ PCB است.

3. سیستم دسته‌بندی و باینینگ

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است." این نشان‌دهنده فرآیند باینینگ تولید است که در آن واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در شرایط آزمایش استاندارد (احتمالاً I_F=1mA) مرتب می‌شوند. در حالی که کدهای باین خاص در این بخش توضیح داده نشده‌اند، چنین سیستمی به خریداران اجازه می‌دهد قطعاتی با حداقل سطح روشنایی تضمین شده انتخاب کنند و در نتیجه یکنواختی ظاهری در محصولات نهایی، به ویژه هنگامی که چندین نمایشگر در کنار هم استفاده می‌شوند، تضمین می‌شود. این دسته‌بندی یک ویژگی کلیدی کنترل کیفیت و تمایز است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل بخشی برای "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" است. اگرچه منحنی‌های خاص در متن ارائه شده ترسیم نشده‌اند، اما منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I_F-V_F):این رابطه غیرخطی نشان می‌دهد که ولتاژ چگونه با افزایش جریان افزایش می‌یابد. این برای طراحی مدار درایور جهت اطمینان از عملکرد LED در ناحیه ایمن و کارآمد آن حیاتی است.
• شدت روشنایی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I_V-I_F):این منحنی وابستگی خروجی نور به جریان درایو را نشان می‌دهد. این منحنی معمولاً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بالاتر به اشباع می‌رسد. این اطلاعات برای تصمیم‌گیری در مورد درایو نمایشگر برای دستیابی به بهینه‌ترین تعادل بین روشنایی، مصرف توان و طول عمر مفید است.
• شدت روشنایی در مقابل دمای محیط:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال LED کاهش می‌یابد. درک این کاهش رتبه (دری‌تینگ) برای کاربردهایی که در دمای محیطی بالا کار می‌کنند، بسیار مهم است.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت نسبی نور ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد و حول پیک 611 نانومتر متمرکز است و خلوص رنگ را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

دستگاه در یک پکیج استاندارد نمایشگر LED عرضه می‌شود. بخش "ابعاد پکیج" نقشه نمای مکانیکی را ارائه می‌دهد، اگرچه ابعاد میلی‌متری خاص در متن ذکر نشده است. یادداشت مشخص می‌کند که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این نقشه برای طراحی جای پای (Footprint) PCB ضروری است تا اطمینان حاصل شود که برش پنل جلویی به درستی اندازه‌گیری شده و پایه‌ها با پدهای PCB تراز هستند.

پکیج دارای ظاهری با "روی خاکستری و سگمنت سفید" است که با کاهش بازتاب‌ها از نواحی غیر روشن (روی صفحه) و در عین حال ارائه سطحی تمیز و پخش‌کننده برای سگمنت‌های روشن، کنتراست را افزایش می‌دهد. نقطه اعشار سمت راست در پکیج ادغام شده است. قطبیت به وضوح توسط پایه‌بندی و معماری کاتد مشترک تعریف شده است.

6. اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

LTC-2723JF از یکپیکربندی کاتد مشترک مالتی‌پلکساستفاده می‌کند. این یک جنبه طراحی حیاتی است. نمودار مدار داخلی (که به آن ارجاع داده شده اما نشان داده نشده) نشان می‌دهد که هر یک از چهار رقم اتصال کاتد خود را به اشتراک می‌گذارند. آندهای مربوط به سگمنت‌های متناظر (A, B, C, D, E, F, G, DP) در تمام ارقام به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند.

اتصال دقیق پایه‌ها به شرح زیر است: پایه 1 کاتد مشترک رقم 1، پایه 8 برای رقم 4، پایه 11 برای رقم 3 و پایه 14 برای رقم 2 است. پایه 12 یک کاتد مشترک ویژه برای سگمنت‌های دونقطه پایین چپ، پایین وسط و پایین راست (L1, L2, L3) است که احتمالاً برای جداکننده زمان (مثلاً 12:34) استفاده می‌شوند. آندهای سگمنت در سایر پایه‌ها توزیع شده‌اند (مثلاً پایه 13 برای آند A و L1، پایه 15 برای آند B و L2، پایه 2 برای آند C و L3، پایه 3 برای DP و غیره). پایه‌های 4، 9 و 10 به عنوان "بدون اتصال" یا "بدون پایه" علامت‌گذاری شده‌اند. این پایه‌بندی باید دقیقاً رعایت شود تا طرح مالتی‌پلکس به درستی کار کند.

7. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی مونتاژ ارائه شده، مشخصه دمای لحیم‌کاری است: دستگاه می‌تواند دمای 260 درجه سلسیوس را به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند. این یک ریت استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که پروفایل مونتاژ PCB آنها از این تنش حرارتی تجاوز نمی‌کند. برای لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل دمایی با حداقل زمان تماس برای هر پایه استفاده شود.

احتیاط‌های کلی برای دستکاری LEDها اعمال می‌شود: از تنش مکانیکی روی لنز اپوکسی اجتناب کنید، در حین دستکاری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) محافظت کنید و در صورت عدم استفاده بلافاصله پس از باز کردن بسته‌بندی مهر و موم شده، در محیط‌های ضد استاتیک و کنترل رطوبت مناسب ذخیره کنید.

8. ملاحظات طراحی کاربرد

8.1 مدارهای کاربرد معمول

رایج‌ترین کاربرد توسط یک میکروکنترلر درایو می‌شود. به دلیل طراحی کاتد مشترک مالتی‌پلکس، میکروکنترلر باید از تکنیک اسکن استفاده کند. الگوی یک رقم را روی خطوط آند مشترک (سگمنت‌های A-G و DP) تنظیم می‌کند و سپس پایه کاتد مشترک مربوط به آن رقم را فعال می‌کند (جریان را به زمین می‌کشد). پس از مدت کوتاهی (مثلاً 1-5 میلی‌ثانیه)، به رقم بعدی می‌رود و به سرعت از بین هر چهار رقم چرخه می‌زند. چشم انسان به دلیل ماندگاری دید، این را به عنوان یک نمایشگر روشن پیوسته درک می‌کند. این روش تعداد پایه‌های I/O مورد نیاز را از (7 سگمنت + 1 DP) * 4 رقم = 32 پایه به 7 پایه سگمنت + 4 پایه رقم + 3 پایه دونقطه = 14 پایه کاهش می‌دهد که صرفه‌جویی قابل توجهی است.

قطعات خارجی معمولاً شامل مقاومت‌های محدودکننده جریان به صورت سری با هر خط آند سگمنت هستند. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F. برای منبع تغذیه 5 ولت، V_Fمعمول 2.6 ولت و I_Fمورد نظر 10 میلی‌آمپر، مقاومت (5 - 2.6) / 0.01 = 240 اهم خواهد بود. از آنجایی که نمایشگر مالتی‌پلکس است، جریان لحظه‌ای در طول زمان فعال هر رقم می‌تواند برای دستیابی به همان میانگین روشنایی بالاتر باشد؛ به عنوان مثال، درایو با پیک 40 میلی‌آمپر در طول چرخه وظیفه 25% میانگین 10 میلی‌آمپر را نتیجه می‌دهد.

8.2 نکات طراحی و بهترین روش‌ها

• انتخاب درایور:اطمینان حاصل کنید که میکروکنترلر یا IC درایور اختصاصی می‌تواند جریان کافی برای پایه‌های کاتد مشترک (مجموع جریان‌های تمام سگمنت‌های روشن در یک رقم) را سینک کند.
• نرخ تازه‌سازی (Refresh Rate):یک نرخ تازه‌سازی کلی بالاتر از 60 هرتز را حفظ کنید تا از لرزش قابل مشاهده جلوگیری شود. با 4 رقم، زمان اسکن هر رقم باید کمتر از حدود 4 میلی‌ثانیه باشد.
• کنترل روشنایی:روشنایی را می‌توان به راحتی در نرم‌افزار با تنظیم چرخه وظیفه مالتی‌پلکس یا جریان درایو پیک (در محدوده مقادیر مطلق) کنترل کرد.
• ترتیب توان (Power Sequencing):از اعمال سیگنال به آندهای سگمنت هنگامی که هیچ کاتدی فعال نیست خودداری کنید، زیرا این امر می‌تواند باعث حالت‌های تعریف نشده و احتمالی قفل شدن (Latch-up) شود.
• زاویه دید:با نصب نمایشگر عمود بر خط دید اصلی مورد انتظار کاربر، از زاویه دید گسترده آن بهره ببرید.

9. مقایسه فنی و مزایا

در مقایسه با نمایشگرهای LED قرمز قدیمی GaAsP، فناوری AlInGaP در LTC-2723JF بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. این بدان معناست که نور بیشتری (خروجی کاندلای بالاتر) برای همان جریان ورودی الکتریکی تولید می‌کند که منجر به مصرف توان کمتر برای یک روشنایی مشخص یا حداکثر روشنایی بالاتر می‌شود. رنگ نارنجی زرد (605-611 نانومتر) اغلب به صورت ذهنی روشن‌تر و جلب‌کننده‌تر از قرمز استاندارد درک می‌شود و ممکن است در محیط‌های دارای نور محیطی قرمز عملکرد بهتری ارائه دهد.

در مقایسه با نمایشگرهای با رقم بزرگ‌تر، اندازه 0.28 اینچی یک جای پای فشرده ارائه می‌دهد که برای ابزارهای قابل حمل یا با چیدمان متراکم ایده‌آل است. در مقایسه با نمایشگرهای کریستال مایع (LCD)، این نمایشگر LED روشنایی برتر، زوایای دید گسترده‌تر و زمان پاسخ سریع‌تری ارائه می‌دهد و به نور پس‌زمینه نیاز ندارد که طراحی را ساده می‌کند. معاوضه اصلی آن مصرف توان بالاتر نسبت به LCD است، به ویژه هنگامی که چندین سگمنت روشن هستند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: چگونه مقدار صحیح مقاومت محدودکننده جریان را محاسبه کنم؟

ج: از فرمول R = (V_CC- V_F) / I_Fاستفاده کنید. برای محاسبه اولیه از V_Fمعمول دیتاشیت (2.6 ولت) استفاده کنید. I_Fرا بر اساس روشنایی مورد نظر خود انتخاب کنید و زیر حداکثر پیوسته 25 میلی‌آمپر بمانید. به یاد داشته باشید این مقدار به ازای هر سگمنت است. برای یک طراحی مالتی‌پلکس، I_Fلحظه‌ای برای دستیابی به همان میانگین روشنایی بالاتر خواهد بود.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان ثابت (غیر مالتی‌پلکس) درایو کنم؟

ج: از نظر فنی بله، با اتصال مستقل کاتد هر رقم به زمین و درایو مستقیم سگمنت‌ها. با این حال، این کار به پایه‌های I/O بسیار بیشتری (32+) نیاز دارد و از نظر منابع میکروکنترلر و مصرف توان بسیار ناکارآمد است. طراحی مالتی‌پلکس مورد استفاده مورد نظر و بهینه است.

س: هدف "نسبت تطابق شدت روشنایی" چیست؟

ج: این نسبت 2:1 یکنواختی بصری را تضمین می‌کند. این تضمین می‌کند که هیچ سگمنتی در یک دستگاه تحت شرایط درایو یکسان بیش از دو برابر هر سگمنت دیگر روشن نباشد. این از ظاهر شدن برخی ارقام یا سگمنت‌ها به طور محسوسی کم‌نورتر یا پرنورتر جلوگیری می‌کند که از نظر بصری آزاردهنده خواهد بود.

س: آیا هیت‌سینک مورد نیاز است؟

ج: برای عملکرد عادی در محدوده جریان و دمای مشخص شده، هیت‌سینک مورد نیاز نیست. حداکثر اتلاف توان 70 میلی‌واتی هر سگمنت به راحتی توسط پکیج دستگاه و ترک‌های PCB تحت شرایط معمول مدیریت می‌شود. در صورت کار در دمای محیطی بالا نزدیک به حداکثر ریت، از تهویه کافی اطمینان حاصل کنید.

11. مثال عملی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی خوانش یک مولتی‌متر دیجیتال.LTC-2723JF یک انتخاب عالی برای نمایشگر 4 رقمی مولتی‌متر است. طراحی شامل یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای اندازه‌گیری ولتاژ، جریان یا مقاومت خواهد بود. میکروکنترلر خوانش را پردازش کرده و آن را به کدهای 7 قسمتی مناسب برای چهار رقم تبدیل می‌کند و موقعیت نقطه اعشار را بر اساس رنج مدیریت می‌کند.

فرم‌ور یک وقفه تایمر را برای مدیریت اسکن مالتی‌پلکس پیاده‌سازی می‌کند. چهار پایه میکروکنترلر به عنوان خروجی‌های درین باز (Open-Drain) یا سینک قوی پیکربندی می‌شوند که به چهار کاتد رقم (پایه‌های 1، 14، 11، 8) متصل هستند. هفت پایه دیگر به عنوان خروجی‌های پوش-پول پیکربندی می‌شوند که از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان 180 اهمی به آندهای سگمنت (A, B, C, D, E, F, G) متصل می‌شوند. آند DP (پایه 3) در صورت نیاز به یک پایه هشتم متصل می‌شود.

هر 2.5 میلی‌ثانیه (برای نرخ تازه‌سازی کلی 100 هرتز)، وقفه تایمر فعال می‌شود. فرم‌ور تمام کاتدهای رقم را خاموش می‌کند، خروجی‌های آند سگمنت را برای نمایش الگوی رقم بعدی در دنباله به‌روزرسانی می‌کند و سپس فقط پایه کاتد آن رقم را فعال می‌کند. این فرآیند به طور مداوم تکرار می‌شود. رنگ نارنجی زرد کنتراست بالایی در برابر روی خاکستری ایجاد می‌کند و خوانایی را در شرایط نوری مختلفی که یک متر دستی با آن مواجه می‌شود تضمین می‌کند.

12. اصل عملکرد

اصل اساسی، الکترولومینسانس در یک اتصال P-N نیمه‌هادی است. ماده AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) یک نیمه‌هادی با گاف نواری مستقیم است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود (ولتاژ مثبت روی آند نسبت به کاتد)، الکترون‌ها از ناحیه N-type و حفره‌ها از ناحیه P-type به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول‌موج (رنگ) نور ساطع شده را دیکته می‌کند - در این مورد، نارنجی زرد (~605-611 نانومتر). ماده روی خاکستری و سگمنت سفید به عنوان یک پخش‌کننده و تقویت‌کننده کنتراست عمل می‌کنند و نور را از تراشه‌های LED ریز به سگمنت‌های قابل تشخیص شکل داده و هدایت می‌کنند.

13. روندها و زمینه فناوری

فناوری LED مبتنی بر AlInGaP نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به مواد LED قدیمی‌تر مانند GaAsP (گالیم آرسنید فسفید) برای رنگ‌های قرمز، نارنجی و زرد است. این فناوری بازده کوانتومی داخلی و پایداری دمایی بسیار برتری ارائه می‌دهد، به این معنی که انرژی الکتریکی بیشتری به نور تبدیل می‌شود و روشنایی در محدوده دمایی وسیع‌تری بهتر حفظ می‌شود. این فناوری توسعه LEDهای با روشنایی بالا و بازده بالا را که برای کاربردهای فضای باز و خودرو مناسب هستند، مدتها قبل از پذیرش گسترده LEDهای سفید پرقدرت ممکن ساخت.

در حالی که نمایشگرهای مدرن اغلب از OLEDهای ماتریس نقطه‌ای یا TFT LCD برای گرافیک کامل استفاده می‌کنند، نمایشگر LED هفت قسمتی به دلیل سادگی شدید، استحکام، هزینه کم و مناسب بودن کامل برای خوانش‌های کاملاً عددی همچنان بسیار مرتبط است. روند توسعه آن بر افزایش بازده (لومن بر وات)، بهبود نسبت‌های کنتراست (روی‌های تیره‌تر، سگمنت‌های روشن‌تر) و ارائه تنوع بیشتری از اندازه‌های پکیج و رنگ‌ها در سیستم‌های مواد AlInGaP و InGaN (برای آبی/سبز/سفید) متمرکز است. تکنیک مالتی‌پلکس مورد استفاده در دستگاه‌هایی مانند LTC-2723JF یک راه‌حل کلاسیک و ماندگار برای مشکل کنترل چندین عنصر نمایش با تعداد محدودی خط کنترل است.