دیتاشیت سنسور نور محیطی ALS-PD70-01C/TR7 - ابعاد 4.4x3.9x1.2 میلی‌متر - ولتاژ 2.5 تا 5.5 ولت - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ALS-PD70-01C/TR7 یک دستگاه سنسور نور محیطی نصب سطحی است. این سنسور شامل یک فتودیود است که در یک بسته SMD مینیاتوری قرار گرفته و با ماده شفاف و دارای سطح صاف قالب‌گیری شده است. این سنسور به عنوان یک راه‌حل مؤثر برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی در کاربردهای نور پس‌زمینه نمایشگر برای دستگاه‌های همراه، مانند تلفن‌های همراه و PDA طراحی شده است. یک ویژگی کلیدی آن، نسبت رد بالای تابش مادون قرمز است که منجر به پاسخ طیفی نزدیک به چشم انسان می‌شود.

1.1 مزایای اصلی

• نزدیک به پاسخ طیفی چشم انسان.
• تغییرات حساسیت کم در بین منابع نوری مختلف.
• محدوده دمای عملیاتی گسترده از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• محدوده ولتاژ تغذیه گسترده از 2.5 ولت تا 5.5 ولت.
• ابعاد فشرده: 4.4 میلی‌متر (طول) × 3.9 میلی‌متر (عرض) × 1.2 میلی‌متر (ارتفاع).
• مطابق با استانداردهای RoHS، EU REACH و عاری از هالوژن (برم<900ppm، کلر<900ppm، برم+کلر<1500 ppm).

1.2 بازار هدف و کاربردها

این سنسور عمدتاً برای دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل و حساس به انرژی هدف‌گیری شده است. کاربردهای اصلی آن شامل موارد زیر است:

• تشخیص نور محیطی برای کنترل نور پس‌زمینه نمایشگرهای LCD TFT به منظور صرفه‌جویی در مصرف انرژی.
• سیستم‌های مدیریت روشنایی اتوماتیک مسکونی و تجاری.
• بهبود کنتراست اتوماتیک برای تابلوهای الکترونیکی.
• دستگاه‌های نظارت بر نور محیطی برای شرایط نور روز و نور مصنوعی.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

این محدوده‌ها مرزهایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد خارج از این شرایط توصیه نمی‌شود.

• ولتاژ شکست معکوس (V_BR): 35 ولت (در I_R=100µA). این نشان‌دهنده حداکثر ولتاژ معکوسی است که فتودیود می‌تواند قبل از شکست تحمل کند.
• ولتاژ مستقیم (V_F): 0.5 ولت تا 1.3 ولت (در I_F=10mA). این افت ولتاژ در دو سر دیود هنگام بایاس مستقیم است که برای تست مرتبط است اما در عملکرد حالت فوتوکانداکتیو معمول نیست.
• دمای عملیاتی (T_opr): 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای نگهداری (T_stq): 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری (T_sol): 260 درجه سانتی‌گراد. این برای فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو حیاتی است.

2.2 شرایط عملیاتی توصیه شده

دستگاه برای عملکرد در شرایط زیر طراحی شده است تا عملکرد مشخص شده تضمین شود.

• دمای عملیاتی (T_opr): 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.

2.3 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در T_a=25°C اندازه‌گیری شده و عملکرد اصلی سنسور را تعریف می‌کنند.

• جریان تاریکی (I_D): معمولی 2 nA، حداکثر 10 nA (در V_R=5V، E_V=0 لوکس). این جریان نشتی کوچک در هنگام عدم وجود نور است. مقدار کمتر برای حساسیت در شرایط نور کم بهتر است.
• جریان نوری (I_L1): معمولی 1.1 µA (در V_R=5V، E_V=100 لوکس، نور سفید فلورسنت/LED). این جریان فوتوژنریت شده تحت روشنایی مشخص شده است.
• جریان نوری (I_L2): معمولی 9.5 µA (در V_R=5V، E_V=1000 لوکس، نور سفید فلورسنت/LED).
• جریان نوری (I_L3): معمولی 12 µA (در V_R=5V، E_V=1000 لوکس، منبع نور استاندارد CIE-A / لامپ رشته‌ای 2856K). تفاوت بین I_L2و I_L3وابستگی متفاوت پاسخ سنسور به طیف‌های مختلف منابع نور را برجسته می‌کند.
• طول موج حساسیت اوج (λ_p): معمولی 630 نانومتر. این تأیید می‌کند که پاسخ اوج سنسور در ناحیه مرئی قرمز-نارنجی است که با حساسیت چشم انسان هماهنگ است.
• محدوده طول موج حساسیت (λ): 390 نانومتر تا 700 نانومتر. این بخش عمده‌ای از طیف نور مرئی را پوشش می‌دهد و رد قوی نور مادون قرمز (IR) و فرابنفش (UV) دارد.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به چندین منحنی مشخصه الکترو-اپتیکال معمولی اشاره می‌کند که برای مهندسان طراحی حیاتی هستند.

3.1 جریان نوری در مقابل روشنایی

این منحنی رابطه بین جریان فوتو خروجی و سطح نور محیطی (بر حسب لوکس) را نشان می‌دهد. این رابطه معمولاً در محدوده وسیعی خطی است و امکان کالیبراسیون مستقیم سطوح نور در یک کاربرد را فراهم می‌کند. شیب این منحنی نشان‌دهنده پاسخ‌دهی سنسور است.

3.2 جریان تاریکی در مقابل دما

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه جریان تاریکی (I_D) با دما افزایش می‌یابد. از آنجایی که جریان تاریکی به عنوان نویز عمل می‌کند، درک این رابطه برای کاربردهایی که در محیط‌های دمایی شدید عمل می‌کنند حیاتی است تا قرائت‌های دقیق در نور کم تضمین شود.

3.3 جریان نوری در مقابل دما

این منحنی تغییرات جریان فوتو با دما در یک روشنایی ثابت را نشان می‌دهد. برخی وابستگی‌های دمایی انتظار می‌رود و این داده برای طراحی مدارهای جبران‌کننده دما در صورت نیاز به دقت بالا در کل محدوده عملیاتی ضروری است.

3.4 جریان نوری در مقابل ولتاژ تغذیه

این نمودار پایداری خروجی جریان فوتو در محدوده ولتاژ تغذیه توصیه شده (2.5V تا 5.5V) را نشان می‌دهد. یک خروجی پایدار در تغییرات ولتاژ، طراحی منبع تغذیه را ساده می‌کند.

3.5 پاسخ طیفی

این یکی از مهم‌ترین نمودارها است. حساسیت نسبی سنسور را در برابر طول موج ترسیم می‌کند. منحنی باید در حدود 630 نانومتر (همانطور که مشخص شده) به اوج برسد و کاهش شدیدی را فراتر از 700 نانومتر نشان دهد که رد مؤثر IR را تأیید می‌کند. مقایسه این منحنی با تابع درخشندگی فوتوپیک CIE (پاسخ استاندارد چشم انسان) به صورت بصری ادعای "نزدیک به پاسخ چشم انسان" را تأیید می‌کند.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته

سنسور در یک بسته نصب سطحی ارائه می‌شود. ابعاد کلیدی عبارتند از:

• طول (L): 4.4 میلی‌متر ±0.1 میلی‌متر
• عرض (W): 3.9 میلی‌متر ±0.1 میلی‌متر
• ارتفاع (H): 1.2 میلی‌متر

نقشه‌های مکانیکی دقیق در دیتاشیت، اندازه‌گیری‌های دقیقی برای طراحی الگوی لند فراهم می‌کنند، از جمله اندازه و فاصله پد، که برای چیدمان PCB و قابلیت اطمینان اتصال لحیم‌کاری حیاتی هستند.

4.2 شناسایی قطبیت

نقشه دیتاشیت نشان‌دهنده علائم کاتد و آند روی بدنه بسته است. جهت‌دهی صحیح قطبیت در حین مونتاژ برای عملکرد صحیح مدار ضروری است.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو

حداکثر محدوده مطلق برای دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد است. این نشان می‌دهد که دستگاه می‌تواند پروفایل‌های ریفلو بدون سرب معمولی را تحمل کند. طراحان باید روش‌های استاندارد لحیم‌کاری ریفلو SMD را دنبال کنند و اطمینان حاصل کنند که دمای اوج از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز نمی‌کند و زمان بالاتر از نقطه مایع طبق مشخصات مونتاژ PCB کنترل می‌شود.

5.2 جابجایی و نگهداری

دستگاه باید در کیسه اصلی ضد رطوبت خود تحت شرایط دمای نگهداری مشخص شده (40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد) نگهداری شود. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در حین جابجایی و مونتاژ رعایت شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات بسته‌بندی

• بسته‌بندی استاندارد: 1000 قطعه در هر حجم/کیسه.
• بسته‌بندی کارتن: 10 جعبه در هر کارتن.
• بسته‌بندی ریل: موجود با 1000 قطعه در هر ریل برای مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place.

6.2 فرمت برچسب و قابلیت ردیابی

برچسب بسته‌بندی شامل فیلدهایی برای قابلیت ردیابی و شناسایی است:

• CPN (شماره محصول مشتری)
• P/N (شماره محصول: ALS-PD70-01C/TR7)
• QTY (تعداد بسته‌بندی)
• CAT (رده‌ها - احتمالاً برای دسته‌بندی عملکرد)
• HUE (طول موج اوج)
• REF (مرجع)
• LOT No (شماره دسته برای قابلیت ردیابی)

7. ملاحظات طراحی کاربرد

7.1 مدار کاربرد معمول

سنسور در حالت فوتوکانداکتیو عمل می‌کند. یک مدار کاربرد معمول شامل اتصال فتودیود در بایاس معکوس (کاتد به V_CC، آند به یک تقویت‌کننده ترانسیمپدانس یا یک مقاومت Pull-Down) است. جریان تولید شده متناسب با شدت نور است. این جریان می‌تواند با استفاده از یک مقاومت یا یک تقویت‌کننده ترانسیمپدانس پیچیده‌تر مبتنی بر تقویت‌کننده عملیاتی (TIA) برای حساسیت و پهنای باند بهتر به ولتاژ تبدیل شود.

7.2 نکات طراحی

• بایاس: اطمینان حاصل کنید که ولتاژ بایاس معکوس (V_R) در محدوده 2.5V تا 5.5V باشد. یک منبع تغذیه پایدار برای قرائت‌های یکنواخت توصیه می‌شود.
• شرط‌سازی سیگنال: خروجی یک جریان کوچک (میکروآمپر) است. چیدمان PCB دقیق برای به حداقل رساندن نویز گرفته شده مورد نیاز است. محافظت سنسور از منابع مستقیم IR (مانند نور خورشید یا لامپ‌های رشته‌ای) می‌تواند به دلیل رد IR آن دقت را بهبود بخشد، اما برخی وابستگی‌های طیفی باقی می‌ماند (همانطور که در I_L2در مقابل I_L3دیده می‌شود).
• کالیبراسیون: به دلیل تغییرات معمول و ادراک غیرخطی روشنایی توسط انسان‌ها، کالیبراسیون محصول نهایی در برابر یک منبع نور شناخته شده اغلب برای اندازه‌گیری دقیق لوکس ضروری است.
• طراحی نوری: بسته "شیشه‌ای شفاف" با سطح صاف ممکن است در محصول نهایی نیاز به یک راهنمای نور یا دیفیوزر داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که سنسور نمونه‌ای نماینده از نور محیطی را دریافت می‌کند و تحت تأثیر منابع نقطه‌ای یا سایه‌ها قرار نمی‌گیرد.

8. مقایسه و تمایز فنی

ALS-PD70-01C/TR7 از طریق ترکیب ویژگی‌های کلیدی زیر خود را متمایز می‌کند:

• پاسخ چشم انسان: برخلاف فتودیودهای ساده، پاسخ فیلتر شده آن حساسیت IR را به حداقل می‌رساند و خروجی آن را برای کارهای ادراک روشنایی بدون تصحیح نرم‌افزاری پیچیده، مستقیم‌تر و مفیدتر می‌کند.
• محدوده ولتاژ گسترده: محدوده 2.5V تا 5.5V به آن اجازه می‌دهد تا مستقیماً با سیستم‌های منطقی 3.3V و 5V رایج در میکروکنترلرها استفاده شود و نیاز به شیفت‌دهنده سطح یا رگولاتور را از بین می‌برد.
• عملکرد دمایی قوی: محدوده عملیاتی مشخص شده از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد، آن را برای کاربردهای خودرویی، صنعتی و فضای باز، فراتر از الکترونیک مصرفی معمول مناسب می‌سازد.
• مطابقت: مطابقت کامل با مقررات زیست‌محیطی مدرن (RoHS، REACH، عاری از هالوژن) یک الزام اجباری برای اکثر بازارهای جهانی امروز است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 دقت اندازه‌گیری لوکس با این سنسور چقدر است؟

سنسور یک جریان فوتو متناسب با شدت نور ارائه می‌دهد. برای اندازه‌گیری دقیق لوکس، کالیبراسیون در برابر یک نورسنج مرجع تحت نوع خاص منبع نور (مانند نور روز، فلورسنت، LED) مورد استفاده در کاربرد ضروری است. دیتاشیت پاسخ‌های معمول تحت منابع مختلف را ارائه می‌دهد (به I_L2و I_L3مراجعه کنید) که وابستگی طیفی ذاتی هر سنسور نور را برجسته می‌کند.

9.2 آیا می‌توان آن را در فضای باز و زیر نور مستقیم خورشید استفاده کرد؟

در حالی که محدوده دمای عملیاتی اجازه آن را می‌دهد، نور مستقیم خورشید محتوای IR بسیار بالایی دارد. رد IR سنسور کمک می‌کند، اما سطح روشنایی در آفتاب مستقیم (اغلب >50,000 لوکس) ممکن است سنسور یا مرحله تقویت‌کننده بعدی را اشباع کند. یک تضعیف‌کننده نوری (فیلتر چگالی خنثی) یا انتخاب محدوده دقیق در مدار شرط‌سازی سیگنال ضروری خواهد بود.

9.3 هدف از "CAT" و "HUE" روی برچسب چیست؟

اینها احتمالاً نشان‌دهنده دسته‌بندی عملکرد هستند. "CAT" (دسته/رده) ممکن است دستگاه‌ها را بر اساس حساسیت جریان نوری دسته‌بندی کند (به عنوان مثال، خروجی بالاتر/پایین‌تر در یک شرایط تست استاندارد). "HUE" (طول موج اوج) دستگاه‌ها را بر اساس طول موج دقیق حساسیت طیفی اوج (در حدود 630 نانومتر معمولی) دسته‌بندی می‌کند. این به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا سنسورهایی با تطابق عملکرد دقیق‌تر برای تولید انبوه انتخاب کنند.

10. مثال موردی عملی

سناریو: تنظیم خودکار نور پس‌زمینه برای یک دستگاه همراه

ALS-PD70-01C/TR7 در پشت یک روزنه کوچک یا راهنمای نور روی قاب دستگاه قرار می‌گیرد. این سنسور از طریق یک مقاومت ساده به ورودی مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) یک میکروکنترلر متصل می‌شود. فریم‌ور میکروکنترلر به طور دوره‌ای ولتاژ را که متناسب با سطح نور محیطی است، می‌خواند. بر اساس یک جدول جستجوی یا الگوریتم از پیش برنامه‌ریزی شده (که اغلب منحنی ادراک لگاریتمی انسان را تقلید می‌کند)، میکروکنترلر چرخه وظیفه PWM (مدولاسیون عرض پالس) که LED نور پس‌زمینه نمایشگر را هدایت می‌کند، تنظیم می‌کند. در یک اتاق تاریک، نور پس‌زمینه برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش خستگی چشم کم می‌شود. در نور روشن خورشید، برای خوانایی به حداکثر افزایش می‌یابد. پاسخ سریع سنسور و حساسیت طیفی شبیه به چشم انسان، تنظیمات روان و طبیعی‌نما را تحت شرایط نوری مختلف (فلورسنت دفتر، LED خانه، آفتاب فضای باز) تضمین می‌کند.

11. اصل عملکرد

دستگاه یک فتودیود سیلیکونی است. هنگامی که فوتون‌هایی با انرژی بیشتر از گاف باند سیلیکون به پیوند نیمه‌هادی برخورد می‌کنند، جفت‌های الکترون-حفره تولید می‌کنند. تحت یک ولتاژ بایاس معکوس، این حامل‌های بار در سراسر پیوند جارو می‌شوند و یک جریان فوتو قابل اندازه‌گیری ایجاد می‌کنند که به طور خطی با شدت نور فرودی (در یک محدوده وسیع) متناسب است. بسته شامل یک فیلتر نوری است که طول‌موج‌های مادون قرمز را تضعیف می‌کند و پاسخ طیفی را برای تقریب پاسخ فوتوپیک چشم انسان شکل می‌دهد.

12. روندهای صنعت

سنجش نور محیطی یک فناوری بالغ اما در حال تکامل است. روندهای فعلی شامل موارد زیر است:

• یکپارچه‌سازی: ترکیب فتودیود، تقویت‌کننده، ADC و منطق دیجیتال (رابط I2C/SPI) در یک تراشه واحد برای ایجاد سنسورهای نور دیجیتال. این طراحی را ساده می‌کند اما ممکن است مقداری عملکرد یا انعطاف‌پذیری را معامله کند.
• سنجش مجاورت: اغلب با یک LED IR جفت می‌شود تا یک سنسور مجاورت ایجاد کند، که برای ویژگی‌هایی مانند خاموش کردن نمایشگر در طول تماس تلفنی استفاده می‌شود.
• تشخیص سوسو زدن: سنسورهای پیشرفته می‌توانند فرکانس سوسو زدن نور مصنوعی (مانند از LED یا فلورسنت) را تشخیص دهند تا به دوربین‌ها اجازه دهند سرعت شاتر را تنظیم کرده و اثرات نواربندی را کاهش دهند.
• توان فوق‌العاده کم: برای کاربردهای همیشه روشن در دستگاه‌های IoT، سنسورهایی با جریان سکون در سطح نانوآمپر مورد تقاضا هستند.

ALS-PD70-01C/TR7 یک راه‌حل گسسته با عملکرد بالا را نشان می‌دهد که انعطاف‌پذیری طراحی و عملکرد آنالوگ بهینه‌شده را برای کاربردهایی ارائه می‌دهد که این عوامل نسبت به یکپارچه‌سازی در اولویت قرار دارند.