دیتاشیت LED RGB SMD مدل 12-23C - نوار 8 میلی‌متری - تغذیه 5 ولت - کنترل PWM با 256 سطح خاکستری - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

مدل 12-23C یک قطعه نصب سطحی (SMD) فشرده است که سه چیپ ال ای دی مجزا (قرمز، سبز، آبی) را با یک درایور جریان ثابت سه کاناله مجتمع می‌کند. این یکپارچگی، قابلیت ایجاد رنگ کامل را با کنترل دیجیتال دقیق در یک پکیج کوچک فراهم می‌آورد. مزیت اصلی آن، امکان طراحی PCB با چگالی بالا برای کاربردهایی است که نیازمند نورپردازی رنگی پویا و زنده هستند، بدون پیچیدگی مدارهای درایور خارجی.

عملکرد اصلی توسط یک مدار مجتمع هدایت می‌شود که یک سیگنال داده دیجیتال سریال را می‌پذیرد. این سیگنال حاوی 24 بیت داده (8 بیت برای هر کانال رنگی) است که امکان ایجاد 256 سطح خاکستری مجزا برای هر رنگ و در نتیجه بیش از 16 میلیون ترکیب رنگی ممکن را فراهم می‌کند. قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری بسته‌بندی و بر روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ خودکار پیک اند پلیس سرعت‌بالا سازگار می‌کند.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد همیشه باید در این حدود باقی بماند.

• ولتاژ تغذیه (VDD):+3.8V تا +5.5V. این محدوده ولتاژ برای مدار منطقی و کنترل درایور IC داخلی است.
• ولتاژ خروجی (VOUT):حداکثر 17V. این مقدار مربوط به قابلیت تحمل ولتاژ ترانزیستورهای خروجی درایور داخلی متصل به آندهای ال ای دی است.
• ولتاژ ورودی (VIN):-0.5V تا VDD+0.5V. برای پین‌های ورودی دیجیتال (DIN) اعمال می‌شود. تجاوز از این محدوده می‌تواند به ساختارهای حفاظتی ورودی آسیب برساند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):2000V (مدل بدن انسان). نشان‌دهنده سطح متوسطی از حفاظت ESD است؛ با این حال رعایت روش‌های صحیح حمل و نقل همچنان توصیه می‌شود.
• دمای عملیاتی (Topr):-20°C تا +70°C. محدوده دمای محیط برای عملکرد مطمئن.
• دمای ذخیره‌سازی (Tstg):-40°C تا +90°C.
• دمای لحیم‌کاری:این قطعه برای لحیم‌کاری ریفلو با حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه، یا لحیم‌کاری دستی در 350 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه رتبه‌بندی شده است.

2.2 شرایط عملیاتی توصیه شده

اینها شرایط برای عملکرد بهینه و تضمین‌شده هستند.

• ولتاژ تغذیه (VDD):5.0V (مقدار معمول). قطعه برای تغذیه منطقی 5 ولتی طراحی شده است.
• سطوح منطقی ورودی:
  • ولتاژ ورودی سطح بالا (VIH): حداقل 0.7*VDD. یک سیگنال باید بالاتر از این سطح باشد تا به عنوان منطق '1' شناخته شود.
  • ولتاژ ورودی سطح پایین (VIL): حداکثر 0.3*VDD. یک سیگنال باید پایین‌تر از این سطح باشد تا به عنوان منطق '0' شناخته شود.
• تأخیر انتشار (TPLZ):حداکثر 300 نانوثانیه. این تأخیر زمانی برای انتشار سیگنال داده از پین DIN به پین DOUT است که برای تعیین حداکثر سرعت انتقال داده در پیکربندی‌های زنجیره‌ای حیاتی است.
• زمان افت خروجی (TTHZ):حداکثر 20 میکروثانیه برای کانال‌های خروجی R/G/B. این بر مشخصات سوئیچینگ PWM تأثیر می‌گذارد.
• ظرفیت خازنی ورودی (CI):حداکثر 15 پیکوفاراد. بار خازنی ارائه شده توسط پین DIN.

2.3 مشخصات الکترواپتیکال

اندازه‌گیری شده در جریان مستقیم (IF) برابر 5mA برای هر چیپ رنگی و دمای محیط (Ta) برابر 25 درجه سانتی‌گراد.

• شدت نور (Iv):
  • قرمز (RS): مقادیر معمول از 22.5 mcd تا 72.0 mcd، بسته به دسته‌بندی خاص متغیر است.
  • سبز (GH): مقادیر معمول از 45.0 mcd تا 140.0 mcd.
  • آبی (BH): مقادیر معمول از 18.0 mcd تا 57.0 mcd.
• زاویه دید (2θ1/2):130 درجه (مقدار معمول). این زاویه دید گسترده، مشخصه لنز رزین پخش‌کننده سفید است.
• طول موج پیک (λp):
  • قرمز: 632 نانومتر
  • سبز: 518 نانومتر
  • آبی: 468 نانومتر
• طول موج غالب (λd):طول موج رنگی که توسط چشم انسان درک می‌شود.
  • قرمز: 617.5 نانومتر تا 629.5 نانومتر
  • سبز: 525.0 نانومتر تا 540.0 نانومتر
  • آبی: 464.5 نانومتر تا 476.5 نانومتر
• پهنای باند طیفی (Δλ):
  • قرمز: 20 نانومتر
  • سبز: 35 نانومتر
  • آبی: 25 نانومتر

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

این قطعه بر اساس پارامترهای نوری کلیدی دسته‌بندی می‌شود تا یکنواختی رنگ و روشنایی درون یک دسته تولیدی تضمین شود.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

هر چیپ رنگی به طور جداگانه دسته‌بندی می‌شود. کد دسته‌بندی (مثلاً M2, N1, P2) یک محدوده حداقل و حداکثر برای شدت نور در IF=5mA تعریف می‌کند. به عنوان مثال، یک چیپ قرمز در دسته P1 شدت نوری بین 45.0 تا 57.0 mcd دارد. دیتاشیت جداول مفصلی برای قرمز (RS)، سبز (GH) و آبی (BH) ارائه می‌دهد. یک تلرانس ±11% برای شدت نور اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

مشابه شدت نور، طول موج غالب نیز برای کنترل نقطه رنگ دسته‌بندی می‌شود. به عنوان مثال، یک چیپ سبز در دسته 'Y' دارای طول موج غالب بین 525.0 نانومتر تا 530.0 نانومتر است. دیتاشیت جداولی برای هر سه رنگ ارائه می‌دهد. یک تلرانس ±1 نانومتر برای طول موج غالب مشخص شده است.

4. تحلیل عملکرد و تایمینگ

4.1 شکل موج تایمینگ و پروتکل ارتباطی

این قطعه از یک پروتکل ارتباطی سریال تک‌سیمه استفاده می‌کند. داده‌ها در لبه بالارونده سیگنال کلاک می‌شوند. پروتکل دو سطح منطقی را تعریف می‌کند: کد '0' و کد '1' که هر کدام نیازمندی‌های زمانی خاصی برای زمان سطح بالا (T1H, T0H) و زمان سطح پایین (T1L, T0L) دارند.

• T0H:300 نانوثانیه ±80 نانوثانیه (کد 0، زمان سطح بالا).
• T0L:900 نانوثانیه ±80 نانوثانیه (کد 0، زمان سطح پایین).
• T1H:900 نانوثانیه ±80 نانوثانیه (کد 1، زمان سطح بالا).
• T1L:300 نانوثانیه ±80 نانوثانیه (کد 1، زمان سطح پایین).
• RES (زمان ریست):>50 میکروثانیه. یک سیگنال پایین روی DIN که بیشتر از این مدت طول بکشد، رجیستر شیفت داخلی را ریست کرده و داده‌ها را برای خروجی لچ می‌کند.

بیست و چهار بیت داده به صورت متوالی ارسال می‌شوند: معمولاً 8 بیت برای سبز، 8 بیت برای قرمز و 8 بیت برای آبی (به ترتیب GRB). داده‌های چندین قطعه را می‌توان از پین DOUT یک قطعه به پین DIN قطعه بعدی به صورت زنجیره‌ای متصل کرد.

4.2 مدار کاربردی

برای یک سیستم 5 ولتی، دیتاشیت قرار دادن یک خازن جداسازی 0.1 میکروفاراد بین پین‌های AVDD (منبع تغذیه) و GND را توصیه می‌کند که باید تا حد امکان نزدیک به قطعه قرار گیرد تا نویز به حداقل برسد و عملکرد پایدار تضمین شود. درایور داخلی از نوع جریان ثابت است؛ با این حال، حداکثر مقادیر مجاز مطلق نشان می‌دهد که ممکن است بسته به ولتاژ درین اعمال شده (ولتاژ در آند ال ای دی که بالاتر از VDD است) به مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای جلوگیری از شرایط اضافه جریان نیاز باشد. مقادیر مقاومت‌های خاص با توجه به جریان هدف ال ای دی و ولتاژ مستقیم چیپ‌های ال ای دی در آن جریان تعیین می‌شوند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج

این قطعه دارای فوت‌پرینت SMD فشرده است. نقشه ابعادی، اندازه بدنه و پیکربندی پایه‌ها را نشان می‌دهد. تمام تلرانس‌های نامشخص ±0.1mm است. پین‌اوت به شرح زیر است:

1. DIN:ورودی داده برای سیگنال کنترل سریال.
2. GND:گراند مشترک برای داده و تغذیه.
3. DOUT:خروجی داده برای اتصال زنجیره‌ای به قطعه بعدی.
4. AVDD:ورودی منبع تغذیه، به +5V متصل شود.

5.2 مشخصات بسته‌بندی

قطعه در بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت عرضه می‌شود.

• نوار حامل:نوار 8 میلی‌متری عرض بر روی قرقره 7 اینچی قطر. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است.
• حساسیت به رطوبت:قطعات به رطوبت حساس هستند (احتمالاً MSL 3 یا مشابه). احتیاط‌ها شامل موارد زیر است:
  • ذخیره‌سازی قبل از باز کردن بسته: ≤30°C / ≤90% رطوبت نسبی.
  • زمان ماندگاری پس از باز کردن بسته: 24 ساعت در ≤30°C / ≤60% رطوبت نسبی.
  • قطعات استفاده نشده در صورت تجاوز از زمان ماندگاری، باید مجدداً با ماده جاذب رطوبت بسته‌بندی شوند.
  • در صورت نشان‌دادن اشباع توسط نشانگر رطوبت یا تجاوز از زمان ذخیره‌سازی، نیاز به عملیات پخت (بیکینگ) است.
• ابعاد قرقره و نوار:نقشه‌های دقیقی برای قرقره، حفره‌های نوار حامل و نوار پوششی ارائه شده است.
• اطلاعات برچسب:برچسب قرقره شامل فیلدهایی برای شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره محصول (P/N)، تعداد (QTY) و کدهای دسته‌بندی خاص برای شدت نور (CAT)، طول موج (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) است.

6. راهنمای لحیم‌کاری، مونتاژ و استفاده

6.1 سازگاری با فرآیند لحیم‌کاری

مدل 12-23C با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز و فاز بخار سازگار است و از پروفیلی با حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 10 ثانیه پیروی می‌کند. همچنین برای لحیم‌کاری دستی در 350 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه رتبه‌بندی شده است. محصول بدون سرب و مطابق با استانداردهای RoHS، EU REACH و بدون هالوژن (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) است.

6.2 احتیاط‌های حیاتی در استفاده

• حفاظت در برابر اضافه جریان:استفاده از مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی به صورت سری با هر کانال رنگی ال ای دی اجباری است. ولتاژ مستقیم ال ای دی دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که جریان با افزایش دما افزایش می‌یابد. بدون مقاومت، حتی یک افزایش کوچک در ولتاژ تغذیه یا دمای اتصال می‌تواند منجر به فرار حرارتی و خرابی قطعه شود.
• احتیاط‌های ESD:اگرچه برای 2000V HBM رتبه‌بندی شده است، اما باید در طول مونتاژ و جابجایی، روش‌های استاندارد کنترل ESD رعایت شود.
• مدیریت حرارتی:حداکثر دمای اتصال عملیاتی توسط درایور IC و چیپ‌های ال ای دی محدود می‌شود. باید از مساحت کافی مس در PCB (تخلیه حرارتی) برای پد GND برای دفع گرما استفاده شود، به ویژه هنگام راه‌اندازی ال ای دی‌ها با جریان‌های بالاتر.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

• نمایشگرهای ویدیویی ال ای دی داخلی/خارجی:به دلیل اندازه کوچک، درایور مجتمع و قابلیت اتصال زنجیره‌ای، برای نمایشگرهای با گام ریز ایده‌آل است.
• نوارهای نور ال ای دی تمام رنگ:امکان ایجاد نوارهای نور RGB قابل آدرس‌دهی و برنامه‌ریزی را فراهم می‌کند.
• نورپردازی تزئینی ال ای دی:نورپردازی معماری، تابلوها و نورپردازی حال و هوا.
• نور پس‌زمینه:برای پنل‌های ابزار، کلیدها، LCDها و نمادهایی که رنگ پویا مورد نظر است.
• تجهیزات مخابراتی:شاخص‌های وضعیت و نور پس‌زمینه صفحه کلید.

7.2 ملاحظات طراحی

• منبع تغذیه:از یک منبع تغذیه 5 ولتی تمیز و تنظیم‌شده استفاده کنید. خازن جداسازی 0.1µF برای ایمنی در برابر نویز حیاتی است.
• یکپارچگی خط داده:برای زنجیره‌های طولانی یا داده‌های سرعت بالا، امپدانس ردیابی و نیاز بالقوه به یک مقاومت سری نزدیک خروجی درایور برای کاهش پدیده رینگینگ را در نظر بگیرید.
• تنظیم جریان:مقدار مقاومت خارجی (Rext) را با استفاده از فرمول محاسبه کنید: Rext = (Vdrain - Vf_led - Vds_sat) / Iled_target. که در آن Vdrain ولتاژ تغذیه آند (<17V) است، Vf_led ولتاژ مستقیم ال ای دی در جریان هدف است، Vds_sat ولتاژ اشباع ترانزیستور خروجی درایور (از دیتاشیت درایور IC، در صورت موجود بودن) است و Iled_target جریان ال ای دی مورد نظر است (مثلاً 5mA برای اندازه‌گیری‌های مشخصات).
• یکنواختی رنگ:برای کاربردهایی که نیاز به رنگ یکنواخت دارند، کدهای دسته‌بندی دقیق (CAT و HUE) را از تأمین‌کننده مشخص کنید.

8. مقایسه و تمایز فنی

تمایز اصلی مدل 12-23C، یکپارچه‌سازی چیپ‌های ال ای دی و درایور IC است. در مقایسه با استفاده از ال ای دی‌های مجزا با یک درایور IC جداگانه، این راه‌حل مزایای زیر را ارائه می‌دهد:

• کاهش تعداد قطعات:قطعات کمتری برای قرار دادن و لحیم‌کاری.
• فوت‌پرینت کوچک‌تر:امکان طراحی با چگالی بالاتر را فراهم می‌کند.
• ساده‌سازی چیدمان PCB:نیازی به ردیابی مسیرهای درایور جریان بالا از یک IC مرکزی به ال ای دی‌های دور نیست.
• سادگی کنترل دیجیتال:یک خط داده واحد رنگ و روشنایی را کنترل می‌کند که در مقایسه با کنترل PWM آنالوگ کانال‌های جداگانه، تعداد پین‌های میکروکنترلر و پیچیدگی نرم‌افزار را کاهش می‌دهد.
• اتصال زنجیره‌ای:سیم‌کشی برای آرایه‌های خطی مانند نوارهای نور را ساده می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: حداکثر نرخ داده‌ای که می‌توانم استفاده کنم چقدر است؟

ج: عامل محدودکننده، تأخیر انتشار (حداکثر 300ns) و نیازمندی‌های زمانی برای T0H/T1H است. یک تخمین محافظه‌کارانه برای دوره داده حدود 1.2µs (T0H+T0L برای '0') است که به نرخ داده تقریبی 833 کیلوهرتز ترجمه می‌شود. با این حال، زمان ریست (50µs) بین فریم‌ها، نرخ رفرش مؤثر را کاهش خواهد داد.

س: آیا می‌توانم ال ای دی‌ها را با جریانی بیش از 5mA راه‌اندازی کنم؟

ج: دیتاشیت فقط مشخصات را در 5mA تعیین کرده است. راه‌اندازی با جریان‌های بالاتر، خروجی نوری را افزایش می‌دهد اما همچنین اتلاف توان، دمای اتصال را افزایش داده و ممکن است طول عمر را کاهش دهد. حداکثر جریان توسط قابلیت درایور IC و رتبه‌بندی‌های خود ال ای دی محدود می‌شود که به طور کامل در اینجا توضیح داده نشده است. کاهش رتبه (دری‌تینگ) و تحلیل حرارتی ضروری است.

س: چگونه مقدار مقاومت خارجی را محاسبه کنم؟

ج: همانطور که در بخش 7.2 توضیح داده شد. شما به منحنی Vf ال ای دی (که اغلب از مقادیر معمول در دیتاشیت تخمین زده می‌شود) و ولتاژ منبع تغذیه آند خود (Vdrain) نیاز دارید. یک Vdrain متداول 12V است. مثال برای ال ای دی قرمز در 5mA: اگر Vf_red ≈ 2.0V و Vds_sat ≈ 0.6V، آنگاه R = (12V - 2.0V - 0.6V) / 0.005A = 1880 Ω. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد استفاده کنید.

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

ج: طول موج پیک (λp) طول موج در بالاترین نقطه در منحنی توزیع توان طیفی ال ای دی است. طول موج غالب (λd) طول موج یک نور تک‌فام خالص است که با رنگ درک‌شده ال ای دی مطابقت دارد. λd برای کاربردهای ترکیب رنگ و نمایشگر مرتبط‌تر است.

10. اصول عملکرد

این قطعه بر اساس یک اصل ساده عمل می‌کند. یک رجیستر شیفت داخلی داده‌های سریال را روی پین DIN دریافت می‌کند. این داده‌ها بر اساس تایمینگ سیگنال ورودی، بیت به بیت کلاک می‌شوند. پس از دریافت 24 بیت، یک سیگنال پایین روی DIN که بیشتر از زمان RES (50µs) طول بکشد، این داده‌ها را در یک رجیستر نگهدارنده لچ می‌کند. مقدار رجیستر نگهدارنده، سه مولد مدولاسیون عرض پالس (PWM) جداگانه را کنترل می‌کند، یکی برای هر کانال رنگی (قرمز، سبز، آبی). هر مقدار 8 بیتی (0-255) چرخه وظیفه مولد PWM مربوطه خود را تنظیم می‌کند و در نتیجه جریان متوسط و بنابراین روشنایی هر چیپ ال ای دی را در طول زمان کنترل می‌کند. چشم انسان این چشمک‌زدن سریع را ادغام می‌کند و آن را به عنوان یک رنگ ثابت با شدت قابل تنظیم درک می‌کند. پین DOUT یک کپی بافر شده از جریان داده ورودی را فراهم می‌کند که امکان اتصال زنجیره‌ای بی‌درز به تعداد نامحدودی از قطعات بعدی را فراهم می‌کند.