ال‌ای‌دی SMD RGB با درایور مجتمع - ابعاد 3.2x2.8x1.9 میلی‌متر - ولتاژ 5 ولت - توان 88 میلی‌وات - قرمز/سبز/آبی - برگه مشخصات فنی

1. مرور کلی محصول

این قطعه برای طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی طراحی شده است که در آن‌ها فضا، مونتاژ خودکار و کنترل دقیق رنگ حیاتی است. حوزه‌های کاربرد اصلی شامل موارد زیر می‌شود:

1.1 ویژگی‌ها

• مطابق با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS.
• از مواد نیمه‌هادی با بازدهی بالا AlInGaP (قرمز) و InGaN (سبز، آبی) برای روشنایی برتر استفاده می‌کند.
• مدار مجتمع درایور 8 بیتی تعبیه شده، 256 سطح روشنایی مجزا برای هر یک از سه کانال رنگی (قرمز، سبز، آبی) فراهم می‌کند.
• فرکانس اسکن داده بالا، معادل حداقل 800 کیلوهرتز، انتقال رنگ روان و نرخ نوسازی (رفرش) را تضمین می‌کند.
• بسته‌بندی شده بر روی نوار حامل 8 میلی‌متری برای سازگاری با تجهیزات استاندارد جایگذاری و برداشت خودکار.
• سازگار با فرآیندهای لحیم‌کاری ری‌فلو مادون قرمز (IR)، مناسب برای مونتاژ بدون سرب.
• ورودی منطقی سازگار برای اتصال آسان با میکروکنترلرها و مدارهای منطقی دیجیتال.

1.2 کاربردها

The device is engineered for a broad spectrum of electronic equipment where space, automated assembly, and precise color control are critical. Primary application areas include:

• نور پس‌زمینه:روشنایی صفحه کلید، کی‌پد و پنل‌های تزئینی در الکترونیک مصرفی، اتوماسیون اداری و لوازم خانگی.
• شاخص‌های وضعیت:شاخص‌های وضعیت و سیگنال چندرنگ در تجهیزات مخابراتی، شبکه‌ای و کنترل صنعتی.
• نمایشگرهای ریز و تابلوها:عناصر پیکسلی با وضوح پایین برای نمایشگرهای اطلاعاتی، نورپردازی نمادین و تزئینی.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان (P_D):88 میلی‌وات. این حداکثر توان کلی است که پکیج می‌تواند به صورت گرما دفع کند. تجاوز از این حد، خطر گرمای بیش از حد تراشه IC داخلی و دیس‌های ال‌ای‌دی را به همراه دارد.
• ولتاژ تغذیه IC (V_DD):+4.2 ولت تا +5.5 ولت. مدار درایور مجتمع برای عملکرد مطمئن به یک منبع تغذیه تنظیم‌شده در این محدوده نیاز دارد. ولتاژهای خارج از این محدوده ممکن است باعث خرابی یا آسیب شوند.
• جریان پیش‌روی کل (I_F):16 میلی‌آمپر DC. این حداکثر مجموع جریان‌هایی است که می‌توان به طور همزمان به هر سه کانال ال‌ای‌دی اعمال کرد.
• دمای عملیاتی (T_op):20- درجه سلسیوس تا +85 درجه سلسیوس. عملکرد قطعه در این محدوده دمای محیطی تضمین می‌شود.
• دمای نگهداری (T_stg):30- درجه سلسیوس تا +85 درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری:مقاوم در برابر 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه، مطابق با پروفیل‌های معمول ری‌فلو بدون سرب.

نکته طراحی حیاتی:IC تعبیه‌شده در حین کار گرما تولید می‌کند. یک سیستم مدیریت حرارتی PCB طراحی‌شده مناسب (مانند مس‌کاری کافی، وایاهای حرارتی) برای حفظ دمای پدهای لحیم ال‌ای‌دی زیر 85 درجه سلسیوس برای قابلیت اطمینان بلندمدت ضروری است.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

اندازه‌گیری شده در دمای محیط (T_a) 25 درجه سلسیوس با V_DD=5 ولت و تمام کانال‌های رنگی روی حداکثر روشنایی تنظیم شده‌اند (داده = 8'b11111111).

• شدت نور (I_V):
  • قرمز (AlInGaP): 71.0 - 180.0 میلی‌کاندلا (mcd)
  • سبز (InGaN): 180.0 - 355.0 میلی‌کاندلا
  • آبی (InGaN): 35.5 - 71.0 میلی‌کاندلا
  شدت خاص برای یک واحد معین توسط کد بین (بین) آن تعیین می‌شود (به بخش 4 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری اوج خود کاهش می‌یابد که نشان‌دهنده الگوی انتشار گسترده و پخش‌شده مناسب برای نورپردازی منطقه‌ای است.
• طول موج غالب (λ_d):
  • قرمز: 620.0 - 628.0 نانومتر
  • سبز: 522.0 - 530.0 نانومتر
  • آبی: 464.0 - 472.0 نانومتر
  این پارامتر رنگ درک‌شده نور را تعریف می‌کند و همچنین مشمول دسته‌بندی (بینینگ) می‌شود.
• جریان خروجی IC (I_Fبه ازای هر کانال):معمولاً 5 میلی‌آمپر به ازای هر کانال رنگی هنگامی که با V_DD=5 ولت راه‌اندازی می‌شود. این جریان ثابتی است که توسط درایور داخلی برای هر ال‌ای‌دی تنظیم شده است.
• جریان ساکن IC (I_DD):معمولاً 0.8 میلی‌آمپر هنگامی که تمام داده‌های ال‌ای‌دی روی '0' تنظیم شده‌اند (حالت خاموش). این توان مصرفی خود IC درایور است هنگامی که به طور فعال ال‌ای‌دی‌ها را روشن نمی‌کند.

2.3 رابط دیجیتال و تایمینگ

قطعه از یک پروتکل داده سریال تک‌سیمه برای دریافت داده 24 بیتی (8 بیت برای هر کانال قرمز، سبز و آبی) استفاده می‌کند.

• سطوح منطقی:
  • ولتاژ ورودی سطح بالا (V_IH): ≥ 3.0 ولت
  • ولتاژ ورودی سطح پایین (V_IL): ≤ 0.3 * V_DD
• تایمینگ داده (T_H+ T_L= 1.2 میکروثانیه ± 300 نانوثانیه):
  • بیت '0':زمان بالا (T_0H) = 300 نانوثانیه ±150 نانوثانیه، زمان پایین (T_0L) = 900 نانوثانیه ±150 نانوثانیه.
  • بیت '1':زمان بالا (T_1H) = 900 نانوثانیه ±150 نانوثانیه، زمان پایین (T_1L) = 300 نانوثانیه ±150 نانوثانیه.
• زمان لچ (LAT):یک پالس پایین روی خط داده که بیش از 250 میکروثانیه طول بکشد، پایان یک فریم داده را نشان می‌دهد. IC داده 24 بیتی دریافتی را لچ (ذخیره) می‌کند و خروجی‌های ال‌ای‌دی را بر این اساس به‌روزرسانی می‌کند. هیچ انتقال داده‌ای نباید در طول این دوره لچ رخ دهد.

جریان داده:داده به صورت سری از طریق پین DIN شیفت داده می‌شود. پس از دریافت 24 بیت، یک دستور لچ، رجیسترهای داخلی را به‌روزرسانی می‌کند. سپس داده از طریق پین DOUT خارج می‌شود که امکان زنجیره‌کردن چندین قطعه از یک پین میکروکنترلر واحد را فراهم می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، قطعات بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند. دو پارامتر کلیدی دسته‌بندی می‌شوند: شدت نور و طول موج غالب.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

هر کانال رنگی به طور جداگانه با تلرانس ±15% درون هر بین دسته‌بندی می‌شود.

• قرمز:بین‌های Q1 (71.0-90.0 mcd)، Q2 (90.0-112.0 mcd)، R1 (112.0-140.0 mcd)، R2 (140.0-180.0 mcd).
• سبز:بین‌های S1 (180.0-224.0 mcd)، S2 (224.0-280.0 mcd)، T1 (280.0-355.0 mcd).
• آبی:بین‌های N2 (35.5-45.0 mcd)، P1 (45.0-56.0 mcd)، P2 (56.0-71.0 mcd).

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب (فام رنگ)

این دسته‌بندی نقاط رنگ دقیق را تضمین می‌کند. تلرانس درون هر بین ±1 نانومتر است.

• قرمز:بین U (620.0-624.0 نانومتر)، بین V (624.0-628.0 نانومتر).
• سبز:بین P (522.0-526.0 نانومتر)، بین Q (526.0-530.0 نانومتر).
• آبی:بین C (464.0-468.0 نانومتر)، بین D (468.0-472.0 نانومتر).

پیامد طراحی:برای کاربردهایی که نیاز به رنگ یکنواخت در چندین واحد دارند، توصیه می‌شود کدهای بین تنگ (محدود) مشخص شوند یا از یک لات تولیدی یکسان خریداری شود.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد قطعه و پین‌اوت

قطعه دارای فوت‌پرینت فشرده‌ای است. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه تقریباً 3.2 میلی‌متر در 2.8 میلی‌متر با ارتفاع 1.9 میلی‌متر می‌باشد. تلرانس‌ها معمولاً ±0.15 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

پیکربندی پین‌ها:

1. V_DD:ورودی منبع تغذیه برای مدار مجتمع درایور (+4.2 ولت تا +5.5 ولت).
2. DIN:ورودی داده سریال. داده کنترل برای کانال‌های RGB از طریق این پین شیفت داده می‌شود.
3. V_SS:اتصال زمین.
4. DOUT:خروجی داده سریال. برای زنجیره‌کردن چندین قطعه استفاده می‌شود؛ داده دریافتی از DIN را پس از یک تاخیر داخلی خروجی می‌دهد.

لنز شفاف است که اجازه می‌دهد رنگ ذاتی هر تراشه ال‌ای‌دی قابل مشاهده باشد.

4.2 الگوی پیشنهادی پد PCB

یک طرح پیشنهادی پد لحیم برای اطمینان از لحیم‌کاری قابل اطمینان و پایداری مکانیکی ارائه شده است. طراحی معمولاً شامل اتصالات تخلیه حرارتی و اندازه پد کافی برای تسهیل تشکیل اتصال لحیم خوب در حین ری‌فلو می‌باشد.

5. دستورالعمل‌های مونتاژ و جابجایی

5.1 فرآیند لحیم‌کاری

قطعه با فرآیندهای لحیم‌کاری ری‌فلو مادون قرمز (IR) با استفاده از لحیم بدون سرب سازگار است. حداکثر دمای اوج بدنه توصیه شده 260 درجه سلسیوس است که نباید بیش از 10 ثانیه تجاوز کند. باید از پروفیل‌های ری‌فلو استاندارد برای قطعات حساس به رطوبت (MSL) پیروی شود.

5.2 تمیزکاری

در صورت لزوم تمیزکاری پس از مونتاژ، برد مونتاژ شده را در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق حداکثر به مدت یک دقیقه غوطه‌ور کنید. استفاده از مواد شوینده شیمیایی نامشخص یا خشن ممکن است به مواد پکیج ال‌ای‌دی آسیب برساند.

5.3 اقدامات احتیاطی تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

مدار مجتمع و تراشه‌های ال‌ای‌دی به تخلیه الکترواستاتیک حساس هستند. کنترل‌های مناسب ESD باید در حین جابجایی و مونتاژ اعمال شوند:

• پرسنل باید از مچ‌بندهای زمین‌شده یا دستکش‌های ضداستاتیک استفاده کنند.
• تمام ایستگاه‌های کاری، ابزارها و تجهیزات باید به درستی زمین‌شده باشند.
• قطعات را در بسته‌بندی محافظ ESD نگهداری و حمل کنید.

5.4 شرایط نگهداری

• کیسه مهر و موم شده رطوبت‌گیر (MBB):در دمای ≤30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی (RH) ≤90% نگهداری شود. عمر مفید از تاریخ مهر و موم کیسه، هنگامی که با ماده خشک‌کن در داخل نگهداری شود، یک سال است.
• پس از باز کردن کیسه:در صورت استفاده فوری، قطعات باید در محیطی با دمای حداکثر 30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 60% نگهداری شوند. برای نگهداری بلندمدت پس از باز کردن، ممکن است قبل از ری‌فلو نیاز به پخت (بیکینگ) طبق روش‌های استاندارد سطح حساسیت رطوبت IPC/JEDEC باشد.

6. بسته‌بندی و سفارش‌دهی

6.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعه برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود:

• عرض نوار: 8mm.
• قطر قرقره:7 اینچ (178 میلی‌متر).
• تعداد در هر قرقره:4000 عدد.
• حداقل مقدار سفارش (MOQ):500 عدد برای مقادیر باقیمانده.
• مهر و موم جیب:جیب‌های قطعات با یک نوار پوشش بالا مهر و موم شده‌اند.
• قطعات مفقود:حداکثر دو جیب خالی متوالی طبق مشخصات مجاز است.
• استاندارد:بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است.

7. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 مدار کاربردی معمول

یک پیاده‌سازی معمول شامل اتصال پین I/O عمومی (GPIO) یک میکروکنترلر به DIN اولین ال‌ای‌دی در یک زنجیره است. DOUT اولین ال‌ای‌دی به DIN ال‌ای‌دی بعدی متصل می‌شود و به همین ترتیب. بنابراین یک پین GPIO واحد می‌تواند یک رشته طولانی از ال‌ای‌دی‌ها را کنترل کند. یک منبع تغذیه 5 ولتی پایدار و دکاپل شده باید به پین‌های V_DDارائه شود، با یک خازن بای‌پس محلی (مثلاً 100 نانوفاراد) که نزدیک به هر قطعه یا گروه کوچکی از قطعات قرار می‌گیرد.

7.2 مدیریت حرارتی

همانطور که در مقادیر نامی برجسته شده است، طراحی حرارتی حیاتی است. PCB باید از صفحات مسی متصل به پدهای زمین (V_SS) به عنوان هیت‌سینک استفاده کند. وایاهای حرارتی زیر قطعه می‌توانند به انتقال گرما به لایه‌های داخلی یا پایینی کمک کنند. برای عملکرد با روشنایی بالا یا چرخه کاری بالا، دمای پد را نظارت کنید تا اطمینان حاصل شود که زیر 85 درجه سلسیوس باقی می‌ماند.

7.3 یکپارچگی سیگنال داده

برای زنجیره‌های دایزی طولانی یا در محیط‌های دارای نویز الکتریکی، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• خطوط داده را تا حد ممکن کوتاه نگه دارید.
• از عبور خطوط داده موازی با ردیف‌های جریان بالا یا سوئیچینگ خودداری کنید.
• یک مقاومت سری کوچک (مثلاً 33-100 اهم) که نزدیک به پین خروجی میکروکنترلر قرار می‌گیرد می‌تواند به کاهش رینگینگ روی خط داده کمک کند.
• اطمینان حاصل کنید که میکروکنترلر می‌تواند تایمینگ بیت دقیق 1.2 میکروثانیه مورد نیاز پروتکل را تولید کند.

7.4 ترتیب روشنایی منبع تغذیه و جریان هجومی

هنگام روشن کردن یک زنجیره طولانی از ال‌ای‌دی‌ها، روشن شدن همزمان ICهای درایور داخلی ممکن است باعث ایجاد یک اسپایک جریان هجومی لحظه‌ای روی خط V_DDشود. منبع تغذیه و ردیف‌های PCB باید به اندازه‌ای باشند که بدون افت ولتاژ قابل توجه از عهده این جریان برآیند. ممکن است در آرایه‌های بزرگ، یک مدار استارت آهسته یا فعال‌سازی پلکانی زنجیره‌های مختلف ضروری باشد.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

8.1 آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را با یک میکروکنترلر 3.3 ولتی راه‌اندازی کنم؟

بله، اما با احتیاط. نیازمندی ولتاژ ورودی سطح بالا (V_IH) حداقل 3.0 ولت است. یک منطق سطح بالا 3.3 ولتی این مشخصه را برآورده می‌کند. با این حال، باید اطمینان حاصل کنید که منبع تغذیه (V_DD) هنوز در محدوده مشخص‌شده 4.2 ولت تا 5.5 ولت قرار دارد. خود IC درایور ال‌ای‌دی به 5 ولت نیاز دارد، بنابراین نمی‌توانید آن را از 3.3 ولت تغذیه کنید.

8.2 هدف از پین DOUT چیست؟

پین DOUT امکان زنجیره‌کردن دایزی را فراهم می‌کند. IC به طور داخلی داده سریال ورودی را بافر کرده و پس از یک تاخیر ثابت آن را خروجی می‌دهد. این اجازه می‌دهد یک خط داده واحد از یک میکروکنترلر تعداد نامحدودی از ال‌ای‌دی‌ها را به صورت سری تغذیه کند، زیرا هر قطعه جریان داده را به قطعه بعدی منتقل می‌کند.

8.3 چگونه کل مصرف توان را محاسبه کنم؟

توان کل مجموع توان ال‌ای‌دی و توان ساکن IC است.
توان ال‌ای‌دی (حداکثر):(V_DD* I_{F_Red}) + (V_DD* I_{F_Green}) + (V_DD* I_{F_Blue}) ≈ 5 ولت * (5mA+5mA+5mA) = 75 میلی‌وات.
توان ساکن IC: V_DD* I_DD≈ 5 ولت * 0.8 میلی‌آمپر = 4 میلی‌وات.
تقریباً کل (همه روشن):79 میلی‌وات، که کمتر از حداکثر اتلاف 88 میلی‌وات است. به خاطر داشته باشید، این در حداکثر روشنایی است. تنظیمات روشنایی پایین‌تر توان کمتری مصرف می‌کند.

8.4 چرا حداقل زمان لچ 250 میکروثانیه وجود دارد؟

زمان لچ (LAT) یک دوره ریست است. یک سیگنال پایین طولانی‌تر از 250 میکروثانیه به IC می‌گوید که فریم داده 24 بیتی جاری کامل شده است و باید رجیسترهای خروجی خود را به‌روزرسانی کند. این مکانیزم همگام‌سازی قابل اطمینان بین کنترلر و زنجیره ال‌ای‌دی را تضمین می‌کند و از نمایش داده‌های مخدوش جلوگیری می‌کند.