Fiche technique du capteur de lumière ambiante ALS-PD70-01C/TR7 - Dimensions 4,4x3,9x1,2mm - Tension 2,5V à 5,5V - Documentation technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'ALS-PD70-01C/TR7 est un capteur de lumière ambiante à montage en surface. Il se compose d'une photodiode logée dans un boîtier CMS miniature, moulée dans un matériau transparent avec un dessus plat. Ce capteur est conçu comme une solution efficace pour économiser l'énergie dans les applications de rétroéclairage d'écran pour appareils mobiles, tels que les téléphones portables et les PDA. Une caractéristique clé est son haut taux de rejet du rayonnement infrarouge, ce qui se traduit par une réponse spectrale très proche de celle de l'œil humain.

1.1 Avantages principaux

• Réponse spectrale proche de celle de l'œil humain.
• Faible variation de sensibilité selon les différentes sources lumineuses.
• Large plage de température de fonctionnement de -40°C à +85°C.
• Large plage de tension d'alimentation de 2,5V à 5,5V.
• Dimensions compactes : 4,4 mm (L) x 3,9 mm (l) x 1,2 mm (H).
• Conforme aux normes RoHS, REACH de l'UE et sans halogène (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Marché cible et applications

Ce capteur est principalement destiné aux appareils électroniques portables et soucieux de l'énergie. Ses principales applications incluent :

• Détection de la lumière ambiante pour contrôler le rétroéclairage des écrans LCD TFT afin d'économiser l'énergie.
• Systèmes de gestion automatique de l'éclairage résidentiel et commercial.
• Amélioration automatique du contraste pour les panneaux d'affichage électroniques.
• Dispositifs de surveillance de la lumière ambiante pour les conditions de lumière du jour et artificielle.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Il est déconseillé de fonctionner en dehors de ces conditions.

• Tension de claquage inverse (V_BR): 35 V (à I_R=100µA). Cela indique la tension inverse maximale que la photodiode peut supporter avant le claquage.
• Tension directe (V_F): 0,5 V à 1,3 V (à I_F=10mA). C'est la chute de tension aux bornes de la diode lorsqu'elle est polarisée en direct, pertinente pour les tests mais pas typique en mode photoconducteur.
• Température de fonctionnement (T_opr): -40°C à +85°C.
• Température de stockage (T_stq): -40°C à +85°C.
• Température de soudage (T_sol): 260°C. Ceci est critique pour les processus de soudage par refusion.

2.2 Conditions de fonctionnement recommandées

Le dispositif est conçu pour fonctionner dans les conditions suivantes afin d'assurer les performances spécifiées.

• Température de fonctionnement (T_opr): -40°C à +85°C.

2.3 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés à T_a=25°C et définissent les performances principales du capteur.

• Courant d'obscurité (I_D): Typ. 2 nA, Max. 10 nA (à V_R=5V, E_V=0 Lux). C'est le faible courant de fuite en l'absence de lumière. Une valeur plus basse est meilleure pour la sensibilité en conditions de faible luminosité.
• Courant photoélectrique (I_L1): Typ. 1,1 µA (à V_R=5V, E_V=100 Lux, lumière fluorescente/LED blanche). C'est le photocourant généré sous un éclairement spécifié.
• Courant photoélectrique (I_L2): Typ. 9,5 µA (à V_R=5V, E_V=1000 Lux, lumière fluorescente/LED blanche).
• Courant photoélectrique (I_L3): Typ. 12 µA (à V_R=5V, E_V=1000 Lux, Illuminant standard CIE-A / lampe à incandescence 2856K). La différence entre I_L2et I_L3souligne la réponse variable du capteur aux différents spectres de source lumineuse.
• Longueur d'onde de sensibilité maximale (λ_p): Typ. 630 nm. Ceci confirme que la réponse maximale du capteur se situe dans la région rouge-orange visible, en accord avec la sensibilité de l'œil humain.
• Plage de longueurs d'onde de sensibilité (λ): 390 nm à 700 nm. Cela couvre la majorité du spectre de la lumière visible, avec un fort rejet de la lumière infrarouge (IR) et ultraviolette (UV).

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à plusieurs courbes caractéristiques électro-optiques typiques qui sont cruciales pour les ingénieurs de conception.

3.1 Courant photoélectrique en fonction de l'éclairement

Cette courbe montre la relation entre le photocourant de sortie et le niveau de lumière ambiante (en Lux). Elle est typiquement linéaire sur une large plage, permettant un étalonnage direct des niveaux de lumière dans une application. La pente de cette courbe représente la sensibilité du capteur.

3.2 Courant d'obscurité en fonction de la température

Ce graphique illustre comment le courant d'obscurité (I_D) augmente avec la température. Puisque le courant d'obscurité agit comme un bruit, comprendre cette relation est vital pour les applications fonctionnant dans des environnements à température extrême afin d'assurer des lectures précises en faible luminosité.

3.3 Courant photoélectrique en fonction de la température

Cette courbe montre la variation du photocourant avec la température à un éclairement fixe. Une certaine dépendance à la température est attendue, et ces données sont nécessaires pour concevoir des circuits à compensation de température si une haute précision est requise sur toute la plage de fonctionnement.

3.4 Courant photoélectrique en fonction de la tension d'alimentation

Ce tracé démontre la stabilité de la sortie du photocourant sur la plage de tension d'alimentation recommandée (2,5V à 5,5V). Une sortie stable malgré les variations de tension simplifie la conception de l'alimentation.

3.5 Réponse spectrale

C'est l'un des graphiques les plus importants. Il trace la sensibilité relative du capteur en fonction de la longueur d'onde. La courbe doit culminer autour de 630 nm (comme spécifié) et montrer une décroissance rapide au-delà de 700 nm, confirmant un rejet efficace des IR. La comparaison de cette courbe avec la fonction de luminosité photopique CIE (réponse standard de l'œil humain) valide visuellement l'affirmation de "réponse proche de celle de l'œil humain".

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le capteur est fourni dans un boîtier à montage en surface. Les dimensions clés sont :

• Longueur (L) : 4,4 mm ±0,1 mm
• Largeur (l) : 3,9 mm ±0,1 mm
• Hauteur (H) : 1,2 mm

Les dessins mécaniques détaillés dans la fiche technique fournissent les mesures exactes pour la conception du motif de pastilles, y compris la taille et l'espacement des pastilles, ce qui est critique pour la conception du PCB et la fiabilité des soudures.

4.2 Identification de la polarité

Le dessin de la fiche technique indique les marquages de cathode et d'anode sur le corps du boîtier. Une orientation correcte de la polarité lors de l'assemblage est essentielle pour un fonctionnement correct du circuit.

5. Recommandations de soudage et d'assemblage

5.1 Paramètres de soudage par refusion

La valeur maximale absolue pour la température de soudage est de 260°C. Cela implique que le dispositif peut résister aux profils de refusion sans plomb typiques. Les concepteurs doivent suivre les pratiques standard de soudage par refusion CMS, en veillant à ce que la température de pointe ne dépasse pas 260°C et que le temps au-dessus du liquidus soit contrôlé selon les spécifications d'assemblage du PCB.

5.2 Manipulation et stockage

Le dispositif doit être stocké dans son sac d'origine barrière à l'humidité dans les conditions de température de stockage spécifiées (-40°C à +85°C). Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées pendant la manipulation et l'assemblage.

6. Informations sur l'emballage et la commande

6.1 Spécifications de l'emballage

• Emballage standard : 1000 pièces par volume/sac.
• Emballage carton : 10 boîtes par carton.
• Emballage en bobine : Disponible avec 1000 pièces par bobine pour l'assemblage automatisé par pick-and-place.

6.2 Format d'étiquette et traçabilité

L'étiquette d'emballage comprend des champs pour la traçabilité et l'identification :

• CPN (Numéro de produit du client)
• P/N (Numéro de produit : ALS-PD70-01C/TR7)
• QTY (Quantité emballée)
• CAT (Catégorie - potentiellement pour le tri par performance)
• HUE (Longueur d'onde de crête)
• REF (Référence)
• LOT No (Numéro de lot pour la traçabilité)

7. Considérations de conception pour l'application

7.1 Circuit d'application typique

Le capteur fonctionne en mode photoconducteur. Un circuit d'application typique consiste à connecter la photodiode en polarisation inverse (cathode à V_CC, anode vers un amplificateur de transimpédance ou une résistance de rappel). Le courant généré est proportionnel à l'intensité lumineuse. Ce courant peut être converti en tension à l'aide d'une résistance ou d'un amplificateur de transimpédance plus sophistiqué basé sur un amplificateur opérationnel (TIA) pour une meilleure sensibilité et bande passante.

7.2 Notes de conception

• Polarisation : Assurez-vous que la tension de polarisation inverse (V_R) se situe dans la plage de 2,5V à 5,5V. Une alimentation stable est recommandée pour des lectures cohérentes.
• Conditionnement du signal : La sortie est un faible courant (microampères). Une conception de PCB soignée est nécessaire pour minimiser la captation de bruit. Protéger le capteur des sources IR directes (comme la lumière du soleil ou les ampoules à incandescence) peut améliorer la précision grâce à son rejet des IR, mais une certaine dépendance spectrale subsiste (comme vu dans I_L2vs. I_L3).
• Étalonnage : En raison des variations typiques et de la perception non linéaire de la luminosité par l'humain, un étalonnage du produit fini par rapport à une source lumineuse connue est souvent nécessaire pour une mesure précise en Lux.
• Conception optique : Le boîtier "transparent" à dessus plat peut nécessiter un guide de lumière ou un diffuseur dans le produit final pour s'assurer que le capteur reçoit un échantillon représentatif de la lumière ambiante et n'est pas affecté par des sources ponctuelles ou des ombres.

8. Comparaison et différenciation technique

L'ALS-PD70-01C/TR7 se différencie par la combinaison de ses caractéristiques clés :

• Réponse proche de l'œil humain : Contrairement aux photodiodes simples, sa réponse filtrée minimise la sensibilité aux IR, rendant sa sortie plus directement utile pour les tâches de perception de la luminosité sans correction logicielle complexe.
• Large plage de tension : La plage de 2,5V à 5,5V lui permet d'être utilisée directement avec les systèmes logiques 3,3V et 5V courants dans les microcontrôleurs, éliminant le besoin d'un changeur de niveau ou d'un régulateur.
• Performance robuste en température : La plage de fonctionnement spécifiée de -40°C à +85°C le rend adapté aux applications automobiles, industrielles et extérieures, au-delà de l'électronique grand public typique.
• Conformité : La conformité totale aux réglementations environnementales modernes (RoHS, REACH, sans halogène) est une exigence obligatoire pour la plupart des marchés mondiaux aujourd'hui.

9. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

9.1 Quelle est la précision de la mesure en Lux avec ce capteur ?

Le capteur fournit un photocourant proportionnel à l'intensité lumineuse. Pour une mesure précise en Lux, un étalonnage par rapport à un luxmètre de référence sous le type spécifique de source lumineuse (par ex., lumière du jour, fluorescente, LED) utilisé dans l'application est essentiel. La fiche technique fournit les réponses typiques sous différentes sources (voir I_L2et I_L3), mettant en évidence la dépendance spectrale inhérente à tout capteur de lumière.

9.2 Peut-il être utilisé en extérieur en plein soleil ?

Bien que la plage de température de fonctionnement le permette, la lumière directe du soleil a une très forte teneur en IR. Le rejet des IR du capteur aide, mais le niveau d'éclairement en plein soleil (souvent >50 000 Lux) peut saturer le capteur ou l'étage amplificateur suivant. Un atténuateur optique (filtre à densité neutre) ou une sélection minutieuse de la plage dans le circuit de conditionnement du signal serait nécessaire.

9.3 Quel est l'objectif des mentions "CAT" et "HUE" sur l'étiquette ?

Celles-ci indiquent probablement un tri par performance. "CAT" (Catégorie/Classe) pourrait trier les dispositifs en fonction de la sensibilité du courant photoélectrique (par ex., sortie plus élevée/plus basse dans une condition de test standard). "HUE" (Longueur d'onde de crête) trie les dispositifs en fonction de la longueur d'onde exacte de la sensibilité spectrale maximale (autour de la valeur typique de 630 nm). Cela permet aux fabricants de sélectionner des capteurs avec une correspondance de performance plus serrée pour la production en grande série.

10. Exemple pratique d'utilisation

Scénario : Réglage automatique du rétroéclairage pour un appareil mobile

L'ALS-PD70-01C/TR7 est placé derrière un petit orifice ou un guide de lumière sur le cadre de l'appareil. Il est connecté à une entrée de convertisseur analogique-numérique (CAN) d'un microcontrôleur via une simple résistance. Le micrologiciel du microcontrôleur lit périodiquement la tension, qui correspond au niveau de lumière ambiante. Sur la base d'une table de correspondance ou d'un algorithme préprogrammé (imitant souvent une courbe de perception humaine logarithmique), le microcontrôleur ajuste le rapport cyclique de la modulation de largeur d'impulsion (PWM) pilotant le rétroéclairage LED de l'écran. Dans une pièce sombre, le rétroéclairage s'atténue pour économiser l'énergie et réduire la fatigue oculaire. En plein soleil, il augmente au maximum pour la lisibilité. La réponse rapide du capteur et sa sensibilité spectrale proche de l'œil humain assurent des ajustements fluides et naturels sous diverses conditions d'éclairage (fluorescent de bureau, LED domestique, soleil extérieur).

11. Principe de fonctionnement

Le dispositif est une photodiode au silicium. Lorsque des photons dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite du silicium frappent la jonction semi-conductrice, ils génèrent des paires électron-trou. Sous une tension de polarisation inverse, ces porteurs de charge sont balayés à travers la jonction, créant un photocourant mesurable qui est linéairement proportionnel à l'intensité lumineuse incidente (sur une large plage). Le boîtier intègre un filtre optique qui atténue les longueurs d'onde infrarouges, façonnant la réponse spectrale pour qu'elle se rapproche de la réponse photopique de l'œil humain.

12. Tendances de l'industrie

La détection de lumière ambiante est une technologie mature mais en évolution. Les tendances actuelles incluent :

• Intégration : Combiner la photodiode, l'amplificateur, le CAN et la logique numérique (interface I2C/SPI) en une seule puce pour créer des capteurs de lumière numériques. Cela simplifie la conception mais peut compromettre certaines performances ou flexibilité.
• Détection de proximité : Souvent associé à une LED IR pour créer un capteur de proximité, utilisé pour des fonctionnalités comme l'extinction de l'écran pendant un appel téléphonique.
• Détection de scintillement : Les capteurs avancés peuvent détecter la fréquence de scintillement de la lumière artificielle (par ex., des LED ou fluorescents) pour permettre aux caméras d'ajuster la vitesse d'obturation et réduire les effets de bandes.
• Ultra-faible consommation : Pour les applications toujours actives dans les appareils IoT, les capteurs avec un courant de repos de l'ordre du nanoampère sont demandés.

L'ALS-PD70-01C/TR7 représente une solution discrète haute performance, offrant une flexibilité de conception et des performances analogiques optimisées pour les applications où ces facteurs sont prioritaires par rapport à l'intégration.