Scheda Tecnica Display LED LTC-2621JG - Altezza Cifra 0.28 Pollici - Colore Verde - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTC-2621JG è un modulo di visualizzazione numerica a tre cifre compatto e ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono letture numeriche nitide e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente tre cifre di dati numerici utilizzando la tecnologia LED a stato solido. La tecnologia di base impiegata è basata su strati epitassiali di AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) cresciuti su un substrato di GaAs, specificamente ingegnerizzati per produrre emissione di luce verde ad alta efficienza. Questo sistema di materiali è scelto per la sua superiore efficienza luminosa e purezza del colore rispetto a tecnologie più datate come il GaP standard, risultando in un'eccellente luminosità e aspetto dei caratteri anche a correnti di pilotaggio più basse. Il dispositivo è classificato come display ad anodo comune e multiplexato, il che significa che tutti gli anodi per ciascuna cifra sono collegati internamente insieme, consentendo un controllo efficiente di più cifre con un numero ridotto di pin I/O del microcontrollore tramite multiplexing a divisione di tempo.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il display offre diversi vantaggi distintivi che lo rendono adatto a un'ampia gamma di applicazioni industriali, consumer e di strumentazione.

• Prestazioni Ottiche:Presenta un'altezza della cifra di 0.28 pollici (7.0 mm) con segmenti continui e uniformi, eliminando i gap per un aspetto pulito e professionale. La combinazione di alta luminosità e alto contrasto garantisce un'eccellente leggibilità in varie condizioni di illuminazione ambientale. Un ampio angolo di visione consente di leggere chiaramente il display anche da posizioni fuori asse.
• Efficienza Elettrica:Il dispositivo ha bassi requisiti di potenza, contribuendo a un design di sistema energeticamente efficiente. L'uso della tecnologia AlInGaP fornisce un'alta intensità luminosa con una corrente diretta relativamente bassa.
• Affidabilità e Coerenza:Essendo un dispositivo a stato solido, offre alta affidabilità senza parti in movimento e resistenza a urti e vibrazioni. Le unità sono categorizzate per intensità luminosa, garantendo livelli di luminosità consistenti tra display diversi, aspetto critico per prodotti multi-unità.
• Conformità Ambientale:Il package è senza piombo, conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rendendolo adatto all'uso in prodotti venduti in mercati con normative ambientali severe.

1.2 Descrizione Fisica

Il display ha un frontale grigio, che aiuta ad assorbire la luce ambientale e migliorare il contrasto. I segmenti stessi emettono luce di colore bianco quando alimentati, che attraversa il frontale grigio creando i caratteri visibili. Questa combinazione è scelta per un'ottimale leggibilità. Il dispositivo è un display a tre cifre, il che significa che può mostrare numeri da 000 a 999.

2. Approfondimento Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri elettrici, ottici e termici specificati nella scheda tecnica. Comprendere questi limiti e caratteristiche è essenziale per un design di circuito affidabile.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a o oltre questi limiti non è garantito e dovrebbe essere evitato.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata in sicurezza come calore da un singolo segmento LED. Superarla può portare a surriscaldamento e riduzione della durata o guasto.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:60 mA (a 1 kHz, duty cycle 25%). Questa è la corrente istantanea massima che un segmento può gestire in condizioni pulsate. Per il funzionamento continuo in DC, il fattore limitante è la corrente diretta continua nominale.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente deve essere deratata linearmente di 0.28 mA/°C man mano che la temperatura ambiente (Ta) sale sopra i 25°C. Ad esempio, a 85°C, la corrente continua massima consentita sarebbe: 25 mA - [0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16.8 mA =8.2 mA.
• Tensione Inversa per Segmento:5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa maggiore di questa può causare breakdown e danneggiare la giunzione LED.
• Intervallo di Temperatura Operativa & di Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo è valutato per funzionare e essere stoccato entro questo ampio intervallo di temperatura, rendendolo adatto ad ambienti ostili.
• Condizioni di Saldatura:260°C per 3 secondi, con la punta del saldatore almeno 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio del componente. Questa è una linea guida standard per il profilo di rifusione senza piombo per prevenire danni termici durante l'assemblaggio.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche (Ta=25°C)

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in condizioni di test specificate. I progettisti dovrebbero usare questi valori per i calcoli del circuito.

• Intensità Luminosa Media (I_V):320 μcd (Min), 692 μcd (Tip) a I_F= 1 mA. Questa è una misura dell'output luminoso. L'ampio intervallo indica che viene utilizzato un sistema di binning; i progettisti devono considerare il valore minimo per garantire una luminosità sufficiente in tutte le unità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):571 nm (Tip) a I_F= 20 mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale il LED emette la maggior potenza ottica, nella regione verde dello spettro.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):15 nm (Tip). Questo indica la purezza spettrale; una larghezza più stretta significa un colore verde più puro e saturo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):572 nm (Tip). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che corrisponde strettamente alla lunghezza d'onda di picco per questo LED verde.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.05 V (Min), 2.6 V (Tip) a I_F= 20 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando conduce. Il valore della resistenza limitatrice di corrente deve essere calcolato utilizzando il V_Fmassimo per garantire la corrente minima richiesta.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 μA (Max) a V_R= 5 V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente entro il suo valore massimo nominale.
• Rapporto di Corrispondenza Intensità Luminosa:2:1 (Max). Questo specifica che la differenza di luminosità tra due segmenti qualsiasi all'interno dell'"area luminosa simile" (tipicamente all'interno di una cifra o tra cifre) non supererà un fattore due. Ciò garantisce uniformità visiva.

3. Spiegazione Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è "categorizzato per intensità luminosa". Questo si riferisce a un processo di binning post-produzione.

• Binning Intensità Luminosa:Dopo la produzione, i LED vengono testati e suddivisi (binnati) in base alla loro emissione luminosa misurata a una corrente di test standard (1 mA in questo caso). L'LTC-2621JG ha un minimo specificato di 320 μcd e un tipico di 692 μcd. Le unità sono raggruppate in bin con intervalli di intensità più stretti (es. 320-400 μcd, 400-500 μcd, ecc.). Ciò consente ai clienti di selezionare un bin per una luminosità consistente tra più display in un prodotto. La scheda tecnica fornisce l'intervallo complessivo; i codici bin specifici sono tipicamente disponibili dal produttore per l'ordine.
• Tensione Diretta:Sebbene non sia esplicitamente menzionato come binnato, l'intervallo fornito (2.05V a 2.6V) indica una variazione naturale. Per design in cui il consumo energetico o il design del circuito di pilotaggio sono critici, potrebbe essere necessario consultare il produttore per bin di tensione.

4. Analisi Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, possiamo dedurne il contenuto standard e l'importanza.

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I_V/ I_F):Questo grafico mostrerebbe come l'output luminoso aumenta con la corrente di pilotaggio. È tipicamente non lineare, con l'efficienza (output luminoso per mA) che spesso diminuisce a correnti molto elevate. Questa curva aiuta i progettisti a scegliere una corrente operativa che bilanci luminosità ed efficienza.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (Curva V_F/ I_F):Questa mostra la caratteristica esponenziale I-V del diodo LED. È cruciale per progettare il circuito limitatore di corrente.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Questa curva illustra come l'output luminoso diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. È vitale per applicazioni che operano ad alte temperature ambientali o alte correnti di pilotaggio, poiché potrebbe richiedere derating o dissipatori termici.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra la potenza ottica relativa attraverso le lunghezze d'onda, centrato attorno a 571-572 nm con una larghezza a mezza altezza di ~15 nm, confermando l'emissione di colore verde.

5. Informazioni Meccaniche e Package

5.1 Dimensioni e Disegno del Package

Il dispositivo utilizza un formato standard dual in-line package (DIP) adatto per il montaggio su PCB a fori passanti. Le note dimensionali chiave sono: tutte le dimensioni sono in millimetri e la tolleranza generale è ±0.25 mm (circa ±0.01 pollici) a meno che una caratteristica specifica non abbia una indicazione diversa. I progettisti devono fare riferimento al disegno meccanico dettagliato (non completamente dettagliato nel testo fornito) per la spaziatura esatta dei fori, il diametro dei pin, la larghezza del corpo, l'altezza e la spaziatura delle cifre per creare footprint PCB accurati e garantire un corretto alloggiamento nel contenitore.

5.2 Collegamento Pin e Circuito Interno

Il display ha 16 posizioni pin, sebbene non tutte siano popolate con pin fisici (i Pin 10, 11 e 14 sono elencati come "NO PIN"). Il Pin 9 è "NO CONNECTION". Lo schema del circuito interno mostra una configurazione ad anodo comune multiplexata.

• Anodi Comuni:I Pin 2, 5, 8 e 13 sono pin anodo comune. Il Pin 2 controlla la Cifra 1, il Pin 5 controlla la Cifra 2 e il Pin 8 controlla la Cifra 3. Il Pin 13 è un anodo comune per i tre LED indicatore dei due punti (L1, L2, L3).
• Catodi di Segmento:Gli altri pin sono catodi per segmenti specifici (A, B, C, D, E, F, G, DP) e indicatori. Ad esempio, per accendere il segmento 'A' sulla Cifra 1, il circuito deve collegare il catodo del segmento A (Pin 15) a massa mentre applica una tensione positiva all'anodo della Cifra 1 (Pin 2).
• Punto Decimale a Destra:La descrizione nota "Rt.Hand Decimal", e il Pin 3 è il catodo per D.P. (punto decimale), indicando che il punto decimale è posizionato a destra delle tre cifre.

6. Linee Guida Saldatura e Assemblaggio

Il rispetto delle condizioni di saldatura specificate è critico per l'affidabilità a lungo termine.

• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, la linea guida è di applicare un saldatore a 260°C per un massimo di 3 secondi per pin. La punta del saldatore deve essere posizionata almeno 1.6 mm sotto il piano di appoggio del corpo del display per evitare che il calore eccessivo risalga i pin e danneggi l'epossidico interno o i wire bond.
• Saldatura a Onda o Rifusione:Per processi automatizzati, è adatto un profilo di temperatura standard senza piombo con picco a 260°C. L'intervallo di temperatura di stoccaggio e operativo del dispositivo (-35°C a +85°C) indica che può sopportare i tipici cicli termici di rifusione SMT, sebbene il package a fori passanti suggerisca che la saldatura a onda sia il metodo principale previsto.
• Condizioni di Stoccaggio:I dispositivi dovrebbero essere stoccati nelle loro buste originali barriera all'umidità in un ambiente entro l'intervallo di temperatura di stoccaggio (-35°C a +85°C) e a bassa umidità per prevenire l'ossidazione dei terminali.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

L'LTC-2621JG è ideale per qualsiasi sistema embedded che richieda un display numerico chiaro, affidabile e a basso consumo.

• Apparecchiature di Test e Misura:Multimetri, frequenzimetri, alimentatori, display per sensori.
• Controlli Industriali:Pannelli indicatori per temperatura, pressione, RPM, display di conteggio su macchinari.
• Elettrodomestici Consumer:Forni a microonde, orologi digitali, sintonizzatori per apparecchi audio, bilance da bagno.
• Aftermarket Automobilistico:Quadranti e display per sistemi ausiliari (tensione, temperatura).

7.2 Considerazioni Progettuali e Circuito di Pilotaggio

Progettare con questo display richiede particolare attenzione alla metodologia di pilotaggio.

• Driver Multiplexing:Un microcontrollore deve attivare sequenzialmente l'anodo comune di ciascuna cifra (Pin 2, 5, 8) ad un alto refresh rate (tipicamente >100 Hz) mentre invia il pattern di catodi di segmento corrispondente per quella cifra. Questa persistenza della visione crea l'illusione che tutte le cifre siano accese simultaneamente. L'anodo dei due punti (Pin 13) può essere pilotato separatamente o incluso nella sequenza di multiplexing.
• Limitazione di Corrente:Ogni linea catodo di segmento deve avere una resistenza limitatrice di corrente in serie. Il valore della resistenza è calcolato usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Usare il V_Fmassimo (2.6V) dalla scheda tecnica per garantire che la I_Fminima desiderata sia sempre raggiunta. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V e una I_Fobiettivo di 10 mA: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω. Una resistenza standard da 220 Ω o 270 Ω sarebbe appropriata.
• Dissipazione di Potenza:Assicurarsi che la potenza per segmento (V_F* I_F) non superi i 70 mW, e deratare la corrente continua ad alte temperature ambientali come descritto nella sezione 2.1.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione consente flessibilità nella posizione di montaggio rispetto all'utente.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ad altre tecnologie di display e tipi di LED più datati, l'LTC-2621JG offre vantaggi specifici.

• vs. LED Verdi GaP Standard:La tecnologia AlInGaP fornisce un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in display più luminosi a parità di corrente o luminosità equivalente a potenza inferiore. Il colore è anche un verde più vivido e puro.
• vs. Display LCD:I LED sono emissivi, cioè producono la propria luce, offrendo luminosità e leggibilità superiori in condizioni di scarsa luce o luce solare diretta senza retroilluminazione. Hanno anche un tempo di risposta molto più veloce e un intervallo di temperatura operativa più ampio. Il compromesso è generalmente un consumo energetico più alto quando si visualizzano molti segmenti.
• vs. Display con Cifre Più Grandi o Più Piccole:L'altezza di 0.28 pollici offre un buon equilibrio tra visibilità e consumo di spazio su scheda, posizionandosi tra indicatori più piccoli e pannelli indicatori più grandi.
• vs. Display Non Binnati:La categorizzazione per intensità luminosa è un differenziatore chiave per applicazioni che richiedono coerenza visiva tra più unità, come in una linea di prodotti o un pannello di controllo con diverse letture identiche.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Qual è lo scopo dei pin "NO PIN" e "NO CONNECTION"?

R1: "NO PIN" significa che il pin fisico è omesso dal package, lasciando un gap nella fila di pin. "NO CONNECTION" (Pin 9) significa che esiste un pin fisico ma non è collegato elettricamente a nulla all'interno del display. Questi sono spesso inclusi per standardizzare l'impronta del package con altri display della stessa famiglia che potrebbero utilizzare quei pin.

D2: Come calcolo la resistenza limitatrice di corrente appropriata?

R2: Usa la formula R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Usa sempre il valoremassimo V_Fdalla scheda tecnica (2.6V) nel tuo calcolo per garantire che la corrente minima desiderata scorra in tutte le condizioni. Scegli un valore di resistenza standard uguale o leggermente inferiore al valore calcolato.

D3: Posso pilotare questo display con una corrente DC costante senza multiplexing?

R3: Tecnicamente sì, ma è altamente inefficiente. Dovresti collegare insieme tutti e tre gli anodi delle cifre e fornire corrente a ciascun catodo di segmento continuamente. Ciò richiederebbe 3 volte la corrente (per tre cifre identiche) rispetto a un design multiplexato e probabilmente supererebbe i valori nominali di corrente continua massima se tutti i segmenti fossero accesi. Il multiplexing è il metodo previsto e ottimale.

D4: Cosa significa "rapporto di corrispondenza intensità luminosa 2:1" nella pratica?

R4: Significa che all'interno di una definita "area luminosa simile" (probabilmente all'interno di un display), il segmento più debole non sarà meno della metà luminoso del segmento più luminoso. Ciò garantisce che il numero "8" (tutti i segmenti accesi) appaia uniforme, senza che alcuni segmenti siano notevolmente più deboli di altri.

10. Caso di Studio Progettuale e d'Uso

Scenario: Progettazione di un Display per Voltmetro Digitale

Un progettista sta creando un voltmetro DC 0-30V. L'ADC del microcontrollore legge la tensione, la converte in un valore tra 0.00 e 30.00 e deve visualizzarlo su tre cifre e un punto decimale (mostrando decimi di volt, es. "12.3").

1. Interfaccia Hardware:Il progettista utilizza 4 pin del microcontrollore configurati come uscite digitali per controllare i tre anodi delle cifre (Pin 2,5,8) e l'anodo dei due punti/decimali (Pin 13). Altri 8 pin sono configurati come uscite digitali (o usano un registro a scorrimento) per controllare i catodi dei segmenti (A-G, DP).
2. Routine Software:Il firmware esegue un interrupt di timer a 500 Hz. In ogni ciclo di interrupt:
   
   - Disattiva tutti i pin anodo.
   
   - Invia il pattern di segmenti per la Cifra 1 (le centinaia) ai pin catodo.
   
   - Attiva il pin anodo per la Cifra 1 (Pin 2).
   
   - Attende un breve ritardo.
   
   - Ripete per la Cifra 2 (decine, Pin 5) e la Cifra 3 (unità, Pin 8), includendo il catodo del punto decimale (Pin 3) quando la Cifra 2 è attiva.
3. Calcolo Corrente:Puntando a una corrente di segmento di 5 mA per una buona luminosità e basso consumo, usando un'alimentazione di 5V: R = (5V - 2.6V) / 0.005A = 480 Ω. Una resistenza da 470 Ω è posta in serie con ciascuna delle 8 linee catodo di segmento.
4. Risultato:Il display mostra una lettura di tensione a 3 cifre stabile e luminosa con punto decimale, consumando I/O e potenza del microcontrollo minimi.

11. Introduzione al Principio Tecnico

Il principio operativo di base si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione PN di semiconduttore. Nel sistema di materiali AlInGaP, quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale di built-in della giunzione (circa 2V), gli elettroni dalla regione di tipo N e le lacune dalla regione di tipo P vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva (i pozzi quantici dello strato epitassiale di AlInGaP), rilasciano energia sotto forma di fotoni (particelle di luce). La composizione specifica degli atomi di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo determina l'energia della banda proibita del semiconduttore, che detta direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per l'LTC-2621JG, questa composizione è sintonizzata per produrre fotoni con una lunghezza d'onda attorno a 572 nm, che l'occhio umano percepisce come luce verde. Il frontale grigio funge da filtro di miglioramento del contrasto, assorbendo la luce ambientale per far apparire i segmenti verdi emessi più luminosi e nitidi.

12. Tendenze e Contesto Tecnologico

Display come l'LTC-2621JG rappresentano un segmento maturo e altamente ottimizzato dell'optoelettronica. La tendenza in tali display di classe indicatore è stata verso una maggiore efficienza (più luce per watt), una migliore coerenza attraverso binning avanzato e la conformità alle normative ambientali (senza piombo, senza alogeni). Mentre tecnologie più recenti come gli OLED offrono flessibilità e alto contrasto, i tradizionali display LED segmentati mantengono posizioni forti in applicazioni che richiedono alta luminosità, affidabilità estrema, ampio intervallo di temperatura operativa e basso costo per cifra. Il passaggio dall'antico GaP:N all'AlInGaP è stato un passo significativo nelle prestazioni dei LED verdi e gialli. Gli sviluppi futuri potrebbero concentrarsi su ulteriori guadagni di efficienza e integrazione, come display con driver integrati o interfacce seriali (come I2C o SPI), riducendo l'overhead del microcontrollore richiesto per il multiplexing. Tuttavia, il display base a fori passanti, ad anodo comune multiplexato rimane un componente fondamentale e ampiamente utilizzato grazie alla sua semplicità, robustezza e capacità di interfaccia diretta con microcontrollori generici.