Scheda Tecnica Sensore di Luce Ambientale ALS-PD70-01C/TR7 - Dimensioni 4.4x3.9x1.2mm - Tensione 2.5V a 5.5V - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ALS-PD70-01C/TR7 è un dispositivo sensore di luce ambientale a montaggio superficiale (SMD). È costituito da un fotodiodo racchiuso in un package SMD miniaturizzato, stampato in materiale trasparente con superficie superiore piatta. Questo sensore è progettato come una soluzione efficace per il risparmio energetico nelle applicazioni di retroilluminazione dei display per dispositivi mobili, come telefoni cellulari e PDA. Una caratteristica chiave è l'elevato rapporto di reiezione della radiazione infrarossa, che si traduce in una risposta spettrale molto simile a quella dell'occhio umano.

1.1 Vantaggi Principali

• Risposta spettrale vicina a quella dell'occhio umano.
• Bassa variazione di sensibilità tra diverse sorgenti luminose.
• Ampio intervallo di temperatura operativa da -40°C a +85°C.
• Ampio intervallo di tensione di alimentazione da 2.5V a 5.5V.
• Dimensioni compatte: 4.4mm (L) x 3.9mm (W) x 1.2mm (H).
• Conforme agli standard RoHS, EU REACH e Halogen-Free (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

Questo sensore è principalmente rivolto a dispositivi elettronici portatili e attenti al consumo energetico. Le sue principali applicazioni includono:

• Rilevamento della luce ambientale per il controllo della retroilluminazione di display LCD TFT al fine di risparmiare energia.
• Sistemi automatici di gestione dell'illuminazione residenziale e commerciale.
• Miglioramento automatico del contrasto per cartelloni elettronici.
• Dispositivi di monitoraggio della luce ambientale sia in condizioni di luce diurna che artificiale.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile operare al di fuori di queste condizioni.

• Tensione di Rottura Inversa (V_BR): 35 V (a I_R=100µA). Indica la massima tensione inversa che il fotodiodo può sopportare prima della rottura.
• Tensione Diretta (V_F): 0.5 V a 1.3 V (a I_F=10mA). Questa è la caduta di tensione ai capi del diodo quando polarizzato direttamente, rilevante per i test ma non tipica nel funzionamento in modalità fotoconduttiva.
• Temperatura Operativa (T_opr): -40°C a +85°C.
• Temperatura di Conservazione (T_stq): -40°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol): 260°C. Questo parametro è critico per i processi di saldatura a rifusione.

2.2 Condizioni Operative Raccomandate

Il dispositivo è progettato per operare nelle seguenti condizioni per garantire le prestazioni specificate.

• Temperatura Operativa (T_opr): -40°C a +85°C.

2.3 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati a T_a=25°C e definiscono le prestazioni fondamentali del sensore.

• Corrente di Buio (I_D): Tip. 2 nA, Max. 10 nA (a V_R=5V, E_V=0 Lux). Questa è la piccola corrente di dispersione in assenza di luce. Un valore più basso è migliore per la sensibilità in condizioni di scarsa illuminazione.
• Corrente di Luce (I_L1): Tip. 1.1 µA (a V_R=5V, E_V=100 Lux, luce bianca fluorescente/LED). Questa è la fotocorrente generata sotto un'illuminazione specificata.
• Corrente di Luce (I_L2): Tip. 9.5 µA (a V_R=5V, E_V=1000 Lux, luce bianca fluorescente/LED).
• Corrente di Luce (I_L3): Tip. 12 µA (a V_R=5V, E_V=1000 Lux, Illuminante Standard CIE-A / lampada ad incandescenza 2856K). La differenza tra I_L2e I_L3evidenzia la variazione di risposta del sensore agli spettri di diverse sorgenti luminose.
• Lunghezza d'Onda di Sensibilità di Picco (λ_p): Tip. 630 nm. Questo conferma che la risposta di picco del sensore è nella regione rosso-arancione del visibile, allineandosi con la sensibilità dell'occhio umano.
• Intervallo di Lunghezze d'Onda di Sensibilità (λ): 390 nm a 700 nm. Questo copre la maggior parte dello spettro della luce visibile, con una forte reiezione della luce infrarossa (IR) e ultravioletta (UV).

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a diverse curve tipiche delle caratteristiche elettro-ottiche, cruciali per i progettisti.

3.1 Corrente di Luce vs. Illuminamento

Questa curva mostra la relazione tra la fotocorrente in uscita e il livello di luce ambientale (in Lux). È tipicamente lineare su un ampio intervallo, consentendo una calibrazione diretta dei livelli di luce in un'applicazione. La pendenza di questa curva rappresenta la responsività del sensore.

3.2 Corrente di Buio vs. Temperatura

Questo grafico illustra come la corrente di buio (I_D) aumenti con la temperatura. Poiché la corrente di buio agisce come rumore, comprendere questa relazione è vitale per applicazioni che operano in ambienti a temperatura estrema, per garantire letture accurate in condizioni di scarsa luce.

3.3 Corrente di Luce vs. Temperatura

Questa curva mostra la variazione della fotocorrente con la temperatura a un illuminamento fisso. È attesa una certa dipendenza dalla temperatura, e questi dati sono necessari per progettare circuiti con compensazione termica se è richiesta un'elevata precisione su tutto l'intervallo operativo.

3.4 Corrente di Luce vs. Tensione di Alimentazione

Questo grafico dimostra la stabilità dell'uscita della fotocorrente nell'intervallo di tensione di alimentazione raccomandato (2.5V a 5.5V). Un'uscita stabile al variare della tensione semplifica la progettazione dell'alimentazione.

3.5 Risposta Spettrale

Questo è uno dei grafici più importanti. Traccia la sensibilità relativa del sensore in funzione della lunghezza d'onda. La curva dovrebbe avere un picco attorno a 630 nm (come specificato) e mostrare un rapido decadimento oltre i 700 nm, confermando un'efficace reiezione dell'IR. Confrontando questa curva con la funzione di luminosità fotopica CIE (risposta standard dell'occhio umano) si valida visivamente l'affermazione di "risposta vicina a quella dell'occhio umano".

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

Il sensore è fornito in un package a montaggio superficiale. Le dimensioni chiave sono:

• Lunghezza (L): 4.4 mm ±0.1 mm
• Larghezza (W): 3.9 mm ±0.1 mm
• Altezza (H): 1.2 mm

I disegni meccanici dettagliati nella scheda tecnica forniscono misure esatte per il progetto del land pattern, inclusa dimensione e spaziatura dei pad, critiche per il layout del PCB e l'affidabilità del giunto di saldatura.

4.2 Identificazione della Polarità

Il disegno nella scheda tecnica indica le marcature del catodo e dell'anodo sul corpo del package. L'orientamento corretto della polarità durante l'assemblaggio è essenziale per il corretto funzionamento del circuito.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

5.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il valore massimo assoluto per la temperatura di saldatura è 260°C. Ciò implica che il dispositivo può resistere ai tipici profili di rifusione senza piombo. I progettisti dovrebbero seguire le pratiche standard di saldatura a rifusione per SMD, assicurando che la temperatura di picco non superi i 260°C e che il tempo sopra il liquido sia controllato secondo le specifiche di assemblaggio del PCB.

5.2 Manipolazione e Conservazione

Il dispositivo deve essere conservato nella sua busta originale barriera all'umidità nelle condizioni di temperatura di conservazione specificate (-40°C a +85°C). Durante la manipolazione e l'assemblaggio devono essere osservate le normali precauzioni ESD (scarica elettrostatica).

6. Informazioni su Imballo e Ordine

6.1 Specifiche di Imballo

• Imballo Standard: 1000 pezzi per volume/busta.
• Imballo in Cartone: 10 scatole per cartone.
• Imballo su Bobina: Disponibile con 1000 pezzi per bobina per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place.

6.2 Formato Etichetta e Tracciabilità

L'etichetta dell'imballaggio include campi per tracciabilità e identificazione:

• CPN (Numero Prodotto Cliente)
• P/N (Numero Prodotto: ALS-PD70-01C/TR7)
• QTY (Quantità di Imballo)
• CAT (Categoria - potenzialmente per binning delle prestazioni)
• HUE (Lunghezza d'Onda di Picco)
• REF (Riferimento)
• LOT No (Numero di Lotto per tracciabilità)

7. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

7.1 Circuito Applicativo Tipico

Il sensore opera in modalità fotoconduttiva. Un circuito applicativo tipico prevede di collegare il fotodiodo in polarizzazione inversa (catodo a V_CC, anodo a un amplificatore di transimpedenza o a una resistenza di pull-down). La corrente generata è proporzionale all'intensità luminosa. Questa corrente può essere convertita in tensione utilizzando una resistenza o un amplificatore di transimpedenza (TIA) più sofisticato basato su amplificatore operazionale, per una migliore sensibilità e banda passante.

7.2 Note di Progettazione

• Polarizzazione: Assicurarsi che la tensione di polarizzazione inversa (V_R) sia nell'intervallo da 2.5V a 5.5V. Si raccomanda un'alimentazione stabile per letture consistenti.
• Condizionamento del Segnale: L'uscita è una piccola corrente (microampere). È necessario un layout PCB accurato per minimizzare il rumore captato. Schermare il sensore da sorgenti IR dirette (come luce solare o lampadine a incandescenza) può migliorare l'accuratezza grazie alla sua reiezione dell'IR, ma rimane una certa dipendenza spettrale (come visto in I_L2vs. I_L3).
• Calibrazione: A causa delle variazioni tipiche e della percezione non lineare della luminosità da parte dell'uomo, per una misurazione precisa in Lux è spesso necessaria una calibrazione del prodotto finale rispetto a una sorgente luminosa nota.
• Progettazione Ottica: Il package "water clear" a superficie piatta potrebbe richiedere una guida della luce o un diffusore nel prodotto finale per garantire che il sensore riceva un campione rappresentativo della luce ambientale e non sia influenzato da sorgenti puntiformi o ombre.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

L'ALS-PD70-01C/TR7 si differenzia grazie alla combinazione delle seguenti caratteristiche chiave:

• Risposta Simile all'Occhio Umano: A differenza dei semplici fotodiodi, la sua risposta filtrata minimizza la sensibilità all'IR, rendendo la sua uscita più direttamente utile per compiti di percezione della luminosità senza complesse correzioni software.
• Ampio Intervallo di Tensione: L'intervallo da 2.5V a 5.5V gli consente di essere utilizzato direttamente sia con sistemi logici a 3.3V che a 5V, comuni nei microcontrollori, eliminando la necessità di un level shifter o di un regolatore.
• Prestazioni Robuste alla Temperatura: L'intervallo operativo specificato da -40°C a +85°C lo rende adatto per applicazioni automotive, industriali e outdoor, oltre che per l'elettronica di consumo tipica.
• Conformità: La piena conformità alle moderne normative ambientali (RoHS, REACH, Halogen-Free) è un requisito obbligatorio per la maggior parte dei mercati globali oggi.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Quanto è accurata la misurazione in Lux con questo sensore?

Il sensore fornisce una fotocorrente proporzionale all'intensità luminosa. Per una misurazione accurata in Lux, è essenziale una calibrazione rispetto a un luxmetro di riferimento sotto il tipo specifico di sorgente luminosa (es. luce diurna, fluorescente, LED) utilizzata nell'applicazione. La scheda tecnica fornisce le risposte tipiche sotto diverse sorgenti (vedi I_L2e I_L3), evidenziando l'inerente dipendenza spettrale di qualsiasi sensore di luce.

9.2 Può essere utilizzato all'aperto alla luce diretta del sole?

Sebbene l'intervallo di temperatura operativa lo consenta, la luce solare diretta ha un contenuto IR molto elevato. La reiezione dell'IR del sensore aiuta, ma il livello di illuminamento alla luce diretta del sole (spesso >50.000 Lux) potrebbe saturare il sensore o lo stadio amplificatore successivo. Sarebbe necessario un attenuatore ottico (filtro a densità neutra) o una selezione accurata del range nel circuito di condizionamento del segnale.

9.3 Qual è lo scopo delle voci "CAT" e "HUE" sull'etichetta?

Queste indicano probabilmente un binning delle prestazioni. "CAT" (Categoria/Rango) potrebbe classificare i dispositivi in base alla sensibilità della corrente di luce (es. uscita più alta/più bassa in una condizione di test standard). "HUE" (Lunghezza d'Onda di Picco) classifica i dispositivi in base all'esatta lunghezza d'onda della sensibilità spettrale di picco (attorno al tipico 630 nm). Ciò consente ai produttori di selezionare sensori con prestazioni più uniformi per la produzione di grandi volumi.

10. Esempio Pratico di Caso d'Uso

Scenario: Regolazione Automatica della Retroilluminazione per un Dispositivo Mobile

L'ALS-PD70-01C/TR7 è posizionato dietro una piccola apertura o una guida della luce sul bordo del dispositivo. È collegato a un ingresso di un convertitore analogico-digitale (ADC) di un microcontrollore tramite una semplice resistenza. Il firmware del microcontrollore legge periodicamente la tensione, che corrisponde al livello di luce ambientale. In base a una tabella di ricerca o a un algoritmo pre-programmato (che spesso imita una curva logaritmica di percezione umana), il microcontrollore regola il duty cycle del PWM (Pulse Width Modulation) che pilota la retroilluminazione a LED del display. In una stanza buia, la retroilluminazione si attenua per risparmiare energia e ridurre l'affaticamento degli occhi. Alla luce del sole intensa, aumenta al massimo per la leggibilità. La risposta rapida e la sensibilità spettrale simile all'occhio umano del sensore garantiscono regolazioni fluide e naturali in varie condizioni di illuminazione (luce fluorescente d'ufficio, LED domestico, sole all'aperto).

11. Principio di Funzionamento

Il dispositivo è un fotodiodo al silicio. Quando fotoni con energia maggiore del bandgap del silicio colpiscono la giunzione del semiconduttore, generano coppie elettrone-lacuna. Sotto una tensione di polarizzazione inversa, questi portatori di carica vengono spazzati attraverso la giunzione, creando una fotocorrente misurabile che è linearmente proporzionale all'intensità della luce incidente (su un ampio intervallo). Il package incorpora un filtro ottico che attenua le lunghezze d'onda infrarosse, modellando la risposta spettrale per approssimare la risposta fotopica dell'occhio umano.

12. Tendenze del Settore

Il rilevamento della luce ambientale è una tecnologia matura ma in evoluzione. Le tendenze attuali includono:

• Integrazione: Combinare il fotodiodo, l'amplificatore, l'ADC e la logica digitale (interfaccia I2C/SPI) in un singolo chip per creare sensori di luce digitali. Ciò semplifica la progettazione ma può compromettere alcune prestazioni o flessibilità.
• Rilevamento di Prossimità: Spesso abbinato a un LED IR per creare un sensore di prossimità, utilizzato per funzionalità come lo spegnimento del display durante una chiamata telefonica.
• Rilevamento Flicker: Sensori avanzati possono rilevare la frequenza del flicker della luce artificiale (es. da LED o fluorescenti) per consentire alle fotocamere di regolare la velocità dell'otturatore e ridurre gli effetti di banding.
• Consumo Ultra-Basso: Per applicazioni always-on nei dispositivi IoT, sono richiesti sensori con corrente di riposo a livello di nanoampere.

L'ALS-PD70-01C/TR7 rappresenta una soluzione discreta ad alte prestazioni, che offre flessibilità di progettazione e prestazioni analogiche ottimizzate per applicazioni in cui questi fattori sono prioritari rispetto all'integrazione.