Scheda Tecnica LED Smart Pixel C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H - Pacchetto P-LCC-6 - 5V - Angolo di Visione 120° - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H è un componente LED smart pixel integrato. Combina chip LED rosso, verde e blu con un circuito integrato (IC) driver dedicato a 3 canali all'interno di un singolo pacchetto surface-mount device (SMD) P-LCC-6. Questa integrazione semplifica la progettazione eliminando la necessità di componenti driver esterni per ogni canale colore.

La funzione principale del driver IC integrato (denominato 4516-IC nel documento) è fornire un controllo lineare individuale a modulazione di larghezza di impulso (PWM) a 8-bit per ciascuno dei LED rosso (R), verde (G) e blu (B). Ciò consente la creazione di 16,7 milioni di colori (2^24) attraverso una miscelazione precisa delle intensità. Il controllo avviene tramite un semplice protocollo di comunicazione seriale single-wire, rendendolo altamente conveniente e facile da implementare in vari progetti di illuminazione.

Il pacchetto presenta un riflettore interno ed è modellato in resina trasparente incolore, contribuendo al suo ampio angolo di visione di 120 gradi. La miscela di luce dei tre LED a colori primari produce un'emissione bianca, rendendo questo componente particolarmente adatto per retroilluminazione e applicazioni con light pipe dove è richiesta un'illuminazione uniforme e ad ampio angolo.

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. Il funzionamento al di fuori di questi intervalli non è garantito.

• Tensione di Alimentazione (VDD):Massimo 6,5V. La tensione operativa tipica è 5V, fornendo un margine di sicurezza.
• Dissipazione di Potenza (PD):Inferiore a 400 mW. Questo limita il calore totale generato dall'IC e dai LED combinati.
• Corrente di Uscita LED (Iout):Massimo 25 mA per canale. La corrente di uscita tipica è specificata come 20 mA nelle caratteristiche elettriche.
• Temperatura Operativa (Topr):Da -25°C a +85°C. Definisce l'intervallo di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile.
• Temperatura di Stoccaggio (Tstg):Da -40°C a +90°C.
• Scarica Elettrostatica (ESD):Resiste a 2000V, indicando un livello base di protezione durante la manipolazione.
• Temperatura di Saldatura:Compatibile con processi senza piombo (Pb-free): saldatura a rifusione IR a 260°C per un massimo di 10 secondi, o saldatura manuale a 350°C per un massimo di 3 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Misurate a Ta=25°C e VDD=5V, questi parametri definiscono le prestazioni di emissione luminosa.

• Intensità Luminosa (Iv):
  • Rosso (R): 450 mcd (Min) a 1120 mcd (Max). Il valore tipico è compreso in questo intervallo.
  • Verde (G): 1120 mcd (Min) a 2800 mcd (Max). Il verde è tipicamente il canale più luminoso.
  • Blu (B): 280 mcd (Min) a 710 mcd (Max).
  • Tolleranza:±11% per l'intensità luminosa.
• Angolo di Visione (2θ1/2):100° (Min), 120° (Tipico), 140° (Max). L'ampio angolo tipico di 120° è una caratteristica chiave.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):
  • Rosso: da 618 nm a 630 nm.
  • Verde: da 520 nm a 535 nm.
  • Blu: da 463 nm a 475 nm.
  • Tolleranza:±1 nm.
• Materiali del Chip:Il rosso utilizza AlGaInP, mentre il verde e il blu utilizzano InGaN, standard per LED ad alta efficienza.

2.3 Caratteristiche Elettriche

Parametri per il driver IC integrato, specificati per Ta=-20 a +70°C e Vdd=4,5 a 5,5V.

• Corrente di Uscita (IOL):19 mA (Min), 20 mA (Tip), 21 mA (Max). Questa è la corrente costante erogata a ciascun LED.
• Livelli Logici di Ingresso (per pin DIN, SET):
  • VIH (Tensione di ingresso livello alto): Minimo 2,7V.
  • VIL (Tensione di ingresso livello basso): Massimo 0,3 * Vdd (es. 1,5V max a Vdd=5V).
• Tensione di Isteresi (VH):Tipica 0,35V. Fornisce immunità al rumore sui pin di ingresso.
• Dissipazione di Corrente Dinamica (IDD_dyn):Tipica 2 mA. Questa è la corrente operativa del driver IC stesso.

3. Protocollo di Comunicazione & Temporizzazione

Il dispositivo utilizza uno schema di comunicazione single-wire, non return-to-zero (NRZ) per ricevere dati a 24 bit (8 bit per ciascun canale R, G, B).

3.1 Temporizzazione del Trasferimento Dati

I livelli logici sono definiti dalla durata dell'impulso alto all'interno di un tempo di ciclo fisso di 1,2 µs.

• Logico '0':Tempo tensione alta (T0H) = 0,30 µs (±0,15µs), Tempo tensione bassa (T0L) = 0,90 µs.
• Logico '1':Tempo tensione alta (T1H) = 0,90 µs (±0,15µs), Tempo tensione bassa (T1L) = 0,30 µs.
• Segnale di Reset/Latch:Un segnale a livello basso sul pin DIN per più di 50 µs (in particolare, sopra 250 µs è mostrato) blocca (latch) i 24 bit di dati ricevuti nei registri di uscita, aggiornando la luminosità dei LED.

I dati sono trasmessi prima il MSB (Most Significant Bit) per ogni colore. La sequenza per un singolo pixel è: R[7], R[6], ... R[0], G[7], ... G[0], B[7], ... B[0]. Il pin DOUT ritrasmette il segnale, consentendo di collegare in cascata (daisy-chain) più dispositivi da una singola linea dati del controller.

4. Informazioni Meccaniche & sul Pacchetto

4.1 Dimensioni del Pacchetto e Pinout

Il dispositivo è contenuto in un pacchetto P-LCC-6 (Plastic Leaded Chip Carrier). Il disegno dimensionale fornito mostra un tipico footprint SMD. La configurazione dei pin è la seguente:

1. DI (Data Input):Ingresso del segnale dati di controllo.
2. VDD:Alimentazione per il circuito di controllo / IC (tipicamente 5V).
3. Anodo (Pin 3 & 4):Questi sono collegati internamente. Ingresso di alimentazione per i chip LED R, G, B. Deve essere collegato a una sorgente di tensione attraverso appropriate resistenze limitatrici di corrente.
4. GND (Massa):Massa comune per l'IC e i LED.
5. DOUT (Data Output):Uscita del segnale dati di controllo per il collegamento in cascata al pin DI del dispositivo successivo.

Nota Critica di Progetto:La scheda tecnica avverte esplicitamente che resistenze limitatrici di corrente esternedevonoessere applicate in serie con i pin Anodo. Senza di esse, anche un leggero aumento della tensione di alimentazione dell'anodo può causare una grande e distruttiva variazione di corrente attraverso i LED.

5. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio & Stoccaggio

5.1 Condizioni di Saldatura

Il componente è senza piombo e compatibile con la saldatura a rifusione IR. Viene fornito un profilo di temperatura senza piombo consigliato:

• Preriscaldamento:150–200°C per 60–120 secondi (rampa max 3°C/sec).
• Rifusione:Sopra 217°C per 60–150 secondi, con temperatura di picco non superiore a 260°C per un massimo di 10 secondi.
• Raffreddamento:Velocità di raffreddamento massima di 6°C/sec.
• Importante:La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte. Non dovrebbe essere applicato stress al pacchetto durante il riscaldamento e il PCB non dovrebbe deformarsi dopo la saldatura.

5.2 Sensibilità all'Umidità e Stoccaggio

Il dispositivo è confezionato in sacchetti barriera resistenti all'umidità con essiccante.

• Prima dell'Apertura:Conservare a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR). Non aprire il sacchetto fino al momento dell'uso.
• Dopo l'Apertura (Tempo di Utilizzo a Banco):I componenti devono essere saldati entro 24 ore dall'apertura del sacchetto anti-umidità.
• Essiccazione (Baking):Se il tempo di stoccaggio viene superato o l'essiccante indica ingresso di umidità, è necessario un trattamento di essiccazione a 60°C ±5°C per 24 ore prima dell'uso.

6. Confezionamento e Ordinazione

Il prodotto è fornito su nastro portatore goffrato, che viene poi avvolto su bobine. La quantità standard caricata è di 2000 pezzi per bobina. I materiali e il processo di confezionamento sono progettati per essere resistenti all'umidità. Le etichette sulla bobina includono identificatori standard come Numero di Prodotto (P/N), quantità (QTY) e numero di lotto (LOT No.). La scheda tecnica fa anche riferimento a classificazioni (bin) per Grado di Intensità Luminosa (CAT), Grado di Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e Grado di Tensione Diretta (REF), indicando che il prodotto può essere disponibile in gradi di prestazione pre-selezionati.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Applicazioni Tipiche

• Display Video LED Interni/Esterni:Ideale per display a colori completi a bassa-media risoluzione, cartellonistica e tabelloni per messaggi grazie al controllo integrato e alla capacità di collegamento in cascata.
• Strisce LED a Colori Completi:Abilita strisce LED RGB indirizzabili per illuminazione decorativa, architettonica e di intrattenimento.
• Illuminazione Decorativa LED:Adatto per apparecchi di illuminazione a cambio colore, illuminazione d'accento e installazioni interattive.
• Illuminazione Esterna per Gaming:Può essere utilizzato per l'illuminazione del case del PC, retroilluminazione della tastiera o altre periferiche gaming.
• Light Pipe/Retroilluminazione:L'ampio angolo di visione e la miscela di emissione bianca lo rendono un buon candidato per applicazioni con guide luminose edge-lit o direct-lit.

7.2 Considerazioni di Progetto Critiche

1. Resistenze Limitanti di Corrente:Questo è il componente esterno più critico. Le resistenze devono essere poste in serie con l'alimentazione dell'Anodo per ogni canale colore (o una resistenza comune se si utilizza una singola tensione di alimentazione per tutti i colori) per impostare la corrente massima e proteggere i LED. Il valore deve essere calcolato in base alla tensione di alimentazione dell'Anodo (V_anode), alla tensione diretta del LED (Vf, stimata dalle curve tipiche) e alla corrente desiderata (I, tipicamente 20mA). R = (V_anode - Vf) / I.
2. Disaccoppiamento Alimentazione:Un condensatore di bypass (es. 0,1µF) dovrebbe essere posizionato vicino al pin VDD per stabilizzare l'alimentazione dell'IC e filtrare il rumore.
3. Integrità della Linea Dati:Per catene in cascata lunghe o in ambienti elettricamente rumorosi, considerare l'aggiunta di una piccola resistenza in serie (es. 100Ω) all'uscita del controller e/o di una resistenza di pull-up sulla linea dati per garantire fronti del segnale puliti.
4. Gestione Termica:Sebbene il pacchetto sia a bassa potenza, alte temperature ambiente o la guida di tutti e tre i LED alla massima luminosità simultaneamente possono avvicinarsi al limite di dissipazione di potenza. Assicurare un'adeguata superficie di rame sul PCB o dissipazione termica se utilizzato in array ad alta densità.
5. Conformità alla Temporizzazione:Il microcontrollore o il driver che genera il segnale dati deve aderire rigorosamente alle specifiche di temporizzazione T0H, T1H e reset per garantire una comunicazione affidabile.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il C4516SDWN3S1 integra il driver e i LED, il che lo differenzia dalle soluzioni discrete (LED separato + driver IC esterno). I vantaggi chiave includono:

• Progettazione Semplificata:Riduce il numero di componenti, l'ingombro sul PCB e la complessità di assemblaggio.
• Controllo Single-Wire:Minimizza il cablaggio, specialmente in array multi-pixel, rispetto a soluzioni che richiedono linee di clock e dati separate (es. SPI).
• Form Factor Integrato:Il P-LCC-6 è un pacchetto SMD comune e facile da assemblare.
• Ampio Angolo di Visione:L'angolo di 120° è superiore a molti LED con fasci più stretti, vantaggioso per applicazioni di illuminazione diffusa.
• Limitazioni Potenziali:L'integrazione significa che le prestazioni del LED (lunghezza d'onda, intensità) sono fissate alle classificazioni (bin) scelte. La corrente di uscita massima per canale (25mA) è adatta per scopi indicativi e decorativi ma può essere inferiore a LED discreti ad alta potenza.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Quanti di questi LED posso collegare in cascata (daisy-chain)?

Teoricamente, un numero molto elevato, limitato principalmente dalla frequenza di aggiornamento dei dati. Ogni pixel richiede 24 bit di dati. La velocità di trasmissione è determinata dal tempo di 1,2 µs per bit. Per aggiornare una catena di N pixel, sono necessari (24 * N) bit più un impulso di reset finale (>50 µs). Per una frequenza di aggiornamento di 30 Hz, si potrebbero collegare centinaia di pixel. Il limite pratico è stabilito dall'integrità del segnale e dalla distribuzione di potenza su catene lunghe.

9.2 Perché le resistenze esterne sono assolutamente necessarie?

Il driver IC integrato fornisce un pozzo (sink) di corrente costantesinksul lato catodo di ciascun LED (collegato internamente). Tuttavia, il valore di corrente è impostato dalla differenza di tensione tra il pin Anodo (fornito esternamente) e il riferimento interno dell'IC. Senza una resistenza in serie, la tensione dell'Anodo imposta direttamente la corrente. La tensione diretta del LED (Vf) ha un coefficiente di temperatura negativo (diminuisce quando il LED si riscalda). Un leggero aumento della tensione di alimentazione o una diminuzione della Vf dovuta al riscaldamento può causare un aumento incontrollato della corrente, portando a un guasto rapido. La resistenza fornisce un feedback negativo, stabilizzando la corrente.

9.3 Posso usare un microcontrollore a 3.3V per controllare il pin DIN?

Potenzialmente sì, ma con cautela. Il VIH minimo è 2,7V. Un livello logico alto a 3,3V (~3,3V) soddisfa questa specifica. Tuttavia, i margini di rumore sono ridotti. È cruciale garantire segnali puliti. Se possibile, si consiglia l'uso di un microcontrollore a 5V o di un level shifter per un funzionamento robusto.

9.4 Qual è lo scopo del pin SET menzionato nelle caratteristiche elettriche?

Sebbene il pin dati principale sia DIN, il riferimento a un pin SET nelle specifiche della tensione di ingresso suggerisce che potrebbe esserci un pin aggiuntivo per la configurazione (es. impostazione di una luminosità globale o di una modalità). La descrizione principale dei pin elenca solo DI, VDD, Anodo, GND, DOUT. I progettisti dovrebbero consultare la versione più dettagliata della scheda tecnica del driver IC per chiarimenti sulla funzionalità dei pin se il pin SET è presente su una variante specifica.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul semplice principio di un registro a scorrimento seriale-in, parallelo-out combinato con pozzi di corrente costante. Il flusso di dati seriali a 24 bit viene inserito in un registro a scorrimento interno tramite la temporizzazione sul pin DI. Ogni bit corrisponde allo stato desiderato on/off per un specifico sotto-periodo all'interno del ciclo PWM per un canale colore. Una volta ricevuto l'intero frame di 24 bit, un segnale basso prolungato (reset) blocca (latch) questi dati in un secondo set di registri che controllano direttamente i pozzi di corrente di uscita. Questi pozzi di corrente si accendono quindi per una frazione di ogni periodo PWM proporzionale al valore a 8 bit per ciascun colore, creando la luminosità e il colore percepiti. Il pin DOUT fornisce i dati spostati in uscita dal registro interno, abilitando la cascata.

11. Tendenze di Sviluppo e Contesto

Dispositivi come il C4516SDWN3S1 rappresentano un segmento maturo e ottimizzato in termini di costo del mercato dei LED indirizzabili. Le tendenze tecnologiche in questo settore includono:

• Integrazione Più Elevata:Si tende verso driver che controllano più canali (es. RGBW a 4 canali) o includono funzioni aggiuntive come correzione gamma e diffusione d'errore nell'IC.
• Protocolli di Comunicazione Migliorati:Sebbene il single-wire sia semplice, nuovi protocolli offrono velocità dati più elevate (come gli 800kHz del WS2812B) o una migliore immunità al rumore (segnalazione differenziale, come nei pannelli LED professionali).
• Profondità di Bit Maggiore:Progressione da 8-bit (256 livelli) a PWM a 10-bit, 12-bit o addirittura 16-bit per canale per gradienti di colore più uniformi e alto range dinamico nell'illuminazione professionale.
• Prestazioni Termiche ed Elettriche Migliorate:Progetti con cadute di tensione inferiori, efficienza più elevata e percorsi termici migliori per consentire una luminosità sostenuta più alta.
• Standardizzazione:Crescita di protocolli digitali standard del settore (es. DMX, Art-Net) che interfacciano questi driver di pixel per installazioni su larga scala.

Questo componente si colloca saldamente nel mainstream dei LED RGB digitalmente indirizzabili a basso costo, bilanciando efficacemente prestazioni, semplicità e costo per un'ampia gamma di applicazioni consumer e commerciali.