Scheda Tecnica LED RGB SMD 19-C47 - Controllo PWM 8-bit - Alimentazione 5V - Colori Pieni - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 19-C47 è un dispositivo a montaggio superficiale (SMD) compatto che integra tre chip LED individuali (Rosso, Verde, Blu) con un driver IC a corrente costante dedicato a 3 canali. Questa integrazione consente una miscelazione e un controllo del colore precisi, rendendolo un componente chiave per applicazioni che richiedono un'uscita a colori completi vivace e programmabile. Il suo vantaggio principale risiede nella combinazione di un ingombro miniaturizzato, di circuiti esterni semplificati grazie al driver integrato e di un sofisticato controllo a modulazione di larghezza di impulso (PWM) a 8 bit per ogni canale colore.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Driver Integrato:Contiene un driver LED a 3 canali con controllo PWM lineare a 8 bit, eliminando la necessità di controller PWM esterni per la miscelazione di colori di base.
• Alta Profondità di Colore:Ogni chip RGB può essere controllato con 256 livelli di grigio (8 bit), consentendo oltre 16 milioni di colori possibili (256^3).
• Package SMD Compatto:Significativamente più piccolo dei tradizionali LED a telaio conduttore, consente una maggiore densità sul circuito stampato, riduce le dimensioni del prodotto finale ed è adatto per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place.
• Conformità:Il prodotto è privo di piombo, conforme a RoHS, REACH UE e standard alogeni-free (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Compatibilità di Processo:Progettato per la compatibilità con i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi e a fase di vapore.

1.2 Applicazioni Target

Questo componente è progettato per applicazioni che richiedono illuminazione e display dinamici a colori completi.

• Display video LED e cartellonistica a colori completi per interni ed esterni.
• Strisce LED decorative e illuminazione architetturale.
• Retroilluminazione per pannelli strumenti, interruttori e simboli.
• Indicatori di stato e retroilluminazione in apparecchiature di telecomunicazione.
• Applicazioni generali di illuminazione a colori completi.

2. Specifiche Tecniche e Analisi Approfondita

2.1 Valori Massimi Assoluti e Condizioni Operative

Questi parametri definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. L'operatività entro le condizioni consigliate garantisce prestazioni affidabili.

• Tensione di Alimentazione (VDD):Il range massimo assoluto è da +4,2V a +5,5V. La tensione operativa tipica consigliata è 5,0V. Superare i 5,5V può danneggiare il driver IC interno.
• Tensione di Ingresso (VIN):I pin di ingresso logico (DIN) devono essere mantenuti tra -0,5V e VDD+0,5V. Per un riconoscimento affidabile del livello logico alto, una tensione di 3,3V è tipica, mentre il livello logico basso dovrebbe essere inferiore a 0,3*VDD (tipicamente 1,5V con VDD a 5V).
• Protezione ESD:Valutato per 2000V Human Body Model (HBM). Sebbene offra una protezione di base per la manipolazione, sono comunque necessarie le dovute precauzioni ESD durante l'assemblaggio.
• Range di Temperatura:La temperatura operativa è da -20°C a +70°C. La temperatura di stoccaggio va da -40°C a +90°C. Il profilo di saldatura è critico: la temperatura di picco per la saldatura a rifusione non deve superare i 260°C per 10 secondi, o i 350°C per 3 secondi durante la saldatura manuale.

2.2 Caratteristiche Elettriche in CC

Misurate a Ta=25°C, VDD=5V, queste caratteristiche definiscono il comportamento elettrico del dispositivo in condizioni statiche.

• Corrente di Alimentazione (IDD):Il consumo di corrente tipico del driver IC stesso è di 2,5 mA quando tutte le uscite LED sono spente (duty cycle PWM 0%). Questa è la corrente di riposo.
• Soglie dei Livelli Logici:Conferma i livelli di tensione di ingresso: VIH (Alto) è tipicamente 3,3V, e VIL (Basso) è un massimo di 0,3*VDD.

2.3 Temporizzazione e Protocollo di Comunicazione Dati

Il dispositivo utilizza un protocollo di comunicazione seriale per ricevere dati a 24 bit (8 bit per ogni canale Rosso, Verde e Blu). La temporizzazione è cruciale per una trasmissione dati senza errori.

• Temporizzazione in Modalità Alta Velocità:
  • T0H (codice 0, tempo alto): 300ns ±80ns.
  • T0L (codice 0, tempo basso): 900ns ±80ns.
  • T1H (codice 1, tempo alto): 900ns ±80ns.
  • T1L (codice 1, tempo basso): 300ns ±80ns.
  • RES (Tempo di Reset): Deve essere maggiore di 50µs di segnale basso per agganciare (latch) i dati.
• Formato Dati:24 bit di dati vengono inviati sequenzialmente per un singolo dispositivo: tipicamente G7-G0, R7-R0, B7-B0 (l'ordine può variare, verificare i dettagli del protocollo).
• Cascading (Concatenamento):Più dispositivi possono essere collegati in cascata (daisy-chained). Il pin DOUT di un dispositivo alimenta il pin DIN del successivo. Dopo aver ricevuto i suoi 24 bit, il dispositivo inoltra automaticamente i bit successivi al DOUT.
• Note di Progettazione:
  • Si consiglia un filtro RC e una resistenza di pull-up/pull-down (R1, suggerita da 10kΩ a 100kΩ) sulla linea dati per migliorare l'integrità del segnale.
  • Un condensatore di bypass da 0,1µF deve essere posizionato vicino al pin VDD per un'alimentazione stabile e l'immunità al rumore.

3. Caratteristiche Elettro-Ottiche e Sistema di Binning

Questi parametri definiscono l'emissione luminosa e le proprietà cromatiche dei chip LED, misurate a una corrente diretta (IF) di 5mA e Ta=25°C.

3.1 Prestazioni Ottiche

• Intensità Luminosa (Iv):L'emissione luminosa tipica varia per chip colore:
  • Rosso (RS): 70 mcd (min 28,5, max 180).
  • Verde (GH): 180 mcd (min 140, max 360).
  • Blu (BH): 40 mcd (min 28,5, max 72).
• Angolo di Visione (2θ1/2):Un ampio angolo di visione di 120 gradi, adatto per applicazioni che richiedono un'ampia distribuzione della luce.
• Lunghezza d'Onda:
  • Lunghezza d'Onda di Picco (λp): Rosso ~632nm, Verde ~518nm, Blu ~468nm.
  • Lunghezza d'Onda Dominante (λd): Rosso 617,5-629,5nm, Verde 525-540nm, Blu 465-475nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Rosso ~20nm, Verde ~35nm, Blu ~25nm.

3.2 Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza del colore in produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base all'intensità luminosa. I progettisti dovrebbero specificare i codici bin richiesti per un aspetto uniforme in un array.

• Bin Rosso (RS):N (28,5-45 mcd), P (45-72 mcd), Q (72-112 mcd), R (112-180 mcd).
• Bin Verde (GH):R2 (140-180 mcd), S1 (180-225 mcd), S2 (225-285 mcd), T1 (285-360 mcd).
• Bin Blu (BH):N (28,5-45 mcd), P (45-72 mcd).

Tolleranze:L'intensità luminosa ha una tolleranza di ±11% e la lunghezza d'onda dominante ha una tolleranza di ±1nm all'interno di un bin.

4. Informazioni Meccaniche, di Confezionamento e Assemblaggio

4.1 Dimensioni del Package e Pinout

Il dispositivo è fornito in un package SMD compatto. Il layout dei pad suggerito è un punto di partenza e dovrebbe essere ottimizzato per specifici processi produttivi.

• Funzioni dei Pin:
  1. DOUT:Uscita dati per il concatenamento al DIN del dispositivo successivo.
  2. VDD:Ingresso alimentazione (+5V). Richiede un condensatore di bypass locale da 0,1µF.
  3. DIN:Ingresso dati seriali per i dati di controllo PWM.
  4. GND:Massa comune per alimentazione e dati.

4.2 Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

• Profilo di Rifusione:Compatibile con profili standard con una temperatura di picco non superiore a 260°C per 10 secondi.
• Limitazione di Corrente: Critico:Il driver integrato fornisce un controllo a corrente costante per i LED basato sull'ingresso PWM. Tuttavia, la tensione di alimentazione esterna (VDD) deve essere regolata. Una leggera sovratensione può causare un grande aumento di corrente attraverso il driver e i LED, portando a un guasto immediato. Una corretta regolazione della tensione è essenziale.

4.3 Sensibilità all'Umidità e Conservazione

Questo è un dispositivo sensibile all'umidità (MSD).

• Prima dell'Apertura:Conservare la busta sigillata anti-umidità a ≤30°C e ≤90% UR.
• Dopo l'Apertura:La "vita a terra" (floor life) è di 168 ore (7 giorni) a ≤30°C e ≤60% UR. Se non utilizzati entro questo tempo, i componenti inutilizzati devono essere re-insacchettati con essiccante.
• Essiccazione (Baking):Se la vita a terra viene superata o la scheda indicatrice di umidità mostra infiltrazioni, è necessaria l'essiccazione prima della saldatura per prevenire danni da "popcorn" durante la rifusione.

4.4 Specifiche di Confezionamento

• Nastro e Bobina:Confezionato in nastro largo 8mm su bobine da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi.
• Informazioni Etichetta:Le etichette della bobina includono Numero di Prodotto (P/N), quantità (QTY) e codici critici di binning per Rango di Intensità Luminosa (CAT), Rango di Cromaticità/Lunghezza d'Onda (HUE) e Rango di Tensione Diretta (REF).

5. Considerazioni di Progettazione Applicativa e FAQ

5.1 Circuito Applicativo Tipico

Un'applicazione di base coinvolge un'alimentazione stabilizzata a 5V, un microcontrollore (MCU) con un pin I/O digitale in grado di generare il preciso protocollo seriale e il LED. Il pin I/O della MCU si collega al DIN del primo LED. Per più LED, questi sono collegati in cascata. Un condensatore ceramico da 0,1µF è posizionato tra VDD e GND su ogni dispositivo. Una resistenza in serie (es. da 100Ω a 470Ω) può essere posta in serie con la linea dati vicino alla MCU per smorzare i ringing, sebbene la scheda tecnica suggerisca un filtro RC.

5.2 Considerazioni di Progettazione

• Alimentazione:Utilizzare un'alimentazione ben stabilizzata a 5V. Ripple e rumore possono influenzare la coerenza del colore e l'integrità dei dati.
• Integrità della Linea Dati:Per cavi lunghi o molti dispositivi in cascata, può verificarsi un degrado del segnale. Considerare l'uso di chip buffer o driver differenziali per una comunicazione robusta.
• Gestione Termica:Sebbene il driver gestisca la corrente, i LED generano calore. Per operazioni ad alto duty cycle o alte temperature ambientali, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o dissipazione per mantenere la temperatura di giunzione entro i limiti.
• Calibrazione del Colore:A causa delle variazioni di binning, per applicazioni di display professionali, potrebbe essere necessario un passo di calibrazione del colore utilizzando il controllo PWM a 8 bit per ottenere un punto bianco uniforme e una gamma di colori su tutti i pixel.

5.3 Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

• D: Qual è la corrente massima per canale LED?R: La scheda tecnica non specifica una corrente diretta (IF) fissa per i LED quando pilotati dal driver interno. L'emissione luminosa è specificata a IF=5mA, che è probabilmente la corrente impostata dal driver per ogni canale. Il design a corrente costante del driver protegge i LED, ma il valore massimo assoluto di VDD non deve essere superato.
• D: Posso pilotare questo LED con un microcontrollore a 3,3V?R: Sì. La tensione di ingresso logica alta (VIH) è tipicamente 3,3V, compatibile con la logica a 3,3V. Tuttavia, assicurarsi che l'alimentazione VDD rimanga a 5V affinché il driver LED funzioni correttamente.
• D: Quanti LED posso collegare in cascata?R: Il limite è determinato dalla frequenza di aggiornamento dei dati e dall'integrità del segnale. Ogni dispositivo aggiunge un piccolo ritardo di propagazione. Per un flusso dati di 24 bit per dispositivo e una frequenza di aggiornamento target (es. 60Hz), è possibile calcolare il numero massimo. Con un clock di 800kbps, centinaia di dispositivi possono essere concatenati per illuminazione statica, ma per il video, il numero è inferiore a causa della necessità di alte frequenze di aggiornamento.
• D: Perché un condensatore di bypass è obbligatorio?R: Il driver IC commuta la corrente verso i LED ad alte frequenze (PWM). Ciò causa improvvisi picchi di corrente sulla linea VDD. Il condensatore locale da 0,1µF fornisce questa corrente ad alta frequenza localmente, prevenendo cadute di tensione che potrebbero resettare l'IC o causare flicker, e riducendo le interferenze elettromagnetiche (EMI).

6. Confronto Tecnico e Tendenze

6.1 Differenziazione dai LED di Base

Il differenziatore chiave del 19-C47 è il suo driver integrato. Rispetto a un LED RGB discreto che richiede tre resistenze di limitazione di corrente esterne e un controller PWM esterno (es. da una MCU con tre pin PWM), questo dispositivo semplifica il design. Richiede solo una singola linea dati e alimentazione, riducendo drasticamente il numero di pin MCU e la complessità software per grandi array. Il compromesso è un costo leggermente più alto del componente e la necessità di gestire il protocollo seriale.

6.2 Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul principio di un registro a scorrimento seriale-in, parallelo-out per i dati PWM. La parola dati a 24 bit viene clockata in un registro interno. Questo registro controlla separati generatori PWM a 8 bit per ogni colore. I generatori PWM modulano le sorgenti di corrente costante che pilotano i rispettivi chip LED. L'occhio umano integra i rapidi impulsi on/off, percependo un livello di luminosità specifico per ogni colore primario, che si miscela per formare il colore finale.

6.3 Tendenze del Settore

La tendenza nei LED indirizzabili è verso una maggiore integrazione, velocità dati più elevate e prestazioni cromatiche migliorate. I successori del PWM a 8 bit (come questo dispositivo) spesso presentano PWM a 16 bit o superiore per una regolazione più fluida e una migliore accuratezza del colore (eliminando flicker o spostamenti di colore a bassa luminosità). I protocolli stanno diventando più veloci e robusti (es. utilizzando codifica Manchester o segnalazione differenziale). C'è anche una tendenza verso l'inclusione del controllo globale della luminosità e della compensazione della temperatura all'interno del driver IC. Il 19-C47 rappresenta una soluzione matura ed economica per molte applicazioni mainstream di illuminazione e display a colori completi.