Scheda Tecnica LED RGB SMD 12-23C - Nastro 8mm - Alimentazione 5V - Controllo PWM a 256 Livelli di Grigio - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 12-23C è un dispositivo a montaggio superficiale (SMD) compatto che integra tre chip LED individuali (Rosso, Verde, Blu) con un dedicato driver a corrente costante a 3 canali. Questa integrazione consente capacità a colori completi con controllo digitale preciso in un unico package miniaturizzato. Il suo vantaggio principale risiede nell'abilitare progetti PCB ad alta densità per applicazioni che richiedono illuminazione colorata vibrante e controllata dinamicamente, senza la complessità di circuiti driver esterni.

La funzionalità principale è guidata da un circuito integrato che accetta un segnale dati digitale seriale. Questo segnale contiene 24 bit di dati (8 bit per canale colore), consentendo 256 distinti livelli di grigio per colore, risultando in oltre 16 milioni di combinazioni di colore possibili. Il dispositivo è confezionato su nastro da 8mm e fornito su bobine da 7 pollici di diametro, rendendolo completamente compatibile con attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. L'operazione deve sempre rimanere entro questi confini.

• Tensione di Alimentazione (VDD):+3.8V a +5.5V. Questo è l'intervallo di tensione per la logica e il circuito di controllo del driver IC interno.
• Tensione di Uscita (VOUT):Massimo 17V. Questo valore si riferisce alla capacità di tenuta in tensione dei transistor di uscita del driver interno collegati agli anodi dei LED.
• Tensione di Ingresso (VIN):-0.5V a VDD+0.5V. Si applica ai pin di ingresso digitale (DIN). Superare questo valore può danneggiare le strutture di protezione dell'ingresso.
• Scarica Elettrostatica (ESD):2000V (Modello Corpo Umano). Indica un livello moderato di protezione ESD; sono comunque raccomandate procedure di manipolazione appropriate.
• Temperatura Operativa (Topr):-20°C a +70°C. L'intervallo di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile.
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura:Il dispositivo è classificato per saldatura a rifusione con una temperatura di picco di 260°C per 10 secondi, o per saldatura manuale a 350°C per 3 secondi.

2.2 Condizioni Operative Raccomandate

Queste sono le condizioni per prestazioni ottimali e garantite.

• Tensione di Alimentazione (VDD):5.0V (Tipico). Il dispositivo è progettato per un'alimentazione logica a 5V.
• Livelli Logici di Ingresso:
  • Tensione di Ingresso Alto (VIH): Minimo 0.7*VDD. Un segnale deve essere al di sopra di questo livello per essere riconosciuto come un logico '1'.
  • Tensione di Ingresso Basso (VIL): Massimo 0.3*VDD. Un segnale deve essere al di sotto di questo livello per essere riconosciuto come un logico '0'.
• Ritardo di Propagazione (TPLZ):Massimo 300 ns. Questo è il ritardo temporale per la propagazione di un segnale dati dal pin DIN al pin DOUT, cruciale per determinare la velocità massima di trasmissione dati in configurazioni a cascata.
• Tempo di Discesa in Uscita (TTHZ):Massimo 20 µs per i canali di uscita R/G/B. Questo influenza le caratteristiche di commutazione PWM.
• Capacità di Ingresso (CI):Massimo 15 pF. Il carico capacitivo presentato dal pin DIN.

2.3 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Misurato a una corrente diretta (IF) di 5mA per chip colore e una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Intensità Luminosa (Iv):
  • Rosso (RS): Valori tipici da 22.5 mcd a 72.0 mcd, a seconda del bin specifico.
  • Verde (GH): Valori tipici da 45.0 mcd a 140.0 mcd.
  • Blu (BH): Valori tipici da 18.0 mcd a 57.0 mcd.
• Angolo di Visione (2θ1/2):130 gradi (Tipico). Questo ampio angolo di visione è caratteristico della lente in resina diffondente bianca.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):
  • Rosso: 632 nm
  • Verde: 518 nm
  • Blu: 468 nm
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):La lunghezza d'onda del colore percepito.
  • Rosso: 617.5 nm a 629.5 nm
  • Verde: 525.0 nm a 540.0 nm
  • Blu: 464.5 nm a 476.5 nm
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):
  • Rosso: 20 nm
  • Verde: 35 nm
  • Blu: 25 nm

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il dispositivo è suddiviso in bin in base a parametri ottici chiave per garantire coerenza di colore e luminosità all'interno di un lotto di produzione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Ogni chip colore è binnato separatamente. Il codice bin (es. M2, N1, P2) definisce un intervallo minimo e massimo di intensità luminosa a IF=5mA. Ad esempio, un chip Rosso nel bin P1 ha un'intensità tra 45.0 e 57.0 mcd. La scheda tecnica fornisce tabelle dettagliate per Rosso (RS), Verde (GH) e Blu (BH). Si applica una tolleranza di ±11% all'intensità luminosa.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Simile all'intensità, anche la lunghezza d'onda dominante è binnata per controllare il punto colore. Ad esempio, un chip Verde nel bin 'Y' ha una lunghezza d'onda dominante tra 525.0 nm e 530.0 nm. La scheda tecnica fornisce tabelle per tutti e tre i colori. È specificata una tolleranza di ±1nm per la lunghezza d'onda dominante.

4. Analisi delle Prestazioni e dei Tempi

4.1 Forma d'Onda Temporale e Protocollo di Comunicazione

Il dispositivo utilizza un protocollo di comunicazione seriale a singolo filo. I dati sono campionati sul fronte di salita del segnale. Il protocollo definisce due livelli logici: codice '0' e codice '1', ciascuno con requisiti specifici di tempo alto (T1H, T0H) e tempo basso (T1L, T0L).

• T0H:300 ns ±80 ns (tempo a livello alto per codice 0).
• T0L:900 ns ±80 ns (tempo a livello basso per codice 0).
• T1H:900 ns ±80 ns (tempo a livello alto per codice 1).
• T1L:300 ns ±80 ns (tempo a livello basso per codice 1).
• RES (Tempo di Reset):>50 µs. Un segnale basso su DIN che dura più di questo tempo resetta il registro a scorrimento interno e blocca i dati in uscita.

Ventiquattro bit di dati sono trasmessi sequenzialmente: tipicamente 8 bit per il Verde, 8 per il Rosso e 8 per il Blu (ordine GRB). I dati per più dispositivi possono essere collegati a cascata dal DOUT di un dispositivo al DIN del successivo.

4.2 Circuito di Applicazione

Per un sistema a 5V, la scheda tecnica raccomanda di posizionare un condensatore di disaccoppiamento da 0.1 µF tra i pin AVDD (alimentazione) e GND, il più vicino possibile al dispositivo per minimizzare il rumore e garantire un funzionamento stabile. Il driver interno è di tipo a corrente costante; tuttavia, i valori massimi assoluti indicano che potrebbero essere necessari resistori limitatori di corrente esterni a seconda della tensione di drain applicata (la tensione all'anodo del LED, che è superiore a VDD) per prevenire condizioni di sovracorrente. I valori specifici dei resistori sono determinati dalla corrente LED target e dalla tensione diretta dei chip LED a quella corrente.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo ha un footprint SMD compatto. Il disegno dimensionale mostra le dimensioni del corpo e la configurazione dei terminali. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0.1mm. Il pinout è il seguente:

1. DIN:Ingresso Dati per il segnale di controllo seriale.
2. GND:Massa comune sia per i dati che per l'alimentazione.
3. DOUT:Uscita Dati per il collegamento a cascata al dispositivo successivo.
4. AVDD:Ingresso alimentazione, collegare a +5V.

5.2 Specifiche di Imballaggio

Il dispositivo è fornito in imballaggio resistente all'umidità.

• Nastro Portacomponenti:Nastro largo 8mm su bobina da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi.
• Sensibilità all'Umidità:I componenti sono sensibili all'umidità (probabilmente MSL 3 o simile). Le precauzioni includono:
  • Magazzinaggio prima dell'apertura della busta: ≤30°C / ≤90% UR.
  • Tempo di esposizione dopo l'apertura della busta: 24 ore a ≤30°C / ≤60% UR.
  • Le parti non utilizzate devono essere reimbustate con essiccante se si supera il tempo di esposizione.
  • È richiesta la cottura se l'indicatore di essiccante mostra saturazione o se viene superato il tempo di magazzinaggio.
• Dimensioni Bobina e Nastro:Sono forniti disegni dettagliati per la bobina, le tasche del nastro portacomponenti e il nastro coprente.
• Informazioni Etichetta:L'etichetta della bobina include campi per il Numero Parte Cliente (CPN), Numero Prodotto (P/N), Quantità (QTY) e i codici di binning specifici per Intensità Luminosa (CAT), Lunghezza d'Onda (HUE) e Tensione Diretta (REF).

6. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio e Utilizzo

6.1 Compatibilità con il Processo di Saldatura

Il 12-23C è compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi e a fase di vapore, aderendo al profilo con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. È anche classificato per saldatura manuale a 350°C per 3 secondi. Il prodotto è senza piombo e conforme agli standard RoHS, EU REACH e senza alogeni (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).

6.2 Precauzioni Critiche per l'Utilizzo

• Protezione da Sovracorrente:È obbligatorio utilizzare resistori limitatori di corrente esterni in serie con ogni canale colore LED. La tensione diretta del LED ha un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che la corrente aumenta con l'aumentare della temperatura. Senza resistori, anche un piccolo aumento della tensione di alimentazione o della temperatura di giunzione può portare a fuga termica e guasto del dispositivo.
• Precauzioni ESD:Sebbene classificato per 2000V HBM, durante l'assemblaggio e la manipolazione dovrebbero essere seguite le procedure standard di gestione ESD.
• Gestione Termica:La massima temperatura di giunzione operativa è limitata dal driver IC e dai chip LED. Dovrebbe essere utilizzata un'adeguata area di rame sul PCB (rilievo termico) per il pad GND per dissipare il calore, specialmente quando si pilotano i LED a correnti più elevate.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Display Video LED Interni/Esterni:Ideale per display a passo fine grazie alle dimensioni ridotte, al driver integrato e alla capacità di collegamento a cascata.
• Strisce LED a Colori Completi:Abilita strisce LED RGB indirizzabili e programmabili.
• Illuminazione Decorativa LED:Illuminazione architettonica, segnaletica e illuminazione d'atmosfera.
• Retroilluminazione:Per quadranti strumenti, interruttori, LCD e simboli dove è desiderabile un colore dinamico.
• Apparecchiature di Telecomunicazione:Indicatori di stato e retroilluminazione tastiere.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Alimentazione:Utilizzare un'alimentazione regolata e pulita a 5V. Il condensatore di disaccoppiamento da 0.1µF è fondamentale per l'immunità al rumore.
• Integrità della Linea Dati:Per catene a cascata lunghe o dati ad alta velocità, considerare l'impedenza della traccia e la potenziale necessità di un resistore in serie vicino all'uscita del driver per ridurre i fenomeni di ringing.
• Impostazione della Corrente:Calcolare il valore del resistore esterno (Rext) utilizzando la formula: Rext = (Vdrain - Vf_led - Vds_sat) / Iled_target. Dove Vdrain è la tensione di alimentazione dell'anodo (<17V), Vf_led è la tensione diretta del LED alla corrente target, Vds_sat è la tensione di saturazione del transistor di uscita del driver (dalla scheda tecnica del driver IC, se disponibile) e Iled_target è la corrente LED desiderata (es. 5mA per le misurazioni delle specifiche).
• Coerenza del Colore:Per applicazioni che richiedono colore uniforme, specificare codici di binning stretti (CAT e HUE) al fornitore.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

La differenziazione principale del 12-23C è l'integrazione dei chip LED e del driver IC. Rispetto all'uso di LED discreti con un driver IC separato, questa soluzione offre:

• Riduzione del Numero di Componenti:Meno parti da posizionare e saldare.
• Footprint Più Piccolo:Consente progetti a densità più elevata.
• Layout PCB Semplificato:Non è necessario instradare tracce di driver ad alta corrente da un IC centrale a LED distanti.
• Semplicità del Controllo Digitale:Una singola linea dati controlla colore e luminosità, riducendo il numero di pin del microcontrollore e la complessità software rispetto al controllo PWM analogico di canali separati.
• Collegamento a Cascata:Semplifica il cablaggio per array lineari come le strisce luminose.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la velocità dati massima che posso utilizzare?

R: Il fattore limitante è il ritardo di propagazione (300ns max) e i requisiti temporali per T0H/T1H. Una stima conservativa per il periodo dati è di circa 1.2µs (T0H+T0L per uno '0'), che si traduce in una velocità dati di circa 833 kHz. Tuttavia, il tempo di reset (50µs) tra i frame ridurrà la frequenza di aggiornamento effettiva.

D: Posso pilotare i LED a più di 5mA?

R: La scheda tecnica specifica le caratteristiche solo a 5mA. Pilotare a correnti più elevate aumenterà l'uscita luminosa ma anche la dissipazione di potenza, la temperatura di giunzione e potrebbe ridurre la durata di vita. La corrente massima è limitata dalla capacità del driver IC e dai rating dei LED stessi, che non sono qui dettagliati completamente. Il derating e l'analisi termica sono essenziali.

D: Come calcolo il valore del resistore esterno?

R: Come descritto nella sezione 7.2. Hai bisogno della curva Vf del LED (spesso stimata dai valori tipici nella scheda tecnica) e della tensione della tua alimentazione anodica (Vdrain). Un Vdrain comune è 12V. Esempio per LED Rosso a 5mA: Se Vf_red ≈ 2.0V e Vds_sat ≈ 0.6V, allora R = (12V - 2.0V - 0.6V) / 0.005A = 1880 Ω. Utilizzare il valore standard più vicino.

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?

R: La lunghezza d'onda di picco (λp) è la lunghezza d'onda nel punto più alto della curva di distribuzione della potenza spettrale del LED. La lunghezza d'onda dominante (λd) è la lunghezza d'onda di una luce monocromatica pura che corrisponde al colore percepito del LED. λd è più rilevante per la miscelazione dei colori e le applicazioni di visualizzazione.

10. Principi Operativi

Il dispositivo opera su un principio semplice. Un registro a scorrimento interno riceve dati seriali sul pin DIN. Questi dati sono campionati bit per bit in base alla temporizzazione del segnale di ingresso. Dopo aver ricevuto 24 bit, un segnale basso su DIN che dura più del tempo RES (50µs) blocca questi dati in un registro di mantenimento. Il valore del registro di mantenimento controlla tre generatori di modulazione di larghezza di impulso (PWM) separati, uno per ogni canale colore (Rosso, Verde, Blu). Ogni valore a 8 bit (0-255) imposta il duty cycle del corrispondente generatore PWM, controllando così la corrente media, e quindi la luminosità, di ogni chip LED nel tempo. L'occhio umano integra questo rapido lampeggiamento, percependo un colore stabile con intensità regolabile. Il pin DOUT fornisce una copia bufferizzata del flusso di dati in ingresso, consentendo un collegamento a cascata senza soluzione di continuità a un numero illimitato di dispositivi successivi.