Spesifikasi Teknikal Sensor Cahaya Ambien ALS-PD70-01C/TR7 - Saiz 4.4x3.9x1.2mm - Voltan 2.5V hingga 5.5V

1. Gambaran Keseluruhan Produk

ALS-PD70-01C/TR7 ialah peranti sensor cahaya ambien permukaan. Ia terdiri daripada fotodiod yang ditempatkan dalam pakej SMD miniatur, dibentuk dalam bahan lutsinar dengan permukaan atas rata. Sensor ini direka sebagai penyelesaian berkesan untuk penjimatan kuasa dalam aplikasi lampu latar paparan untuk peralatan mudah alih, seperti telefon bimbit dan PDA. Ciri utama ialah nisbah penolakan sinaran inframerah yang tinggi, yang menghasilkan respons spektrum yang hampir sepadan dengan mata manusia.

1.1 Kelebihan Teras

• Hampir dengan respons spektrum mata manusia.
• Variasi kepekaan rendah merentasi pelbagai sumber cahaya.
• Julat suhu operasi luas dari -40°C hingga +85°C.
• Julat voltan bekalan luas dari 2.5V hingga 5.5V.
• Saiz padat: 4.4mm (P) x 3.9mm (L) x 1.2mm (T).
• Mematuhi piawaian RoHS, EU REACH, dan Bebas Halogen (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Pasaran Sasaran dan Aplikasi

Sensor ini terutamanya disasarkan pada peranti elektronik mudah alih dan peka tenaga. Aplikasi utamanya termasuk:

• Pengesanan cahaya ambien untuk mengawal lampu latar paparan LCD TFT bagi menjimatkan kuasa.
• Sistem pengurusan pencahayaan kediaman dan komersial automatik.
• Peningkatan kontras automatik untuk papan tanda elektronik.
• Peranti pemantauan cahaya ambien untuk keadaan cahaya siang dan cahaya buatan.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Had Maksimum Mutlak

Had ini mentakrifkan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di luar keadaan ini tidak disyorkan.

• Voltan Pecahan Songsang (V_BR): 35 V (pada I_R=100µA). Ini menunjukkan voltan songsang maksimum yang boleh ditahan oleh fotodiod sebelum pecah.
• Voltan Hadapan (V_F): 0.5 V hingga 1.3 V (pada I_F=10mA). Ini ialah susutan voltan merentasi diod apabila beroperasi dalam mod hadapan, relevan untuk ujian tetapi tidak tipikal dalam operasi mod fotokonduktif.
• Suhu Operasi (T_opr): -40°C hingga +85°C.
• Suhu Penyimpanan (T_stq): -40°C hingga +85°C.
• Suhu Pateri (T_sol): 260°C. Ini adalah kritikal untuk proses pateri alir balik.

2.2 Syarat Operasi Disyorkan

Peranti ini direka untuk beroperasi dalam keadaan berikut bagi memastikan prestasi yang ditetapkan.

• Suhu Operasi (T_opr): -40°C hingga +85°C.

2.3 Ciri-ciri Elektrik dan Optik

Parameter ini diukur pada T_a=25°C dan mentakrifkan prestasi teras sensor.

• Arus Gelap (I_D): Tip. 2 nA, Maks. 10 nA (pada V_R=5V, E_V=0 Lux). Ini ialah arus bocor kecil apabila tiada cahaya. Nilai yang lebih rendah adalah lebih baik untuk kepekaan dalam keadaan cahaya rendah.
• Arus Cahaya (I_L1): Tip. 1.1 µA (pada V_R=5V, E_V=100 Lux, cahaya Pendarfluor/LED Putih). Ini ialah fotokarus yang dijana di bawah pencahayaan yang ditetapkan.
• Arus Cahaya (I_L2): Tip. 9.5 µA (pada V_R=5V, E_V=1000 Lux, cahaya Pendarfluor/LED Putih).
• Arus Cahaya (I_L3): Tip. 12 µA (pada V_R=5V, E_V=1000 Lux, Pencahaya Piawai CIE-A / lampu pijar 2856K). Perbezaan antara I_L2dan I_L3menonjolkan respons berbeza sensor kepada spektrum sumber cahaya yang berlainan.
• Panjang Gelombang Kepekaan Puncak (λ_p): Tip. 630 nm. Ini mengesahkan respons puncak sensor berada dalam rantau merah-jingga yang boleh dilihat, selaras dengan kepekaan mata manusia.
• Julat Panjang Gelombang Kepekaan (λ): 390 nm hingga 700 nm. Ini meliputi majoriti spektrum cahaya boleh lihat, dengan penolakan kuat terhadap cahaya inframerah (IR) dan ultraungu (UV).

3. Analisis Keluk Prestasi

Spesifikasi merujuk kepada beberapa keluk ciri elektro-optik tipikal yang penting untuk jurutera reka bentuk.

3.1 Arus Cahaya vs. Pencahayaan

Keluk ini menunjukkan hubungan antara fotokarus keluaran dan tahap cahaya ambien (dalam Lux). Ia biasanya linear dalam julat yang luas, membolehkan penentukuran tahap cahaya yang mudah dalam aplikasi. Kecerunan keluk ini mewakili responsiviti sensor.

3.2 Arus Gelap vs. Suhu

Graf ini menggambarkan bagaimana arus gelap (I_D) meningkat dengan suhu. Memandangkan arus gelap bertindak sebagai hingar, memahami hubungan ini adalah penting untuk aplikasi yang beroperasi dalam persekitaran suhu melampau bagi memastikan bacaan cahaya rendah yang tepat.

3.3 Arus Cahaya vs. Suhu

Keluk ini menunjukkan variasi fotokarus dengan suhu pada pencahayaan tetap. Beberapa kebergantungan suhu dijangka, dan data ini diperlukan untuk mereka bentuk litar pampasan suhu jika ketepatan tinggi diperlukan merentasi keseluruhan julat operasi.

3.4 Arus Cahaya vs. Voltan Bekalan

Plot ini menunjukkan kestabilan keluaran fotokarus merentasi julat voltan bekalan yang disyorkan (2.5V hingga 5.5V). Keluaran yang stabil merentasi variasi voltan memudahkan reka bentuk bekalan kuasa.

3.5 Respons Spektrum

Ini adalah salah satu graf yang paling penting. Ia memplot kepekaan relatif sensor terhadap panjang gelombang. Keluk sepatutnya memuncak sekitar 630 nm (seperti yang ditetapkan) dan menunjukkan penurunan tajam melebihi 700 nm, mengesahkan penolakan IR yang berkesan. Membandingkan keluk ini dengan fungsi luminositi fotopik CIE (respons mata manusia piawai) mengesahkan secara visual dakwaan "hampir dengan respons mata manusia."

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

Sensor ini datang dalam pakej permukaan. Dimensi utama adalah:

• Panjang (P): 4.4 mm ±0.1 mm
• Lebar (L): 3.9 mm ±0.1 mm
• Tinggi (T): 1.2 mm

Lukisan mekanikal terperinci dalam spesifikasi memberikan ukuran tepat untuk reka bentuk corak landasan, termasuk saiz pad dan jarak, yang kritikal untuk susun atur PCB dan kebolehpercayaan sambungan pateri.

4.2 Pengenalpastian Polarity

Lukisan spesifikasi menunjukkan tanda katod dan anod pada badan pakej. Orientasi polarity yang betul semasa pemasangan adalah penting untuk operasi litar yang betul.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

5.1 Parameter Pateri Alir Balik

Had maksimum mutlak untuk suhu pateri ialah 260°C. Ini membayangkan peranti boleh menahan profil alir balik bebas plumbum tipikal. Pereka bentuk harus mengikuti amalan pateri alir balik SMD piawai, memastikan suhu puncak tidak melebihi 260°C dan masa di atas likuidus dikawal mengikut spesifikasi pemasangan PCB.

5.2 Pengendalian dan Penyimpanan

Peranti harus disimpan dalam beg penghalang kelembapan asalnya di bawah keadaan suhu penyimpanan yang ditetapkan (-40°C hingga +85°C). Langkah berjaga-jaga ESD (Nyahcas Elektrostatik) piawai harus dipatuhi semasa pengendalian dan pemasangan.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Spesifikasi Pembungkusan

• Pembungkusan Piawai: 1000 keping setiap isipadu/beg.
• Pembungkusan Kotak: 10 kotak setiap karton.
• Pembungkusan Reel: Tersedia dengan 1000 keping setiap reel untuk pemasangan pick-and-place automatik.

6.2 Format Label dan Kebolehkesanan

Label pembungkusan termasuk medan untuk kebolehkesanan dan pengenalan:

• CPN (Nombor Produk Pelanggan)
• P/N (Nombor Produk: ALS-PD70-01C/TR7)
• QTY (Kuantiti Pembungkusan)
• CAT (Kategori - kemungkinan untuk pengkategorian prestasi)
• HUE (Panjang Gelombang Puncak)
• REF (Rujukan)
• No LOT (Nombor Lot untuk kebolehkesanan)

7. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

7.1 Litar Aplikasi Biasa

Sensor beroperasi dalam mod fotokonduktif. Litar aplikasi biasa melibatkan menyambungkan fotodiod dalam bias songsang (katod ke V_CC, anod ke penguat transimpedans atau perintang tarik bawah). Arus yang dijana adalah berkadar dengan keamatan cahaya. Arus ini boleh ditukar kepada voltan menggunakan perintang atau penguat transimpedans berasaskan penguat operasi yang lebih canggih (TIA) untuk kepekaan dan lebar jalur yang lebih baik.

7.2 Nota Reka Bentuk

• Bias: Pastikan voltan bias songsang (V_R) berada dalam julat 2.5V hingga 5.5V. Bekalan yang stabil adalah disyorkan untuk bacaan yang konsisten.
• Penyelarasan Isyarat: Keluaran adalah arus kecil (mikroamp). Susun atur PCB yang teliti diperlukan untuk meminimumkan pengambilan hingar. Melindungi sensor daripada sumber IR langsung (seperti cahaya matahari atau mentol pijar) boleh meningkatkan ketepatan kerana penolakan IRnya, tetapi beberapa kebergantungan spektrum masih ada (seperti yang dilihat dalam I_L2vs. I_L3).
• Penentukuran: Disebabkan variasi tipikal dan persepsi kecerahan manusia yang tidak linear, penentukuran produk akhir terhadap sumber cahaya yang diketahui selalunya diperlukan untuk pengukuran Lux yang tepat.
• Reka Bentuk Optik: Pakej "lutsinar" permukaan rata mungkin memerlukan panduan cahaya atau penyebar dalam produk akhir untuk memastikan sensor menerima sampel wakil cahaya ambien dan tidak terjejas oleh sumber titik atau bayang-bayang.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

ALS-PD70-01C/TR7 membezakan dirinya melalui gabungan ciri utama:

• Respons Mata Manusia: Tidak seperti fotodiod mudah, responsnya yang ditapis meminimumkan kepekaan IR, menjadikan keluarannya lebih berguna secara langsung untuk tugas persepsi kecerahan tanpa pembetulan perisian yang kompleks.
• Julat Voltan Luas: Julat 2.5V hingga 5.5V membolehkannya digunakan secara langsung dengan kedua-dua sistem logik 3.3V dan 5V yang biasa dalam mikropengawal, menghapuskan keperluan untuk pengalih aras atau pengatur.
• Prestasi Suhu Teguh: Julat operasi yang ditetapkan dari -40°C hingga +85°C menjadikannya sesuai untuk aplikasi automotif, perindustrian, dan luar, melebihi elektronik pengguna tipikal.
• Pematuhan: Pematuhan penuh dengan peraturan alam sekitar moden (RoHS, REACH, Bebas Halogen) adalah keperluan mandatori untuk kebanyakan pasaran global hari ini.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

9.1 Sejauh manakah ketepatan pengukuran Lux dengan sensor ini?

Sensor menyediakan fotokarus yang berkadar dengan keamatan cahaya. Untuk pengukuran Lux yang tepat, penentukuran terhadap meter cahaya rujukan di bawah jenis sumber cahaya tertentu (cth., cahaya siang, pendarfluor, LED) yang digunakan dalam aplikasi adalah penting. Spesifikasi memberikan respons tipikal di bawah sumber yang berbeza (lihat I_L2dan I_L3), menonjolkan kebergantungan spektrum semula jadi mana-mana sensor cahaya.

9.2 Bolehkah ia digunakan di luar rumah di bawah cahaya matahari langsung?

Walaupun julat suhu operasi membenarkannya, cahaya matahari langsung mempunyai kandungan IR yang sangat tinggi. Penolakan IR sensor membantu, tetapi tahap pencahayaan dalam cahaya matahari langsung (selalunya >50,000 Lux) mungkin memenuhi sensor atau peringkat penguat berikutnya. Penurun optik (penapis ketumpatan neutral) atau pemilihan julat yang teliti dalam litar penyelarasan isyarat akan diperlukan.

9.3 Apakah tujuan "CAT" dan "HUE" pada label?

Ini kemungkinan menunjukkan pengkategorian prestasi. "CAT" (Kategori/Kedudukan) mungkin mengkategorikan peranti berdasarkan kepekaan arus cahaya (cth., keluaran lebih tinggi/rendah pada keadaan ujian piawai). "HUE" (Panjang Gelombang Puncak) mengkategorikan peranti berdasarkan panjang gelombang tepat kepekaan spektrum puncak (sekitar tipikal 630 nm). Ini membolehkan pengeluar memilih sensor dengan padanan prestasi yang lebih ketat untuk pengeluaran besar-besaran.

10. Contoh Kes Penggunaan Praktikal

Senario: Peredupan Lampu Latar Automatik untuk Peranti Mudah Alih

ALS-PD70-01C/TR7 diletakkan di belakang apertur kecil atau panduan cahaya pada bingkai peranti. Ia disambungkan ke input penukar analog-ke-digital (ADC) mikropengawal melalui perintang mudah. Firmware mikropengawal membaca voltan secara berkala, yang sepadan dengan tahap cahaya ambien. Berdasarkan jadual carian atau algoritma yang diprogramkan terlebih dahulu (sering meniru keluk persepsi manusia logaritma), mikropengawal melaraskan kitar tugas PWM (Modulasi Lebar Denyut) yang memacu lampu latar LED paparan. Dalam bilik gelap, lampu latar menjadi malap untuk menjimatkan kuasa dan mengurangkan ketegangan mata. Dalam cahaya matahari terang, ia meningkat kepada maksimum untuk kebolehbacaan. Respons pantas sensor dan kepekaan spektrum seperti mata manusia memastikan pelarasan yang lancar dan kelihatan semula jadi di bawah pelbagai keadaan pencahayaan (pendarfluor pejabat, LED rumah, matahari luar).

11. Prinsip Operasi

Peranti ini adalah fotodiod silikon. Apabila foton dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur silikon menghentam simpang semikonduktor, ia menjana pasangan elektron-lubang. Di bawah voltan bias songsang, pembawa cas ini disapu merentasi simpang, mencipta fotokarus yang boleh diukur yang berkadar linear dengan keamatan cahaya tuju (dalam julat yang luas). Pakej ini menggabungkan penapis optik yang melemahkan panjang gelombang inframerah, membentuk respons spektrum untuk menghampiri respons fotopik mata manusia.

12. Trend Industri

Penderiaan cahaya ambien adalah teknologi matang tetapi berkembang. Trend semasa termasuk:

• Integrasi: Menggabungkan fotodiod, penguat, ADC, dan logik digital (antara muka I2C/SPI) ke dalam cip tunggal untuk mencipta sensor cahaya digital. Ini memudahkan reka bentuk tetapi mungkin mengorbankan beberapa prestasi atau fleksibiliti.
• Penderiaan Kedekatan: Sering dipasangkan dengan LED IR untuk mencipta sensor kedekatan, digunakan untuk ciri seperti mematikan paparan semasa panggilan telefon.
• Pengesanan Kelipan: Sensor maju boleh mengesan kekerapan kelipan cahaya buatan (cth., dari LED atau pendarfluor) untuk membolehkan kamera melaraskan kelajuan pengatup dan mengurangkan kesan jalur.
• Kuasa Ultra-Rendah: Untuk aplikasi sentiasa hidup dalam peranti IoT, sensor dengan arus rehat peringkat nanoamp adalah dalam permintaan.

ALS-PD70-01C/TR7 mewakili penyelesaian diskret berprestasi tinggi, menawarkan fleksibiliti reka bentuk dan prestasi analog yang dioptimumkan untuk aplikasi di mana faktor ini diutamakan berbanding integrasi.