Datasheet IR Emitter dan Detector LTE-C216-P-W - Pakej 1206 (3.2x1.6x1.1mm) - Panjang Gelombang Puncak 850nm - Voltan Hadapan 1.4V - Penyerakan Kuasa 100mW - Dokumen Teknikal Bahasa Inggeris

1. Product Overview

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk komponen pemancar dan pengesan inframerah (IR) diskret. Peranti ini direka untuk aplikasi yang memerlukan penghantaran dan penerimaan isyarat inframerah yang boleh dipercayai. Ia menggabungkan diod pemancar inframerah (IRED) dan elemen penderia dalam satu pakej permukaan-pasang yang padat. Teknologi teras adalah berdasarkan bahan Gallium Arsenide (GaAs) dan Aluminum Gallium Arsenide (AlGaAs), dioptimumkan untuk beroperasi pada panjang gelombang puncak 850 nanometer. Panjang gelombang ini biasa digunakan dalam elektronik pengguna dan penghantaran data kerana keseimbangan yang baik antara prestasi dan ketersediaan komponen.

Matlamat reka bentuk utama adalah untuk menyediakan penyelesaian yang mempunyai keamatan sinaran tinggi, ciri kelajuan yang baik, dan sudut pandangan yang luas untuk memudahkan penjajaran dan penangkapan isyarat. Komponen ini dibungkus dalam tapak kaki standard 1206, menjadikannya serasi dengan barisan pemasangan ambil-dan-letak automatik dan proses pateri alir semula inframerah standard. Ia dikelaskan sebagai produk yang mematuhi RoHS dan Hijau.

1.1 Ciri-ciri Utama dan Aplikasi

Peranti ini menggabungkan beberapa ciri utama yang menjadikannya sesuai untuk pembuatan elektronik moden:

• Mematuhi piawaian RoHS dan Green Product.
• Dibungkus dalam pita pembawa 8mm pada gegelung berdiameter 7 inci untuk pemasangan automatik.
• Serasi dengan peralatan penempatan automatik.
• Direka untuk menahan profil pateri refluks inframerah standard.
• Mematuhi dimensi pakej piawai EIA.
• Memancarkan pada panjang gelombang puncak (λp) 850nm.
• Menggunakan jenis pakej peranti permukaan-pasang (SMD) 1206 yang lazim.

Aplikasi tipikal untuk komponen ini termasuk, tetapi tidak terhad kepada:

• Pemancar inframerah untuk unit kawalan jauh (contohnya, untuk TV, sistem audio).
• Penderia inframerah dipasang PCB untuk pengesanan jarak dekat, penderiaan objek, atau penerimaan data.
• Pautan penghantaran data wayarles inframerah untuk komunikasi jarak dekat.
• Sistem penggera keselamatan yang menggunakan pancaran IR.

2. Selaman Mendalam Spesifikasi Teknikal

Bahagian ini memberikan analisis objektif dan terperinci tentang ciri-ciri elektrik, optik dan terma peranti. Semua parameter dinyatakan pada suhu ambien (TA) 25°C melainkan dinyatakan sebaliknya.

2.1 Had Maksimum Mutlak

Penarafan ini menentukan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah atau pada keadaan ini tidak dijamin dan harus dielakkan dalam reka bentuk yang boleh dipercayai.

• Penyerakan Kuasa (Pd): 100 mW. Ini adalah jumlah kuasa maksimum yang boleh diserap oleh pakej sebagai haba.
• Arus Hadapan Puncak (IFP): 800 mA. Ini adalah arus berdenyut maksimum yang dibenarkan, ditentukan di bawah keadaan 300 denyutan sesaat dengan lebar denyutan 10-mikrosaat.
• Arus Hadapan AT (IF): 60 mA. Ini adalah arus hadapan berterusan maksimum untuk operasi keadaan mantap.
• Voltan Songsang (VR): 5 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan dalam arah songsang merentasi IRED.
• Julat Suhu Operasi: -40°C hingga +85°C. Julat suhu ambien yang peranti direka untuk berfungsi.
• Julat Suhu Penyimpanan: -55°C hingga +100°C. Julat suhu untuk penyimpanan tanpa operasi.
• Keadaan Pateri Inframerah: Maksimum 260°C selama 10 saat. Ini mentakrifkan had suhu puncak reflow untuk proses pateri bebas plumbum.

2.2 Ciri-ciri Elektrik dan Optik

Ini adalah parameter prestasi tipikal di bawah keadaan operasi biasa. Pereka harus menggunakan nilai tipikal (Typ.) atau maksimum (Max.) yang sesuai untuk pengiraan litar mereka.

• Keamatan Sinaran (IE): 3.0 mW/sr (Tip.) pada arus hadapan (IF) 20mA. Ini mengukur kuasa optik yang dipancarkan per unit sudut pepejal sepanjang paksi.
• Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λPuncak): 850 nm (Tip.). Panjang gelombang di mana kuasa keluaran optik adalah maksimum.
• Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ): 50 nm (Tip.). Julat panjang gelombang di mana kuasa yang dipancarkan adalah sekurang-kurangnya separuh daripada kuasa puncak, menunjukkan ketulenan spektrum.
• Voltan Hadapan (VF): 1.4 V (Tip.), 1.8 V (Maks.) pada IF=20mA. Susut voltan merentasi IRED apabila mengkonduksi.
• Arus Songsang (IR): 10 μA (Maks.) pada voltan songsang (VR) 5V. Arus bocor kecil apabila peranti beroperasi dalam keadaan pincang songsang.
• Masa Naik/Jatuh (Tr/Tf): 20 nS (Tip.). Masa untuk keluaran optik naik dari 10% ke 90% (atau jatuh dari 90% ke 10%) daripada nilai akhirnya, menunjukkan kelajuan pensuisan.
• Sudut Pandangan (2θ1/2): 100 darjah (Tip.). Sudut penuh di mana keamatan sinaran adalah separuh daripada keamatan pada paksi. Sudut yang lebih luas menjadikan penjajaran antara pemancar dan pengesan kurang kritikal.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data menyediakan beberapa lengkung ciri yang penting untuk memahami tingkah laku peranti dalam pelbagai keadaan. Graf-graf ini membolehkan pereka mengekstrapolasi prestasi melebihi spesifikasi titik tunggal.

3.1 Taburan Spektrum

Lengkung taburan spektrum menunjukkan keamatan sinaran relatif sebagai fungsi panjang gelombang. Untuk peranti ini, lengkung berpusat sekitar 850nm dengan separuh lebar 50nm yang ditakrifkan. Maklumat ini adalah kritikal untuk memilih penapis optik yang serasi untuk bahagian pengesan untuk menolak hingar cahaya ambien.

3.2 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Lengkung I-V)

Lengkung ini menggambarkan hubungan tak linear antara arus melalui IRED dan voltan merentasinya. Ia menunjukkan voltan hidup tipikal dan bagaimana VF meningkat dengan IF. Pereka menggunakan ini untuk mengira nilai perintang siri yang diperlukan untuk menghadkan arus apabila didorong dari sumber voltan.

3.3 Arus Hadapan vs. Suhu Persekitaran

Graf ini menunjukkan bagaimana arus hadapan DC maksimum yang dibenarkan menyusut nilai apabila suhu ambien meningkat. Untuk memastikan kebolehpercayaan, arus operasi mesti dikurangkan pada suhu yang lebih tinggi untuk mengekalkan suhu simpang dan penyebaran kuasa dalam had selamat.

3.4 Keamatan Sinaran Relatif vs. Suhu Persekitaran

Lengkung ini menunjukkan pergantungan kuasa keluaran optik pada suhu. Biasanya, keamatan sinaran berkurangan apabila suhu simpang meningkat. Ciri ini mesti diambil kira dalam aplikasi yang memerlukan keluaran optik yang stabil dalam julat suhu yang luas.

3.5 Keamatan Sinaran Relatif vs. Arus Ke Hadapan

Ini adalah lengkung utama yang menunjukkan kuasa keluaran optik sebagai fungsi arus pacuan. Ia secara amnya linear dalam julat yang ketara tetapi mungkin mencapai tepu pada arus yang sangat tinggi. Pereka menggunakan ini untuk menentukan arus pacuan yang diperlukan untuk mencapai kekuatan isyarat tertentu.

3.6 Gambar Rajah Corak Sinaran

Plot kutub yang menggambarkan taburan ruang cahaya yang dipancarkan. Gambar rajah mengesahkan sudut pandangan lebar 100 darjah, menunjukkan bagaimana keamatan berkurangan pada sudut yang menyimpang dari paksi pusat. Corak ini adalah penting untuk mereka bentuk laluan optik dan penjajaran dalam sistem.

4. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

4.1 Garis Besar dan Dimensi Pakej

Peranti ini menggunakan pakej SMD 1206 standard. Dimensi utama termasuk panjang badan kira-kira 3.2mm, lebar 1.6mm, dan ketinggian 1.1mm. Lembaran data menyediakan lukisan dimensi terperinci dengan toleransi biasanya pada ±0.1mm. Katod biasanya ditunjukkan oleh tanda atau geometri pad tertentu.

4.2 Susunan Pad Pateri yang Dicadangkan

Corak land (footprint) yang disyorkan untuk reka bentuk PCB disediakan. Ini termasuk dimensi pad, jarak, dan bentuk untuk memastikan sambungan pateri yang boleh dipercayai semasa reflow sambil meminimumkan risiko tombstoning atau jambatan pateri. Mematuhi cadangan ini adalah penting untuk hasil pembuatan.

4.3 Spesifikasi Pembungkusan Pita dan Gegelung

Komponen dibekalkan dalam pita pembawa timbul yang dililit pada gegelung berdiameter 7 inci (178mm). Dimensi pita utama termasuk jarak poket, saiz poket, dan lebar pita. Setiap gegelung mengandungi 3000 keping. Pembungkusan mematuhi piawaian ANSI/EIA 481-1-A-1994, memastikan keserasian dengan pemakan automatik standard.

5. Garis Panduan Pemasangan, Pengendalian, dan Aplikasi

5.1 Proses Paterian dan Reflow

Peranti ini serasi dengan proses pateri reflow inframerah. Profil suhu reflow terperinci dicadangkan, mematuhi piawaian JEDEC untuk pemasangan tanpa plumbum. Parameter utama termasuk:

• Pra-panas: 150-200°C sehingga maksimum 120 saat.
• Suhu Puncak: Maksimum 260°C.
• Masa Atas Likuidus: Komponen tidak boleh terdedah kepada suhu melebihi 260°C selama lebih daripada 10 saat, dan proses reflow tidak boleh dilakukan lebih daripada dua kali.

Untuk pematerian tangan dengan besi pemateri, cadangannya ialah suhu maksimum hujung besi 300°C selama tidak lebih daripada 3 saat setiap sambungan. Ditekankan bahawa profil optimum bergantung pada reka bentuk PCB, pes pateri dan ketuhar yang spesifik, jadi pencirian proses adalah perlu.

5.2 Penyimpanan dan Kepekaan Kelembapan

Komponen adalah sensitif kelembapan. Dalam beg kalis lembap asal yang dimeterai bersama desikan, ia harus disimpan pada ≤30°C dan ≤90% Kelembapan Relatif (RH) dan digunakan dalam tempoh satu tahun. Setelah beg dibuka, persekitaran penyimpanan tidak boleh melebihi 30°C / 60% RH. Komponen yang dikeluarkan daripada pembungkusan asal harus melalui proses reflow dalam tempoh satu minggu. Untuk penyimpanan lebih lama di luar beg asal, ia mesti disimpan dalam bekas tertutup dengan desikan atau dalam pengering nitrogen. Komponen yang disimpan tanpa pembungkusan selama lebih seminggu memerlukan pembakaran (contohnya, pada 60°C selama 20 jam) sebelum pematerian untuk membuang kelembapan yang diserap dan mencegah "popcorning" semasa reflow.

5.3 Pembersihan

Jika pembersihan diperlukan selepas pematerian, hanya pelarut berasaskan alkohol seperti isopropil alkohol (IPA) yang harus digunakan. Pembersih kimia yang kasar atau agresif harus dielakkan kerana ia boleh merosakkan kanta epoksi pakej.

5.4 Kaedah Pacuan dan Reka Bentuk Litar

Satu nota reka bentuk kritikal ialah LED adalah peranti yang dikendalikan oleh arus. Apabila memacu pemancar IR, perintang pembatas arus bersiri adalah wajib apabila menggunakan sumber voltan. Perintang ini menetapkan arus operasi (IF) kepada nilai yang dikehendaki, dikira menggunakan Hukum Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Tambahan pula, apabila berbilang pemancar disambung secara selari, perintang pembatas arus berasingan harus digunakan untuk setiap peranti untuk memastikan keseragaman keamatan, kerana voltan hadapan (VF) boleh berbeza sedikit antara unit.

5.5 Langkah Berjaga-jaga Aplikasi dan Penggunaan yang Diniatkan

Komponen ini bertujuan untuk peralatan elektronik kegunaan am. Untuk aplikasi yang memerlukan kebolehpercayaan luar biasa di mana kegagalan boleh membahayakan nyawa atau kesihatan (cth., sistem keselamatan penerbangan, perubatan, pengangkutan), perundingan dan kelayakan khusus diperlukan, kerana ini adalah di luar skop spesifikasi gred komersial standard yang disediakan dalam lembaran data ini.

6. Perbandingan Teknikal dan Pertimbangan Reka Bentuk

Berbanding dengan IRED atau pengesan foto diskret yang ringkas, pasangan pemancar-pengesan bersepadu dalam satu pakej ini menawarkan penyederhanaan reka bentuk dengan memastikan ciri optik yang sepadan dan jarak fizikal yang rapat, yang boleh memberi manfaat untuk penderiaan pantulan. Panjang gelombang 850nm kurang kelihatan oleh mata manusia berbanding 940nm, menjadikannya sesuai untuk aplikasi di mana cahaya merah samar boleh diterima atau malah digunakan sebagai penunjuk status. Sudut pandangan 100 darjah adalah sangat luas, mengurangkan keperluan ketepatan penjajaran berbanding peranti berjalur sempit.

Pereka bentuk mesti mempertimbangkan dengan teliti pertukaran antara arus pacuan, keamatan sinaran, dan jangka hayat peranti/penjanaan haba. Beroperasi pada atau berhampiran penarafan maksimum mutlak untuk arus atau suhu akan mempercepatkan penuaan dan mengurangkan kebolehpercayaan jangka panjang. Susun atur PCB yang mencukupi untuk penyebaran haba, terutamanya jika beroperasi pada kitar tugas tinggi atau suhu ambien yang tinggi, adalah disyorkan.

7. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

Q: Bolehkah saya memacu IRED ini terus daripada pin GPIO mikropengawal?
A: Tidak. Pin mikropengawal biasanya tidak dapat membekalkan 20-60mA dengan selamat. Anda mesti menggunakan GPIO untuk mengawal transistor (contohnya, MOSFET atau BJT) yang mengawal arus yang lebih tinggi daripada bekalan kuasa, dengan perintang bersiri untuk menetapkan arus yang tepat.

Q: Apakah perbezaan antara panjang gelombang puncak (λp) dan panjang gelombang dominan (λd)?
A> Peak wavelength is the point of maximum spectral power. Dominant wavelength is derived from color perception on a chromaticity diagram and represents a single wavelength that matches the perceived color. For monochromatic IR devices, they are often very close.

Q: Bagaimanakah cara saya berantaramuka dengan bahagian pengesan komponen ini?
A> The datasheet primarily details the pemancar characteristics. The pengesan (photodiode or phototransistor) will have its own set of parameters (dark current, responsivity, etc.) not fully listed here. Typically, the pengesan output is a small current proportional to received IR light, which is usually converted to a voltage using a transimpedance amplifier or a simple load resistor for digital threshold detection.

Q: Mengapakah keadaan kelembapan penyimpanan begitu penting?
A> SMD packages can absorb moisture through the plastic molding compound. During the high heat of reflow soldering, this trapped moisture can vaporize rapidly, creating internal pressure that can crack the package or delaminate internal bonds—a failure known as "popcorning." The storage and baking guidelines prevent this.

8. Contoh Aplikasi Praktikal

Kes Reka Bentuk: Penderia Kedekatan/Halangan Ringkas
Penggunaan biasa ialah sebagai penderia pemutus alur. Pemancar didorong dengan arus berdenyut (contohnya, denyutan 20mA pada 38kHz) untuk membezakan isyaratnya daripada IR persekitaran. Pengesan, yang diletakkan pada jarak dekat, menerima isyarat ini. Apabila objek menghalang alur, isyarat yang diterima menurun. Output pengesan dihantar ke penerima IC penyahmodulatan atau mikropengawal dengan logik penapisan untuk mengesan ketiadaan frekuensi pembawa, mencetuskan output. Sudut pandangan yang luas memudahkan penjajaran pemancar dan pengesan di sisi bertentangan laluan yang dipantau.

9. Prinsip Operasi

Peranti ini beroperasi berdasarkan prinsip asas optoelektronik. pemancar ialah Diod Pemancar Inframerah (IRED). Apabila pincang ke hadapan, elektron dan lubang bergabung semula di kawasan aktif semikonduktor (GaAs/AlGaAs), membebaskan tenaga dalam bentuk foton. Jurang jalur bahan menentukan tenaga foton dan seterusnya panjang gelombang, iaitu 850nm dalam kes ini. pengesan biasanya ialah fotodiod atau fototransistor yang diperbuat daripada silikon. Apabila foton dengan tenaga yang mencukupi (panjang gelombang biasanya sehingga ~1100nm untuk silikon) menghenti kawasan susutan pengesan, ia menghasilkan pasangan elektron-lubang. Dalam fotodiod, ini menghasilkan arus foto apabila pincang songsang. Dalam fototransistor, arus foto bertindak sebagai arus asas, menyebabkan arus pengumpul yang lebih besar mengalir, memberikan gandaan dalaman.

10. Tren Teknologi

Dalam bidang komponen inframerah diskret, tren termasuk pembangunan peranti dengan keluaran kuasa lebih tinggi untuk jarak lebih jauh, kelajuan dipertingkat untuk penghantaran data lebih pantas, dan penapisan spektrum diperkukuh diintegrasikan ke dalam pakej pengesan untuk mencapai nisbah isyarat-ke-hingar lebih tinggi dalam persekitaran dengan cahaya ambien kuat. Terdapat juga peralihan ke arah peminiaturan melebihi pakej 1206 (contohnya, 0805, 0603) untuk menjimatkan ruang papan, walaupun sering mengorbankan kuasa optik atau sudut pandangan. Dorongan untuk kebolehpercayaan dan prestasi lebih tinggi dalam aplikasi automotif dan industri terus mendorong pembangunan komponen dengan julat suhu operasi lebih luas dan pembungkusan lebih teguh.