Dokumen Teknikal LTC-4727JD - Paparan LED 4 Digit 0.4 Inci - Warna Merah Hiper (650nm) - Voltan Hadapan 2.6V - Kuasa Terserap 70mW

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTC-4727JD ialah modul paparan alfanumerik tujuh segmen empat digit yang direka untuk aplikasi yang memerlukan bacaan angka yang jelas dan terang. Fungsi utamanya adalah untuk mewakili data angka secara visual melalui segmen yang boleh dialamatkan secara individu. Peranti ini dibina menggunakan cip LED AlInGaP (Aluminium Indium Gallium Fosfida) termaju yang dipasang pada substrat GaAs tidak lutsinar. Pemilihan bahan ini adalah kritikal untuk prestasi peranti, kerana semikonduktor AlInGaP terkenal dengan kecekapan tinggi dan output bercahaya yang sangat baik dalam spektrum merah ke jingga. Paparan visualnya mempunyai muka hadapan kelabu dengan tanda segmen putih, memberikan kontras tinggi untuk kebolehbacaan optimum di bawah pelbagai keadaan pencahayaan.

Kelebihan teras paparan ini terletak pada kebolehpercayaan keadaan pepejalnya, yang berasal daripada teknologi LED, yang menawarkan jangka hayat operasi yang jauh lebih panjang berbanding teknologi lama seperti paparan pendarfluor vakum atau lampu pijar. Ia dikategorikan untuk keamatan bercahaya, bermakna unit-unit disusun dan diuji untuk memastikan tahap kecerahan yang konsisten. Pakej ini mematuhi keperluan pembuatan bebas plumbum. Reka bentuk paparan ini mengutamakan penampilan aksara yang sangat baik, kecerahan tinggi, dan sudut pandangan yang luas, menjadikannya sesuai untuk antara muka pengguna dan industri di mana kebolehbacaan dari pelbagai sudut adalah penting.

1.1 Tafsiran Mendalam Parameter Teknikal

1.1.1 Ciri-ciri Fotometrik & Optik

Prestasi optik ditakrifkan di bawah keadaan ujian piawai pada suhu ambien (Ta) 25°C. Parameter utama, Keamatan Bercahaya Purata (Iv), mempunyai julat yang ditetapkan dari minimum 200 µcd hingga maksimum 650 µcd apabila didorong pada arus hadapan (IF) 1mA. Julat ini menunjukkan proses pengkategorian pengeluaran, di mana peranti disusun berdasarkan output sebenar mereka. Nilai tipikal berfungsi sebagai titik rujukan pusat untuk pengiraan reka bentuk. Nisbah padanan keamatan bercahaya untuk kawasan cahaya yang serupa ditetapkan sebagai maksimum 2:1, yang sangat penting untuk memastikan kecerahan seragam merentasi semua segmen dan digit, mengelakkan penampilan tidak sekata.

Ciri-ciri warna ditakrifkan oleh panjang gelombang. Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λp) biasanya 650 nanometer (nm), meletakkan output dalam kawasan merah hiper spektrum. Panjang Gelombang Dominan (λd) ditetapkan sebagai 639 nm. Adalah penting untuk memahami perbezaannya: panjang gelombang puncak ialah titik kuasa spektrum maksimum, manakala panjang gelombang dominan ialah persepsi warna mata manusia pada satu panjang gelombang. Lebar Separuh Garisan Spektrum (Δλ) ialah 20 nm, menunjukkan jalur lebar pancaran cahaya yang sempit, yang menyumbang kepada warna merah yang tulen dan tepu.

1.1.2 Parameter Elektrik

Ciri-ciri elektrik mentakrifkan sempadan dan keadaan operasi untuk peranti. Penarafan Maksimum Mutlak menetapkan had di mana kerosakan kekal mungkin berlaku. Arus Hadapan Berterusan per segmen dinilai pada 25 mA. Faktor penyahkadaratan 0.33 mA/°C digunakan secara linear dari 25°C, bermakna arus berterusan selamat maksimum berkurangan apabila suhu ambien meningkat. Ini adalah pertimbangan reka bentuk kritikal untuk pengurusan haba. Untuk operasi berdenyut, Arus Hadapan Puncak yang lebih tinggi iaitu 90 mA dibenarkan di bawah keadaan tertentu: kitar tugas 1/10 dan lebar denyut 0.1ms. Ini membolehkan skim pemultipleksan di mana arus segera yang lebih tinggi boleh digunakan untuk mencapai kecerahan yang dirasakan sambil mengekalkan kuasa purata yang rendah.

Voltan Hadapan (VF) per segmen berjulat dari 2.1V hingga 2.6V pada IF=20mA. Parameter ini adalah penting untuk mereka bentuk litar pembatas arus, biasanya perintang atau pemacu arus malar. Penarafan Voltan Songsang (VR) ialah 5V, dan Arus Songsang (IR) adalah maksimum 100 µA pada voltan ini, menunjukkan ciri kebocoran diod dalam keadaan mati. Penyerapan Kuasa per segmen adalah terhad kepada 70 mW, yang berkaitan secara langsung dengan reka bentuk terma aplikasi.

1.1.3 Spesifikasi Terma & Persekitaran

Peranti ini dinilai untuk Julat Suhu Operasi dari -35°C hingga +105°C. Julat yang luas ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi dalam persekitaran yang sukar, termasuk kawalan industri dan bahagian dalam automotif (kawasan bukan kritikal). Julat Suhu Penyimpanan yang sama memastikan peranti boleh menahan keadaan melampau ini apabila tidak dihidupkan. Keadaan reflow pateri dinyatakan dengan jelas: komponen boleh dikenakan suhu 260°C selama 3 saat, diukur 1/16 inci (lebih kurang 1.59 mm) di bawah satah dudukan. Maklumat ini adalah penting untuk proses pemasangan PCB untuk mengelakkan kerosakan terma semasa pematerian.

1.2 Penjelasan Sistem Pengkategorian

Datasheet menunjukkan peranti ini "Dikategorikan untuk Keamatan Bercahaya." Ini membayangkan proses pengkategorian di mana unit yang dihasilkan diuji dan disusun ke dalam kumpulan (bin) berdasarkan output cahaya yang diukur pada arus ujian piawai (mungkin 1mA atau 20mA). Pereka boleh memilih bin untuk memastikan konsistensi kecerahan merentasi pelbagai paparan dalam satu produk. Walaupun tidak diterangkan secara terperinci dengan kod bin dalam dokumen ini, sistem sedemikian membolehkan perolehan bahagian dengan keamatan bercahaya minimum atau tipikal yang dijamin, yang sangat penting untuk aplikasi yang memerlukan prestasi visual yang seragam.

1.3 Analisis Lengkung Prestasi

Datasheet merujuk kepada "Lengkung Ciri Elektrik / Optik Tipikal," yang merupakan alat penting untuk memahami tingkah laku peranti di luar spesifikasi satu titik. Walaupun lengkung khusus tidak diterangkan secara terperinci dalam teks yang diberikan, lengkung tipikal untuk peranti sedemikian akan termasuk:

• Keamatan Bercahaya Relatif vs. Arus Hadapan (Lengkung I-V):Lengkung ini menunjukkan bagaimana output cahaya meningkat dengan arus. Ia biasanya tidak linear, dengan kecekapan sering menurun pada arus yang sangat tinggi disebabkan oleh kesan terma.
• Voltan Hadapan vs. Arus Hadapan:Ini menunjukkan ciri IV diod, penting untuk mengira susutan voltan dan keperluan bekalan kuasa.
• Keamatan Bercahaya Relatif vs. Suhu Ambien:Lengkung ini menunjukkan kesan pemadaman terma, di mana output LED berkurangan apabila suhu simpang meningkat. Memahami ini adalah kunci untuk reka bentuk yang beroperasi pada suhu ambien yang tinggi.
• Taburan Spektrum:Graf yang menunjukkan kuasa relatif yang dipancarkan merentasi panjang gelombang, berpusat di sekitar puncak 650nm dengan lebar separuh 20nm yang ditetapkan.

Lengkung-lengkung ini membolehkan pereka mengoptimumkan keadaan pemacu untuk keseimbangan kecerahan, kecekapan, dan jangka hayat.

2. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

2.1 Dimensi & Lukisan Garis Besar

Lukisan pakej memberikan data mekanikal kritikal. Semua dimensi utama ditetapkan dalam milimeter. Toleransi piawai untuk dimensi ini ialah ±0.25 mm melainkan nota ciri khusus menyatakan sebaliknya. Satu nota penting menentukan toleransi anjakan hujung pin +0.4 mm, yang mengambil kira potensi ketidaksejajaran kecil kaki semasa proses pencetakan, yang menjejaskan penempatan lubang PCB atau reka bentuk soket. Saiz keseluruhan ditentukan oleh ketinggian digit 0.4 inci (10.0 mm), yang merujuk kepada ketinggian fizikal satu aksara angka.

2.2 Susunan Pin & Gambarajah Sambungan

Peranti ini mempunyai konfigurasi 16 pin, walaupun tidak semua kedudukan diisi atau disambungkan. Ia dikonfigurasikan sebagai paparanKatod Sepunya Pemultipleks. Seni bina ini adalah asas kepada operasinya:

• Katod Sepunya:Pin 1, 2, 4, 6, dan 8 adalah sambungan katod sepunya untuk Digit 1, Digit 2, sekumpulan segmen (L1,L2,L3), Digit 3, dan Digit 4, masing-masing. Dalam skim pemultipleksan, katod ini ditukar ke bumi secara berurutan untuk memilih digit mana yang aktif.
• Anod Segmen:Pin 3, 5, 7, 11, 13, 14, 15, dan 16 adalah sambungan anod untuk segmen individu (A, B, C, D, E, F, G, DP) dan beberapa segmen kolon/tanda baca (L1, L2, L3). Anod yang sesuai didorong tinggi (melalui perintang pembatas arus) untuk menyala segmen tertentu bagi digit yang dipilih pada masa itu.
• Gambarajah litar dalaman menunjukkan sambungan antara anod dan katod ini, membentuk matriks yang membolehkan kawalan 4 digit dan titik perpuluhan/kolon dengan hanya 13 talian isyarat berkesan, berbanding 36+ talian yang diperlukan oleh pemacu statik.

3. Panduan Pematerian & Pemasangan

Bahagian penarafan maksimum mutlak memberikan parameter pematerian utama: peranti boleh menahan suhu pateri 260°C selama 3 saat, diukur pada titik 1.59mm (1/16 inci) di bawah satah dudukan. Ini adalah rujukan profil reflow piawai. Untuk pematerian tangan, suhu yang lebih rendah dan masa sentuhan yang lebih singkat harus digunakan untuk mengelakkan pemanasan setempat yang berlebihan. Adalah kritikal untuk memastikan suhu pakej LED itu sendiri tidak melebihi penarafan suhu penyimpanan maksimum semasa mana-mana bahagian proses pemasangan. Prosedur pengendalian ESD (Nyahcas Elektrostatik) yang betul harus diikuti, kerana cip LED sensitif kepada elektrik statik.

4. Cadangan Aplikasi

4.1 Senario Aplikasi Tipikal

Paparan ini adalah sesuai untuk aplikasi yang memerlukan bacaan angka yang padat, boleh dipercayai, dan terang. Kegunaan biasa termasuk:

• Peralatan Ujian dan Pengukuran:Multimeter digital, pembilang frekuensi, bekalan kuasa.
• Kawalan Industri:Meter panel untuk suhu, tekanan, RPM, paparan kiraan.
• Elektronik Pengguna:Peralatan audio (penguat kelantangan/paparan), perkakas dapur, jam.
• Pasaran Selepas Jualan Automotif:Gauge dan modul paparan (di mana spesifikasi persekitaran sesuai).

4.2 Pertimbangan Reka Bentuk & Pelaksanaan Litar

Mengendalikan paparan ini memerlukan pengawal pemultipleksan, yang boleh menjadi IC pemacu paparan khusus (seperti MAX7219 atau TM1637) atau mikropengawal dengan pin I/O dan perisian yang mencukupi. Reka bentuk mesti mengambil kira:

• Pembatas Arus:Perintang mesti diletakkan secara bersiri dengan setiap anod segmen (atau satu set anod jika menggunakan pemacu arus malar) untuk menetapkan arus hadapan. Nilainya dikira menggunakan R = (Vcc - VF) / IF. Menggunakan VF maksimum 2.6V dan bekalan 5V dengan sasaran IF 10mA, R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 ohm.
• Frekuensi Pemultipleksan:Kadar segar semula mestilah cukup tinggi untuk mengelakkan kelipan yang kelihatan, biasanya melebihi 60-100 Hz per digit. Dengan 4 digit, frekuensi pengimbasan perlu 240-400 Hz.
• Arus Puncak vs. Arus Purata:Untuk mencapai kecerahan purata yang dikehendaki, arus puncak semasa masa ON yang singkat boleh lebih tinggi. Jika kitar tugas ialah 1/4 (untuk 4 digit), arus puncak 20mA menghasilkan arus purata 5mA per segmen, kekal dalam penarafan berterusan.
• Penyingkiran Haba:Pastikan penyerapan kuasa purata per segmen (IF * VF * kitar tugas) tidak melebihi 70mW, terutamanya pada suhu ambien yang tinggi.

5. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

LTC-4727JD membezakan dirinya melalui penggunaan teknologi AlInGaP pada substrat GaAs. Berbanding LED merah GaP (Gallium Fosfida) yang lebih lama, AlInGaP menawarkan kecekapan bercahaya yang jauh lebih tinggi, menghasilkan paparan yang lebih terang pada arus yang sama atau penggunaan kuasa yang lebih rendah untuk kecerahan yang sama. Substrat tidak lutsinar membantu meningkatkan kontras dengan mengelakkan penyebaran cahaya dalaman. Ciri "segmen seragam berterusan" menunjukkan reka bentuk die dan kanta berkualiti tinggi yang mengelakkan jurang atau pencahayaan tidak sekata dalam satu segmen. Pakej bebas plumbum memastikan pematuhan dengan peraturan alam sekitar moden (RoHS).

6. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Apakah perbezaan antara panjang gelombang puncak dan panjang gelombang dominan?

J: Panjang gelombang puncak ialah titik fizikal output kuasa spektrum tertinggi dari LED. Panjang gelombang dominan ialah titik warna yang dirasakan oleh mata manusia, dikira dari spektrum penuh. Ia selalunya berbeza sedikit.

S: Bolehkah saya mengendalikan paparan ini dengan mikropengawal 3.3V?

J: Ya, tetapi anda mesti menyemak voltan hadapan. Dengan VF maksimum 2.6V, hanya ada ruang kepala 0.7V (3.3V - 2.6V) untuk perintang pembatas arus. Susutan voltan kecil ini menjadikan arus lebih sensitif kepada variasi dalam VF. Pemacu arus malar disyorkan untuk sistem 3.3V, atau gunakan arus sasaran yang lebih rendah.

S: Mengapa terdapat faktor penyahkadaratan untuk arus hadapan?

J: LED menjana haba pada simpang semikonduktor. Apabila suhu ambien meningkat, suhu simpang meningkat untuk penyerapan kuasa tertentu. Faktor penyahkadaratan menurunkan arus maksimum yang dibenarkan untuk mengelakkan suhu simpang melebihi penarafan maksimumnya, yang akan mengurangkan jangka hayat dengan ketara atau menyebabkan kegagalan.

S: Apakah maksud "katod sepunya pemultipleks" untuk litar pemacu saya?

J: Ia bermakna anda menghidupkan satu digit pada satu masa dengan menyambungkan pin katod sepunyanya ke bumi (rendah). Anda kemudiannya menggunakan voltan pada pin anod segmen untuk corak yang anda mahukan pada digit itu. Anda mengitar semua digit dengan pantas. Mata manusia mengintegrasikan cahaya, menjadikan semua digit kelihatan terus menyala.

7. Kajian Kes Pelaksanaan Praktikal

Pertimbangkan mereka bentuk voltmeter 4 digit mudah menggunakan mikropengawal dan paparan ini. ADC mikropengawal membaca voltan, menukarnya kepada nombor, dan mengendalikan paparan. Mikropengawal akan mempunyai 8 pin I/O yang disambungkan ke anod segmen (A-G, DP) melalui perintang pembatas arus. Empat pin I/O tambahan akan mengawal transistor NPN (atau menggunakan IC tatasusunan transistor) yang menyerap arus dari empat pin katod digit (1, 2, 6, 8). Pin 4 (katod sepunya untuk kolon) boleh diikat ke bumi jika kolon sentiasa menyala, atau dikawal secara berasingan. Perisian tegar akan melaksanakan gangguan pemasa untuk menyegarkan semula paparan. Dalam rutin gangguan, ia akan mematikan semua katod digit, mengeluarkan corak segmen untuk digit seterusnya ke port anod, dan kemudian menghidupkan katod digit itu. Proses ini diulang untuk setiap digit, mencipta bacaan yang stabil dan bebas kelipan.

8. Pengenalan Prinsip Operasi

Prinsip operasi asas adalah berdasarkan elektroluminesens dalam simpang P-N semikonduktor. Apabila voltan hadapan melebihi ambang diod dikenakan, elektron dari rantau AlInGaP jenis-N bergabung semula dengan lubang dari rantau jenis-P. Peristiwa penggabungan semula ini membebaskan tenaga dalam bentuk foton (cahaya). Panjang gelombang khusus 650 nm (merah) ditentukan oleh tenaga jurang jalur bahan semikonduktor AlInGaP, yang direkayasa semasa proses pertumbuhan kristal. Substrat GaAs tidak lutsinar menyerap cahaya yang dipancarkan ke bawah, meningkatkan kontras. Segmen individu dibentuk oleh berbilang cip LED atau satu cip dengan anod bercorak, diwayar secara dalaman ke pin pakej. Skim pemultipleksan adalah teknik elektrik untuk mengurangkan bilangan talian kawalan yang diperlukan dengan mengambil kesempatan daripada ketekalan penglihatan mata manusia.

9. Trend Teknologi

Walaupun AlInGaP kekal sebagai teknologi berprestasi tinggi untuk LED merah dan jingga, trend industri paparan yang lebih luas memberi kesan kepada komponen sedemikian. Terdapat dorongan berterusan ke arah kecekapan yang lebih tinggi (lebih banyak lumen per watt), membolehkan paparan yang lebih terang pada kuasa yang lebih rendah atau penjanaan haba yang berkurangan. Pengecilan adalah trend lain, walaupun ketinggian digit sering dihadkan oleh keperluan kebolehbacaan. Integrasi adalah trend penting; modul paparan moden selalunya termasuk IC pemacu, pengawal, dan kadangkala mikropengawal dalam pakej yang sama, memudahkan antara muka kepada bas bersiri mudah (I2C atau SPI). Walau bagaimanapun, paparan diskret seperti LTC-4727JD kekal penting untuk reka bentuk sensitif kos, susun atur tersuai, atau aplikasi di mana elektronik kawalan dipusatkan. Pergerakan ke arah bahan bebas plumbum dan bebas halogen mematuhi peraturan alam sekitar global kini adalah piawai. Pembangunan masa depan mungkin melihat peningkatan kecekapan lanjut dari bahan substrat baharu atau reka bentuk cip, tetapi seni bina tujuh segmen pemultipleks teras kekal sebagai penyelesaian yang boleh dipercayai dan kos efektif untuk keperluan paparan angka.