Ficha Técnica do Sensor de Luz Ambiente ALS-PD70-01C/TR7 - Dimensões 4.4x3.9x1.2mm - Tensão 2.5V a 5.5V - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O ALS-PD70-01C/TR7 é um dispositivo sensor de luz ambiente para montagem em superfície (SMD). Ele consiste em um fotodiodo alojado em uma miniatura SMD, moldado em material transparente com topo plano. Este sensor foi projetado como uma solução eficaz para economia de energia em aplicações de retroiluminação de displays para dispositivos móveis, como telemóveis e PDAs. Uma característica fundamental é sua alta taxa de rejeição à radiação infravermelha, o que resulta em uma resposta espectral muito próxima à do olho humano.

1.1 Vantagens Principais

• Resposta espectral próxima à do olho humano.
• Baixa variação de sensibilidade entre diferentes fontes de luz.
• Ampla faixa de temperatura de operação: -40°C a +85°C.
• Ampla faixa de tensão de alimentação: 2.5V a 5.5V.
• Tamanho compacto: 4.4mm (C) x 3.9mm (L) x 1.2mm (A).
• Conformidade com RoHS, REACH da UE e padrões livres de halogéneos (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Mercado-Alvo e Aplicações

Este sensor é direcionado principalmente a dispositivos eletrónicos portáteis e com consciência energética. Suas principais aplicações incluem:

• Detecção de luz ambiente para controlar a retroiluminação de displays LCD TFT e economizar energia.
• Sistemas automáticos de gestão de iluminação residencial e comercial.
• Melhoria automática de contraste para painéis eletrónicos de sinalização.
• Dispositivos de monitoramento de luz ambiente para condições de luz natural e artificial.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Não é recomendado operar fora destas condições.

• Tensão de Ruptura Reversa (V_BR): 35 V (com I_R=100µA). Indica a tensão reversa máxima que o fotodiodo pode suportar antes da ruptura.
• Tensão Direta (V_F): 0.5 V a 1.3 V (com I_F=10mA). Esta é a queda de tensão no diodo quando polarizado diretamente, relevante para testes, mas não típica na operação em modo fotocondutor.
• Temperatura de Operação (T_opr): -40°C a +85°C.
• Temperatura de Armazenamento (T_stq): -40°C a +85°C.
• Temperatura de Soldagem (T_sol): 260°C. Este valor é crítico para processos de soldagem por refluxo.

2.2 Condições Recomendadas de Operação

O dispositivo foi projetado para operar dentro das seguintes condições para garantir o desempenho especificado.

• Temperatura de Operação (T_opr): -40°C a +85°C.

2.3 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são medidos a T_a=25°C e definem o desempenho central do sensor.

• Corrente de Escuro (I_D): Típ. 2 nA, Máx. 10 nA (com V_R=5V, E_V=0 Lux). Esta é a pequena corrente de fuga quando não há luz presente. Um valor mais baixo é melhor para a sensibilidade em condições de pouca luz.
• Corrente de Luz (I_L1): Típ. 1.1 µA (com V_R=5V, E_V=100 Lux, luz branca fluorescente/LED). Esta é a fotocorrente gerada sob iluminação especificada.
• Corrente de Luz (I_L2): Típ. 9.5 µA (com V_R=5V, E_V=1000 Lux, luz branca fluorescente/LED).
• Corrente de Luz (I_L3): Típ. 12 µA (com V_R=5V, E_V=1000 Lux, Iluminante Padrão CIE-A / lâmpada incandescente 2856K). A diferença entre I_L2e I_{O valor máximo absoluto para a temperatura de soldagem é 260°C. Isto implica que o dispositivo pode suportar perfis típicos de refluxo sem chumbo. Os projetistas devem seguir as práticas padrão de soldagem por refluxo SMD, garantindo que a temperatura de pico não exceda 260°C e que o tempo acima do líquido seja controlado de acordo com as especificações de montagem da PCB.}destaca a resposta variável do sensor aos diferentes espectros das fontes de luz.
• Comprimento de Onda de Sensibilidade de Pico (λ_p): Típ. 630 nm. Isto confirma que a resposta de pico do sensor está na região visível vermelho-alaranjada, alinhando-se com a sensibilidade do olho humano.
• Faixa de Comprimento de Onda de Sensibilidade (λ): 390 nm a 700 nm. Isto cobre a maior parte do espectro de luz visível, com forte rejeição à luz infravermelha (IR) e ultravioleta (UV).

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia várias curvas típicas de características eletro-ópticas, que são cruciais para engenheiros de projeto.

3.1 Corrente de Luz vs. Iluminância

Esta curva mostra a relação entre a fotocorrente de saída e o nível de luz ambiente (em Lux). É tipicamente linear numa ampla gama, permitindo uma calibração direta dos níveis de luz numa aplicação. A inclinação desta curva representa a responsividade do sensor.

3.2 Corrente de Escuro vs. Temperatura

Este gráfico ilustra como a corrente de escuro (I_D) aumenta com a temperatura. Como a corrente de escuro atua como ruído, compreender esta relação é vital para aplicações que operam em ambientes de temperatura extrema, para garantir leituras precisas em baixa luminosidade.

3.3 Corrente de Luz vs. Temperatura

Esta curva mostra a variação da fotocorrente com a temperatura a uma iluminância fixa. Espera-se alguma dependência da temperatura, e estes dados são necessários para projetar circuitos com compensação de temperatura, se for necessária alta precisão em toda a faixa de operação.

3.4 Corrente de Luz vs. Tensão de Alimentação

Este gráfico demonstra a estabilidade da saída de fotocorrente ao longo da faixa recomendada de tensão de alimentação (2.5V a 5.5V). Uma saída estável durante variações de tensão simplifica o projeto da fonte de alimentação.

3.5 Resposta Espectral

Este é um dos gráficos mais importantes. Ele traça a sensibilidade relativa do sensor em função do comprimento de onda. A curva deve atingir o pico por volta de 630 nm (conforme especificado) e mostrar um declínio acentuado além de 700 nm, confirmando a rejeição eficaz de IR. Comparar esta curva com a função de luminosidade fotópica CIE (resposta padrão do olho humano) valida visualmente a afirmação de "próximo à resposta do olho humano".

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões da Embalagem

O sensor vem numa embalagem para montagem em superfície. As dimensões principais são:

• Comprimento (C): 4.4 mm ±0.1 mm
• Largura (L): 3.9 mm ±0.1 mm
• Altura (A): 1.2 mm

Desenhos mecânicos detalhados na ficha técnica fornecem medidas exatas para o projeto do padrão de solda, incluindo tamanho e espaçamento dos terminais, o que é crítico para o layout da PCB e a confiabilidade da junta de solda.

4.2 Identificação da Polaridade

O desenho na ficha técnica indica as marcações do cátodo e do ânodo no corpo do componente. A orientação correta da polaridade durante a montagem é essencial para o funcionamento adequado do circuito.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Parâmetros de Soldagem por Refluxo

The absolute maximum rating for soldering temperature is 260°C. This implies the device can withstand typical lead-free reflow profiles. Designers should follow standard SMD reflow soldering practices, ensuring the peak temperature does not exceed 260°C and the time above liquidus is controlled according to the PCB assembly specifications.

5.2 Manuseio e Armazenamento

O dispositivo deve ser armazenado na sua embalagem original à prova de humidade, nas condições de temperatura de armazenamento especificadas (-40°C a +85°C). Devem ser observadas as precauções padrão contra ESD (Descarga Eletrostática) durante o manuseio e montagem.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Especificações de Embalagem

• Embalagem Padrão: 1000 peças por volume/saco.
• Embalagem em Caixa: 10 caixas por cartão.
• Embalagem em Bobina: Disponível com 1000 peças por bobina para montagem automatizada pick-and-place.

6.2 Formato do Rótulo e Rastreabilidade

O rótulo da embalagem inclui campos para rastreabilidade e identificação:

• CPN (Número do Produto do Cliente)
• P/N (Número do Produto: ALS-PD70-01C/TR7)
• QTY (Quantidade da Embalagem)
• CAT (Categoria - potencialmente para classificação de desempenho)
• HUE (Comprimento de Onda de Pico)
• REF (Referência)
• LOT No (Número do Lote para rastreabilidade)

7. Considerações de Projeto para Aplicação

7.1 Circuito de Aplicação Típico

O sensor opera em modo fotocondutor. Um circuito de aplicação típico envolve conectar o fotodiodo em polarização reversa (cátodo para V_CC, ânodo para um amplificador de transimpedância ou um resistor pull-down). A corrente gerada é proporcional à intensidade da luz. Esta corrente pode ser convertida numa tensão usando um resistor ou um amplificador de transimpedância mais sofisticado baseado em amplificador operacional (TIA) para melhor sensibilidade e largura de banda.

7.2 Notas de Projeto

• Polarização: Garanta que a tensão de polarização reversa (V_R) esteja na faixa de 2.5V a 5.5V. Recomenda-se uma alimentação estável para leituras consistentes.
• Condicionamento de Sinal: A saída é uma pequena corrente (microamperes). É necessário um layout cuidadoso da PCB para minimizar a captação de ruído. Proteger o sensor de fontes diretas de IR (como luz solar ou lâmpadas incandescentes) pode melhorar a precisão devido à sua rejeição de IR, mas alguma dependência espectral permanece (como visto em I_L2vs. I_L3).
• Calibração: Devido a variações típicas e à perceção não linear do brilho pelos humanos, a calibração do produto final contra uma fonte de luz conhecida é frequentemente necessária para medição precisa de Lux.
• Projeto Óptico: A embalagem "transparente" com topo plano pode exigir um guia de luz ou difusor no produto final para garantir que o sensor receba uma amostra representativa da luz ambiente e não seja afetado por fontes pontuais ou sombras.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O ALS-PD70-01C/TR7 diferencia-se pela combinação das seguintes características principais:

• Resposta Similar ao Olho Humano: Ao contrário de fotodiodos simples, sua resposta filtrada minimiza a sensibilidade ao IR, tornando sua saída mais diretamente útil para tarefas de perceção de brilho sem necessidade de correção de software complexa.
• Ampla Faixa de Tensão: A faixa de 2.5V a 5.5V permite que seja usado diretamente com sistemas lógicos de 3.3V e 5V comuns em microcontroladores, eliminando a necessidade de um deslocador de nível ou regulador.
• Desempenho Robusto à Temperatura: A faixa de operação especificada de -40°C a +85°C torna-o adequado para aplicações automotivas, industriais e externas, além da eletrónica de consumo típica.
• Conformidade: A conformidade total com as regulamentações ambientais modernas (RoHS, REACH, Livre de Halogéneos) é um requisito obrigatório para a maioria dos mercados globais atualmente.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

9.1 Qual é a precisão da medição em Lux com este sensor?

O sensor fornece uma fotocorrente proporcional à intensidade da luz. Para uma medição precisa de Lux, a calibração contra um luxímetro de referência sob o tipo específico de fonte de luz (ex.: luz do dia, fluorescente, LED) usado na aplicação é essencial. A ficha técnica fornece respostas típicas sob diferentes fontes (ver I_L2e I_L3), destacando a dependência espectral inerente de qualquer sensor de luz.

9.2 Ele pode ser usado ao ar livre sob luz solar direta?

Embora a faixa de temperatura de operação permita, a luz solar direta tem um conteúdo muito alto de IR. A rejeição de IR do sensor ajuda, mas o nível de iluminância sob sol direto (frequentemente >50.000 Lux) pode saturar o sensor ou o estágio amplificador seguinte. Seria necessário um atenuador óptico (filtro de densidade neutra) ou uma seleção cuidadosa da faixa no circuito de condicionamento de sinal.

9.3 Qual é a finalidade de "CAT" e "HUE" no rótulo?

Estes provavelmente indicam classificação de desempenho. "CAT" (Categoria/Classificação) pode classificar dispositivos com base na sensibilidade da corrente de luz (ex.: saída mais alta/mais baixa numa condição de teste padrão). "HUE" (Comprimento de Onda de Pico) classifica dispositivos com base no comprimento de onda exato da sensibilidade espectral de pico (em torno do típico 630 nm). Isto permite que os fabricantes selecionem sensores com correspondência de desempenho mais apertada para produção em grande volume.

10. Exemplo Prático de Caso de Uso

Cenário: Escurecimento Automático da Retroiluminação para um Dispositivo Móvel

O ALS-PD70-01C/TR7 é colocado atrás de uma pequena abertura ou guia de luz na moldura do dispositivo. Ele é conectado a uma entrada de conversor analógico-digital (ADC) de um microcontrolador através de um simples resistor. O firmware do microcontrolador lê periodicamente a tensão, que corresponde ao nível de luz ambiente. Com base numa tabela de pesquisa pré-programada ou algoritmo (frequentemente imitando uma curva logarítmica de perceção humana), o microcontrolador ajusta o ciclo de trabalho do PWM (Modulação por Largura de Pulso) que aciona a retroiluminação LED do display. Num quarto escuro, a retroiluminação escurece para economizar energia e reduzir o cansaço visual. Sob luz solar intensa, aumenta ao máximo para legibilidade. A resposta rápida do sensor e sua sensibilidade espectral similar à do olho humano garantem ajustes suaves e naturais sob várias condições de iluminação (fluorescente de escritório, LED doméstico, sol exterior).

11. Princípio de Funcionamento

O dispositivo é um fotodiodo de silício. Quando fotões com energia maior que a banda proibida do silício atingem a junção semicondutora, eles geram pares elétron-lacuna. Sob uma tensão de polarização reversa, estes portadores de carga são varridos através da junção, criando uma fotocorrente mensurável que é linearmente proporcional à intensidade da luz incidente (numa ampla gama). A embalagem incorpora um filtro óptico que atenua comprimentos de onda infravermelhos, moldando a resposta espectral para aproximar-se da resposta fotópica do olho humano.

12. Tendências da Indústria

A deteção de luz ambiente é uma tecnologia madura, mas em evolução. As tendências atuais incluem:

• Integração: Combinar o fotodiodo, amplificador, ADC e lógica digital (interface I2C/SPI) num único chip para criar sensores de luz digitais. Isto simplifica o projeto, mas pode comprometer algum desempenho ou flexibilidade.
• Deteção de Proximidade: Frequentemente emparelhado com um LED IR para criar um sensor de proximidade, usado para funcionalidades como desligar o display durante uma chamada telefónica.
• Deteção de Cintilação: Sensores avançados podem detetar a frequência da cintilação da luz artificial (ex.: de LEDs ou fluorescentes) para permitir que as câmaras ajustem a velocidade do obturador e reduzam efeitos de bandas.
• Ultra-Baixo Consumo: Para aplicações sempre ligadas em dispositivos IoT, há procura por sensores com corrente de repouso de nível nanoampere.

O ALS-PD70-01C/TR7 representa uma solução discreta de alto desempenho, oferecendo flexibilidade de projeto e desempenho analógico otimizado para aplicações onde estes fatores são priorizados em relação à integração.