Ficha Técnica do LED RGB SMD 12-23C - Fita de 8mm - Alimentação 5V - Controle PWM de 256 Níveis de Cinza - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O modelo 12-23C é um dispositivo de montagem em superfície (SMD) compacto que integra três chips de LED individuais (Vermelho, Verde, Azul) com um driver de corrente constante dedicado de 3 canais. Esta integração permite capacidade de cor total com controle digital preciso em um único pacote miniatura. Sua principal vantagem reside em possibilitar projetos de PCB de alta densidade para aplicações que requerem iluminação colorida vibrante e controlada dinamicamente, sem a complexidade de circuitos driver externos.

A funcionalidade principal é comandada por um circuito integrado que aceita um sinal de dados digitais em série. Este sinal contém 24 bits de dados (8 bits por canal de cor), permitindo 256 níveis distintos de cinza por cor, resultando em mais de 16 milhões de combinações de cores possíveis. O dispositivo é embalado em fita de 8mm e fornecido em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, tornando-o totalmente compatível com equipamentos automáticos de montagem pick-and-place de alta velocidade.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação deve sempre permanecer dentro destes limites.

• Tensão de Alimentação (VDD):+3.8V a +5.5V. Esta é a faixa de tensão para a lógica e o circuito de controle do driver interno.
• Tensão de Saída (VOUT):Máximo de 17V. Esta especificação refere-se à capacidade de suportar tensão dos transistores de saída do driver interno conectados aos ânodos do LED.
• Tensão de Entrada (VIN):-0.5V a VDD+0.5V. Aplica-se aos pinos de entrada digital (DIN). Exceder este valor pode danificar as estruturas de proteção de entrada.
• Descarga Eletrostática (ESD):2000V (Modelo Corpo Humano). Indica um nível moderado de proteção ESD; procedimentos de manuseio adequados ainda são recomendados.
• Temperatura de Operação (Topr):-20°C a +70°C. A faixa de temperatura ambiente para operação confiável.
• Temperatura de Armazenamento (Tstg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldagem:O dispositivo é classificado para soldagem por refluxo com temperatura de pico de 260°C por 10 segundos, ou soldagem manual a 350°C por 3 segundos.

2.2 Condições Recomendadas de Operação

Estas são as condições para desempenho ideal e garantido.

• Tensão de Alimentação (VDD):5.0V (Típico). O dispositivo foi projetado para uma alimentação lógica de 5V.
• Níveis Lógicos de Entrada:
  • Tensão de Entrada de Nível Alto (VIH): Mínimo 0.7*VDD. Um sinal deve estar acima deste nível para ser reconhecido como um lógico '1'.
  • Tensão de Entrada de Nível Baixo (VIL): Máximo 0.3*VDD. Um sinal deve estar abaixo deste nível para ser reconhecido como um lógico '0'.
• Atraso de Propagação (TPLZ):Máximo 300 ns. Este é o atraso de tempo para um sinal de dados se propagar do pino DIN para o pino DOUT, crucial para determinar a velocidade máxima de transmissão de dados em configurações em cadeia (daisy-chain).
• Tempo de Descida da Saída (TTHZ):Máximo 20 µs para os canais de saída R/G/B. Isto afeta as características de comutação do PWM.
• Capacitância de Entrada (CI):Máximo 15 pF. A carga capacitiva apresentada pelo pino DIN.

2.3 Características Eletro-Ópticas

Medidas a uma corrente direta (IF) de 5mA por chip de cor e a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Intensidade Luminosa (Iv):
  • Vermelho (RS): Valores típicos variam de 22.5 mcd a 72.0 mcd, dependendo da classificação específica (bin).
  • Verde (GH): Valores típicos variam de 45.0 mcd a 140.0 mcd.
  • Azul (BH): Valores típicos variam de 18.0 mcd a 57.0 mcd.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):130 graus (Típico). Este amplo ângulo de visão é característico da lente de resina difusa branca.
• Comprimento de Onda de Pico (λp):
  • Vermelho: 632 nm
  • Verde: 518 nm
  • Azul: 468 nm
• Comprimento de Onda Dominante (λd):O comprimento de onda da cor percebida.
  • Vermelho: 617.5 nm a 629.5 nm
  • Verde: 525.0 nm a 540.0 nm
  • Azul: 464.5 nm a 476.5 nm
• Largura de Banda Espectral (Δλ):
  • Vermelho: 20 nm
  • Verde: 35 nm
  • Azul: 25 nm

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

O dispositivo é classificado em grupos (bins) com base em parâmetros ópticos chave para garantir consistência de cor e brilho dentro de um lote de produção.

3.1 Classificação por Intensidade Luminosa

Cada chip de cor é classificado separadamente. O código de classificação (ex.: M2, N1, P2) define uma faixa mínima e máxima de intensidade luminosa em IF=5mA. Por exemplo, um chip Vermelho na classificação P1 tem uma intensidade entre 45.0 e 57.0 mcd. A ficha técnica fornece tabelas detalhadas para Vermelho (RS), Verde (GH) e Azul (BH). Uma tolerância de ±11% aplica-se à intensidade luminosa.

3.2 Classificação por Comprimento de Onda Dominante

Semelhante à intensidade, o comprimento de onda dominante também é classificado para controlar o ponto de cor. Por exemplo, um chip Verde na classificação 'Y' tem um comprimento de onda dominante entre 525.0 nm e 530.0 nm. A ficha técnica fornece tabelas para todas as três cores. Uma tolerância de ±1nm é especificada para o comprimento de onda dominante.

4. Análise de Desempenho e Temporização

4.1 Forma de Onda de Temporização e Protocolo de Comunicação

O dispositivo utiliza um protocolo de comunicação serial de fio único. Os dados são sincronizados na borda de subida do sinal. O protocolo define dois níveis lógicos: código '0' e código '1', cada um com requisitos específicos de tempo em nível alto (T1H, T0H) e tempo em nível baixo (T1L, T0L).

• T0H:300 ns ±80 ns (código 0, tempo em nível alto).
• T0L:900 ns ±80 ns (código 0, tempo em nível baixo).
• T1H:900 ns ±80 ns (código 1, tempo em nível alto).
• T1L:300 ns ±80 ns (código 1, tempo em nível baixo).
• RES (Tempo de Reset):>50 µs. Um sinal baixo no DIN com duração maior que este tempo reinicia o registrador de deslocamento interno e trava os dados para a saída.

Vinte e quatro bits de dados são transmitidos sequencialmente: tipicamente 8 bits para Verde, 8 bits para Vermelho e 8 bits para Azul (ordem GRB). Os dados para múltiplos dispositivos podem ser encadeados (daisy-chained) a partir do DOUT de um dispositivo para o DIN do próximo.

4.2 Circuito de Aplicação

Para um sistema de 5V, a ficha técnica recomenda colocar um capacitor de desacoplamento de 0.1 µF entre os pinos AVDD (alimentação) e GND, posicionado o mais próximo possível do dispositivo para minimizar ruído e garantir operação estável. O driver interno é do tipo de corrente constante; no entanto, os valores máximos absolutos indicam que resistores limitadores de corrente externos podem ser necessários, dependendo da tensão de dreno aplicada (a tensão no ânodo do LED, que é maior que VDD), para evitar condições de sobrecorrente. Os valores específicos dos resistores são determinados pela corrente alvo do LED e pela tensão direta dos chips de LED nessa corrente.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Pacote

O dispositivo possui um footprint SMD compacto. O desenho dimensional mostra o tamanho do corpo e a configuração dos terminais. Todas as tolerâncias não especificadas são de ±0.1mm. A pinagem é a seguinte:

1. DIN:Entrada de Dados para o sinal de controle serial.
2. GND:Terra comum para dados e alimentação.
3. DOUT:Saída de Dados para encadeamento (daisy-chaining) ao próximo dispositivo.
4. AVDD:Entrada de alimentação, conectar a +5V.

5.2 Especificações de Embalagem

O dispositivo é fornecido em embalagem resistente à umidade.

• Fita Suporte:Fita de 8mm de largura em bobina de 7 polegadas de diâmetro. Cada bobina contém 2000 unidades.
• Sensibilidade à Umidade:Os componentes são sensíveis à umidade (provavelmente MSL 3 ou similar). As precauções incluem:
  • Armazenamento antes da abertura do saco: ≤30°C / ≤90% UR.
  • Vida útil após abertura do saco: 24 horas a ≤30°C / ≤60% UR.
  • Partes não utilizadas devem ser reembaladas com dessecante se excederem a vida útil após abertura.
  • É necessário secagem (baking) se o indicador de dessecante mostrar saturação ou se o tempo de armazenamento for excedido.
• Dimensões da Bobina e da Fita:Desenhos detalhados são fornecidos para a bobina, os compartimentos da fita suporte e a fita de cobertura.
• Informações da Etiqueta:A etiqueta da bobina inclui campos para Número de Peça do Cliente (CPN), Número do Produto (P/N), Quantidade (QTY) e os códigos de classificação específicos para Intensidade Luminosa (CAT), Comprimento de Onda (HUE) e Tensão Direta (REF).

6. Diretrizes de Soldagem, Montagem e Uso

6.1 Compatibilidade com Processos de Soldagem

O 12-23C é compatível com processos de soldagem por refluxo por infravermelho e fase de vapor, aderindo ao perfil com temperatura de pico de 260°C por até 10 segundos. Também é classificado para soldagem manual a 350°C por 3 segundos. O produto é livre de chumbo e compatível com RoHS, REACH da UE e padrões livres de halogênio (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).

6.2 Precauções Críticas de Uso

• Proteção contra Sobrecorrente:É obrigatório o uso de resistores limitadores de corrente externos em série com cada canal de cor do LED. A tensão direta do LED tem um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que a corrente aumenta com a temperatura. Sem os resistores, mesmo um pequeno aumento na tensão de alimentação ou na temperatura da junção pode levar à fuga térmica e falha do dispositivo.
• Precauções contra ESD:Embora classificado para 2000V HBM, procedimentos padrão de manuseio ESD devem ser seguidos durante a montagem e o manuseio.
• Gerenciamento Térmico:A temperatura máxima de operação da junção é limitada pelo circuito integrado driver e pelos chips de LED. Uma área adequada de cobre na PCB (alívio térmico) deve ser usada para o terminal GND para dissipar calor, especialmente ao acionar os LEDs em correntes mais altas.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Displays de Vídeo LED Internos/Externos:Ideal para displays de pitch fino devido ao tamanho pequeno, driver integrado e capacidade de encadeamento.
• Fitas de LED de Cor Total:Permite fitas de iluminação RGB endereçáveis e programáveis.
• Iluminação Decorativa LED:Iluminação arquitetônica, sinalização e iluminação de ambiente.
• Iluminação de Fundo (Backlighting):Para painéis de instrumentos, interruptores, LCDs e símbolos onde se deseja cor dinâmica.
• Equipamentos de Telecomunicações:Indicadores de status e iluminação de fundo de teclado.

7.2 Considerações de Projeto

• Fonte de Alimentação:Use uma fonte de 5V regulada e limpa. O capacitor de desacoplamento de 0.1µF é crítico para imunidade a ruído.
• Integridade da Linha de Dados:Para cadeias longas (daisy chains) ou dados de alta velocidade, considere a impedância do traçado e a possível necessidade de um resistor em série próximo à saída do driver para reduzir ringing.
• Configuração de Corrente:Calcule o valor do resistor externo (Rext) usando a fórmula: Rext = (Vdrain - Vf_led - Vds_sat) / Iled_target. Onde Vdrain é a tensão de alimentação do ânodo (<17V), Vf_led é a tensão direta do LED na corrente alvo, Vds_sat é a tensão de saturação do transistor de saída do driver (da ficha técnica do driver IC, se disponível) e Iled_target é a corrente desejada do LED (ex.: 5mA para medições de especificação).
• Consistência de Cor:Para aplicações que requerem cor uniforme, especifique códigos de classificação apertados (CAT e HUE) junto ao fornecedor.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

A principal diferenciação do 12-23C é a integração dos chips de LED e do driver IC. Comparado ao uso de LEDs discretos com um driver IC separado, esta solução oferece:

• Contagem Reduzida de Componentes:Menos peças para colocar e soldar.
• Footprint Menor:Permite projetos de maior densidade.
• Layout de PCB Simplificado:Não há necessidade de rotear traços de driver de alta corrente de um CI central para LEDs distantes.
• Simplicidade de Controle Digital:Uma única linha de dados controla cor e brilho, reduzindo a contagem de pinos do microcontrolador e a complexidade do software em comparação com o controle PWM analógico de canais separados.
• Encadeamento (Daisy-Chaining):Simplifica a fiação para matrizes lineares como fitas de luz.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a taxa de dados máxima que posso usar?

R: O fator limitante é o atraso de propagação (300ns máx.) e os requisitos de temporização para T0H/T1H. Uma estimativa conservadora para o período de dados é de cerca de 1.2µs (T0H+T0L para um '0'), o que se traduz em uma taxa de dados de aproximadamente 833 kHz. No entanto, o tempo de reset (50µs) entre quadros reduzirá a taxa de atualização efetiva.

P: Posso acionar os LEDs com mais de 5mA?

R: A ficha técnica especifica características apenas a 5mA. Acionar em correntes mais altas aumentará a saída luminosa, mas também aumentará a dissipação de potência, a temperatura da junção e pode reduzir a vida útil. A corrente máxima é limitada pela capacidade do driver IC e pelas próprias especificações do LED, que não são totalmente detalhadas aqui. Derating e análise térmica são essenciais.

P: Como calculo o valor do resistor externo?

R: Conforme descrito na seção 7.2. Você precisa da curva Vf do LED (frequentemente estimada a partir dos valores típicos na ficha técnica) e da tensão da sua fonte de ânodo (Vdrain). Um Vdrain comum é 12V. Exemplo para LED Vermelho a 5mA: Se Vf_red ≈ 2.0V e Vds_sat ≈ 0.6V, então R = (12V - 2.0V - 0.6V) / 0.005A = 1880 Ω. Use o valor padrão mais próximo.

P: Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico e comprimento de onda dominante?

R: Comprimento de onda de pico (λp) é o comprimento de onda no ponto mais alto da curva de distribuição de potência espectral do LED. Comprimento de onda dominante (λd) é o comprimento de onda de uma luz monocromática pura que corresponde à cor percebida do LED. λd é mais relevante para mistura de cores e aplicações de display.

10. Princípios de Operação

O dispositivo opera com um princípio simples. Um registrador de deslocamento interno recebe dados seriais no pino DIN. Esses dados são sincronizados bit a bit com base na temporização do sinal de entrada. Após receber 24 bits, um sinal baixo no DIN com duração maior que o tempo RES (50µs) trava esses dados em um registrador de retenção. O valor do registrador de retenção controla três geradores de modulação por largura de pulso (PWM) separados, um para cada canal de cor (Vermelho, Verde, Azul). Cada valor de 8 bits (0-255) define o ciclo de trabalho do seu gerador PWM correspondente, controlando assim a corrente média e, consequentemente, o brilho de cada chip de LED ao longo do tempo. O olho humano integra esse piscar rápido, percebendo-o como uma cor estável com intensidade ajustável. O pino DOUT fornece uma cópia tamponada do fluxo de dados de entrada, permitindo o encadeamento perfeito a um número ilimitado de dispositivos subsequentes.