Техническая спецификация светодиодного индикатора LTC-5723JD - высота цифры 0.56 дюйма - красный AlInGaP - общий катод с мультиплексированием

1. Обзор изделия

LTC-5723JD — это высокопроизводительный четырёхразрядный семисегментный модуль индикации, предназначенный для применений, требующих чёткого и яркого числового отображения. Его основная функция — визуальное представление числовых данных на четырёх отдельных цифрах, каждая из которых состоит из семи независимо адресуемых сегментов плюс десятичная точка. Основная технология, лежащая в основе этого дисплея, — использование светодиодных чипов из фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), известных своей высокой эффективностью и отличной светоотдачей в красном спектре. Эти чипы изготовлены на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), что способствует общему контрасту и производительности устройства. Дисплей имеет серую лицевую панель с белой разметкой сегментов, что повышает читаемость, обеспечивая высококонтрастный фон для светящихся красных сегментов. Такое сочетание особенно эффективно в различных условиях освещения, гарантируя лёгкое восприятие отображаемой информации.

Устройство спроектировано для мультиплексной работы с использованием конфигурации с общим катодом для каждой цифры. Такая конструкция значительно сокращает количество необходимых входных/выходных выводов от управляющего микроконтроллера или схемы, что делает его компактным и экономически эффективным решением для многоразрядных индикаторов. Последовательно активируя каждую цифру с высокой частотой, все четыре цифры кажутся человеческому глазу постоянно светящимися — это стандартная техника для мультиплексных светодиодных дисплеев. LTC-5723JD классифицируется по световой интенсивности, то есть устройства сортируются и продаются в соответствии с определёнными диапазонами яркости, что позволяет разработчикам выбирать компоненты, отвечающие точным требованиям приложения по однородности или минимальным порогам яркости.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

Дисплей предлагает несколько явных преимуществ, делающих его подходящим для широкого спектра промышленных, коммерческих и измерительных применений.

• Оптические характеристики:Обеспечивает высокую яркость и высокий контраст, гарантируя отличный внешний вид символов и читаемость даже в ярко освещённых помещениях. Широкий угол обзора позволяет чётко считывать информацию с дисплея с различных позиций, а не только прямо напротив.
• Электрическая эффективность:Устройство имеет низкое энергопотребление на сегмент, что способствует снижению общего энергопотребления системы. Использование высокоэффективной технологии AlInGaP является ключевым для достижения таких показателей.
• Конструкция и надёжность:Имеет непрерывные однородные сегменты, что обеспечивает чистый, профессиональный эстетический вид без видимых разрывов в светящихся полосах. Будучи твердотельным устройством, оно предлагает превосходную надёжность и долговечность по сравнению с механическими или вакуумными дисплеями, не имеет движущихся частей или нитей накала, которые могут изнашиваться.
• Физические характеристики:При высоте цифры 0.56 дюйма (14.2 мм) он обеспечивает большое, легко читаемое числовое отображение, подходящее для панельных измерителей, испытательного оборудования и других устройств, где данные необходимо контролировать на расстоянии.

2. Технические характеристики и объективная интерпретация

В этом разделе представлен подробный объективный анализ электрических, оптических и физических параметров, указанных в спецификации. Понимание этих характеристик имеет решающее значение для правильного проектирования схемы и обеспечения надёжной работы в пределах возможностей устройства.

2.1 Абсолютные максимальные значения

Эти значения определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или близко к ним не гарантируется, и в нормальном использовании её следует избегать.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальное количество мощности, которое может безопасно рассеиваться в виде тепла одним светодиодным сегментом при любых условиях.
• Пиковый прямой ток на сегмент:90 мА. Этот ток допустим только в импульсном режиме со скважностью 1/10 и длительностью импульса 0.1 мс. Он используется для достижения очень высокой мгновенной яркости, например, в мультиплексных схемах.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Это значение линейно уменьшается выше 25°C со скоростью 0.28 мА/°C. Для надёжной долгосрочной работы непрерывный ток должен быть снижен при увеличении температуры окружающей среды, чтобы предотвратить перегрев.
• Обратное напряжение на сегмент:5 В. Приложение обратного напряжения больше этого значения может привести к пробою светодиодного перехода.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленные температурные диапазоны.
• Температура пайки:Максимум 260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки. Это критически важно для процессов волновой или конвекционной пайки, чтобы предотвратить тепловое повреждение светодиодных чипов или корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры обычно измеряются при температуре окружающей среды (Ta) 25°C и определяют нормальную рабочую производительность устройства.

• Средняя сила света (I_V):340 мккд (мин.), 700 мккд (тип.) при прямом токе (I_F) 1 мА. Это мера воспринимаемой яркости сегмента. Широкий диапазон указывает на то, что устройство доступно в различных группах (бинах) по яркости.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):650 нм (тип.) при I_F=20 мА. Это длина волны, на которой оптическая выходная мощность наибольшая, что помещает её в ярко-красную часть видимого спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):20 нм (тип.) при I_F=20 мА. Это указывает на спектральную чистоту; меньшее значение означает более монохроматический (чистый цвет) выход.
• Доминирующая длина волны (λ_d):639 нм (тип.) при I_F=20 мА. Это единственная длина волны, которая наилучшим образом представляет воспринимаемый цвет света.
• Прямое напряжение (V_F):2.1 В (тип.), 2.6 В (макс.) при I_F=20 мА. Это падение напряжения на светодиоде при работе. Оно имеет решающее значение для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток (I_R):100 мкА (макс.) при обратном напряжении (V_R) 5 В. Это небольшой ток утечки, который протекает, когда светодиод смещён в обратном направлении в пределах своего максимального значения.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):2:1 (макс.) при I_F=1 мА. Это определяет максимально допустимое отклонение яркости между различными сегментами одного устройства, обеспечивая визуальную однородность.

Примечание по измерению:Сила света измеряется с использованием комбинации датчика и фильтра, аппроксимирующей кривую спектральной чувствительности глаза CIE, что гарантирует соответствие значений восприятию яркости человеком.

3. Объяснение системы бининга

В спецификации указано, что устройство \"классифицировано по силе света\". Это относится к распространённой практике в производстве светодиодов, известной как бининг.

• Бининг по силе света:Из-за присущих вариаций в процессе производства полупроводников светодиоды из одной производственной партии могут иметь слегка разную яркость. Производители тестируют и сортируют (биннируют) эти светодиоды в группы на основе измеренной силы света при стандартном испытательном токе (например, 1 мА). LTC-5723JD доступен с минимальной интенсивностью 340 мккд и типичной 700 мккд. Конкретные коды заказа или суффиксы, вероятно, соответствуют различным бинам яркости (например, стандартный бин и бин высокой яркости). Разработчики могут указывать требуемый бин, чтобы обеспечить единообразие нескольких дисплеев в продукте или соответствие минимальному требованию по яркости.
• Бининг по длине волны/цвету:Хотя в предоставленном отрывке это явно не детализировано, светодиоды AlInGaP также могут быть рассортированы по доминирующей или пиковой длине волны, чтобы обеспечить одинаковый оттенок красного на всех сегментах и устройствах. Жёсткие типичные значения для λ_p(650 нм) и λ_d(639 нм) указывают на хорошую внутреннюю цветовую однородность.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются \"Типичные электрические/оптические характеристические кривые\". Хотя конкретные графики не приведены в тексте, стандартные кривые для таких устройств обычно включают:

• Зависимость прямого тока от прямого напряжения (кривая I_F-V_F):Эта нелинейная кривая показывает, какое напряжение требуется для достижения заданного прямого тока. Это важно для проектирования схемы драйвера, особенно для драйверов постоянного тока.
• Зависимость силы света от прямого тока (кривая I_V-I_F):Эта кривая показывает, как яркость увеличивается с током. Обычно она линейна в определённом диапазоне, но насыщается при очень высоких токах. Она помогает определить рабочий ток, необходимый для достижения желаемого уровня яркости.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды (кривая I_V-T_a):Это показывает, как яркость уменьшается с ростом температуры окружающей среды (или перехода). Это снижение номинальных значений критически важно для применений, работающих в условиях высоких температур.
• Относительная интенсивность в зависимости от длины волны (спектр):График, показывающий распределение светового выхода по различным длинам волн, с центром вокруг пиковой длины волны излучения. Он определяет цветовые характеристики светодиода.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Механический чертёж предоставляет критические размеры для проектирования посадочного места на печатной плате и вырезов на панели. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Ключевые особенности включают общую длину, ширину и высоту корпуса, расстояние между цифрами, размер и положение монтажных выводов, а также расположение десятичной точки относительно цифр. Разработчики должны строго соблюдать эти размеры, чтобы обеспечить правильную физическую установку и выравнивание при окончательной сборке изделия.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

Устройство имеет 12-выводную конфигурацию. Внутренняя схема показывает мультиплексную архитектуру с общим катодом.

• Распиновка:
  
  1: Анод E
  
  2: Анод D
  
  3: Анод DP (Десятичная точка)
  
  4: Анод C
  
  5: Анод G
  
  6: Общий катод (Цифра 4)
  
  7: Анод B
  
  8: Общий катод (Цифра 3)
  
  9: Общий катод (Цифра 2)
  
  10: Анод F
  
  11: Анод A
  
  12: Общий катод (Цифра 1)
• Архитектура схемы:Все аналогичные аноды сегментов (например, все сегменты \"A\" от цифр 1-4) соединены внутри с одним выводом. Каждая цифра имеет свой собственный выделенный вывод общего катода. Чтобы зажечь определённый сегмент на определённой цифре, соответствующий анодный вывод должен быть переведён в высокий уровень (или подключён к источнику тока), а соответствующий катодный вывод цифры должен быть переведён в низкий уровень (подключён к земле). Такая структура сокращает количество необходимых линий управления с 32 (4 цифры * 8 сегментов) до всего 12 (7 анодов сегментов + 1 анод DP + 4 катода цифр).

6. Рекомендации по пайке и сборке

Соблюдение указанного профиля пайки обязательно для предотвращения повреждений.

• Параметры конвекционной пайки:Максимально допустимая температура на выводе/паяном соединении составляет 260°C, и эта температура не должна поддерживаться более 3 секунд. Профиль должен быть спроектирован так, чтобы оставаться в этих пределах. Предварительный нагрев необходим для минимизации теплового удара.
• Ручная пайка:Если необходима ручная пайка, следует использовать паяльник с регулируемой температурой. Время контакта на вывод должно быть сведено к минимуму, в идеале до менее 3 секунд, с использованием жала с низкой теплоёмкостью.
• Очистка:Используйте только чистящие средства, совместимые с пластиковой лицевой панелью дисплея и эпоксидными материалами. Следует избегать агрессивных растворителей.
• Условия хранения:Устройство должно храниться в оригинальном влагозащитном пакете в среде в пределах диапазона температур хранения (от -35°C до +85°C) и при низкой влажности. Если пакет был вскрыт, устройства должны быть использованы в течение определённого периода времени или просушены перед пайкой, если они впитали влагу.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Контрольно-измерительное оборудование:Цифровые мультиметры, осциллографы, источники питания и частотомеры.
• Промышленные системы управления и приборы:Панельные измерители для контроля температуры, давления, расхода и уровня; технологические таймеры; счётчики.
• Потребительская и коммерческая электроника:POS-системы, весы, радиобудильники и дисплеи бытовой техники.
• Автомобильная вторичная продукция:Приборные панели и диагностические инструменты (при соответствии экологическим спецификациям).

7.2 Соображения по проектированию и схемы управления

• Мультиплексный драйвер:Почти всегда требуется микроконтроллер или специализированная микросхема драйвера дисплея (например, MAX7219, TM1637). Прошивка или аппаратное обеспечение должны быстро переключать четыре цифры (обычно >100 Гц), чтобы избежать видимого мерцания.
• Ограничение тока:Каждая анодная или катодная линия должна иметь соответствующий токоограничивающий резистор или управляться источником постоянного тока. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для питания 5В и целевого тока I_F10 мА с типичным V_F2.1В, R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290 Ом. Подойдёт резистор 270 Ом или 330 Ом.
• Рассеиваемая мощность:Рассчитайте общую мощность для наихудшего сценария (все сегменты одной цифры включены). При 8 сегментах по 10 мА каждый и V_F=2.1В, мощность на цифру составляет 8 * 0.01 * 2.1 = 0.168 Вт. Убедитесь, что схема драйвера может это выдержать.
• Угол обзора и монтаж:Расположите дисплей за вырезом панели так, чтобы рамка не ограничивала широкий угол обзора. Обеспечьте равномерную поддержку сзади, чтобы избежать нагрузки на выводы.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с другими технологиями отображения и типами светодиодов:

• по сравнению с ЖК-дисплеями:Светодиоды являются излучающими (сами производят свет), предлагая превосходную яркость, более широкие углы обзора и лучшую производительность в условиях низких температур. Им не требуется подсветка. Однако они обычно потребляют больше энергии, чем отражающие ЖК-дисплеи, и имеют фиксированный цвет.
• по сравнению с другими цветами светодиодов (GaAsP, GaP):Технология AlInGaP, используемая в LTC-5723JD, обеспечивает значительно более высокую световую эффективность и лучшую температурную стабильность, чем старые материалы красных светодиодов, такие как GaAsP, что приводит к более ярким дисплеям с более стабильным цветом при изменении температуры.
• по сравнению с одноразрядными или меньшими дисплеями:Интеграция четырёх цифр в одном корпусе экономит место на печатной плате, сокращает время сборки и повышает точность выравнивания по сравнению с использованием четырёх отдельных одноразрядных индикаторов.
• по сравнению с дисплеями с общим анодом:Выбор между общим катодом и общим анодом часто определяется микросхемой драйвера или схемой микроконтроллера. Общий катод часто используется с микроконтроллерами, которые хорошо отдают ток, но хуже принимают, так как они могут подавать ток на аноды и использовать NPN-транзисторы или N-канальные MOSFET для стока более высоких катодных токов.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

• В: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью микроконтроллера на 3.3В?
  
  О: Да, но вы должны проверить прямое напряжение. При более низком токе управления (например, 5 мА) V_Fможет составлять около 2.0В, оставляя 1.3В для токоограничивающего резистора, что достаточно. Возможно, вам потребуется уменьшить целевой ток для поддержания яркости или использовать драйверную микросхему, которая может повышать напряжение на сегментах.
• В: Почему пиковый ток (90 мА) намного выше, чем непрерывный ток (25 мА)?
  
  О: Светодиоды могут выдерживать очень короткие импульсы высокого тока без перегрева, потому что тепловая масса чипа предотвращает быстрое повышение температуры. Это используется в мультиплексировании, где каждая цифра включена только 25% времени (скважность 1/4). Пиковый ток 40-50 мА при скважности 25% может сделать дисплей намного ярче, чем работа при непрерывном токе 25 мА.
• В: Что означает \"коэффициент соответствия силы света 2:1\" на практике?
  
  О: Это означает, что в пределах одного устройства самый тусклый сегмент будет не менее чем в два раза ярче самого яркого сегмента при одинаковых условиях испытаний. Это обеспечивает визуальную однородность дисплея. Для критических применений может потребоваться указание более жёсткого бина (например, 1.5:1).
• В: Как рассчитать частоту обновления для мультиплексирования?
  
  О: Весь цикл включения всех четырёх цифр должен завершаться с частотой, достаточно высокой, чтобы избежать мерцания, обычно >60-100 Гц. Следовательно, период для каждой цифры составляет 1/(Частота обновления * Количество цифр). Для частоты обновления 100 Гц и 4 цифр каждая цифра включена в течение 1/400с = 2.5 мс. Таймер микроконтроллера должен переключать цифры каждые 2.5 мс.

10. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование простого 4-разрядного вольтметра.

Разработчик создаёт вольтметр постоянного тока 0-30В. Аналоговое напряжение считывается АЦП микроконтроллера. Микроконтроллер должен управлять дисплеем LTC-5723JD.

1. Аппаратное проектирование:Входы/выходы микроконтроллера подключены к 8 анодным линиям (A-G, DP) через токоограничивающие резисторы 330 Ом. Четыре других вывода ввода/вывода подключены к базам четырёх NPN-транзисторов (например, 2N3904). Коллекторы этих транзисторов подключены к четырём катодным выводам (Цифры 1-4), а эмиттеры — к земле. Для каждого транзистора используется базовый резистор (например, 4.7 кОм).
2. Логика прошивки:Прошивка преобразует показания АЦП в четыре отдельные цифры. Она входит в процедуру прерывания таймера, работающую на частоте 400 Гц. В каждом прерывании она выключает все транзисторы цифр. Затем она устанавливает анодные линии (через порт или сдвиговый регистр) в соответствии с шаблоном сегментов для следующей цифры в последовательности. Наконец, она включает транзистор для этой конкретной цифры. Этот цикл повторяется непрерывно.
3. Управление яркостью:Яркость дисплея можно регулировать двумя способами: 1) Изменением значения токоограничивающих резисторов (меньшее сопротивление = больший ток = ярче), оставаясь в пределах максимальных значений. 2) Использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на линиях разрешения цифр в рамках процедуры мультиплексирования, эффективно изменяя скважность для всех цифр одновременно.

11. Принцип работы

Основной принцип работы основан на электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее напряжение включения диода (примерно 2.1В для этого материала AlInGaP), электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. В прямозонном полупроводнике, таком как AlInGaP, эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава Al_xIn_yGa_1-x-yP определяет ширину запрещённой зоны и, следовательно, длину волны (цвет) излучаемого света, который для этого устройства находится в красном спектре. Непрозрачная подложка GaAs поглощает любое излучение, направленное вниз, улучшая контраст, предотвращая внутренние отражения, которые могли бы подсветить неактивные сегменты.

12. Технологические тренды

Хотя технология AlInGaP, представленная в этой спецификации, является зрелой и высоконадёжной, более широкая область технологий отображения продолжает развиваться. Тренды включают разработку ещё более эффективных материалов, таких как материалы на основе нитрида галлия (GaN) для синего и зелёного цветов, которые сейчас доминируют. Для многоразрядных числовых индикаторов наблюдается тенденция к полностью интегрированным модулям со встроенными контроллерами, интерфейсами I2C или SPI, а иногда даже со встроенными шрифтами и специальными символами, что упрощает проектирование. Кроме того, матричные OLED-дисплеи и микро-светодиодные дисплеи предлагают потенциально большую гибкость для отображения буквенно-цифровой и графической информации в аналогичных форм-факторах. Однако для применений, требующих простого, яркого, прочного и экономически эффективного числового отображения, специализированные семисегментные светодиодные индикаторы, такие как LTC-5723JD, остаются высоко жизнеспособным и популярным решением благодаря своей проверенной производительности, простоте и отличной читаемости.