Техническая документация датчика внешней освещенности ALS-PD70-01C/TR7 - Размер 4.4x3.9x1.2мм - Напряжение 2.5В до 5.5В

1. Обзор продукта

ALS-PD70-01C/TR7 — это датчик внешней освещенности для поверхностного монтажа. Он состоит из фотодиода, размещенного в миниатюрном SMD-корпусе из прозрачного материала с плоской верхней поверхностью. Этот датчик представляет собой эффективное решение для экономии энергии в приложениях управления подсветкой дисплеев мобильных устройств, таких как телефоны и КПК. Ключевой особенностью является высокий коэффициент подавления инфракрасного излучения, что обеспечивает спектральную характеристику, близкую к чувствительности человеческого глаза.

1.1 Ключевые преимущества

• Спектральная характеристика, близкая к человеческому глазу.
• Низкая вариация чувствительности при различных источниках света.
• Широкий диапазон рабочих температур от -40°C до +85°C.
• Широкий диапазон напряжения питания от 2.5В до 5.5В.
• Компактные размеры: 4.4мм (Д) x 3.9мм (Ш) x 1.2мм (В).
• Соответствует стандартам RoHS, EU REACH и Halogen-Free (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Целевой рынок и области применения

Данный датчик в первую очередь ориентирован на портативные и энергоэффективные электронные устройства. Основные области применения включают:

• Детектирование внешней освещенности для управления подсветкой TFT LCD дисплеев с целью экономии энергии.
• Автоматические системы управления освещением в жилых и коммерческих помещениях.
• Автоматическое усиление контрастности для электронных вывесок.
• Устройства мониторинга внешней освещенности как при дневном, так и при искусственном свете.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Эти характеристики определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа за пределами этих условий не рекомендуется.

• Напряжение обратного пробоя (V_BR): 35 В (при I_R=100мкА). Это максимальное обратное напряжение, которое фотодиод может выдержать до пробоя.
• Прямое напряжение (V_F): от 0.5 В до 1.3 В (при I_F=10мА). Это падение напряжения на диоде при прямом смещении, что актуально для тестирования, но не характерно для работы в фотопроводящем режиме.
• Рабочая температура (T_opr): от -40°C до +85°C.
• Температура хранения (T_stq): от -40°C до +85°C.
• Температура пайки (T_sol): 260°C. Этот параметр критически важен для процессов пайки оплавлением.

2.2 Рекомендуемые условия эксплуатации

Устройство предназначено для работы в следующих условиях для обеспечения заявленных характеристик.

• Рабочая температура (T_opr): от -40°C до +85°C.

2.3 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измерены при T_a=25°C и определяют основные характеристики датчика.

• Темновой ток (I_D): Тип. 2 нА, Макс. 10 нА (при V_R=5В, E_V=0 Люкс). Это небольшой ток утечки при отсутствии света. Более низкое значение предпочтительнее для чувствительности в условиях низкой освещенности.
• Фототок (I_L1): Тип. 1.1 мкА (при V_R=5В, E_V=100 Люкс, белый флуоресцентный/светодиодный свет). Это фототок, генерируемый при заданной освещенности.
• Фототок (I_L2): Тип. 9.5 мкА (при V_R=5В, E_V=1000 Люкс, белый флуоресцентный/светодиодный свет).
• Фототок (I_L3): Тип. 12 мкА (при V_R=5В, E_V=1000 Люкс, стандартный источник света CIE-A / лампа накаливания 2856K). Разница между I_L2и I_L3подчеркивает различную реакцию датчика на спектры разных источников света.
• Длина волны пиковой чувствительности (λ_p): Тип. 630 нм. Это подтверждает, что пик чувствительности датчика находится в видимой красно-оранжевой области, что соответствует чувствительности человеческого глаза.
• Диапазон длин волн чувствительности (λ): от 390 нм до 700 нм. Это покрывает большую часть видимого спектра света с сильным подавлением инфракрасного (ИК) и ультрафиолетового (УФ) излучения.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены несколько типичных электрооптических характеристических кривых, которые имеют решающее значение для инженеров-проектировщиков.

3.1 Фототок в зависимости от освещенности

Эта кривая показывает зависимость выходного фототока от уровня внешней освещенности (в Люксах). Обычно она линейна в широком диапазоне, что позволяет легко калибровать уровни освещенности в приложении. Наклон этой кривой представляет собой чувствительность датчика.

3.2 Темновой ток в зависимости от температуры

Этот график иллюстрирует, как темновой ток (I_D) увеличивается с температурой. Поскольку темновой ток действует как шум, понимание этой зависимости жизненно важно для приложений, работающих в экстремальных температурных условиях, чтобы обеспечить точные показания при низкой освещенности.

3.3 Фототок в зависимости от температуры

Эта кривая показывает изменение фототока с температурой при фиксированной освещенности. Некоторая температурная зависимость ожидаема, и эти данные необходимы для проектирования схем с температурной компенсацией, если требуется высокая точность во всем рабочем диапазоне.

3.4 Фототок в зависимости от напряжения питания

Этот график демонстрирует стабильность выходного фототока в рекомендуемом диапазоне напряжения питания (от 2.5В до 5.5В). Стабильный выходной сигнал при изменении напряжения упрощает проектирование источника питания.

3.5 Спектральная характеристика

Это один из самых важных графиков. На нем отображена относительная чувствительность датчика в зависимости от длины волны. Кривая должна достигать пика около 630 нм (как указано) и показывать резкий спад после 700 нм, что подтверждает эффективное подавление ИК-излучения. Сравнение этой кривой с функцией световой эффективности CIE (стандартная реакция человеческого глаза) визуально подтверждает утверждение о "близости к реакции человеческого глаза".

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

Датчик поставляется в корпусе для поверхностного монтажа. Ключевые размеры:

• Длина (L): 4.4 мм ±0.1 мм
• Ширина (W): 3.9 мм ±0.1 мм
• Высота (H): 1.2 мм

Подробные механические чертежи в техническом описании предоставляют точные размеры для проектирования посадочного места, включая размер и расстояние между контактными площадками, что критически важно для разводки печатной платы и надежности паяных соединений.

4.2 Идентификация полярности

На чертеже в техническом описании указаны обозначения катода и анода на корпусе. Правильная ориентация полярности во время сборки необходима для корректной работы схемы.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

5.1 Параметры пайки оплавлением

Предельная характеристика для температуры пайки составляет 260°C. Это означает, что устройство может выдерживать типичные профили бессвинцовой пайки оплавлением. Проектировщики должны следовать стандартным практикам пайки SMD-компонентов оплавлением, обеспечивая, чтобы пиковая температура не превышала 260°C, а время выше температуры ликвидуса контролировалось в соответствии со спецификациями сборки печатной платы.

5.2 Обращение и хранение

Устройство должно храниться в оригинальной влагозащитной упаковке при указанных условиях температуры хранения (от -40°C до +85°C). Во время обращения и сборки следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ESD).

6. Информация об упаковке и заказе

6.1 Спецификации упаковки

• Стандартная упаковка: 1000 штук в объеме/пакете.
• Упаковка в коробку: 10 коробок в картонной коробке.
• Упаковка на катушке: Доступно 1000 штук на катушке для автоматической сборки методом pick-and-place.

6.2 Формат маркировки и прослеживаемость

Маркировка на упаковке включает поля для прослеживаемости и идентификации:

• CPN (Номер продукта заказчика)
• P/N (Номер продукта: ALS-PD70-01C/TR7)
• QTY (Количество в упаковке)
• CAT (Категория/ранг - возможно, для сортировки по характеристикам)
• HUE (Пиковая длина волны)
• REF (Ссылка)
• LOT No (Номер партии для прослеживаемости)

7. Особенности проектирования приложений

7.1 Типовая схема включения

Датчик работает в фотопроводящем режиме. Типичная схема включения предполагает подключение фотодиода в обратном смещении (катод к V_CC, анод к трансимпедансному усилителю или стягивающему резистору). Генерируемый ток пропорционален интенсивности света. Этот ток можно преобразовать в напряжение с помощью резистора или более сложного трансимпедансного усилителя (TIA) на основе операционного усилителя для лучшей чувствительности и полосы пропускания.

7.2 Примечания по проектированию

• Смещение: Убедитесь, что напряжение обратного смещения (V_R) находится в диапазоне от 2.5В до 5.5В. Для стабильных показаний рекомендуется стабильное питание.
• Обработка сигнала: Выходной сигнал представляет собой небольшой ток (микроамперы). Требуется тщательная разводка печатной платы для минимизации наводок. Защита датчика от прямых источников ИК-излучения (таких как солнечный свет или лампы накаливания) может повысить точность благодаря его способности подавлять ИК-излучение, но некоторая спектральная зависимость остается (как видно из сравнения I_L2и I_L3).
• Калибровка: Из-за типичных вариаций и нелинейного восприятия яркости человеком, калибровка конечного продукта по известному источнику света часто необходима для точного измерения в люксах.
• Оптическое проектирование: Корпус с "прозрачной" плоской верхней поверхностью может потребовать использования световода или рассеивателя в конечном продукте, чтобы датчик получал репрезентативную выборку внешнего освещения и не подвергался влиянию точечных источников или теней.

8. Техническое сравнение и отличия

ALS-PD70-01C/TR7 выделяется благодаря сочетанию ключевых особенностей:

• Реакция, подобная человеческому глазу: В отличие от простых фотодиодов, его фильтрованная характеристика сводит к минимуму чувствительность к ИК-излучению, делая его выходной сигнал более пригодным для задач восприятия яркости без сложной программной коррекции.
• Широкий диапазон напряжения: Диапазон от 2.5В до 5.5В позволяет использовать его напрямую как с 3.3В, так и с 5В логическими системами, распространенными в микроконтроллерах, устраняя необходимость в сдвигателе уровня или стабилизаторе.
• Надежная работа при различных температурах: Заявленный рабочий диапазон от -40°C до +85°C делает его пригодным для автомобильных, промышленных и уличных применений, выходящих за рамки типичной потребительской электроники.
• Соответствие стандартам: Полное соответствие современным экологическим нормам (RoHS, REACH, Halogen-Free) является обязательным требованием для большинства мировых рынков сегодня.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 Насколько точны измерения освещенности в люксах с этим датчиком?

Датчик обеспечивает фототок, пропорциональный интенсивности света. Для точного измерения в люксах необходима калибровка по эталонному люксметру при конкретном типе источника света (например, дневной свет, флуоресцентный, светодиодный), используемого в приложении. Техническое описание предоставляет типичные отклики при разных источниках (см. I_L2и I_L3), подчеркивая присущую любому датчику света спектральную зависимость.

9.2 Можно ли использовать его на улице под прямыми солнечными лучами?

Хотя рабочий температурный диапазон это позволяет, прямой солнечный свет содержит очень много ИК-излучения. Способность датчика подавлять ИК-излучение помогает, но уровень освещенности под прямым солнцем (часто >50 000 Люкс) может насытить датчик или следующий каскад усилителя. Потребуется оптический аттенюатор (нейтральный фильтр) или тщательный выбор диапазона в схеме обработки сигнала.

9.3 Для чего на маркировке указаны "CAT" и "HUE"?

Вероятно, они указывают на сортировку по характеристикам. "CAT" (Категория/Ранг) может сортировать устройства по чувствительности фототока (например, более высокий/низкий выходной сигнал при стандартных условиях испытаний). "HUE" (Пиковая длина волны) сортирует устройства по точной длине волны пиковой спектральной чувствительности (около типичных 630 нм). Это позволяет производителям выбирать датчики с более точным соответствием характеристик для крупносерийного производства.

10. Пример практического применения

Сценарий: Автоматическое затемнение подсветки для мобильного устройства

ALS-PD70-01C/TR7 размещается за небольшим отверстием или световодом на рамке устройства. Он подключается к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера через простой резистор. Прошивка микроконтроллера периодически считывает напряжение, которое соответствует уровню внешней освещенности. На основе предварительно запрограммированной таблицы соответствий или алгоритма (часто имитирующего логарифмическую кривую восприятия человека) микроконтроллер регулирует скважность ШИМ (широтно-импульсной модуляции), управляющую светодиодной подсветкой дисплея. В темной комнате подсветка приглушается для экономии энергии и снижения нагрузки на глаза. При ярком солнечном свете она увеличивается до максимума для удобочитаемости. Быстрый отклик датчика и спектральная чувствительность, подобная человеческому глазу, обеспечивают плавную и естественную регулировку при различных условиях освещения (офисное флуоресцентное, домашнее светодиодное, уличное солнечное).

11. Принцип работы

Устройство представляет собой кремниевый фотодиод. Когда фотоны с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны кремния, попадают на полупроводниковый переход, они генерируют электрон-дырочные пары. Под действием напряжения обратного смещения эти носители заряда перемещаются через переход, создавая измеримый фототок, линейно пропорциональный интенсивности падающего света (в широком диапазоне). Корпус содержит оптический фильтр, ослабляющий инфракрасные длины волн, формируя спектральную характеристику, приближенную к фотопической реакции человеческого глаза.

12. Тенденции в отрасли

Детектирование внешней освещенности — это зрелая, но развивающаяся технология. Текущие тенденции включают:

• Интеграция: Объединение фотодиода, усилителя, АЦП и цифровой логики (интерфейс I2C/SPI) в один чип для создания цифровых датчиков света. Это упрощает проектирование, но может идти в ущерб некоторым характеристикам или гибкости.
• Датчик приближения: Часто используется в паре с ИК-светодиодом для создания датчика приближения, применяемого, например, для отключения дисплея во время телефонного разговора.
• Детектирование мерцания: Продвинутые датчики могут определять частоту мерцания искусственного света (например, от светодиодов или люминесцентных ламп), что позволяет камерам регулировать выдержку и уменьшать эффект полос.
• Сверхнизкое энергопотребление: Для постоянно работающих приложений в устройствах Интернета вещей востребованы датчики с током покоя на уровне наноампер.

ALS-PD70-01C/TR7 представляет собой высокопроизводительное дискретное решение, предлагающее гибкость проектирования и оптимизированные аналоговые характеристики для приложений, где эти факторы важнее интеграции.