Техническая документация LTC-5689TBZ - Синий 7-сегментный светодиодный индикатор - Высота цифры 0.56 дюйма - Прямое напряжение 3.6В - InGaN чип

1. Обзор продукта

LTC-5689TBZ — это высокопроизводительный трехразрядный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль. Он разработан для применений, требующих четкого, яркого числового отображения с отличной видимостью. Основным компонентом этого дисплея является синий светодиодный чип InGaN (нитрид индия-галлия), эпитаксиально выращенный на сапфировой подложке, что обеспечивает стабильное и эффективное излучение света. Ключевой интегрированной особенностью является стабилитрон для каждого сегмента, обеспечивающий защиту от скачков обратного напряжения, что является критическим фактором для повышения долгосрочной надежности дисплея в условиях электрических помех.

Дисплей имеет черный лицевой экран с белыми сегментами, создавая высококонтрастный вид, который значительно улучшает читаемость при различных условиях освещения. Он классифицируется как дисплей с общим анодом, что является стандартной конфигурацией для мультиплексированных схем управления, обычно используемых в системах на базе микроконтроллеров. Устройство соответствует директиве RoHS (Ограничение использования опасных веществ), что гарантирует его производство из бессвинцовых материалов.

1.1 Основные преимущества и целевой рынок

Основные преимущества LTC-5689TBZ проистекают из его оптоэлектронной конструкции и надежной конструкции. Использование технологии InGaN обеспечивает высокую яркость и стабильный синий цвет с доминирующей длиной волны, обычно около 470-475 нм. Непрерывные, однородные сегменты обеспечивают профессиональный и бесшовный вид символов, что крайне важно для пользовательских интерфейсов в потребительской электронике, промышленных панелях управления, приборах и испытательном оборудовании.

Его низкое энергопотребление делает его подходящим для устройств с питанием от батарей или энергоэффективных устройств. Широкий угол обзора гарантирует, что дисплей остается читаемым даже при взгляде сбоку, расширяя его применимость в панельных приложениях. Надежность светодиодов в сочетании с дополнительной защитой стабилитроном делает этот дисплей долговечным выбором для применений, требующих длительного срока службы и стабильности.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Понимание предельных эксплуатационных параметров необходимо для предотвращения выхода устройства из строя при проектировании и эксплуатации схемы. Эти параметры определяют пределы, за которыми может произойти необратимое повреждение.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальная мощность, которая может безопасно рассеиваться в виде тепла одним светящимся сегментом при непрерывной работе.
• Пиковый прямой ток на сегмент:100 мА. Этот ток допустим только в импульсном режиме с коэффициентом заполнения 1/10 и длительностью импульса 0.1 мс. Его не следует использовать для расчета нормальных рабочих условий.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:20 мА при 25°C. Это рекомендуемый максимальный ток для стандартной работы. Применяется линейный коэффициент снижения 0.21 мА/°C по мере увеличения температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C. Например, при 50°C максимальный непрерывный ток составит приблизительно 20 мА - (0.21 мА/°C * 25°C) = 14.75 мА.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленные температурные диапазоны.
• Условия пайки:Устройство выдерживает процессы волновой пайки или оплавления, при которых температура припоя на расстоянии 1/16 дюйма (приблизительно 1.6 мм) ниже плоскости установки составляет 260°C в течение максимум 3 секунд.

2.2 Электрические и оптические характеристики (Ta=25°C)

Эти параметры измеряются в определенных тестовых условиях и представляют типичные характеристики устройства.

• Средняя сила света (Iv):5400 - 9000 мккд (микрокандел) при прямом токе (IF) 10 мА. Такой широкий диапазон указывает на то, что устройство сортируется или классифицируется по интенсивности. Конструкторам необходимо учитывать это различие при стремлении к одинаковой яркости нескольких устройств или дисплеев.
• Прямое напряжение на сегмент (VF):3.3В (мин.), 3.6В (тип.) при IF=20 мА. Этот параметр критически важен для расчета значения токоограничивающего резистора. При использовании стандартного источника питания 5В значение резистора будет R = (Vcc - VF) / IF = (5В - 3.6В) / 0.020А = 70 Ом. Для надежности и учета вариаций VF часто используется немного большее значение (например, 75-100 Ом).
• Пиковая длина волны излучения (λp):468 нм (тип.). Это длина волны, на которой интенсивность излучаемого света максимальна.
• Доминирующая длина волны (λd):470 - 475 нм (тип.). Это длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, и она определяет цвет светодиода.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):25 нм (тип.). Это указывает на спектральную чистоту; меньшее значение означает более монохроматический свет.
• Обратный ток на сегмент (IR):100 мкА (макс.) при обратном напряжении (VR) 5В.Важное примечание:Это тестовое условие предназначено только для контроля качества (тест IR). Устройство НЕ предназначено для непрерывной работы при обратном смещении. Интегрированный стабилитрон предназначен для защиты от переходных процессов, а не для работы в режиме постоянного обратного напряжения.
• Коэффициент соответствия силы света:2:1 (макс.). Этот параметр определяет максимально допустимое соотношение между самым ярким и самым тусклым сегментами в пределах одной цифры или на аналогичных освещенных участках, обеспечивая визуальную однородность.

3. Система сортировки и категоризации

В техническом описании явно указано, что устройство \"Классифицировано по силе света.\" Это распространенная практика в производстве светодиодов для группировки продуктов на основе измеренных параметров производительности.

• Сортировка по силе света:Диапазон Iv 5400-9000 мккд предполагает наличие нескольких категорий интенсивности. Для применений, требующих одинаковой яркости (например, многоразрядные дисплеи или панели с несколькими устройствами), рекомендуется указывать более узкую категорию или закупать устройства из одной производственной партии.
• Сортировка по длине волны/цвету:Хотя явно не детализировано с кодами, типичный диапазон λd 470-475 нм подразумевает возможную сортировку по цвету. Постоянная доминирующая длина волны является ключевой для однородного цветового вида.
• Сортировка по прямому напряжению:Диапазон VF (от 3.3В до 3.6В) также может подвергаться категоризации, что может повлиять на конструкцию источника питания и тепловое управление в больших массивах.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании упоминаются \"Типичные электрические/оптические характеристические кривые.\" Хотя конкретные графики не приведены в отрывке, стандартные кривые светодиодов могут быть выведены и являются критически важными для проектирования.

• Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика):Светодиод имеет экспоненциальную зависимость тока от напряжения. Указанное VF при 20 мА дает одну точку на этой кривой. Кривая показывает напряжение включения и то, как ток быстро увеличивается с напряжением выше этой точки, подчеркивая необходимость токоограничивающих механизмов.
• Зависимость силы света от прямого тока (Свето-токовая характеристика):Световой выход, как правило, пропорционален прямому току, но может насыщаться при высоких токах из-за тепловых эффектов. Работа при рекомендуемом токе 20 мА или ниже обеспечивает линейность и долговечность.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды:Световой выход светодиода уменьшается с увеличением температуры перехода. Снижение непрерывного тока (0.21 мА/°C) напрямую связано с управлением этим тепловым эффектом для поддержания яркости и надежности.
• Спектральное распределение:График показал бы относительную интенсивность излучаемого света в зависимости от длины волны, с центром около 470-475 нм и типичной полушириной 25 нм.

5. Механическая информация, корпус и распиновка

5.1 Габаритные размеры корпуса

Высота цифры дисплея составляет 0.56 дюйма (14.2 мм). Все механические размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Особое примечание упоминает допуск смещения кончика вывода +0.4 мм, что важно для проектирования посадочного места на печатной плате, чтобы обеспечить правильное выравнивание и паяемость.

5.2 Внутренняя схема и подключение выводов

Внутренняя схема раскрывает архитектуру: каждый сегмент (A-G, DP1-5) представляет собой отдельный синий светодиодный чип InGaN, включенный последовательно со стабилитроном. Все эти пары светодиод-стабилитрон имеют общее анодное соединение на цифру. Распиновка следующая:

• Выводы 1-7: Катоды для сегментов A, B, C, D, E, F, G соответственно.
• Вывод 8: Общий катод для трех правых десятичных точек (DP1, DP2, DP3).
• Выводы 9, 10, 11: Общие аноды для Цифры 3, Цифры 2 и Цифры 1 соответственно. Это точка питания для каждой цифры.
• Вывод 12: Общий анод для двух левых десятичных точек (DP4, DP5).
• Выводы 13, 14: Катоды для DP5 и DP4 соответственно.

Такая конфигурация идеально подходит для мультиплексирования. Последовательно подавая напряжение HIGH на общие аноды (выводы 9,10,11,12) и замыкая ток через соответствующие катодные выводы сегментов, всеми тремя цифрами и пятью десятичными точками можно управлять с относительно небольшим количеством выводов микроконтроллера.

6. Рекомендации по пайке, сборке и обращению

Соблюдение спецификаций пайки критически важно. Устройство выдерживает максимальную температуру пайки 260°C в течение 3 секунд, измеренную на расстоянии 1.6 мм ниже корпуса. Стандартные профили бессвинцовой пайки оплавлением (IPC/JEDEC J-STD-020), как правило, применимы. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать механического напряжения на выводах во время установки и предотвратить чрезмерный нагрев при ручной пайке. Для хранения рекомендуется диапазон от -35°C до +85°C в сухой, неконденсирующейся среде.

7. Примечания по применению и соображения проектирования

7.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления — мультиплексирование. Микроконтроллер будет использовать выходные выводы для управления транзисторными ключами (например, PNP или P-канальными MOSFET) на линиях общего анода и использовать I/O порты с возможностью стока тока или драйверные ИС (такие как сдвиговые регистры 74HC595 с массивами Дарлингтона ULN2003) на катодных линиях. Токоограничивающий резистор требуется для каждой катодной линии (или может быть встроен в драйвер). Частота мультиплексирования должна быть достаточно высокой, чтобы избежать мерцания (обычно >60 Гц).

7.2 Соображения проектирования

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательные резисторы. Расчет производите на основе наихудшего (минимального) значения VF, чтобы избежать перегрузки по току.
• Коэффициент заполнения при мультиплексировании:Поскольку каждая цифра питается только часть времени, мгновенный ток на сегмент может быть выше среднего для достижения желаемой яркости. Например, при мультиплексировании 3 цифр коэффициент заполнения на цифру составляет ~1/3. Чтобы достичь среднего тока 10 мА, мгновенный ток во время его активного периода можно установить на 30 мА, при условии, что он не превышает номинальный пиковый ток, а средняя рассеиваемая мощность находится в пределах нормы.
• Функция стабилитрона:Интегрированный стабилитрон ограничивает любые отрицательные переходные напряжения на сегменте, защищая чувствительный светодиодный чип. Он не стабилизирует напряжение во время нормальной прямой работы.
• Угол обзора и монтаж:Убедитесь, что дисплей установлен ровно на печатной плате и что вырез в панели правильно совмещен, чтобы максимально использовать преимущества широкого угла обзора.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными семисегментными дисплеями без защитных диодов, LTC-5689TBZ предлагает значительно улучшенную устойчивость к электрическим перегрузкам от обратной ЭДС, индуктивного переключения или ошибок проводки. По сравнению с дисплеями, использующими старую технологию GaP или GaAsP, чип InGaN обеспечивает более высокую яркость и более насыщенный, яркий синий цвет. Высота цифры 0.56 дюйма помещает его в категорию, подходящую для среднего расстояния просмотра, больше, чем миниатюрные SMD-дисплеи, но меньше, чем большие панельные измерители.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью системы на микроконтроллере с напряжением 3.3В?

О: Возможно, но с осторожностью. Типичное VF составляет 3.6В, что выше 3.3В. Вы можете получить очень тусклое или отсутствующее свечение. Для питания светодиодов потребуется повышающая схема или драйверная ИС, питаемая от более высокого напряжения (например, 5В), в то время как управляющие сигналы могут оставаться на логических уровнях 3.3В.

В: Почему существует спецификация обратного тока (IR), если не следует подавать обратное напряжение?

О: Тест IR — это проверка качества производства, чтобы убедиться, что стабилитрон и светодиодный переход целы. Это не руководство по эксплуатации. Постоянное обратное смещение может ухудшить характеристики устройства.

В: Как независимо управлять десятичными точками?

О: Пять десятичных точек разделены на две группы: DP1/DP2/DP3 (общий катод на выводе 8) и DP4/DP5 (индивидуальные катоды на выводах 14 и 13, общий анод на выводе 12). Ими необходимо управлять соответствующим образом в последовательности мультиплексирования.

10. Практический пример применения

Пример: Проектирование простого трехразрядного индикатора вольтметра.Микроконтроллер с АЦП измеряет напряжение. Прошивка преобразует показание в три цифры. Используя процедуру мультиплексирования, он активирует анод Цифры 1 (вывод 11), затем устанавливает катодные выводы (1-7, 8 для DP) в состояние заземления для значения первой цифры, ждет короткий интервал, затем деактивирует Цифру 1 и активирует Цифру 2 (вывод 10) и так далее. Десятичная точка (например, DP2) загорается путем активации ее группы общего анода (вывод 12 для DP4/DP5 или включение в цикл цифры для DP1/2/3) и замыкания ее конкретного катода на низкий уровень в течение активного периода соответствующей цифры. Токоограничивающие резисторы 100 Ом на каждой катодной линии обеспечат безопасную рабочую точку при питании от 5В.

11. Принцип работы

Устройство работает по принципу электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее порог включения диода (приблизительно 3.3-3.6В для этого светодиода InGaN), электроны и дырки рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав материала (InGaN) определяет ширину запрещенной зоны, которая соответствует синей длине волны излучаемого света. Интегрированный стабилитрон начинает сильно проводить, когда обратное напряжение превышает его напряжение пробоя, тем самым отводя вредный обратный ток от светодиодного перехода и защищая его от повреждения.

12. Технологические тренды

Светодиоды на основе InGaN представляют собой зрелую и высокоэффективную технологию для синего и зеленого излучения. Тренды в технологии дисплеев включают переход к более высокой плотности пикселей (меньшие сегменты или точечная матрица), интеграцию драйверов и контроллеров в корпус дисплея и внедрение корпусов для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки. В то время как дискретные семисегментные дисплеи остаются жизненно важными для конкретных применений, их роль все больше дополняется модулями OLED и TFT LCD, которые предлагают большую гибкость для графики и многоцветного вывода. Интеграция защитных компонентов, таких как стабилитроны, как видно в LTC-5689TBZ, отражает фокус отрасли на повышении надежности и долговечности в экономически чувствительных приложениях.