Техническая спецификация LTC-5675KG - 4-разрядный 7-сегментный индикатор - Зеленый AlInGaP - 0.52 дюйма - Общий анод

1. Обзор продукта

LTC-5675KG представляет собой четырехразрядный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль. Его основная функция — обеспечение четкой, хорошо видимой числовой и ограниченной алфавитно-цифровой информации в различных электронных устройствах и приборах. Основная технология использует светодиодные чипы AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), установленные на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), которая известна своей способностью производить высокоэффективный зеленый свет. Индикатор имеет серую лицевую панель с белой маркировкой сегментов, что обеспечивает отличную контрастность для светящихся зеленых сегментов. Эта конструкция предназначена для применений, требующих надежных, твердотельных числовых индикаторов с низким энергопотреблением и превосходными визуальными характеристиками, таких как промышленные панели управления, испытательное оборудование, бытовая техника и приборы, где требуется несколько разрядов в компактном форм-факторе.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Размер цифры:Высота символа 0.52 дюйма (13.2 мм), обеспечивающая хорошую читаемость.
• Конструкция сегментов:Непрерывные однородные сегменты для отличного внешнего вида и эстетики символов.
• Оптические характеристики:Высокая яркость и высокий коэффициент контрастности для четкой видимости при различном освещении.
• Угол обзора:Широкий угол обзора, обеспечивающий читаемость дисплея с боковых позиций.
• Энергоэффективность:Низкое энергопотребление, что делает его подходящим для устройств с питанием от батарей или энергоэффективных применений.
• Надежность:Твердотельная надежность без движущихся частей, обеспечивающая длительный срок службы.
• Контроль качества:Приборы классифицируются по световому потоку, что позволяет согласовывать яркость в многоразрядных или многомодульных применениях.
• Соответствие экологическим нормам:Бессвинцовый корпус, соответствующий директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).

2. Подробный анализ технических характеристик

В этом разделе представлен детальный объективный анализ электрических и оптических параметров, указанных в спецификации.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа за этими пределами не рекомендуется.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:Максимум 70 мВт. Это ограничивает максимальный постоянный ток в зависимости от прямого напряжения.
• Пиковый прямой ток на сегмент:Максимум 60 мА, но только в импульсном режиме (1 кГц, скважность 25%). Этот параметр предназначен для мультиплексирования или кратковременных скачков тока.
• Постоянный прямой ток на сегмент:Максимум 25 мА при 25°C. Этот ток линейно снижается на 0.33 мА/°C при увеличении температуры окружающей среды выше 25°C. Например, при 85°C максимально допустимый постоянный ток составит приблизительно: 25 мА - ((85°C - 25°C) * 0.33 мА/°C) = 5.2 мА.
• Обратное напряжение на сегмент:Максимум 5 В. Превышение этого значения может вызвать пробой p-n перехода.
• Диапазон рабочих температур:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленный температурный диапазон.
• Диапазон температур хранения:от -35°C до +85°C.
• Условия пайки:260°C в течение 3 секунд, с оговоркой, что измерение производится на расстоянии 1/16 дюйма (приблизительно 1.6 мм) ниже плоскости установки компонента. Это типичная рекомендация по профилю оплавления.

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

Это типичные рабочие параметры в указанных условиях испытаний.

• Средняя сила света (I_V):Это ключевой параметр яркости.
  • Минимум: 320 мккд при I_F= 1 мА
  • Типичное значение: 1050 мккд при I_F= 10 мА
  • Максимум: 11550 мккд при I_F= 10 мА. Широкий диапазон от минимума до максимума указывает на то, что приборы сортируются (классифицируются). Конструкторы должны выбирать из соответствующих групп для обеспечения равномерной яркости.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):571 нм (типично) при I_F=20мА. Это находится в зеленой области видимого спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (типично). Это указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого зеленого света.
• Доминирующая длина волны (λ_d):572 нм (типично). Немного отличается от пиковой длины волны, это та длина волны монохроматического света, которую воспринимает человеческий глаз как соответствующий цвету источника.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):2.1В (мин), 2.6В (типично) при I_F=20мА. Это критически важно для проектирования схемы ограничения тока. Схема управления должна обеспечивать достаточное напряжение для преодоления этого V_F.
• Обратный ток на сегмент (I_R):Максимум 100 мкА при V_R=5В. Низкое значение указывает на хорошее качество p-n перехода.
• Коэффициент согласования силы света (I_V-m):Максимум 2:1 для сегментов в пределах "области схожего света". Это означает, что самый яркий сегмент должен быть не более чем в два раза ярче самого тусклого сегмента в пределах одной цифры или указанной группы, 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 сортировки

В спецификации явно указано, что приборы "классифицируются по силе света". Это процесс сортировки.

• Сортировка по силе света:Широкий разброс в спецификации I_V(от 320 до 11550 мккд при 10мА) подразумевает существование нескольких групп яркости. Производители тестируют и сортируют компоненты на группы (бины) на основе измеренного выходного сигнала. Это позволяет клиентам приобретать детали с гарантированным минимальным уровнем яркости (например, бин с I_V> 8000 мккд) для применений с высокой яркостью или стандартные бины для экономичных конструкций. Использование отсортированных деталей необходимо для достижения единообразного внешнего вида на нескольких дисплеях или цифрах.
• Согласованность длины волны:Хотя явно не указано как сортировка, узкие типичные значения для λ_p(571 нм) и λ_d(572 нм) свидетельствуют о хорошем контроле процесса, что приводит к стабильному зеленому цвету в разных производственных партиях.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики не приведены в тексте, мы можем сделать вывод об их стандартном содержании и важности.

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика):Этот график покажет экспоненциальную зависимость. Он критически важен для определения необходимого напряжения питания для заданного тока управления и для расчета рассеиваемой мощности (P = V_F* I_F).
• Сила света в зависимости от прямого тока:Эта кривая показывает, как яркость увеличивается с током. Обычно она нелинейна, причем эффективность (люмен на ватт) часто снижается при очень высоких токах из-за нагрева. В спецификации приведены дискретные точки при 1мА и 10мА.
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Для светодиодов AlInGaP световой поток, как правило, уменьшается с ростом температуры перехода. Эта кривая жизненно важна для проектирования применений, работающих во всем температурном диапазоне (от -35°C до +85°C), чтобы обеспечить достаточную яркость при высоких температурах.
• Спектральное распределение:График, показывающий относительную интенсивность в зависимости от длины волны, с центром около 571-572 нм и полушириной ~15 нм, подтверждающий зеленый цвет излучения.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный корпус светодиодного индикатора. Чертеж размеров (упомянутый, но не детализированный в тексте) обычно показывает:

• Общую длину, ширину и высоту модуля.
• Расстояние между цифрами (шаг).
• Размеры и расстояние между сегментами.
• Расстояние между выводами (контактами), их длину и диаметр. В примечании указано, что все размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0.25 мм, если не указано иное.

5.2 Распиновка и полярность

LTC-5675KG — это устройство собщим анодом. Это означает, что аноды всех светодиодов для каждой цифры соединены внутри и выведены на один контакт на цифру (Контакты 10-13: Анод цифры 1-4). Катоды каждого сегмента (A-G, DP) являются общими для всех цифр и подключены к соответствующим контактам (Контакты 27-30, 35-37 для сегментов A-G; Контакты 31-34 для десятичных точек). Такая конфигурация идеальна для мультиплексирования.

Режим мультиплексирования:Для отображения числа микроконтроллер должен:

1. Установить паттерн катодов сегментов (A-G) для нужного символа.
2. Включить (подать напряжение на) общий анодный контакт для конкретной цифры, где должен появиться этот символ.
3. Последовательно переключать анод каждой цифры с высокой частотой (например, 100Гц+), создавая впечатление, что все цифры горят одновременно. Это значительно сокращает количество необходимых выводов драйвера и энергопотребление по сравнению со статическим управлением.

Внутренняя принципиальная схема:Упомянутая схема наглядно подтверждает архитектуру с общим анодом и мультиплексированием, показывая четыре анода цифр и семь+1 катодов сегментов.

6. Рекомендации по пайке и сборке

• Пайка оплавлением:Указанное условие — 260°C в течение 3 секунд, измеренное на расстоянии 1.6 мм ниже корпуса компонента. Это соответствует типичным профилям бессвинцового оплавления (пиковая температура 245-260°C).
• Меры предосторожности:
  • Избегайте механических нагрузок на выводы во время обработки.
  • Убедитесь, что дисплей не подвергается температурам, превышающим максимальную температуру хранения, до или после пайки.
  • Соблюдайте стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ESD) во время обработки.
• Условия хранения:Храните в указанном температурном диапазоне от -35°C до +85°C в сухой среде, чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать "вспучивание" (popcorning) во время оплавления.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Промышленные приборы:Панельные измерители, контроллеры процессов, дисплеи таймеров.
• Испытательное и измерительное оборудование:Цифровые мультиметры, частотомеры, источники питания.
• Бытовая/коммерческая техника:Микроволновые печи, аудиоаппаратура, POS-терминалы.
• Автомобильная вторичная продукция:Приборные панели и дисплеи, где требуется высокая яркость для видимости при дневном свете.

7.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:ВСЕГДА используйте последовательные токоограничивающие резисторы для каждого катода сегмента или анода цифры (в зависимости от схемы управления). Номинал резистора рассчитывается как R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для питания 5В, V_F=2.6В и I_F=10мА: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ом.
• Драйвер мультиплексирования:Используйте микроконтроллер с достаточным количеством выводов ввода-вывода или специализированные микросхемы драйверов светодиодов (например, MAX7219, TM1637), которые обрабатывают мультиплексирование и управление током. Драйверные ИС упрощают конструкцию и часто обеспечивают регулировку яркости.
• Рассеиваемая мощность:Рассчитайте общую мощность, особенно при одновременном включении всех сегментов нескольких цифр во время мультиплексирования. Убедитесь, что она не превышает предельные значения, и продумайте тепловое управление, если работа ведется при высоких температурах окружающей среды.
• Согласование яркости:Для наилучшего визуального результата укажите у поставщика группу силы света (бин), особенно если используется несколько дисплеев.
• Угол обзора:Широкий угол обзора позволяет гибко размещать устройство, но при механическом проектировании учитывайте основную линию обзора пользователя.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартные зеленые светодиоды на основе GaP (фосфида галлия) или фильтрованные ламповые индикаторы, технология AlInGaP в LTC-5675KG предлагает:

• Более высокую эффективность и яркость:AlInGaP обеспечивает превосходную световую отдачу, что приводит к более ярким дисплеям при меньших токах.
• Лучшую насыщенность цвета:Зеленый цвет, как правило, более чистый и насыщенный.
• Улучшенную надежность:Твердотельные светодиоды имеют гораздо больший срок службы, чем ламповые или вакуумно-люминесцентные дисплеи (VFD).
• Более низкое энергопотребление:Необходимо для портативных и питающихся от батарей устройств.
• По сравнению с некоторыми современными синими светодиодами + люминофор для белого света, используемыми за фильтрами, зеленый AlInGaP часто более эффективен для монохроматических зеленых применений.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

1. В: В чем разница между "пиковой длиной волны" и "доминирующей длиной волны"?
   
   О: Пиковая длина волны — это та длина волны, на которой спектр излучения имеет максимальную интенсивность. Доминирующая длина волны — это длина волны монохроматического света, которая соответствовала бы воспринимаемому цвету источника. Они часто близки, но не идентичны, причем доминирующая длина волны более актуальна для восприятия человеком.
2. В: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью микроконтроллера на 3.3В без драйверной ИС?
   
   О: Возможно, но осторожно. Типичное V_Fсоставляет 2.6В при 20мА. При 3.3В запас напряжения для токоограничивающего резистора составляет всего 0.7В. Для тока 10мА потребуется резистор 70 Ом. Это выполнимо, но вариации V_Fи напряжения питания могут вызвать значительное изменение тока. Специализированный драйвер светодиодов или транзисторный буфер более надежны.
3. В: Почему постоянный ток снижается с температурой?
   
   О: По мере роста температуры перехода светодиода его внутренняя эффективность падает, а риск теплового разгона увеличивается. Снижение тока предотвращает чрезмерное тепловыделение, обеспечивая долгосрочную надежность и предотвращая деградацию яркости или отказ.
4. В: Что означает "классифицируется по силе света" для моего проекта?
   
   О: Это означает, что вам следует работать с вашим дистрибьютором, чтобы выбрать конкретную группу яркости (например, минимальное значение I_V). Если вы этого не сделаете, вы можете получить детали из разных групп, что приведет к заметной разнице в яркости между цифрами или между разными экземплярами вашего продукта.

10. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование 4-разрядного панельного вольтметра постоянного тока.

1. Выбор микроконтроллера:Выберите МК как минимум с 12 цифровыми выводами ввода-вывода (4 анода цифр + 7 катодов сегментов + 1 десятичная точка) или используйте расширитель портов.
2. Схема управления:Реализуйте мультиплексирование в прошивке. МК будет быстро переключать цифры 1-4. Для каждой цифры он устанавливает паттерн сегментов на выводах катодов и включает соответствующий анодный вывод через небольшой NPN-транзистор (поскольку анодный ток для полностью освещенной цифры '8' может составлять 8 сегментов * 10мА = 80мА, что превышает пределы большинства выводов МК).
3. Ограничение тока:Установите восемь резисторов 220 Ом (по одному на каждый катод сегмента A-G и DP). Это ограничивает ток на сегмент примерно до ~10-11мА при питании 5В и типичном V_F.
4. Управление яркостью:Реализуйте программную ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) на время включения цифры для глобального затемнения дисплея при необходимости.
5. Результат:Компактный, эффективный и яркий дисплей, показывающий показания напряжения от 0.000 до 19.99В, с отличной читаемостью в условиях внутреннего и внешнего освещения благодаря высококонтрастным, ярким сегментам AlInGaP.

11. Введение в принцип технологии

LTC-5675KG основан наполупроводниковой технологии AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия). Эта система материалов выращивается эпитаксиально нанепрозрачной подложке из GaAs (арсенида галлия). Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу слоев AlInGaP, электроны и дырки рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав атомов Al, In, Ga и P в активном слое определяет ширину запрещенной зоны, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света. Для этого устройства состав настроен на получение зеленого света с центром около 572 нм. Непрозрачная подложка означает, что свет излучается в основном с верхней поверхности чипа, что подходит для сегментной структуры дисплея. Отдельные светодиодные чипы соединяются проволочными перемычками и собираются в стандартный семисегментный паттерн внутри пластикового корпуса.

12. Технологические тренды и контекст

Технология AlInGaP представляет собой зрелое и высокооптимизированное решение для высокоэффективных красных, оранжевых, янтарных и зеленых светодиодов. В контексте дисплеев:

• Для монохроматических дисплеев:AlInGaP остается лучшим выбором для чистого зеленого, красного и янтарного цветов благодаря своей эффективности и чистоте цвета, часто превосходя белые светодиоды на основе синего чипа+люминофора, отфильтрованные до этих цветов.
• Рыночный контекст:В то время как матричные OLED и TFT-LCD доминируют в полноцветных дисплеях с большим объемом информации, семисегментные светодиодные дисплеи, такие как LTC-5675KG, сохраняют прочные позиции в применениях, требующих простых, очень ярких, недорогих, надежных и энергоэффективных числовых индикаторов.
• Будущие разработки:Тренды включают дальнейшее повышение эффективности, еще более жесткую сортировку по яркости и цвету для высококлассных применений, а также интеграцию драйверной электроники и интерфейсов связи (таких как I2C) непосредственно в дисплейный модуль, упрощая системное проектирование. Однако фундаментальный семисегментный форм-фактор и технология AlInGaP для стандартных цветов, вероятно, останутся актуальными в своих целевых применениях в течение многих лет.