Техническая спецификация SMD RGB светодиода LTST-G353CEGB7W - 5.0x5.0x1.6мм - 5В - 94мВт - Линза с белым рассеивателем

1. Обзор продукта

LTST-G353CEGB7W — это светодиод для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для автоматизированной сборки печатных плат (ПП) и применений, где критически важен размер. Этот компонент объединяет красный, зелёный и синий (RGB) полупроводниковые кристаллы вместе со специализированной управляющей схемой в одном корпусе, формируя завершённый, индивидуально адресуемый пиксель. Он разработан для широкого спектра электронного оборудования, включая, но не ограничиваясь, устройства связи, портативные компьютеры, сетевое оборудование, бытовую технику, а также системы внутренней световой сигнализации или декоративной подсветки.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

Устройство выделяется благодаря нескольким ключевым технологическим и конструктивным особенностям, повышающим его удобство использования и производительность в современном электронном производстве.

• Интегрированное управление:Значительным преимуществом является интеграция RGB светодиодных кристаллов с 14-битным драйвером. Это устраняет необходимость во внешних драйверных компонентах для базового управления, упрощает схему и сокращает общую спецификацию материалов (BOM).
• Высокое разрешение управления цветом:Каждый основной цвет (Красный, Зелёный, Синий) может управляться с помощью 1024 дискретных уровней яркости (10-битная ШИМ). Это позволяет генерировать более 1.07 миллиарда (2^30) цветовых комбинаций, обеспечивая плавные цветовые градиенты и точное смешение цветов.
• Продвинутый драйвер:Встроенный драйвер использует управление методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с постоянным током. 14-битное управление разделено: 10 бит отведено под скважность ШИМ для яркости, а 4 бита — для точной настройки уровня тока, что обеспечивает детальный контроль над световым потоком и эффективностью.
• Упрощённый интерфейс передачи данных:Связь со светодиодом и последовательное соединение нескольких устройств (гирляндная цепь) осуществляется по однопроводному последовательному протоколу (совместимому с SPI). Это минимизирует количество необходимых линий управления от главного микроконтроллера.
• Функция целостности данных:Устройство поддерживает обход непрерывной передачи (функция Bypass). Если один светодиод в цепочке выходит из строя, сигнал данных может обойти его, обеспечивая корректную работу оставшихся светодиодов в последовательности, что повышает надёжность системы.
• Готовность к производству:Компонент поставляется на 12-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что совместимо со стандартным автоматическим оборудованием для установки компонентов. Он также сертифицирован для процессов бессвинцовой пайки оплавлением в ИК-печах, включая предварительную кондиционирование по уровню чувствительности к влажности JEDEC MSL 4.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт соответствует актуальным экологическим директивам.

1.2 Целевые применения и рынки

Сочетание малого форм-фактора, встроенного интеллекта и полноцветности делает этот светодиод подходящим для разнообразных применений:

• Сигнальная и индикаторная подсветка:Обеспечение многоцветной индикации состояния в телекоммуникационном оборудовании, офисной технике, бытовых приборах и промышленных панелях управления.
• Фронтальные панели и подсветка:Подсветка кнопок, логотипов или дисплеев динамическими, настраиваемыми цветами.
• Декоративное и архитектурное освещение:Использование в светодиодных лентах, модулях, софтбоксах и светильниках для общего или акцентного освещения.
• Элементы внутренних дисплеев:Базовые элементы для полноцветных модулей или нестандартных видеоэкранов, где требуется индивидуальное управление пикселями.

2. Технические параметры: Подробный объективный анализ

В этом разделе представлен детальный анализ ключевых параметров производительности, указанных в спецификации.

2.1 Оптические характеристики

Оптические характеристики измерены в стандартных условиях (Ta=25°C, VDD=5В). Устройство использует линзу с белым рассеивателем для смешения света от отдельных цветных кристаллов, создавая равномерное свечение.

• Сила света (I_V):Типичная осевая сила света варьируется в зависимости от цветного кристалла. Зелёный кристалл самый яркий (330-700 мкд), за ним следует Красный (130-300 мкд), а затем Синий (50-180 мкд). Эти значения представляют собой световой поток, измеренный через фильтр, имитирующий фотопическую (человеческий глаз) чувствительность.
• Угол обзора (2θ_1/2):Устройство обладает широким углом обзора 120 градусов. Он определяется как полный угол, при котором сила света падает до половины от своего осевого значения, что указывает на хорошую видимость под углом.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Этот параметр определяет воспринимаемый цвет каждого кристалла. Указанные диапазоны: Красный: 618-630 нм, Зелёный: 520-535 нм, Синий: 463-475 нм. Допуск пиковой длины волны излучения составляет ±1 нм, что обеспечивает стабильность цвета от устройства к устройству.

2.2 Электрические и абсолютные максимальные параметры

Соблюдение этих параметров критически важно для надёжной работы и предотвращения необратимых повреждений.

• Абсолютные максимальные параметры:
  • Рассеиваемая мощность (P_D): 94 мВт. Превышение может привести к перегреву.
  • Напряжение питания (V_DD): от +4.2В до +5.5В. Внутренняя микросхема рассчитана на номинальное напряжение 5В.
  • Суммарный прямой ток (I_F): 17 мА. Это максимальный общий ток для всех трёх кристаллов вместе взятых.
  • Рабочая температура: от 0°C до +85°C.
  • Температура хранения: от -40°C до +100°C.
• Электрические характеристики (Типичные @ V_DD=5В):
  • Выходной ток микросхемы на цвет: Обычно 5 мА на каждый отдельный канал R, G или B. Это управление постоянным током обеспечивает стабильный цветовой выход независимо от незначительных колебаний напряжения.
  • Уровни логического входа: Высокий уровень входного напряжения (V_IH) составляет 0.7*V_DD(обычно 3.3В при питании 5В). Низкий уровень входного напряжения (V_IL) составляет 0.3*V_DD. Это делает его совместимым с логикой микроконтроллеров как на 5В, так и на 3.3В.
  • Ток покоя микросхемы: Приблизительно 0.2 мА, когда все светодиодные выходы выключены, что указывает на низкое энергопотребление в режиме ожидания.

2.3 Тепловые аспекты

Хотя тепловое сопротивление явно не детализировано, спецификация предоставляет ключевые рекомендации по тепловому менеджменту через профиль пайки и условия хранения. Максимальная рассеиваемая мощность 94 мВт и диапазон рабочих температур определяют тепловой рабочий диапазон. Для поддержания температуры перехода в безопасных пределах при непрерывной работе, особенно на максимальной яркости и токе, необходима правильная разводка печатной платы с адекватными тепловыми площадками.

3. Объяснение системы сортировки

Спецификация включает таблицу сортировки по цветности CIE (Международная комиссия по освещению) для обеспечения цветовой однородности.

• Сортировка по цвету:Светодиоды сортируются в бины (A, B, C, D) на основе измеренных координат цветности (x, y) на диаграмме цветового пространства CIE 1931. Каждый бин определяется четырёхугольником на диаграмме. Допуск размещения внутри бина составляет ±0.01 по обеим координатам x и y. Этот процесс сортировки группирует светодиоды с практически идентичным воспринимаемым цветом, что жизненно важно для применений, где несколько светодиодов используются рядом, чтобы избежать видимого несоответствия цветов.
• Интерпретация:Бины A и B покрывают определённую область цветового пространства для смешанного белого света (через рассеивающую линзу), в то время как бины C и D покрывают соседнюю область. Разработчики могут указать код бина, чтобы гарантировать более точное соответствие цветов для своей производственной партии.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены ссылки на типичные характеристические кривые, которые графически отображают ключевые зависимости. Хотя конкретные графики не воспроизводятся в предоставленном тексте, их стандартное содержание анализируется ниже.

• Относительная сила света в зависимости от прямого тока (I-V кривая):Эта кривая показывает, как световой выход увеличивается с ростом прямого тока, подаваемого на каждый светодиодный кристалл. Благодаря встроенному драйверу постоянного тока, эта зависимость в основном управляется внутренне, но кривая иллюстрирует эффективность комбинации кристалл/драйвер.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Это критически важная кривая, показывающая снижение светового выхода при повышении температуры окружающей среды (или перехода). Эффективность светодиодов снижается с температурой, поэтому этот график помогает разработчикам понять тепловые характеристики и потенциальные потери света в тёплых условиях.
• Спектральное распределение мощности:Этот график отображал бы интенсивность излучаемого света в спектре длин волн для каждого цветного кристалла, показывая узкие пики излучения, характерные для светодиодов, и конкретные доминирующие длины волн.

5. Механическая и корпусная информация

5.1 Габариты и конфигурация корпуса

Устройство соответствует отраслевому стандарту для SMD компонентов. Ключевые размеры составляют приблизительно 5.0 мм в длину, 5.0 мм в ширину и 1.6 мм в высоту (допуск ±0.2 мм). В оригинальной спецификации предоставлен подробный чертёж с размерами для точного проектирования посадочного места на печатной плате.

5.2 Распиновка и функции выводов

Устройство с 6 выводами имеет следующую распиновку:

1. VCC:Вход питания для внутренней микросхемы. Может быть подключен к VDD.
2. VDD:Основной вход постоянного тока (4.2-5.5В).
3. DOUT:Выход сигнала управляющих данных для последовательного соединения со входом DIN следующего светодиода.
4. DIN:Вход сигнала управляющих данных от микроконтроллера или предыдущего светодиода.
5. VSS:Подключение к земле.
6. FDIN:Вспомогательный вход сигнала данных (функциональность может быть специфичной для определённых режимов управления).

5.3 Рекомендуемая контактная площадка на ПП

Предоставлена рекомендуемая конфигурация контактных площадок для обеспечения надёжной пайки и механической стабильности. Эта конфигурация обычно включает тепловые перемычки для управления нагревом во время пайки и работы, а также правильно рассчитанные площадки для выводов типа "крыло чайки" или аналогичных.

6. Рекомендации по пайке, сборке и обращению

6.1 Профиль ИК-пайки оплавлением

Предоставлен подробный профиль оплавления для бессвинцовой пайки, соответствующий J-STD-020B. Этот профиль определяет критические параметры:

• Предварительный нагрев:Плавный подъём температуры для активации флюса и минимизации теплового удара.
• Зона выдержки:Температурное плато для обеспечения равномерного нагрева компонента и платы.
• Зона оплавления:Пиковая температура обычно между 240°C и 260°C, при этом время выше температуры ликвидуса (TAL) тщательно контролируется для формирования надёжных паяных соединений без повреждения корпуса светодиода или внутренних компонентов.
• Скорость охлаждения:Контролируемое охлаждение для затвердевания припоя и минимизации механических напряжений.

6.2 Хранение и чувствительность к влаге

Устройство чувствительно к влаге. В запечатанном оригинальном влагозащитном пакете с осушителем срок хранения составляет один год при температуре ≤30°C и влажности ≤70% RH. После вскрытия компоненты должны храниться при ≤30°C и ≤60% RH. Для длительного хранения вне оригинального пакета используйте герметичный контейнер с осушителем. Компоненты, подвергшиеся воздействию окружающего воздуха более 96 часов, требуют процедуры прокаливания (приблизительно 60°C в течение 48 часов) перед оплавлением, чтобы предотвратить "вспучивание" или расслоение во время пайки.

6.3 Очистка

Если очистка после пайки необходима, используйте только указанные растворители. Рекомендуется погружение в этиловый или изопропиловый спирт при комнатной температуре на время менее одной минуты. Агрессивные или неуказанные химикаты могут повредить пластиковую линзу и корпус.

7. Упаковка и информация для заказа

• Стандартная упаковка:Компоненты поставляются на 12-миллиметровой тиснёной транспортной ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов (178 мм).
• Количество на катушке:1500 штук на полную катушку.
• Минимальный объём заказа (MOQ):Для частичных объёмов доступен минимум 500 штук.
• Стандарты упаковки:Соответствует спецификациям ANSI/EIA-481. Пустые ячейки на ленте закрыты защитной верхней покрывающей лентой.

8. Соображения по проектированию приложений

8.1 Типовые схемы включения

Основное применение включает последовательное соединение нескольких светодиодов. Одна линия данных от микроконтроллера подключается к выводу DIN первого светодиода. Его вывод DOUT подключается к DIN следующего и так далее. Ко всем светодиодам должно быть подведено питание 5В (с соответствующими локальными развязывающими конденсаторами, например, 100 нФ), обеспечивая поддержание напряжения в диапазоне 4.2-5.5В, особенно в конце длинных цепочек, где может происходить падение напряжения. На линии данных может потребоваться последовательный резистор для согласования импеданса в длинных цепочках или в условиях помех.

8.2 Протокол передачи данных

Связь использует высокоскоростной однопроводной протокол на основе сброса. Каждый бит передаётся как высокий импульс в течение периода 1.2 мкс (±160 нс).

• Логический '0': T_0H(время высокого уровня) = 300 нс ±80 нс, T_0L(время низкого уровня) = 900 нс.
• Логический '1': T_1H= 900 нс ±80 нс, T_1L= 300 нс.
• Кадр данных: 42 бита на светодиод (предположительно по 14 бит на каждый канал R, G и B).
• Сброс: Низкий уровень на линии данных длительностью более 50 мкс (RES) фиксирует принятые данные в выходных регистрах и подготавливает микросхему к приёму нового кадра для первого светодиода в цепочке.

Для генерации точных временных интервалов требуется микроконтроллер с надёжными высокоскоростными линиями ввода-вывода или выделенными аппаратными периферийными устройствами.

8.3 Тепловой и энергетический менеджмент

Разработчики должны рассчитывать общую рассеиваемую мощность. При типичном токе 5 мА на цвет и питании 5В, один светодиод со всеми тремя цветами на полном белом может рассеивать до 75 мВт (5В * 15 мА), что ниже максимума в 94 мВт. Однако в плотных массивах совокупное тепло может быть значительным. Адекватная площадь медных проводников на плате для теплоотвода, возможный обдув и снижение яркости при высоких температурах окружающей среды являются важными соображениями для долгосрочной надёжности.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с дискретными RGB светодиодами, требующими внешних драйверов постоянного тока и схем мультиплексирования, это устройство предлагает значительную интеграцию, снижая сложность проектирования, количество компонентов и занимаемую площадь на плате. По сравнению с другими адресуемыми светодиодами (например, использующими другой протокол, как APA102 или более старый WS2812), 14-битное управление LTST-G353CEGB7W (10-битная ШИМ + 4-битный ток) обеспечивает более тонкое разрешение цвета и управление градациями серого, чем типичные 8-битные (256 уровней) альтернативы. Интегрированная функция обхода для отказоустойчивости также является отличительной особенностью надёжности, которая есть не во всех адресуемых светодиодах.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: В чём разница между выводами VCC и VDD?

О1: Оба являются входами питания для внутренней микросхемы. Их можно соединить вместе. В спецификации указано, что они внутренне схожи, что обеспечивает гибкость проектирования, возможно, для изоляции шумов в чувствительных приложениях.

В2: Могу ли я управлять этим светодиодом от микроконтроллера на 3.3В?

О2: Да, для входа данных (DIN). Минимальное значение V_IHсоставляет 0.7*V_DD. При V_DD=5В, V_IHмин составляет 3.5В. Выход 3.3В может быть на нижней границе. Это может работать, но для надёжности рекомендуется использовать преобразователь уровня до 5В для линии данных. Напряжение питания V_DDпо-прежнему должно быть в диапазоне 4.2-5.5В.

В3: Сколько светодиодов можно соединить последовательно?

О3: Ограничение в первую очередь определяется скоростью обновления данных и источником питания. Каждому светодиоду требуется 42 бита данных. Для длинной цепочки время передачи данных для всех светодиодов до желаемой частоты обновления (например, 60 Гц) может ограничить количество. Электрически вывод DOUT может напрямую управлять выводом DIN следующего светодиода. Питание должно распределяться надёжно, чтобы избежать падения напряжения вдоль цепочки.

В4: Каково назначение вывода FDIN?

О4: В спецификации он указан как вспомогательный вход данных. Его точная функция может быть для расширенных режимов управления, заводского тестирования или совместимости с определёнными функциями контроллера. Для стандартного однопроводного последовательного соединения он обычно остаётся неподключенным или подключается к VDD или VSS, как указано в примечаниях по применению.

11. Практические примеры проектирования и использования

Пример 1: Панель индикации состояния:Группа из 10 светодиодов может использоваться на сетевом маршрутизаторе. Каждому можно назначить уникальный цвет для индикации состояния соединения, сетевой активности или системных предупреждений. Управление по одной линии данных упрощает разводку по сравнению с мультиплексированием 30 дискретных светодиодов (10 RGB).

Пример 2: Прототип декоративной светодиодной ленты:Для пользовательского проекта освещения 50 светодиодов можно припаять на гибкую печатную плату в виде ленты. Небольшой микроконтроллер (например, ESP32) может генерировать поток данных, позволяя создавать анимации, цветовые заливки и визуализацию музыки. Широкий угол обзора обеспечивает равномерное освещение.

Пример 3: Подсветка приборной панели:В мелкосерийном промышленном устройстве эти светодиоды могут обеспечивать настраиваемую подсветку для шкал или кнопок, позволяя конечному пользователю выбирать цветовые темы. Управление постоянным током обеспечивает постоянную яркость независимо от выбранного цвета.

12. Введение в принцип работы

Устройство работает по простому принципу. Внешний микроконтроллер отправляет последовательный поток данных, содержащий информацию о яркости для красного, зелёного и синего каналов. Встроенный драйвер принимает эти данные, сохраняет их во внутренних регистрах, а затем использует источники постоянного тока для управления каждым светодиодным кристаллом. Яркость каждого кристалла регулируется быстрым включением и выключением его тока (ШИМ) на частоте, достаточно высокой, чтобы быть незаметной для человеческого глаза (>200 Гц). Скорректированная скважность этого ШИМ (доля времени "включено") определяет воспринимаемую яркость. 4-битная регулировка тока позволяет масштабировать максимальный ток для каждого цвета, обеспечивая калибровку белой точки. Свет от трёх монохроматических кристаллов смешивается внутри белой рассеивающей линзы, создавая итоговый составной цвет.

13. Технологические тренды и контекст

LTST-G353CEGB7W представляет собой зрелый этап в эволюции SMD светодиодов, в частности, в категории "интеллектуальных" или "адресуемых" светодиодов. Тренд в этой области направлен на более высокую интеграцию, большее разрешение управления (переход от 8-бит к 16-бит или выше на канал), улучшенную энергоэффективность (более низкие прямые напряжения, более высокая световая отдача) и усовершенствованные протоколы связи, которые быстрее и устойчивее к помехам. Также наблюдается стремление к миниатюризации при сохранении или увеличении светового потока, а также разработка светодиодов с более широким цветовым охватом для более ярких дисплеев. Это устройство, со своим встроенным 14-битным драйвером и надёжным однопроводным интерфейсом, соответствует стремлению отрасли к более простым, высокопроизводительным и надёжным решениям для освещения в умных и подключённых устройствах.