Техническая спецификация SMD RGB светодиода 12-23C - Лента 8мм - Питание 5В - ШИМ-управление 256 градаций серого

1. Обзор продукта

12-23C — это компактное устройство для поверхностного монтажа (SMD), объединяющее три отдельных светодиодных кристалла (красный, зеленый, синий) со специализированной 3-канальной микросхемой драйвера постоянного тока. Эта интеграция обеспечивает полноцветные возможности с точным цифровым управлением в одном миниатюрном корпусе. Его основное преимущество заключается в возможности реализации высокоплотных конструкций печатных плат для применений, требующих яркого, динамически управляемого цветного освещения, без сложности внешних драйверных схем.

Основная функциональность обеспечивается встроенной микросхемой, которая принимает последовательный цифровой сигнал данных. Этот сигнал содержит 24 бита данных (8 бит на цветовой канал), что позволяет получить 256 различных уровней градаций серого для каждого цвета, обеспечивая более 16 миллионов возможных цветовых комбинаций. Устройство поставляется на ленте шириной 8 мм на катушках диаметром 7 дюймов, что делает его полностью совместимым с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов.

2. Подробные технические характеристики

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Эксплуатация всегда должна оставаться в этих границах.

• Напряжение питания (VDD):от +3.8В до +5.5В. Это диапазон напряжения для логики и управляющей схемы внутреннего драйвера.
• Выходное напряжение (VOUT):максимум 17В. Этот параметр относится к способности выдерживать напряжение выходных транзисторов внутреннего драйвера, подключенных к анодам светодиодов.
• Входное напряжение (VIN):от -0.5В до VDD+0.5В. Применяется к цифровым входным выводам (DIN). Превышение может повредить входные защитные структуры.
• Электростатический разряд (ESD):2000В (модель человеческого тела). Указывает на умеренный уровень защиты от ESD; все равно рекомендуется соблюдать соответствующие процедуры обращения.
• Рабочая температура (Topr):от -20°C до +70°C. Диапазон температуры окружающей среды для надежной работы.
• Температура хранения (Tstg):от -40°C до +90°C.
• Температура пайки:Устройство рассчитано на пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C в течение 10 секунд или ручную пайку при 350°C в течение 3 секунд.

2.2 Рекомендуемые условия эксплуатации

Это условия для оптимальной и гарантированной работы.

• Напряжение питания (VDD):5.0В (типовое). Устройство предназначено для питания логики 5В.
• Логические уровни входного сигнала:
  • Высокий уровень входного напряжения (VIH): минимум 0.7*VDD. Сигнал должен быть выше этого уровня, чтобы распознаваться как логическая '1'.
  • Низкий уровень входного напряжения (VIL): максимум 0.3*VDD. Сигнал должен быть ниже этого уровня, чтобы распознаваться как логический '0'.
• Время задержки распространения (TPLZ):максимум 300 нс. Это задержка распространения сигнала данных от вывода DIN к выводу DOUT, что критически важно для определения максимальной скорости передачи данных в гирляндных конфигурациях.
• Время спада выходного сигнала (TTHZ):максимум 20 мкс для выходных каналов R/G/B. Это влияет на характеристики ШИМ-переключения.
• Входная емкость (CI):максимум 15 пФ. Емкостная нагрузка, представленная выводом DIN.

2.3 Электрооптические характеристики

Измерено при прямом токе (IF) 5мА на каждый цветовой кристалл и температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Сила света (Iv):
  • Красный (RS): типовые значения от 22.5 мкд до 72.0 мкд, в зависимости от конкретного бина.
  • Зеленый (GH): типовые значения от 45.0 мкд до 140.0 мкд.
  • Синий (BH): типовые значения от 18.0 мкд до 57.0 мкд.
• Угол обзора (2θ1/2):130 градусов (типовое). Этот широкий угол обзора характерен для линзы из белого рассеивающего компаунда.
• Пиковая длина волны (λp):
  • Красный: 632 нм
  • Зеленый: 518 нм
  • Синий: 468 нм
• Доминирующая длина волны (λd):Воспринимаемая длина волны цвета.
  • Красный: от 617.5 нм до 629.5 нм
  • Зеленый: от 525.0 нм до 540.0 нм
  • Синий: от 464.5 нм до 476.5 нм
• Спектральная ширина полосы (Δλ):
  • Красный: 20 нм
  • Зеленый: 35 нм
  • Синий: 25 нм

3. Объяснение системы бининга

Устройство сортируется по бинам на основе ключевых оптических параметров для обеспечения согласованности цвета и яркости в пределах производственной партии.

3.1 Биннинг по световому потоку

Каждый цветовой кристалл сортируется отдельно. Код бина (например, M2, N1, P2) определяет минимальный и максимальный диапазон силы света при IF=5мА. Например, красный кристалл в бине P1 имеет интенсивность от 45.0 до 57.0 мкд. В спецификации приведены подробные таблицы для красного (RS), зеленого (GH) и синего (BH). Допуск по силе света составляет ±11%.

3.2 Биннинг по доминирующей длине волны

Аналогично интенсивности, доминирующая длина волны также сортируется для контроля цветовой точки. Например, зеленый кристалл в бине 'Y' имеет доминирующую длину волны от 525.0 нм до 530.0 нм. В спецификации приведены таблицы для всех трех цветов. Для доминирующей длины волны указан допуск ±1нм.

4. Анализ производительности и временных параметров

4.1 Временные диаграммы и протокол связи

Устройство использует однопроводной последовательный протокол связи. Данные тактируются по фронту сигнала. Протокол определяет два логических уровня: код '0' и код '1', каждый с определенными требованиями к времени высокого уровня (T1H, T0H) и времени низкого уровня (T1L, T0L).

• T0H:300 нс ±80 нс (код 0, время высокого уровня).
• T0L:900 нс ±80 нс (код 0, время низкого уровня).
• T1H:900 нс ±80 нс (код 1, время высокого уровня).
• T1L:300 нс ±80 нс (код 1, время низкого уровня).
• RES (Время сброса):>50 мкс. Низкий уровень на DIN, длящийся дольше этого времени, сбрасывает внутренний сдвиговый регистр и фиксирует данные на выходе.

Двадцать четыре бита данных передаются последовательно: обычно 8 бит для зеленого, 8 бит для красного и 8 бит для синего (порядок GRB). Данные для нескольких устройств могут быть соединены гирляндной цепью от выхода DOUT одного устройства к входу DIN следующего.

4.2 Принципиальная схема включения

Для системы 5В в спецификации рекомендуется размещать развязывающий конденсатор 0.1 мкФ между выводами AVDD (питание) и GND, как можно ближе к устройству, чтобы минимизировать шум и обеспечить стабильную работу. Внутренний драйвер является драйвером постоянного тока; однако предельно допустимые параметры указывают, что в зависимости от приложенного напряжения стока (напряжение на аноде светодиода, которое выше VDD) могут потребоваться внешние токоограничивающие резисторы для предотвращения перегрузки по току. Конкретные значения резисторов определяются целевым током светодиода и прямым напряжением светодиодных кристаллов при этом токе.

5. Механическая и корпусная информация

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство имеет компактный SMD-корпус. Чертеж размеров показывает размер корпуса и конфигурацию выводов. Все неуказанные допуски составляют ±0.1мм. Распиновка следующая:

1. DIN:Вход данных для последовательного управляющего сигнала.
2. GND:Общая земля для данных и питания.
3. DOUT:Выход данных для гирляндного соединения со следующим устройством.
4. AVDD:Вход питания, подключается к +5В.

5.2 Спецификация упаковки

Устройство поставляется в влагозащищенной упаковке.

• Несущая лента:Лента шириной 8 мм на катушке диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 2000 штук.
• Чувствительность к влаге:Компоненты чувствительны к влаге (вероятно, MSL 3 или аналогичный). Меры предосторожности включают:
  • Хранение до вскрытия пакета: ≤30°C / ≤90% относительной влажности.
  • Время нахождения на производстве после вскрытия пакета: 24 часа при ≤30°C / ≤60% относительной влажности.
  • Неиспользованные детали должны быть повторно упакованы с осушителем, если превышено время нахождения на производстве.
  • Прогрев требуется, если индикатор осушителя показывает насыщение или превышено время хранения.
• Размеры катушки и ленты:Предоставлены подробные чертежи катушки, карманов несущей ленты и покровной ленты.
• Информация на этикетке:Этикетка на катушке включает поля для номера детали заказчика (CPN), номера продукта (P/N), количества (QTY) и конкретных кодов бининга для силы света (CAT), длины волны (HUE) и прямого напряжения (REF).

6. Рекомендации по пайке, сборке и использованию

6.1 Совместимость с процессами пайки

12-23C совместим как с инфракрасной, так и с паровой фазовой пайкой оплавлением, следуя профилю с пиковой температурой 260°C до 10 секунд. Также допускается ручная пайка при 350°C в течение 3 секунд. Продукт не содержит свинца и соответствует стандартам RoHS, EU REACH и бесгалогенным стандартам (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).

6.2 Критически важные меры предосторожности

• Защита от перегрузки по току:Обязательно использование внешних токоограничивающих резисторов, включенных последовательно с каждым цветовым каналом светодиода. Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент, что означает увеличение тока с ростом температуры. Без резисторов даже небольшое увеличение напряжения питания или температуры перехода может привести к тепловому разгону и выходу устройства из строя.
• Меры предосторожности от ESD:Хотя устройство рассчитано на 2000В HBM, во время сборки и обращения следует соблюдать стандартные процедуры защиты от ESD.
• Тепловой менеджмент:Максимальная рабочая температура перехода ограничена микросхемой драйвера и светодиодными кристаллами. Следует использовать достаточную площадь меди на печатной плате (тепловой рельеф) для контактной площадки GND для рассеивания тепла, особенно при работе светодиодов на более высоких токах.

7. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

7.1 Типичные сценарии применения

• Внутренние/наружные светодиодные видеоэкраны:Идеально подходит для дисплеев с малым шагом пикселей благодаря малому размеру, встроенному драйверу и возможности гирляндного соединения.
• Полноцветные светодиодные ленты:Позволяет создавать адресуемые, программируемые RGB-ленты.
• Декоративное светодиодное освещение:Архитектурное освещение, вывески и свет для создания настроения.
• Подсветка:Для приборных панелей, переключателей, ЖК-дисплеев и символов, где требуется динамический цвет.
• Телекоммуникационное оборудование:Индикаторы состояния и подсветка клавиатур.

7.2 Соображения при проектировании

• Источник питания:Используйте чистый, стабилизированный источник питания 5В. Развязывающий конденсатор 0.1мкФ критически важен для помехоустойчивости.
• Целостность линии данных:Для длинных гирляндных цепей или высокоскоростной передачи данных учитывайте импеданс дорожек и потенциальную необходимость в последовательном резисторе рядом с выходом драйвера для уменьшения выбросов.
• Установка тока:Рассчитайте значение внешнего резистора (Rext) по формуле: Rext = (Vdrain - Vf_led - Vds_sat) / Iled_target. Где Vdrain — напряжение питания анода (<17В), Vf_led — прямое напряжение светодиода при целевом токе, Vds_sat — напряжение насыщения выходного транзистора драйвера (из спецификации микросхемы драйвера, если доступно), а Iled_target — желаемый ток светодиода (например, 5мА для измерений по спецификации).
• Согласованность цвета:Для применений, требующих однородного цвета, указывайте у поставщика строгие коды бининга (CAT и HUE).

8. Техническое сравнение и отличительные особенности

Основное отличие 12-23C — интеграция светодиодных кристаллов и микросхемы драйвера. По сравнению с использованием дискретных светодиодов с отдельной микросхемой драйвера, это решение предлагает:

• Уменьшение количества компонентов:Меньше деталей для установки и пайки.
• Меньшая занимаемая площадь:Позволяет реализовать более плотные конструкции.
• Упрощение разводки печатной платы:Нет необходимости прокладывать сильноточные дорожки от центральной микросхемы к удаленным светодиодам.
• Простота цифрового управления:Одна линия данных управляет цветом и яркостью, что уменьшает количество выводов микроконтроллера и сложность программного обеспечения по сравнению с аналоговым ШИМ-управлением отдельных каналов.
• Гирляндное соединение:Упрощает проводку для линейных массивов, таких как световые ленты.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какую максимальную скорость передачи данных я могу использовать?

О: Ограничивающим фактором является время задержки распространения (макс. 300нс) и требования к временным параметрам T0H/T1H. Консервативная оценка для периода данных составляет около 1.2мкс (T0H+T0L для '0'), что соответствует скорости передачи данных примерно 833 кГц. Однако время сброса (50мкс) между кадрами снизит эффективную частоту обновления.

В: Могу ли я питать светодиоды током более 5мА?

О: В спецификации указаны характеристики только при 5мА. Работа на более высоких токах увеличит световой поток, но также увеличит рассеиваемую мощность, температуру перехода и может сократить срок службы. Максимальный ток ограничен возможностями микросхемы драйвера и собственными параметрами светодиода, которые здесь не полностью детализированы. Необходимы расчеты с учетом снижения номинальных параметров и тепловой анализ.

В: Как рассчитать значение внешнего резистора?

О: Как описано в разделе 7.2. Вам нужна кривая Vf светодиода (часто оценивается по типовым значениям в спецификации) и напряжение вашего источника питания анода (Vdrain). Распространенное Vdrain — 12В. Пример для красного светодиода при 5мА: Если Vf_красный ≈ 2.0В и Vds_sat ≈ 0.6В, то R = (12В - 2.0В - 0.6В) / 0.005А = 1880 Ом. Используйте ближайшее стандартное значение.

В: В чем разница между пиковой и доминирующей длиной волны?

О: Пиковая длина волны (λp) — это длина волны в наивысшей точке кривой спектрального распределения мощности светодиода. Доминирующая длина волны (λd) — это длина волны чистого монохроматического света, соответствующего воспринимаемому цвету светодиода. λd более актуальна для смешения цветов и дисплейных приложений.

10. Принцип работы

Устройство работает по простому принципу. Внутренний сдвиговый регистр принимает последовательные данные на выводе DIN. Эти данные тактируются бит за битом в зависимости от временных параметров входного сигнала. После приема 24 битов низкий уровень на DIN, длящийся дольше времени RES (50мкс), фиксирует эти данные в регистре хранения. Значение регистра хранения управляет тремя отдельными генераторами широтно-импульсной модуляции (ШИМ), по одному для каждого цветового канала (красный, зеленый, синий). Каждое 8-битное значение (0-255) устанавливает скважность соответствующего генератора ШИМ, тем самым управляя средним током, а значит, и яркостью каждого светодиодного кристалла с течением времени. Человеческий глаз интегрирует это быстрое мерцание, воспринимая его как устойчивый цвет с регулируемой интенсивностью. Вывод DOUT предоставляет буферизованную копию входного потока данных, позволяя бесшовно соединять гирляндной цепью неограниченное количество последующих устройств.