LTC-5723JD LED数码管规格书 - 0.56英寸字高 - AlInGaP红光 - 共阴极动态扫描 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTC-5723JD是一款高性能的四位七段数码管显示模块，专为需要清晰、明亮数字读数的应用而设计。其主要功能是通过四个独立的数码管直观地显示数字数据，每个数码管由七个可单独寻址的段以及一个小数点组成。该显示器的核心技术是采用了铝铟镓磷（AlInGaP）发光二极管芯片，这种芯片以其在红光光谱中的高效率和出色的发光输出而闻名。这些芯片制造在非透明的砷化镓（GaAs）衬底上，有助于提高器件的整体对比度和性能。显示器采用灰色面板和白色段标记，为点亮的红色段提供高对比度背景，从而增强了可读性。这种组合在各种光照条件下都特别有效，确保显示的信息易于辨识。

该器件专为动态扫描操作而设计，每个数码管采用共阴极配置。这种设计显著减少了驱动微控制器或电路所需的输入/输出引脚数量，使其成为多位数码管显示的一种节省空间且经济高效的解决方案。通过以高频顺序激活每个数码管，所有四个数码管在人眼看来是持续点亮的，这是动态扫描LED显示器的标准技术。LTC-5723JD按发光强度进行分类，这意味着器件会根据特定的亮度范围进行分级和销售，允许设计人员选择满足精确应用要求（如均匀性或最低亮度阈值）的部件。

1.1 主要特性与优势

该显示器提供多项显著优势，使其适用于广泛的工业、商业和仪器仪表应用。

• 光学性能：它提供高亮度和高对比度，即使在明亮环境中也能确保出色的字符外观和易读性。宽视角允许从不同位置（不仅仅是正前方）清晰地读取显示内容。
• 电气效率：该器件每个段所需的功耗较低，有助于降低整体系统功耗。高效AlInGaP技术的使用是实现此性能的关键。
• 设计与可靠性：它具有连续均匀的段，提供干净、专业的外观，点亮时条段没有可见的断点。作为一种固态器件，与机械或基于真空的显示器相比，它提供了卓越的可靠性和更长的使用寿命，没有活动部件或灯丝会磨损。
• 物理特性：字高为0.56英寸（14.2毫米），提供大而易读的数字显示，适用于面板仪表、测试设备以及其他需要从远处监控数据的设备。

2. 技术规格与客观解读

本节对规格书中规定的电气、光学和物理参数进行详细、客观的分析。理解这些规格对于正确的电路设计以及确保器件在其极限范围内可靠运行至关重要。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。不保证在此极限下或超过此极限的操作，正常使用中应避免。

• 每段功耗：70 mW。这是单个LED段在任何条件下可以安全耗散为热量的最大功率。
• 每段峰值正向电流：90 mA。此电流仅在占空比为1/10、脉冲宽度为0.1 ms的脉冲条件下允许。它用于实现非常高的瞬时亮度，例如在动态扫描方案中。
• 每段连续正向电流：25°C时为25 mA。此额定值在25°C以上以0.28 mA/°C的速率线性下降。为确保长期可靠运行，随着环境温度升高，必须降低连续电流以防止过热。
• 每段反向电压：5 V。施加超过此值的反向电压可能会击穿LED结。
• 工作与存储温度范围：-35°C 至 +85°C。该器件适用于工业温度范围。
• 焊接温度：最高260°C，最长3秒，测量位置在安装平面下方1.6mm处。这对于波峰焊或回流焊工艺至关重要，以防止对LED芯片或封装造成热损伤。

2.2 电气与光学特性

=20 mA时，典型值20 nm。这表示光谱纯度；值越小意味着输出越接近单色（颜色越纯）。

• 平均发光强度（I_V）：在正向电流（I_F）为1 mA时，最小340 μcd，典型值700 μcd。这是衡量一个段感知亮度的指标。宽范围表明该器件提供不同的亮度等级。
• 峰值发射波长（λ_p）：在I_F=20 mA时，典型值650 nm。这是光输出功率最大的波长，使其位于可见光谱的亮红色部分。
• 谱线半宽（Δλ）：在I_F主波长（λ
• ）：_d在I=20 mA时，典型值639 nm。这是最能代表光感知颜色的单一波长。_F正向电压（V
• ）：_F在I=20 mA时，典型值2.1V，最大值2.6V。这是LED工作时两端的压降。对于设计限流电路至关重要。_F反向电流（I
• ）：_R在反向电压（V）为5V时，最大值100 μA。这是LED在其最大额定值内反向偏置时流过的微小漏电流。_R发光强度匹配比（I
• V-m_）：在I=1 mA时，最大值2:1。这规定了同一器件内不同段之间允许的最大亮度变化，确保视觉均匀性。_F测量说明：

发光强度使用近似于CIE明视觉响应曲线的传感器和滤光片组合进行测量，确保数值与人类亮度感知相对应。3. 分级系统说明

规格书指出该器件“按发光强度分类”。这指的是LED制造中常见的分级做法。

发光强度分级：

• 由于半导体制造工艺固有的差异，同一生产批次的LED可能具有略微不同的亮度输出。制造商根据其在标准测试电流（例如1 mA）下测得的发光强度对这些LED进行测试和分类（分级）。LTC-5723JD提供最小强度340 μcd和典型值700 μcd。特定的订单代码或后缀可能对应不同的亮度等级（例如，标准等级和高亮度等级）。设计人员可以指定所需等级，以确保产品中多个显示器的一致性，或满足最低亮度要求。波长/颜色分级：
• 虽然提供的摘录中没有明确详细说明，但AlInGaP LED也可能根据主波长或峰值波长进行分级，以确保所有段和器件之间红色色调的一致性。λ（650 nm）和λ_p（639 nm）的典型值范围较窄，表明其固有的颜色一致性良好。_d4. 性能曲线分析

规格书引用了“典型电气/光学特性曲线”。虽然文本中没有提供具体的图表，但此类器件的标准曲线通常包括：

正向电流 vs. 正向电压（I

• -V_F曲线）：_F这条非线性曲线显示了达到给定正向电流所需的电压。对于设计驱动电路（尤其是恒流驱动器）至关重要。发光强度 vs. 正向电流（I
• -I_V曲线）：_F这条曲线显示了亮度如何随电流增加。它在一定范围内通常是线性的，但在非常高的电流下会饱和。它有助于确定达到所需亮度水平所需的工作电流。发光强度 vs. 环境温度（I
• -T_V曲线）：_a这显示了亮度如何随着环境（或结）温度升高而降低。这种降额对于在高温环境下运行的应用至关重要。相对强度 vs. 波长（光谱）：
• 显示光输出在不同波长上分布的图，以峰值发射波长为中心。它定义了LED的颜色特性。5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

机械图纸为PCB焊盘设计和面板开孔提供了关键尺寸。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，标准公差为±0.25 mm。关键特征包括封装的总长度、宽度和高度，数码管之间的间距，安装引脚的大小和位置，以及小数点相对于数码管的位置。设计人员必须遵守这些尺寸，以确保在最终产品组装中物理配合和对齐正确。

5.2 引脚连接与内部电路图

该器件采用12引脚配置。内部电路图揭示了动态扫描共阴极架构。

引脚定义：

• 1: 阳极 E
  
  2: 阳极 D
  
  3: 阳极 DP（小数点）
  
  4: 阳极 C
  
  5: 阳极 G
  
  6: 公共阴极（数码管4）
  
  7: 阳极 B
  
  8: 公共阴极（数码管3）
  
  9: 公共阴极（数码管2）
  
  10: 阳极 F
  
  11: 阳极 A
  
  12: 公共阴极（数码管1）
  
  电路架构：
• 所有相似的段阳极（例如，数码管1-4的所有“A”段）在内部连接到一个引脚。每个数码管都有自己专用的公共阴极引脚。要点亮特定数码管上的特定段，必须将相应的阳极引脚驱动为高电平（或连接到电流源），并将相应数码管的阴极引脚驱动为低电平（连接到地）。这种结构将所需的驱动线路从32条（4位数码管 * 8段）减少到仅12条（7个段阳极 + 1个小数点阳极 + 4个数码管阴极）。6. 焊接与组装指南

必须遵守指定的焊接曲线以防止损坏。

回流焊参数：

• 引脚/焊点处的最高允许温度为260°C，且此温度持续时间不得超过3秒。应设计焊接曲线以保持在此窗口内。预热对于最小化热冲击是必要的。手工焊接：
• 如果必须进行手工焊接，应使用温控烙铁。每个引脚的接触时间应最小化，理想情况下使用低热容烙铁头，时间少于3秒。清洁：
• 仅使用与显示器塑料面板和环氧树脂材料兼容的清洁剂。应避免使用强溶剂。存储条件：
• 器件应在其原始防潮袋中，在存储温度范围（-35°C至+85°C）内且低湿度的环境中存储。如果袋子已打开，器件应在规定时间内使用，或者如果吸收了湿气，应在焊接前进行烘烤。7. 应用建议

7.1 典型应用场景

测试与测量设备：

• 数字万用表、示波器、电源、频率计。工业控制与仪器仪表：
• 用于温度、压力、流量和液位监控的面板仪表；过程计时器；计数器显示。消费与商业电子：
• 销售点系统、电子秤、时钟收音机、家电显示屏。汽车售后市场：
• 仪表和诊断工具（需满足环境规格）。7.2 设计考虑与驱动电路

动态扫描驱动器：

• 几乎总是需要微控制器或专用显示驱动IC（例如MAX7219、TM1637）。固件或硬件必须快速循环扫描四个数码管（通常>100 Hz）以避免可见闪烁。限流：
• 每个阳极或阴极线必须有适当的限流电阻或由恒流源驱动。电阻值使用公式 R = (V电源_{- V}) / I_F 计算。对于5V电源，目标I_F为10 mA，典型V_F为2.1V，则 R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290 Ω。270 Ω或330 Ω的电阻是合适的。_F功耗：
• 计算最坏情况下的总功耗（一个数码管的所有段点亮）。8个段，每个10 mA，V=2.1V，每个数码管的功率为 8 * 0.01 * 2.1 = 0.168W。确保驱动电路能够处理此功耗。_F视角与安装：
• 将显示器定位在面板开孔后方，使边框不会遮挡宽视角。确保背部支撑均匀，以避免对引脚施加应力。8. 技术对比与差异化

与其他显示技术和LED类型相比：

与LCD对比：

• LED是自发光（产生自己的光），提供更高的亮度、更宽的视角以及在低温环境下更好的性能。它们不需要背光。然而，它们通常比反射式LCD消耗更多功率，并且颜色固定。与其他LED颜色（GaAsP、GaP）对比：
• LTC-5723JD使用的AlInGaP技术，与GaAsP等较旧的红光LED材料相比，提供了显著更高的发光效率和更好的温度稳定性，从而产生更亮且颜色随温度变化更一致的显示器。与单数码管或更小显示器对比：
• 将四个数码管集成在一个封装中，与使用四个独立的单数码管显示器相比，节省了PCB空间，减少了组装时间，并提高了对齐精度。与共阳极显示器对比：
• 共阴极和共阳极之间的选择通常由驱动IC或微控制器电路决定。共阴极常用于能够良好提供电流但灌电流能力较弱的微控制器，因为它们可以向阳极提供电流，并使用NPN晶体管或N沟道MOSFET来灌入较高的阴极电流。9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我可以用3.3V微控制器驱动此显示器吗？

• 答：可以，但必须检查正向电压。在较低的驱动电流（例如5 mA）下，V
  
  可能约为2.0V，留给限流电阻的电压为1.3V，这是足够的。您可能需要降低目标电流以维持亮度，或者使用能够将电压提升至段的驱动IC。_F问：为什么峰值电流（90 mA）比连续电流（25 mA）高那么多？
• 答：LED可以承受非常短的高电流脉冲而不会过热，因为芯片的热质量阻止了温度的快速上升。这在动态扫描中被利用，其中每个数码管仅在25%的时间内点亮（1/4占空比）。在25%占空比下，40-50 mA的峰值电流可以使显示器看起来比以25 mA连续运行时亮得多。
  
  问：“发光强度匹配比2:1”在实际中意味着什么？
• 答：这意味着在同一器件内，在相同测试条件下，最暗的段的亮度不低于最亮段亮度的一半。这确保了整个显示器的视觉均匀性。对于关键应用，可能需要指定更严格的等级（例如1.5:1）。
  
  问：如何计算动态扫描的刷新率？
• 答：点亮所有四个数码管的整个循环必须以足够高的速率完成以避免闪烁，通常>60-100 Hz。因此，每个数码管的周期是 1/(刷新率 * 数码管数量)。对于100 Hz刷新率和4个数码管，每个数码管点亮时间为1/400s = 2.5 ms。微控制器定时器必须每2.5 ms切换一次数码管。
  
  10. 设计与使用案例研究

场景：设计一个简单的4位数电压表。

设计人员正在创建一个0-30V直流电压表。模拟电压由微控制器的ADC读取。微控制器必须驱动LTC-5723JD显示器。

硬件设计：

1. 微控制器的I/O引脚通过330Ω限流电阻连接到8个阳极线（A-G，DP）。另外四个I/O引脚连接到四个NPN晶体管（例如2N3904）的基极。这些晶体管的集电极连接到四个阴极引脚（数码管1-4），发射极连接到地。每个晶体管使用一个基极电阻（例如4.7kΩ）。固件逻辑：
2. 固件将ADC读数转换为四个独立的数字。它进入一个以400 Hz运行的定时器中断例程。在每次中断中，它关闭所有数码管晶体管。然后，它通过端口或移位寄存器将阳极线设置为下一个顺序数码管的段码图案。最后，它打开该特定数码管的晶体管。此过程持续循环。亮度控制：
3. 显示亮度可以通过两种方式调整：1) 通过改变限流电阻的值（电阻越低 = 电流越高 = 越亮），保持在最大额定值内。2) 在动态扫描例程中，对数码管使能线使用脉宽调制（PWM），有效地同时改变所有数码管的占空比。11. 工作原理

基本工作原理基于半导体p-n结中的电致发光。当施加超过二极管开启电压（对于这种AlInGaP材料约为2.1V）的正向电压时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入到有源区，在那里它们复合。在像AlInGaP这样的直接带隙半导体中，这种复合以光子（光）的形式释放能量。Al

In_xGa_y1-x-y_{P合金的具体成分决定了带隙能量，从而决定了发射光的波长（颜色），对于该器件，位于红光光谱。非透明的GaAs衬底吸收任何向下发射的光，通过防止可能点亮未激活段的内部反射来提高对比度。}12. 技术趋势

虽然本规格书中代表的AlInGaP技术成熟且高度可靠，但更广泛的显示技术领域仍在不断发展。趋势包括开发效率更高的材料，例如基于氮化镓（GaN）的蓝光和绿光材料，现在已占主导地位。对于多位数码管显示，趋势是向完全集成的模块发展，这些模块内置控制器、I2C或SPI接口，有时甚至嵌入字体和特殊字符，从而简化设计。此外，点阵OLED和微型LED显示器在类似外形尺寸下显示字母数字和图形信息方面提供了更大的灵活性。然而，对于需要简单、明亮、坚固且经济高效的数字读数的应用，像LTC-5723JD这样的专用七段LED显示器，由于其经过验证的性能、简单性和出色的可读性，仍然是一种非常可行且受欢迎的解决方案。

While the AlInGaP technology represented in this datasheet is mature and highly reliable, the broader field of display technology continues to evolve. Trends include the development of even higher efficiency materials, such as those based on Gallium Nitride (GaN) for blue and green, which are now dominant. For multi-digit numeric displays, there is a trend towards fully integrated modules with built-in controllers, I2C or SPI interfaces, and sometimes even embedded fonts and special characters, simplifying design. Furthermore, dot-matrix OLED and micro-LED displays offer potential for greater flexibility in showing alphanumeric and graphic information in similar form factors. However, for applications requiring simple, bright, rugged, and cost-effective numeric readouts, dedicated seven-segment LED displays like the LTC-5723JD remain a highly viable and popular solution due to their proven performance, simplicity, and excellent readability.