C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H 智能像素LED規格書 - P-LCC-6封裝 - 5V - 120°視角 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H係一款集成式智能像素LED元件。佢將紅、綠、藍三色LED晶片同一個專用3通道驅動集成電路（IC）結合喺單一個P-LCC-6表面貼裝器件（SMD）封裝入面。呢種集成設計簡化咗線路，唔使為每個顏色通道外加驅動元件。

集成驅動IC（文件中稱為4516-IC）嘅核心功能，係為紅（R）、綠（G）、藍（B）LED各自提供獨立嘅8位脈衝寬度調製（PWM）線性控制。透過精確嘅強度混合，可以創造出1670萬種顏色（2^24）。控制係透過一個簡單嘅單線串列通訊協議實現，令佢喺各種照明設計中成本效益高且易於實施。

呢款封裝配備內置反射器，並由無色透明樹脂模塑而成，有助於實現其120度嘅寬視角。三原色LED混合出嚟嘅光會產生白光發射，令呢款元件特別適合需要均勻、寬角度照明嘅背光同導光管應用。

2. 技術參數深入分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能發生永久損壞嘅極限。喺呢啲範圍之外操作唔保證正常。

• 電源電壓（VDD）：最大6.5V。典型工作電壓係5V，提供安全餘量。
• 功耗（PD）：少於400 mW。呢個限制咗IC同LED加埋產生嘅總熱量。
• LED輸出電流（Iout）：每通道最大25 mA。電氣特性中指定嘅典型輸出電流為20 mA。
• 工作溫度（Topr）：-25°C 至 +85°C。呢個定義咗可靠操作嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +90°C。
• 靜電放電（ESD）：可承受2000V，表示基本嘅操作保護級別。
• 焊接溫度：兼容無鉛（Pb-free）製程：紅外回流焊接最高260°C，最多10秒；或者手動焊接最高350°C，最多3秒。

2.2 電光特性

喺Ta=25°C同VDD=5V下測量，呢啲參數定義咗光輸出性能。

• 發光強度（Iv）：
  • 紅（R）：450 mcd（最小）至1120 mcd（最大）。典型值喺呢個範圍內。
  • 綠（G）：1120 mcd（最小）至2800 mcd（最大）。綠色通常係最光嘅通道。
  • 藍（B）：280 mcd（最小）至710 mcd（最大）。
  • 容差：發光強度±11%。
• 視角（2θ1/2）：100°（最小），120°（典型），140°（最大）。典型嘅120°寬視角係一個關鍵特點。
• 主波長（λd）：
  • 紅：618 nm 至 630 nm。
  • 綠：520 nm 至 535 nm。
  • 藍：463 nm 至 475 nm。
  • 容差：±1 nm。
• 晶片材料：紅色用AlGaInP，而綠色同藍色用InGaN，呢啲係高效能LED嘅標準材料。

2.3 電氣特性

集成驅動IC嘅參數，指定範圍為Ta=-20至+70°C同Vdd=4.5至5.5V。

• 輸出電流（IOL）：19 mA（最小），20 mA（典型），21 mA（最大）。呢個係提供畀每粒LED嘅恆定電流。
• 輸入邏輯電平（適用於DIN、SET引腳）：
  • VIH（高電平輸入電壓）：最小2.7V。
  • VIL（低電平輸入電壓）：最大0.3 * Vdd（例如，Vdd=5V時最大1.5V）。
• 滯後電壓（VH）：典型0.35V。呢個為輸入引腳提供抗噪能力。
• 動態功耗電流（IDD_dyn）：典型2 mA。呢個係驅動IC本身嘅工作電流。

3. 通訊協議與時序

呢款器件使用單線、不歸零（NRZ）通訊方案來接收24位數據（每個R、G、B通道各8位）。

3.1 數據傳輸時序

邏輯電平由固定週期時間1.2 µs內高電平脈衝嘅持續時間定義。

• 邏輯 '0'：高電壓時間（T0H）= 0.30 µs（±0.15µs），低電壓時間（T0L）= 0.90 µs。
• 邏輯 '1'：高電壓時間（T1H）= 0.90 µs（±0.15µs），低電壓時間（T1L）= 0.30 µs。
• 重置/鎖存信號：DIN引腳上嘅低電平信號持續超過50 µs（具體顯示為超過250 µs）會將接收到嘅24位數據鎖存到輸出寄存器，更新LED亮度。

數據傳輸時，每個顏色嘅最高有效位（MSB）先行。單個像素嘅順序係：R[7], R[6], ... R[0], G[7], ... G[0], B[7], ... B[0]。DOUT引腳會重新傳輸信號，允許多個器件從單個控制器數據線串聯。

4. 機械與封裝資料

4.1 封裝尺寸與引腳定義

器件封裝喺P-LCC-6（塑膠有引線晶片載體）封裝內。提供嘅尺寸圖顯示典型SMD佔位面積。引腳配置如下：

1. DI（數據輸入）：控制數據信號輸入。
2. VDD：控制電路/IC嘅電源（通常為5V）。
3. 陽極（引腳3 & 4）：呢兩個引腳內部連接。係R、G、B LED晶片嘅電源輸入。必須透過適當嘅限流電阻連接到電壓源。
4. GND（地）：IC同LED嘅公共地。
5. DOUT（數據輸出）：控制數據信號輸出，用於串聯到下一個器件嘅DI引腳。

關鍵設計注意：規格書明確警告，外部限流電阻必須串聯喺陽極引腳。如果冇咗佢哋，即使陽極電源電壓輕微增加，都會導致流經LED嘅電流發生巨大、破壞性嘅變化。

5. 焊接、組裝與儲存指引

5.1 焊接條件

呢款元件係無鉛設計，兼容紅外回流焊接。提供咗推薦嘅無鉛溫度曲線：

• 預熱：150–200°C，持續60–120秒（最大升溫速率3°C/秒）。
• 回流：高於217°C，持續60–150秒，峰值溫度唔超過260°C，最多10秒。
• 冷卻：最大降溫速率6°C/秒。
• 重要：回流焊接唔應該進行超過兩次。加熱期間唔應該對封裝施加壓力，焊接後PCB唔應該翹曲。

5.2 濕度敏感性與儲存

器件包裝喺帶有乾燥劑嘅防潮屏障袋中。

• 打開前：儲存喺≤30°C同≤90%相對濕度（RH）嘅環境。準備使用前唔好打開個袋。
• 打開後（車間壽命）：元件必須喺打開防潮袋後24小時內焊接。
• 烘烤：如果超過儲存時間，或者乾燥劑顯示有濕氣進入，使用前需要進行60°C ±5°C、持續24小時嘅烘烤處理。

6. 包裝與訂購

產品以壓紋載帶供應，然後捲上捲盤。標準每捲裝載數量為2000件。包裝材料同製程設計為防潮。捲盤上嘅標籤包括產品編號（P/N）、數量（QTY）同批次號（LOT No.）等標準識別符。規格書亦提到用於發光強度等級（CAT）、主波長等級（HUE）同正向電壓等級（REF）嘅分級，表示產品可能提供預先分類嘅性能等級。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用

• 室內/室外LED視頻顯示屏：由於集成控制同串聯能力，非常適合中低解像度全彩顯示屏、標誌同訊息板。
• 全彩LED燈帶：用於裝飾、建築同娛樂照明嘅可尋址RGB LED燈帶。
• LED裝飾照明：適合變色燈具、重點照明同互動裝置。
• 遊戲外設照明：可以用喺PC機箱照明、鍵盤背光或其他遊戲外設。
• 導光管/背光：寬視角同白光混合，令佢成為側光式或直下式導光應用嘅理想選擇。

7.2 關鍵設計考量

1. 限流電阻：呢個係最關鍵嘅外部元件。必須為每個顏色通道嘅陽極電源串聯電阻（或者如果所有顏色使用單一電源電壓，則使用一個公共電阻）來設定最大電流同保護LED。電阻值必須根據陽極電源電壓（V_anode）、LED正向電壓（Vf，從典型曲線估算）同所需電流（I，通常20mA）計算。R = (V_anode - Vf) / I。
2. 電源去耦：應該喺VDD引腳附近放置一個旁路電容（例如0.1µF），以穩定IC電源同濾除噪聲。
3. 數據線完整性：對於長串聯鏈或者電氣噪聲大嘅環境，考慮喺控制器輸出端加一個小串聯電阻（例如100Ω），同/或喺數據線上加上拉電阻，以確保信號邊沿清晰。
4. 熱管理：雖然封裝功耗低，但高環境溫度或者同時以最大亮度驅動所有三粒LED，可能會接近功耗極限。如果喺高密度陣列中使用，請確保有足夠嘅PCB銅箔或散熱。
5. 時序合規：產生數據信號嘅微控制器或驅動器必須嚴格遵守T0H、T1H同重置時序規格，以確保可靠通訊。

8. 技術比較與差異

C4516SDWN3S1集成咗驅動器同LED，呢點同分立解決方案（獨立LED + 外部驅動IC）唔同。主要優勢包括：

• 設計簡化：減少元件數量、PCB佔位面積同組裝複雜性。
• 單線控制：相比需要獨立時鐘同數據線（例如SPI）嘅解決方案，特別係喺多像素陣列中，可以最小化佈線。
• 集成外形：P-LCC-6係一種常見、易於組裝嘅SMD封裝。
• 寬視角：120°視角優於許多光束較窄嘅LED，對漫射照明應用有益。
• 潛在限制：集成意味住LED性能（波長、強度）固定喺所選嘅分級。每通道最大輸出電流（25mA）適合指示燈同裝飾用途，但可能低於高功率分立LED。

9. 常見問題 (FAQ)

9.1 我可以串聯幾多粒呢款LED？

理論上，可以串聯非常多粒，主要受數據刷新率限制。每個像素需要24位數據。數據速率由每比特1.2 µs決定。要更新N個像素嘅串聯鏈，你需要（24 * N）位加上一個最終重置脈衝（>50 µs）。對於30 Hz刷新率，你可以串聯數百個像素。實際限制取決於長鏈中嘅信號完整性同電源分配。

9.2 點解外部電阻係絕對必要嘅？

集成驅動IC喺每粒LED嘅陰極側提供一個恆定電流吸收（內部連接）。然而，電流值由陽極引腳（外部供電）同IC內部參考電壓之間嘅電壓差設定。如果冇串聯電阻，陽極電壓直接設定電流。LED正向電壓（Vf）具有負溫度係數（隨LED升溫而降低）。電源電壓輕微增加或者因加熱導致Vf下降，都可能引起電流失控性增加，導致快速失效。電阻提供負反饋，穩定電流。

9.3 我可以用3.3V微控制器去控制DIN引腳嗎？

有可能，但要小心。VIH最小值係2.7V。3.3V邏輯高電平（~3.3V）符合呢個規格。然而，噪聲容限會降低。確保信號乾淨至關重要。如果可能，建議使用5V微控制器或電平轉換器以實現穩健操作。

9.4 電氣特性中提到嘅SET引腳有咩用途？

雖然主要數據引腳係DIN，但輸入電壓規格中提到SET引腳，表示可能有一個額外引腳用於配置（例如，設定全局亮度或模式）。主要引腳描述只列出DI、VDD、Anode、GND、DOUT。如果SET引腳存在於特定型號上，設計師應查閱驅動IC規格書最詳細嘅版本以釐清引腳功能。

10. 工作原理簡介

呢款器件基於簡單嘅串入並出移位寄存器原理，結合恆定電流吸收器運作。24位串列數據流透過DI引腳上嘅時序時鐘輸入內部移位寄存器。每個比特對應於一個顏色通道喺PWM週期內特定子週期嘅期望開/關狀態。一旦接收到完整嘅24位幀，一個延長嘅低電平信號（重置）會將呢啲數據鎖存到第二組寄存器，直接控制輸出電流吸收器。然後，呢啲電流吸收器喺每個PWM週期內開啟一段時間，其長度與每個顏色嘅8位數值成比例，從而產生感知嘅亮度同顏色。DOUT引腳提供從內部寄存器移位出嚟嘅數據，實現級聯。

11. 發展趨勢與背景

像C4516SDWN3S1呢類器件代表咗可尋址LED市場中一個成熟且成本優化嘅領域。呢個領域嘅技術趨勢包括：

• 更高集成度：向控制更多通道（例如4通道RGBW）或包含額外功能（如IC內嘅伽瑪校正同誤差擴散）嘅驅動器發展。
• 改進通訊協議：雖然單線協議簡單，但新協議提供更高數據速率（如WS2812B嘅800kHz）或更好嘅抗噪能力（差分信號，如專業LED面板所用）。
• 更高比特深度：從每通道8位（256級）發展到10位、12位甚至16位PWM，以實現更平滑嘅顏色漸變同專業照明中嘅高動態範圍。
• 增強熱同電氣性能：設計具有更低壓降、更高效率同更好熱路徑，以允許更高持續亮度。
• 標準化：行業標準數字協議（例如DMX、Art-Net）與呢啲像素驅動器接口嘅增長，用於大規模安裝。

呢款元件穩固地位於低成本、數字可尋址RGB LED嘅主流之中，為廣泛嘅消費同商業應用有效平衡咗性能、簡單性同成本。