SMD RGB LED 12-23C 規格書 - 8mm 載帶 - 5V 供電 - 256級灰度PWM控制 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

12-23C 係一款微型表面貼裝元件（SMD），將三個獨立LED晶片（紅、綠、藍）同專用3通道恆流驅動IC集成喺單一封裝內。呢種集成設計令到單一微型封裝具備全彩能力同精確數碼控制。其主要優勢在於能夠實現高密度PCB設計，適用於需要鮮豔、動態控制色彩照明嘅應用，而無需複雜嘅外部驅動電路。

其核心功能由一個集成電路驅動，該電路接收串列數碼數據信號。呢個信號包含24位數據（每個顏色通道8位），允許每個顏色有256個不同灰度級別，從而產生超過1600萬種可能嘅顏色組合。該元件以8mm載帶包裝，並供應喺7英寸直徑嘅捲盤上，完全兼容高速自動貼片組裝設備。

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗可能導致元件永久損壞嘅極限。操作應始終保持喺呢啲界限之內。

• 供電電壓（VDD）：+3.8V 至 +5.5V。呢個係內部驅動IC邏輯同控制電路嘅電壓範圍。
• 輸出電壓（VOUT）：最大17V。呢個額定值涉及連接到LED陽極嘅內部驅動器輸出晶體管嘅耐壓能力。
• 輸入電壓（VIN）：-0.5V 至 VDD+0.5V。適用於數碼輸入引腳（DIN）。超出此範圍可能會損壞輸入保護結構。
• 靜電放電（ESD）：2000V（人體模型）。表示中等水平嘅ESD保護；仍建議遵循正確嘅處理程序。
• 工作溫度（Topr）：-20°C 至 +70°C。可靠運行嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：該元件適用於峰值溫度為260°C、持續10秒嘅回流焊接，或350°C、持續3秒嘅手工焊接。

2.2 推薦工作條件

呢啲係確保最佳同保證性能嘅條件。

• 供電電壓（VDD）：5.0V（典型值）。該元件設計用於5V邏輯供電。
• 輸入邏輯電平：
  • 高電平輸入電壓（VIH）：最小 0.7*VDD。信號必須高於此電平才能被識別為邏輯'1'。
  • 低電平輸入電壓（VIL）：最大 0.3*VDD。信號必須低於此電平才能被識別為邏輯'0'。
• 傳播延遲（TPLZ）：最大300 ns。呢個係數據信號從DIN引腳傳播到DOUT引腳嘅時間延遲，對於確定菊花鏈配置中嘅最大數據傳輸速度至關重要。
• 輸出下降時間（TTHZ）：R/G/B輸出通道最大20 µs。呢個會影響PWM開關特性。
• 輸入電容（CI）：最大15 pF。DIN引腳呈現嘅容性負載。

2.3 電光特性

測量條件為每個顏色晶片正向電流（IF）5mA，環境溫度（Ta）25°C。

• 光強度（Iv）：
  • 紅色（RS）：典型值範圍從22.5 mcd到72.0 mcd，視乎具體分級。
  • 綠色（GH）：典型值範圍從45.0 mcd到140.0 mcd。
  • 藍色（BH）：典型值範圍從18.0 mcd到57.0 mcd。
• 視角（2θ1/2）：130度（典型值）。呢個寬視角係白色擴散樹脂透鏡嘅特徵。
• 峰值波長（λp）：
  • 紅色：632 nm
  • 綠色：518 nm
  • 藍色：468 nm
• 主波長（λd）：感知嘅顏色波長。
  • 紅色：617.5 nm 至 629.5 nm
  • 綠色：525.0 nm 至 540.0 nm
  • 藍色：464.5 nm 至 476.5 nm
• 頻譜帶寬（Δλ）：
  • 紅色：20 nm
  • 綠色：35 nm
  • 藍色：25 nm

3. 分級系統說明

該元件根據關鍵光學參數進行分級，以確保生產批次內顏色同亮度嘅一致性。

3.1 光強度分級

每個顏色晶片獨立分級。分級代碼（例如M2、N1、P2）定義咗喺IF=5mA時嘅最小同最大光強度範圍。例如，P1級嘅紅色晶片強度介乎45.0至57.0 mcd之間。規格書提供紅色（RS）、綠色（GH）同藍色（BH）嘅詳細表格。光強度公差為±11%。

3.2 主波長分級

類似於強度，主波長亦都進行分級以控制色點。例如，'Y'級嘅綠色晶片主波長介乎525.0 nm至530.0 nm之間。規格書提供所有三種顏色嘅表格。主波長公差指定為±1nm。

4. 性能與時序分析

4.1 時序波形與通訊協議

該元件使用單線串列通訊協議。數據喺信號嘅上升沿時鐘輸入。協議定義咗兩個邏輯電平：'0'碼同'1'碼，每個都有特定嘅高電平時間（T1H、T0H）同低電平時間（T1L、T0L）要求。

• T0H：300 ns ±80 ns（0碼，高電平時間）。
• T0L：900 ns ±80 ns（0碼，低電平時間）。
• T1H：900 ns ±80 ns（1碼，高電平時間）。
• T1L：300 ns ±80 ns（1碼，低電平時間）。
• RES（重置時間）：>50 µs。DIN上持續時間長過呢個值嘅低電平信號會重置內部移位寄存器，並將數據鎖存到輸出。

24位數據按順序傳輸：通常係8位綠色、8位紅色、8位藍色（GRB順序）。多個元件嘅數據可以從一個元件嘅DOUT菊花鏈到下一個元件嘅DIN。

4.2 應用電路

對於5V系統，規格書建議喺AVDD（電源）同GND引腳之間放置一個0.1 µF去耦電容，盡可能靠近元件以最小化噪音並確保穩定運行。內部驅動器係恆流類型；然而，絕對最大額定值表明，根據施加嘅汲極電壓（LED陽極電壓，高於VDD），可能需要外部限流電阻以防止過流情況。具體電阻值由目標LED電流同該電流下LED晶片嘅正向電壓決定。

5. 機械與封裝資料

5.1 封裝尺寸

該元件具有緊湊嘅SMD佔位面積。尺寸圖顯示咗主體尺寸同引腳配置。所有未指定公差為±0.1mm。引腳定義如下：

1. DIN：串列控制信號嘅數據輸入。
2. GND：數據同電源嘅公共地。
3. DOUT：數據輸出，用於菊花鏈到下一個元件。
4. AVDD：電源輸入，連接至+5V。

5.2 包裝規格

該元件以防潮包裝供應。

• 載帶：8mm寬載帶，置於7英寸直徑捲盤上。每捲包含2000件。
• 濕度敏感度：元件對濕度敏感（可能係MSL 3或類似級別）。注意事項包括：
  • 開袋前儲存：≤30°C / ≤90% RH。
  • 開袋後車間壽命：≤30°C / ≤60% RH下24小時。
  • 如果超過車間壽命，未使用嘅部件必須重新用乾燥劑密封包裝。
  • 如果乾燥劑指示劑顯示飽和或超過儲存時間，則需要烘烤。
• 捲盤同載帶尺寸：提供捲盤、載帶凹槽同覆蓋帶嘅詳細圖紙。
• 標籤資訊：捲盤標籤包括客戶料號（CPN）、產品編號（P/N）、數量（QTY），以及光強度（CAT）、波長（HUE）同正向電壓（REF）嘅具體分級代碼欄位。

6. 焊接、組裝及使用指引

6.1 焊接工藝兼容性

12-23C兼容紅外同氣相回流焊接工藝，遵循峰值溫度260°C、持續最多10秒嘅溫度曲線。亦都適用於350°C、持續3秒嘅手工焊接。產品無鉛，符合RoHS、歐盟REACH同無鹵標準（Br <900ppm，Cl <900ppm，Br+Cl <1500ppm）。

6.2 關鍵使用注意事項

• 過流保護：必須使用外部限流電阻串聯喺每個LED顏色通道上。LED正向電壓具有負溫度係數，意味住電流會隨溫度升高而增加。如果冇電阻，即使供電電壓或結溫有輕微增加，都可能導致熱失控同元件故障。
• ESD注意事項：雖然額定為2000V HBM，但喺組裝同處理過程中仍應遵循標準ESD處理程序。
• 熱管理：最大工作結溫受驅動IC同LED晶片限制。應使用足夠嘅PCB銅面積（散熱焊盤）用於GND焊盤以散熱，特別係喺以較高電流驅動LED時。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用場景

• 室內/室外LED視頻顯示屏：由於尺寸細小、集成驅動器同菊花鏈能力，非常適合細間距顯示屏。
• 全彩LED燈帶：實現可尋址、可編程嘅RGB照明燈帶。
• LED裝飾照明：建築照明、標誌牌同氛圍照明。
• 背光照明：適用於儀錶板、開關、LCD同需要動態顏色嘅符號。
• 通訊設備：狀態指示燈同鍵盤背光。

7.2 設計考量

• 電源供應：使用乾淨、穩壓嘅5V電源。0.1µF去耦電容對於抗噪至關重要。
• 數據線完整性：對於長菊花鏈或高速數據，要考慮走線阻抗，同埋可能需要在驅動器輸出附近加串聯電阻以減少振鈴。
• 電流設定：使用公式計算外部電阻值（Rext）：Rext = (Vdrain - Vf_led - Vds_sat) / Iled_target。其中Vdrain係陽極供電電壓（<17V），Vf_led係目標電流下LED嘅正向電壓，Vds_sat係驅動器輸出晶體管飽和電壓（如有，取自驅動IC規格書），Iled_target係所需LED電流（例如，規格測量用5mA）。
• 顏色一致性：對於需要均勻顏色嘅應用，要向供應商指定嚴格嘅分級代碼（CAT同HUE）。

8. 技術比較與差異

12-23C嘅主要差異在於集成咗LED晶片同驅動IC。相比使用分立LED加獨立驅動IC嘅方案，呢個解決方案提供：

• 減少元件數量：需要放置同焊接嘅部件更少。
• 更細嘅佔位面積：實現更高密度嘅設計。
• 簡化PCB佈局：無需從中央IC佈設高電流驅動走線到遠處嘅LED。
• 數碼控制簡化：單一數據線控制顏色同亮度，相比於模擬PWM控制獨立通道，減少微控制器引腳數量同軟件複雜性。
• 菊花鏈：簡化燈帶等線性陣列嘅佈線。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以使用嘅最大數據速率係幾多？

答：限制因素係傳播延遲（最大300ns）同T0H/T1H嘅時序要求。數據週期嘅保守估計約為1.2µs（'0'碼嘅T0H+T0L），即數據速率約為833 kHz。然而，幀之間嘅重置時間（50µs）會降低有效刷新率。

問：我可以以超過5mA嘅電流驅動LED嗎？

答：規格書只指定咗5mA時嘅特性。以更高電流驅動會增加光輸出，但亦會增加功耗、結溫，並可能縮短壽命。最大電流受驅動IC能力同LED自身額定值限制，呢度未完全詳細說明。降額同熱分析至關重要。

問：點樣計算外部電阻值？

答：如第7.2節所述。你需要LED Vf曲線（通常從規格書中嘅典型值估算）同你嘅陽極供電電壓（Vdrain）。常見嘅Vdrain係12V。以紅色LED 5mA為例：如果Vf_red ≈ 2.0V，Vds_sat ≈ 0.6V，則 R = (12V - 2.0V - 0.6V) / 0.005A = 1880 Ω。使用最接近嘅標準值。

問：峰值波長同主波長有咩區別？

答：峰值波長（λp）係LED頻譜功率分佈曲線中最高點嘅波長。主波長（λd）係與LED感知顏色相匹配嘅純單色光嘅波長。λd對於混色同顯示應用更相關。

10. 工作原理

該元件基於一個簡單原理運作。內部移位寄存器喺DIN引腳接收串列數據。呢啲數據根據輸入信號嘅時序逐位時鐘輸入。接收24位數據後，DIN上持續時間長過RES時間（50µs）嘅低電平信號會將呢啲數據鎖存到保持寄存器。保持寄存器嘅值控制三個獨立嘅脈衝寬度調製（PWM）產生器，每個顏色通道（紅、綠、藍）一個。每個8位值（0-255）設定其對應PWM產生器嘅佔空比，從而隨時間控制每個LED晶片嘅平均電流，亦即亮度。人眼會整合呢種快速閃爍，將其感知為具有可調強度嘅穩定顏色。DOUT引腳提供輸入數據流嘅緩衝副本，允許無縫菊花鏈到無限多個後續元件。