內置IC嘅SMD RGB LED - 5.0x5.0x1.6mm - 電壓4.2-5.5V - 功率99mW - 英文技術規格書

1. 產品概覽

呢份文件詳細說明咗一款表面貼裝（SMD）LED嘅規格。呢款LED將紅、綠、藍（RGB）半導體晶片同一個內置嘅8-bit驅動集成電路（IC）整合喺單一封裝入面。呢個集成方案旨在為設計師簡化恆流應用，唔使再為每個顏色通道外加限流電阻或者複雜嘅驅動電路。

1.1 核心優勢同產品定位

呢個元件嘅主要優勢係佢嘅高度集成性。通過將控制邏輯同RGB發光體結合，佢形成咗一個完整、可尋址嘅像素點。呢種架構對於需要多個LED嘅應用特別有利，例如LED燈帶、矩陣顯示屏同裝飾燈，因為佢可以顯著減少元件數量、電路板空間同系統複雜性。器件採用符合EIA標準嘅封裝，兼容自動貼片同紅外回流焊接工藝，呢點對於大批量生產至關重要。

1.2 目標應用同市場

呢款LED專為空間、效率同顏色控制都係首要考慮因素嘅廣泛電子設備而設計。佢嘅主要應用領域包括：

• 全綵模組同軟性照明：非常適合用喺燈帶、建築輪廓燈同氣氛照明系統度營造動態變色效果。
• 室內顯示屏同標牌：適用於需要獨立像素控制嘅不規則視頻顯示屏、信息標誌同裝飾面板。
• 消費電子產品：可以用於狀態指示燈、前面板背光，或者網絡設備、家電同電腦周邊設備等產品嘅裝飾性照明。
• 工業同辦公室設備：適用於各種工業同辦公室自動化環境中嘅狀態信號指示同操作員界面照明。

2. 技術參數：深入客觀分析

以下章節根據規格書，對器件嘅關鍵性能特徵進行詳細、客觀嘅剖析。

2.1 絕對最大額定值同工作極限

呢啲參數定義咗器件可能遭受永久損壞嘅應力極限。佢哋唔係用於正常操作嘅。

• 功耗（P_D）：99 mW。呢個係封裝可以作為熱量散發嘅最大總功率。超過呢個限制會有過熱同失效嘅風險。
• 供電電壓範圍（V_DD）：+4.2V 至 +5.5V。內置IC需要喺呢個範圍內嘅穩定電源先至可以可靠工作。施加超出呢個範圍嘅電壓可能會損壞控制電路。
• 總正向電流（I_F）：18 mA。呢個係同時流經紅、綠、藍晶片嘅電流最大總和。
• 溫度範圍：器件嘅額定工作溫度範圍係-40°C至+85°C，儲存環境溫度範圍係-40°C至+100°C。

2.2 光學特性

測量條件：環境溫度（T_a）為25°C，供電電壓（V_DD）為5V，所有顏色通道都設定為最大亮度（8'b11111111）。

• 發光強度（I_V）：呢個係光輸出嘅感知亮度。典型值為：紅：100-200 mcd，綠：250-500 mcd，藍：50-120 mcd。綠色晶片通常表現出最高嘅發光強度。
• 視角（2θ_1/2）：120度。呢個寬視角係霧面透鏡嘅特徵，意味住LED喺一個寬廣嘅區域發光，令佢適合需要從多個角度都睇得到嘅應用。
• 主波長（λ_d）：呢個參數定義咗光嘅感知顏色。指定範圍為：紅：615-630 nm，綠：520-535 nm，藍：460-475 nm。呢啲範圍將顏色置於標準可見光譜帶內嘅紅、綠、藍區域。

2.3 電氣特性

定義條件：環境溫度範圍-20°C至+70°C，V_DD由4.2V至5.5V，V_SS為0V。

• IC輸出電流（I_F）：5 mA（典型值）。呢個係內置驅動IC提供畀每個獨立紅、綠、藍LED晶片嘅恆定電流。呢種恆流設計確保顏色輸出穩定，並保護LED免受電流尖峰影響。
• 輸入邏輯電平：對於數據輸入（DIN）引腳，邏輯高電平（V_IH）喺最小2.7V至V_DD之間被識別。邏輯低電平（V_IL）喺最大1.0V被識別。呢個兼容3.3V同5V微控制器邏輯。
• IC靜態電流（I_DD）：當所有LED數據設定為'0'（熄滅）時，典型值為0.8 mA。呢個係LED唔發光時，內置IC自身消耗嘅功率。

3. 數據傳輸協議同控制

器件採用單線、可級聯嘅通信協議，允許將多個單元菊花鏈式連接，並由單個微控制器引腳控制。

3.1 協議基礎

數據以DIN引腳上嘅高低脈衝序列傳輸。每個位（'0'或'1'）由標稱週期1.2 µs（±300ns）內嘅特定時序模式編碼。

• '0'位：高電平時間（T_0H）= 300 ns ±150ns，之後係低電平時間（T_0L）= 900 ns ±150ns。
• '1'位：高電平時間（T_1H）= 900 ns ±150ns，之後係低電平時間（T_1L）= 300 ns ±150ns。

時序容差允許微控制器時鐘速度有啲變化，但需要精確嘅軟件或硬件時序先至可以實現可靠通信。

3.2 數據幀結構

每個LED需要24位數據嚟設定佢嘅顏色。數據按以下順序發送：綠（8位）、紅（8位）、藍（8位）。每個8位數值以256級（0-255）控制特定顏色通道嘅亮度。咁樣就可以創造出16,777,216（256^3）種可能嘅顏色組合。

3.3 級聯同復位

發送到第一個LED嘅DIN引腳嘅數據會喺其內部寄存器中移位，然後喺24位之後從其DOUT引腳輸出。呢個DOUT可以連接到鏈中下一個LED嘅DIN，從而允許串行控制無限數量嘅LED。DIN引腳上持續超過250 µs（RESET時間）嘅低電平信號，會導致鏈中所有LED鎖存當前喺其寄存器中嘅數據並顯示，然後準備從鏈中第一個LED開始接收新數據。

4. 顏色分檔系統

規格書提供基於CIE 1931色度圖嘅分檔表，用於對白色霧面LED嘅顏色輸出進行分類。分檔代碼（A、B、C、D）定義咗（x, y）顏色坐標平面上嘅四邊形，每個四邊形嘅容差為±0.01。呢個系統允許製造商同設計師選擇具有一致顏色特性嘅LED，用於多個單元之間顏色均勻性至關重要嘅應用，例如大型顯示屏或照明面板。

5. 性能曲線分析

規格書包含關鍵性能關係嘅圖形表示。

5.1 相對強度 vs. 波長（光譜分佈）

呢條曲線顯示每個顏色晶片（紅、綠、藍）嘅發射光譜。佢通常顯示對應於主波長嘅明顯峰值。呢啲峰值嘅寬度表示光譜純度；峰值越窄，顏色越飽和。顏色光譜之間嘅重疊，特別係喺綠黃色區域，會影響混合顏色嘅質量同範圍（例如，用紅色同綠色創造純黃色）。

5.2 正向電流 vs. 環境溫度降額曲線

呢個圖對於熱管理至關重要。佢顯示每個LED晶片嘅最大允許正向電流隨環境溫度變化嘅關係。隨著溫度升高，最大安全電流會降低。例如，喺25°C時，最大電流可能接近額定值18mA，但喺85°C時，最大允許電流會明顯降低。設計師必須確保工作電流，特別係當所有三種顏色都處於全亮度時，唔超過最高預期環境溫度下嘅降額極限，以確保長期可靠性。

5.3 空間分佈（輻射模式）

呢個極坐標圖說明咗光強度如何隨住相對於LED中心軸嘅視角而變化。提供嘅120度視角（2θ_1/2）係強度下降到軸上值50%嘅點。霧面透鏡產生類似朗伯分佈嘅圖案，提供寬廣區域內均勻嘅照明，而唔係聚焦光束。

6. 機械同封裝信息

6.1 封裝尺寸同配置

器件標稱佔地面積為5.0 mm x 5.0 mm，高度為1.6 mm。除非另有說明，所有尺寸公差為±0.2 mm。頂視圖標識咗四個引腳：1（VDD - 電源）、2（DIN - 數據輸入）、3（VSS - 地）、4（DOUT - 數據輸出）。

6.2 推薦PCB焊盤佈局

提供咗焊盤圖案圖嚟指導PCB設計。遵守呢啲推薦嘅焊盤尺寸同間距，對於喺回流焊接過程中實現可靠嘅焊點同確保適當嘅機械穩定性至關重要。

7. 組裝同處理指南

7.1 焊接工藝

器件兼容適用於無鉛焊料嘅紅外（IR）回流焊接工藝。規格書參考咗根據J-STD-020B標準嘅溫度曲線。呢類曲線中嘅關鍵參數包括預熱、保溫、回流峰值溫度（唔得超過器件嘅最高額定溫度）同冷卻速率。遵循推薦嘅溫度曲線對於防止熱衝擊、焊點缺陷或損壞LED封裝同內部IC至關重要。

7.2 清潔

如果組裝後需要清潔，推薦方法係將組裝好嘅電路板浸入室溫下嘅乙醇或異丙醇中少於一分鐘。禁止使用未指定或具腐蝕性嘅化學清潔劑，因為佢哋可能會損壞塑料透鏡或封裝材料。

8. 包裝同訂購

LED以8mm寬嘅壓紋載帶提供，捲繞喺7英寸（178mm）直徑嘅捲盤上。標準包裝數量為每捲4000件。載帶同捲盤規格符合ANSI/EIA 481標準，確保兼容自動組裝設備。提供載帶袋同捲盤嘅詳細尺寸圖，用於物流同機器設置。

9. 應用設計考慮

9.1 電源設計

一個穩定、低噪聲、喺4.2V至5.5V範圍內嘅電源係必不可少嘅。必須計算一串LED嘅總電流需求：I_總= （LED數量） * （I_{DD_靜態}） + （點亮像素數量） * （I_{F_R}+ I_{F_G}+ I_{F_B}）。對於大型安裝，要考慮沿住電源線嘅壓降，呢個可能需要喺多個點進行電源注入。

9.2 數據信號完整性

對於長嘅菊花鏈或者喺電氣噪聲大嘅環境中，數據線（DIN/DOUT）上嘅信號完整性可能會下降。緩解策略包括：使用較低數據速率（如果時序允許）、喺微控制器輸出端添加一個小嘅串聯電阻（例如，100-470 Ω）以減少振鈴、確保整個系統有穩固、低阻抗嘅接地連接。

9.3 熱管理

雖然恆流驅動器提供內在保護，但必須管理作為熱量散發嘅功率（P = V_f* I_f，對於每個晶片，再加上IC損耗）。如果LED喺高亮度水平或高環境溫度下工作，特別係喺密集排列嘅陣列中，要確保足夠嘅通風或散熱。請參考第5.2節中嘅降額曲線。

10. 技術比較同差異化

呢個元件嘅關鍵區別在於內置恆流驅動IC。同需要三個外部限流電阻同一個外部多路復用或PWM驅動電路嘅標準RGB LED相比，呢個集成方案具有顯著優勢：

• 設計簡化：減少物料清單（BOM）同PCB佈局複雜性。
• 一致性提高：片上恆流源為每個單元中嘅每種顏色提供相同嘅驅動條件，從而喺整個生產批次中實現更好嘅顏色均勻性。
• 可級聯性：單線協議允許從一個微控制器引腳控制數百個LED，極大地簡化咗大型安裝嘅佈線同控制軟件。
• 高色深：每個顏色通道8位（256級）控制，實現平滑漸變同豐富嘅調色板，優於更簡單嘅多路復用或模擬控制方案。

11. 常見問題（基於技術參數）

問：我可唔可以直接用3.3V微控制器電源供電畀呢個LED？

答：唔可以。絕對最小供電電壓（V_DD）係4.2V。3.3V電源低於工作範圍，無法正確為內置IC供電。你需要一個獨立嘅5V（或4.2-5.5V）電源軌畀LED。

問：如果我個項目用100個呢啲LED，點樣計算所需電流？

答：你必須考慮兩個部分：1) IC嘅靜態電流：100個LED * 0.8 mA = 80 mA。2) LED電流：呢個取決於顯示嘅顏色。喺最壞情況下（所有LED顯示全亮度白色），每個LED消耗約15 mA（3種顏色 * 5 mA）。所以，100個LED * 15 mA = 1500 mA。總最壞情況電流 ≈ 1580 mA 或 5V下1.58A。你嘅電源必須能夠承受呢個電流。

問：如果數據信號時序稍微超出指定容差會點？

答：器件可能會誤解數據，導致顯示錯誤顏色或者鏈中通信完全失敗。關鍵係要以盡可能接近典型值嘅時序生成數據信號，並保持在±150ns嘅允許範圍內。

問：需要散熱器嗎？

答：視乎操作條件而定。喺室溫同中等亮度下，99mW嘅功耗額定值可能足夠。然而，如果喺高環境溫度嘅外殼內連續以最大亮度工作，則應進行熱分析。第5.2節中嘅降額曲線顯示，最大電流必須隨溫度升高而降低，呢個係一種間接嘅熱管理形式。

12. 實際應用示例

場景：為藝術裝置設計一個10x10 RGB LED矩陣面板。

設計步驟：

1. 佈局：將100個LED排列成網格。將所有VDD引腳連接到公共5V電源層，所有VSS引腳連接到公共接地層。

2. 電源：計算峰值功率：100個LED * (0.015A * 5V) = 7.5W。選擇一個5V、8A（40W）嘅電源，留有約20%餘量。計劃從面板多側注入電源，以最小化壓降。

3. 數據鏈：將一行中每個LED嘅DOUT連接到同一行中下一個LED嘅DIN。喺每行末尾，可以將DOUT連接到下一行第一個LED嘅DIN，從而創建一條包含100個LED嘅單一長鏈。

4. 控制：微控制器（例如ESP32、Arduino）生成數據流。軟件必須發送2400位（100個LED * 24位）顏色數據，然後係一個>250 µs嘅復位脈衝，令LED更新。有現成嘅庫可以簡化呢個協議。

5. 熱管理：將LED安裝喺鋁基PCB上，或者確保面板有通風，因為喺密閉空間內7.5W嘅熱量會升高環境溫度，從而觸發電流降額嘅需要。

13. 工作原理

器件基於一個簡單而有效嘅原理工作。內置IC包含一個移位寄存器同恆流吸收器。時鐘輸入DIN引腳嘅串行數據喺內部24位寄存器中移位。一旦接收到復位信號，IC就會鎖存呢啲數據。鎖存數據嘅每個8位段控制一個顏色通道（紅、綠、藍）嘅脈寬調製（PWM）發生器。然後，PWM信號驅動連接到相應LED晶片嘅恆流吸收器。數值255（8'b11111111）會產生100%佔空比（全亮），而數值127會產生約50%佔空比，從而控制亮度。恆流吸收器確保LED接收到穩定電流，唔受晶片之間或隨溫度變化嘅輕微正向電壓（V_f）差異影響。

14. 技術趨勢同背景

呢個元件代表咗LED技術嘅一個明顯趨勢：封裝層面嘅集成度同智能化程度不斷提高。將驅動功能移至同發光體相同嘅基板上（一個通常稱為"集成電路LED"或"智能LED"嘅概念）解決咗幾個行業挑戰。佢降低咗終端用戶嘅系統成本同複雜性，提高咗性能一致性，並實現咗新應用，例如易於擴展、高分辨率嘅可尋址顯示屏。呢個趨勢正朝著集成更先進電路嘅LED發展，呢啲電路能夠支持更高數據速率（例如用於視頻）、內置用於圖案嘅存儲器，甚至用於環境光或溫度反饋嘅傳感器，為更自主同自適應嘅照明系統鋪平道路。