ALS-PD70-01C/TR7 環境光感測器規格書 - 尺寸 4.4x3.9x1.2mm - 電壓 2.5V 至 5.5V - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

ALS-PD70-01C/TR7 是一款表面黏著環境光感測器元件。它由一個封裝在微型SMD封裝內的光敏二極體組成，採用透明材質模製，頂部為平面。此感測器專為行動裝置（如手機和PDA）的顯示器背光應用提供有效的省電解決方案。其關鍵特色在於對紅外線輻射的高抑制比，使其光譜響應非常接近人眼。

1.1 核心優勢

• 光譜響應接近人眼。
• 對不同光源的靈敏度變化低。
• 寬廣的工作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。
• 寬廣的供應電壓範圍：2.5V 至 5.5V。
• 緊湊尺寸：4.4mm (長) x 3.9mm (寬) x 1.2mm (高)。
• 符合 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準（溴<900ppm，氯<900ppm，溴+氯<1500 ppm）。

1.2 目標市場與應用

此感測器主要針對可攜式及注重能源效率的電子裝置。其主要應用包括：

• 偵測環境光以控制TFT LCD顯示器的背光，達到省電目的。
• 自動住宅與商業照明管理系統。
• 電子看板的自動對比度增強。
• 適用於日光與人造光條件的環境光監測裝置。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不建議在此範圍外操作。

• 反向崩潰電壓（V_BR)）：35 V（在 I_R=100µA 條件下）。這表示光敏二極體在崩潰前能承受的最大反向電壓。
• 順向電壓（V_F)）：0.5 V 至 1.3 V（在 I_F=10mA 條件下）。這是二極體在順向偏壓時的跨壓，與測試相關，但在典型的光導模式操作中不常見。
• 工作溫度（T_opr)）：-40°C 至 +85°C。
• 儲存溫度（T_stq)）：-40°C 至 +85°C。
• 焊接溫度（T_sol)）：260°C。這對於迴焊製程至關重要。

2.2 建議工作條件

此元件設計在以下條件內工作，以確保達到規格性能。

• 工作溫度（T_opr)）：-40°C 至 +85°C。

2.3 電氣與光學特性

這些參數在 T_a=25°C 下量測，定義了感測器的核心性能。

• 暗電流（I_D)）：典型值 2 nA，最大值 10 nA（在 V_R=5V，E_V=0 Lux 條件下）。這是無光時的小量漏電流。數值越低，在低光條件下的靈敏度越好。
• 光電流（I_L1)）：典型值 1.1 µA（在 V_R=5V，E_V=100 Lux，白光螢光燈/LED燈條件下）。這是在特定照度下產生的光電流。
• 光電流（I_L2)）：典型值 9.5 µA（在 V_R=5V，E_V=1000 Lux，白光螢光燈/LED燈條件下）。
• 光電流（I_L3)）：典型值 12 µA（在 V_R=5V，E_V=1000 Lux，CIE標準光源A / 2856K白熾燈條件下）。I_L2與 I_L3之間的差異，凸顯了感測器對不同光源光譜的響應變化。
• 峰值靈敏度波長（λ_p)）：典型值 630 nm。這確認了感測器的峰值響應位於可見光紅橙色區域，與人眼靈敏度一致。
• 靈敏度波長範圍（λ））：390 nm 至 700 nm。這涵蓋了大部分可見光譜，並能強力抑制紅外線（IR）和紫外線（UV）光。

3. 性能曲線分析

規格書中參考了數條典型的電光特性曲線，對設計工程師至關重要。

3.1 光電流 vs. 照度

此曲線顯示輸出光電流與環境光水平（單位：Lux）之間的關係。通常在寬廣範圍內呈線性，便於在應用中直接校準光線水平。此曲線的斜率代表了感測器的響應度。

3.2 暗電流 vs. 溫度

此圖表說明暗電流（I_D）如何隨溫度升高而增加。由於暗電流會形成雜訊，了解此關係對於在極端溫度環境下運作的應用至關重要，以確保準確的低光讀數。

3.3 光電流 vs. 溫度

此曲線顯示在固定照度下，光電流隨溫度的變化。預期會有一些溫度依賴性，若需要在整個工作範圍內達到高精度，此數據對於設計溫度補償電路是必要的。

3.4 光電流 vs. 供應電壓

此圖表展示了光電流輸出在建議供應電壓範圍（2.5V 至 5.5V）內的穩定性。輸出在電壓變化下保持穩定，簡化了電源供應設計。

3.5 光譜響應

這是最重要的圖表之一。它繪製了感測器相對於波長的相對靈敏度。曲線應在約 630 nm 處達到峰值（如規格所述），並在超過 700 nm 後急遽下降，證實了有效的紅外線抑制。將此曲線與 CIE 明視覺光度函數（標準人眼響應）進行比較，可視化驗證其接近人眼響應的主張。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

感測器採用表面黏著封裝。關鍵尺寸如下：

• 長度（L）：4.4 mm ±0.1 mm
• 寬度（W）：3.9 mm ±0.1 mm
• 高度（H）：1.2 mm

規格書中的詳細機械圖提供了焊墊圖案設計的精確尺寸，包括焊墊大小與間距，這對於PCB佈局和焊點可靠性至關重要。

4.2 極性識別

規格書圖示標明了封裝體上的陰極和陽極標記。組裝時正確的極性方向對於電路正常運作至關重要。

5. 焊接與組裝指南

5.1 迴焊參數

焊接溫度的絕對最大額定值為 260°C。這意味著元件可以承受典型的無鉛迴焊溫度曲線。設計者應遵循標準SMD迴焊作業，確保峰值溫度不超過 260°C，且高於液相線的時間需根據PCB組裝規格進行控制。

5.2 處理與儲存

元件應儲存在其原始的防潮袋中，並在指定的儲存溫度條件下（-40°C 至 +85°C）。在處理和組裝過程中應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 包裝規格

• 標準包裝：每袋/每盒 1000 個。
• 紙箱包裝：每箱 10 盒。
• 捲帶包裝：提供每捲 1000 個，適用於自動貼片組裝。

6.2 標籤格式與可追溯性

包裝標籤包含用於追溯和識別的欄位：

• CPN（客戶產品編號）
• P/N（產品編號：ALS-PD70-01C/TR7）
• QTY（包裝數量）
• CAT（等級 - 可能用於性能分級）
• HUE（峰值波長）
• REF（參考）
• LOT No（批號，用於追溯）

7. 應用設計考量

7.1 典型應用電路

感測器以光導模式運作。典型的應用電路是將光敏二極體以反向偏壓連接（陰極接 V_CC，陽極接跨阻放大器或下拉電阻）。產生的電流與光強度成正比。此電流可使用電阻或更精密的運算放大器型跨阻放大器（TIA）轉換為電壓，以獲得更好的靈敏度和頻寬。

7.2 設計注意事項

• 偏壓：確保反向偏壓（V_R）在 2.5V 至 5.5V 範圍內。建議使用穩定的電源以獲得一致的讀數。
• 訊號調理：輸出為微小電流（微安培）。需要謹慎的PCB佈局以最小化雜訊拾取。由於其紅外線抑制特性，遮蔽感測器避免直接紅外線光源（如陽光或白熾燈泡）可以提高準確度，但仍存在一些光譜依賴性（如 I_L2與 I_L3的差異所示）。
• 校準：由於典型的元件差異以及人眼對亮度的非線性感知，為了精確的照度測量，通常需要針對已知光源對最終產品進行校準。
• 光學設計：透明平頂封裝在最終產品中可能需要導光板或擴散片，以確保感測器接收到具代表性的環境光樣本，而不受點光源或陰影影響。

8. 技術比較與差異化

ALS-PD70-01C/TR7 透過其關鍵特色的組合實現差異化：

• 人眼響應：與簡單的光敏二極體不同，其經過濾波的響應最小化了紅外線靈敏度，使其輸出更直接適用於亮度感知任務，無需複雜的軟體校正。
• 寬廣電壓範圍：2.5V 至 5.5V 的範圍使其可直接用於微控制器常見的 3.3V 和 5V 邏輯系統，無需電平轉換器或穩壓器。
• 穩健的溫度性能：-40°C 至 +85°C 的指定工作範圍使其適用於汽車、工業和戶外應用，超越典型的消費性電子產品。
• 合規性：完全符合現代環保法規（RoHS、REACH、無鹵素）是現今大多數全球市場的強制性要求。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 此感測器的照度（Lux）測量準確度如何？

感測器提供與光強度成正比的光電流。為了準確測量照度，必須針對應用中使用的特定光源類型（例如日光、螢光燈、LED燈）使用參考照度計進行校準。規格書提供了在不同光源下的典型響應（參見 I_L2和 I_L3），凸顯了任何光感測器固有的光譜依賴性。

9.2 它可以用於戶外直射陽光下嗎？

雖然其工作溫度範圍允許，但直射陽光含有極高的紅外線成分。感測器的紅外線抑制有所幫助，但直射陽光下的照度水平（通常 >50,000 Lux）可能會使感測器或後續的放大器級飽和。需要使用光學衰減器（中性密度濾光片）或在訊號調理電路中謹慎選擇量測範圍。

9.3 標籤上的 "CAT" 和 "HUE" 有何用途？

這些很可能表示性能分級。"CAT"（類別/等級）可能根據光電流靈敏度對元件進行分級（例如，在標準測試條件下輸出較高/較低）。"HUE"（峰值波長）則根據光譜靈敏度峰值的確切波長（圍繞典型的 630 nm）對元件進行分級。這使得製造商可以為大量生產選擇性能匹配更緊密的感測器。

10. 實際使用案例

情境：行動裝置的自動背光調暗

將 ALS-PD70-01C/TR7 放置在裝置邊框的小孔或導光板後方。它透過一個簡單的電阻連接到微控制器的類比數位轉換器（ADC）輸入。微控制器的韌體定期讀取對應環境光水平的電壓。根據預先編程的查找表或演算法（通常模擬對數的人類感知曲線），微控制器調整驅動顯示器LED背光的PWM（脈衝寬度調變）工作週期。在暗室中，背光變暗以節省電力並減少眼睛疲勞。在明亮的陽光下，則增加到最大亮度以確保可讀性。感測器的快速響應和類人眼光譜靈敏度確保了在各種照明條件下（辦公室螢光燈、家用LED燈、戶外陽光）平滑且自然的調整效果。

11. 工作原理

此元件是一個矽光敏二極體。當能量大於矽能隙的光子撞擊半導體接面時，會產生電子-電洞對。在反向偏壓下，這些電荷載子被掃過接面，產生可量測的光電流，該電流與入射光強度成正比（在寬廣範圍內）。封裝內含一個光學濾波器，可衰減紅外線波長，使其光譜響應近似於人眼的明視覺響應。

12. 產業趨勢

環境光感測是一項成熟但仍在發展的技術。當前趨勢包括：

• 整合化：將光敏二極體、放大器、ADC和數位邏輯（I2C/SPI介面）整合到單一晶片中，形成數位光感測器。這簡化了設計，但可能犧牲一些性能或靈活性。
• 接近感測：常與紅外線LED配對，形成接近感測器，用於實現通話時關閉顯示器等功能。
• 閃爍偵測：先進的感測器可以偵測人造光源的閃爍頻率（例如來自LED或螢光燈），使相機能夠調整快門速度並減少條紋效應。
• 超低功耗：針對物聯網裝置中的常時開啟應用，需要具有奈安級靜態電流的感測器。

ALS-PD70-01C/TR7 代表了一種高性能的分立式解決方案，為那些優先考慮設計靈活性和優化類比性能而非整合度的應用提供了選擇。