SMD RGB LED LTSA-E35BCEGBW 規格書 - 12mm 封裝 - 5V 供電 - ISELED 通訊協定 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款專為嚴苛汽車配件應用所設計的高效能表面黏著RGB LED模組之規格。此元件整合了紅、綠、藍三色LED晶片，以及支援ISELED數位通訊協定的專用驅動IC。此整合設計實現了精準的色彩控制、多個單元的串接，以及直接在LED封裝內實現溫度補償等進階功能。

1.1 核心功能與優勢

本產品的主要優勢在於將高亮度LED效能與智慧型數位控制結合於一個緊湊的SMD封裝中。主要功能包括：

• 數位序列介面：採用符合ISELED規範的雙向半雙工序列通訊匯流排，運作速率為2 Mbit/s。這使得每個色彩通道都能進行精確的8位元亮度控制，並允許單一鏈路串接高達4079個裝置，簡化了複雜照明系統的佈線。
• 整合智慧功能：板載驅動IC負責處理混色的PWM訊號產生，並具備整合式ADC用於溫度感測。它能自動對紅色LED的驅動電流進行補償，以在整個工作溫度範圍內維持穩定的光輸出。
• 汽車級穩健性：此元件已根據AEC-Q102（針對LED晶粒）及AEC-Q100（針對驅動IC）完成認證。其預處理符合JEDEC Level 2濕度敏感等級，並相容於無鉛紅外線迴焊製程。
• 製造設計：元件以12mm載帶包裝於7吋捲盤上，封裝相容於標準自動化取放與焊接設備，有利於大量生產。

1.2 目標市場與應用

主要目標市場為汽車產業，特別是需要可靠效能、精準色彩控制及網路化功能的內裝與外裝配件照明應用。潛在使用案例包括情境照明、狀態指示燈及裝飾性照明元件。

2. 技術參數：深入客觀分析

2.1 絕對最大額定值與工作條件

了解操作極限對於可靠的設計至關重要。此裝置的工作電源範圍為4.5V至5.5V，標稱電壓為5.0V。環境工作溫度範圍指定為-40°C至+110°C，最高接面溫度為125°C。此裝置的ESD耐受電壓額定值為2 kV（HBM，依據AEC-Q101-001 Class H1C）。儲存溫度應在-40°C至+125°C之間。

2.2 光度學與光學特性

光學效能是在接面溫度25°C、全亮度指令下量測。關鍵指標包括：

• 發光強度：各顏色的典型發光強度為：紅色（主波長622 nm）530 mcd，綠色（527 nm）1180 mcd，藍色（461 nm）90 mcd。當三色均以最大亮度驅動（白光）時，合併的典型發光強度為1800 mcd。
• 色彩特性：白光的典型色度座標為x=0.3127，y=0.3290，對應於D65白點。視角（2θ1/2）為120度，提供寬廣、擴散的光型，適合區域照明。
• 公差：發光強度公差為±10%，主波長公差為±1nm，色度座標公差為±0.01。這些是中高效能LED的標準公差。

2.3 電氣與熱特性

電氣特性揭示了裝置的功耗與熱管理需求。

• 電流消耗：平均電流消耗因顏色而異。當各顏色單獨以最大亮度驅動時，典型值為：紅色26.7 mA，綠色20.5 mA，藍色10.0 mA。驅動IC本身的典型靜態電流（I_drv）為1.2 mA。
• 熱阻：從LED接面到焊點的熱阻（Rth_JS）是散熱的關鍵參數。典型值為：紅色晶片70.3 °C/W，綠色晶片71 °C/W，藍色晶片61.7 °C/W。這些數值是在具有16mm²銅墊的FR4基板上量測所得。適當的PCB熱設計對於將接面溫度維持在最高125°C以下至關重要，特別是在同時驅動多種顏色或處於高環境溫度時。

2.4 上電重置與通訊介面

此裝置具備上電重置電路，典型閾值為4.2V（最小值4.0V，最大值4.4V）。序列通訊介面在SIO_P和SIO_N接腳上使用差動訊號，其電壓位準匹配Vcc電源範圍（4.5V至5.5V）。

3. 性能曲線分析

3.1 發光強度的溫度相依性

提供的圖表說明了各原色及白光的相對發光強度（相對於25°C時的值歸一化）與接面溫度的函數關係。一個關鍵觀察是，隨著溫度升高，紅色LED的強度顯著下降，這是AlInGaP材料的已知特性。這凸顯了整合溫度補償功能的重要性，該功能透過調整紅色PWM工作週期來抵消此下降趨勢，以維持色彩穩定性。

3.2 色度的溫度相依性

其他圖表顯示了色度座標（ΔCx, ΔCy）隨接面溫度的偏移。這些偏移在紅色和藍色通道最為明顯。這些數據為理解未補償操作下的色彩漂移提供了基礎，並突顯了板載補償的價值，以及利用數位介面進行系統級色彩校正的潛力。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸與外型

此裝置採用表面黏著封裝。尺寸圖標示了實體佔位面積與高度。所有關鍵尺寸均以毫米為單位提供，一般公差為±0.2 mm，除非另有說明。透鏡經過擴散處理以實現120度的寬廣視角。

4.2 接腳配置與功能

此裝置具有8接腳配置：

1. PRG5：接地（用於LED製造/測試）。
2. SIO1_N：序列通訊主控端，負差動線。
3. SIO1_P：序列通訊主控端，正差動線。
4. GND：接地（接腳4）。
5. GND：接地（接腳5）。
6. SIO2_P：序列通訊從屬端，正差動線（用於串接）。
7. SIO2_N：序列通訊從屬端，負差動線。
8. Vcc_5V：IC電源供應（5V）。

雙接地接腳（4 & 5）及獨立通訊埠，有助於實現穩健的電源分配，並便於多個裝置的串接。

5. 焊接與組裝指南

5.1 紅外線迴焊溫度曲線

提供了符合J-STD-020B的無鉛焊接建議迴焊溫度曲線。該曲線規定了關鍵參數，包括預熱、均溫、迴焊峰值溫度（最高260°C，持續10秒）及冷卻速率。遵循此曲線對於防止LED晶片、驅動IC及內部打線的熱損傷至關重要，可確保長期可靠性。

5.2 處理與儲存注意事項

此裝置已預處理至JEDEC Level 2。這意味著濕度敏感元件經過烘烤並與乾燥劑一同包裝。一旦密封的乾燥袋被打開，元件必須在指定時間內（通常在<10%相對濕度下為1年，或在較高濕度下時間更短）完成組裝，或根據製造商的指示重新烘烤，以防止迴焊過程中發生爆米花效應。

6. 功能描述與系統架構

6.1 內部方塊圖概述

功能方塊圖揭示了一個整合系統。其核心是一個主控單元微控制器，負責管理通訊、PWM產生及系統功能。它透過ISELED序列介面接收指令。三個獨立且可配置的定電流汲極驅動紅、綠、藍LED的陽極（低側驅動）。一個整合式類比數位轉換器（ADC）透過內部感測器定期量測裝置溫度。主控單元利用此數據動態調整紅色LED的PWM工作週期，以補償其熱衰減。ADC亦可被指令量測其他類比值。一次性可程式化（OTP）非揮發性記憶體儲存個別裝置的校正數據（例如，針對LED順向電壓變異），這些數據會在開機時載入暫存器。

6.2 PWM與通訊協定

每種顏色的亮度透過脈衝寬度調變（PWM）控制，具有8位元解析度（256級）。ISELED協定負責傳輸這些亮度值、裝置定址以及狀態資訊（如溫度）的回讀。其雙向特性允許診斷通訊，驗證鏈路中裝置的存在與健康狀態。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

在典型應用中，具有ISELED收發器的主控微控制器會連接到鏈路中第一個LED的SIO1_P/N接腳。該LED的SIO2_P/N接腳連接到下一個LED的SIO1_P/N接腳，依此類推。單一5V電源軌，並以本地電容進行適當去耦，為鏈路中的所有LED供電。PCB佈局必須確保低阻抗接地連接，並透過使用足夠的銅箔區域連接到裝置的接地接腳和散熱墊（若佔位面積中有），以實現適當的熱管理來散熱。

7.2 設計考量

• 熱管理：計算預期的功耗（P = Vcc * I_total），並使用熱阻（Rth_JS）來估算相對於PCB焊點的溫升。確保PCB設計能有效導出此熱量，以保持Tj<低於125°C。
• 電源供應：5V電源必須穩定，並能為整個LED鏈路提供峰值電流。需考量開機時的湧入電流。
• 訊號完整性：對於長鏈路或在電氣雜訊環境中（如汽車環境），請遵循SIO線路差動對佈線的最佳實務（長度匹配，若可能則控制阻抗）。

8. 技術比較與差異化

與傳統類比RGB LED相比，此裝置提供顯著優勢：精準度：數位控制消除了由順向電壓差異及類比驅動器公差引起的色彩變異。簡潔性：將每個LED所需的多條PWM控制線，減少為整個鏈路僅需一對差動訊號線。智慧性：內建的溫度補償及儲存於OTP的校正數據，確保了一致的效能，無需複雜的外部電路。診斷功能：雙向匯流排允許進行系統級健康監控。主要的權衡取捨在於，與簡單的PWM產生相比，數位通訊協定軟體的複雜度增加。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以串聯多少個這種LED？

答：透過ISELED介面，單一菊花鏈最多可串接4079個裝置。

問：溫度補償功能是否自動運作？

答：是的，內部驅動IC會自動量測溫度並調整紅色LED的PWM工作週期，以維持恆定的發光強度。這是一個獨立於主控器的硬體功能。

問：OTP記憶體的用途是什麼？

答：OTP儲存每個裝置的個別校正數據，例如電流汲極的微調值或色彩校正係數。這使得同一生產批次中的所有單元都能具有非常一致的效能。

問：我可以用3.3V微控制器與這個5V LED通訊嗎？

答：SIO接腳在Vcc電壓位準（4.5-5.5V）下運作。直接連接到3.3V邏輯裝置可能不可靠。需要使用電平轉換器或專為較低電壓運作設計的ISELED收發器IC。

10. 實際使用案例

情境：汽車門板情境照明。設計師希望在門板及扶手處實現多區域、可變色的情境照明。使用此LED，他們可以建立一條長鏈的LED（例如50顆），由位於門模組中的單一ISELED主控器控制。每個LED可以單獨定址或分組。主控器可以發送指令設定任何顏色或動態照明模式。整合的溫度補償確保即使門板因陽光照射而升溫，紅色光強度仍保持穩定，防止色彩意外偏移至藍/綠色。與並聯RGB+驅動器解決方案相比，菊花鏈佈線大幅減少了所需線材數量，簡化了線束設計，並降低了成本與重量。

11. 工作原理簡介

此裝置基於混合訊號原理運作。數位核心接收序列數據，解碼指令，並設定暫存器來定義三個獨立硬體PWM產生器的PWM工作週期。這些PWM訊號驅動作為LED定電流汲極的低側MOSFET。每個通道的電流位準在內部固定（可能由OTP校正設定）。類比前端包括溫度感測器，其電壓輸出由ADC數位化。數位邏輯使用此溫度讀數來套用預定義的補償曲線，即時修改紅色PWM暫存器值。此閉迴路控制（感測溫度、調整驅動）在裝置內部自主進行。

12. 技術趨勢與背景

此產品是LED照明明確趨勢的一部分：從類比轉向數位化、智慧化節點。ISELED協定是專為汽車照明開發的特定生態系統，與其他標準如基於SPI的可定址LED（例如WS2812B）或汽車乙太網競爭。將感測（溫度）與處理直接整合到LED封裝中，實現了智慧照明，其中每個光點都可以單獨校正、監控和控制。這促進了進階功能的實現，例如預測性維護（偵測LED劣化）、複雜的自適應照明模式，以及跨不同材料和生產批次的無縫色彩匹配。對AEC-Q認證和穩健通訊的關注，使其適合汽車應用嚴苛的電氣與環境條件，這是先進LED技術的一個關鍵成長領域。