SMD RGB LED 19-C47 規格書 - 8位元PWM控制 - 5V供電 - 全彩 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-C47是一款整合了三顆獨立LED晶片（紅、綠、藍）與專用3通道恆流驅動IC的緊湊型表面黏著元件。此整合設計實現了精確的混色與控制，使其成為需要鮮豔、可程式化全彩輸出的應用之關鍵元件。其主要優勢在於結合了微型尺寸、因內建驅動器而簡化的外部電路，以及針對每個色彩通道的精密8位元脈衝寬度調變控制。

1.1 核心功能與優勢

• 整合驅動器：內含具備線性8位元PWM控制的3通道LED驅動器，無需外部PWM控制器即可實現基礎混色。
• 高色彩深度：每個RGB晶片可透過256級灰階（8位元）進行控制，可產生超過1600萬種可能顏色（256^3）。
• 緊湊SMD封裝：相較於傳統引線框架LED尺寸顯著縮小，可實現更高的電路板密度、縮小終端產品尺寸，並適用於自動化取放組裝。
• 符合規範：本產品為無鉛設計，符合RoHS、歐盟REACH及無鹵素標準（Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm）。
• 製程相容性：設計上與標準紅外線及氣相迴焊製程相容。

1.2 目標應用

此元件專為需要動態全彩照明與顯示的應用而設計。

• 室內外全彩LED視訊顯示器與看板。
• 裝飾性LED燈條與建築照明。
• 儀表板、開關及符號的背光。
• 通訊設備中的狀態指示燈與背光。
• 一般全彩照明應用。

2. 技術規格與深入分析

2.1 絕對最大額定值與工作條件

這些參數定義了可能導致元件永久損壞的極限值。在建議條件下工作可確保可靠性能。

• 供電電壓（VDD）：絕對最大範圍為+4.2V至+5.5V。建議典型工作電壓為5.0V。超過5.5V可能損壞內部驅動IC。
• 輸入電壓（VIN）：邏輯輸入接腳（DIN）必須保持在-0.5V至VDD+0.5V之間。為確保可靠的邏輯高位識別，典型電壓為3.3V，而邏輯低位應低於0.3*VDD（在5V VDD下通常為1.5V）。
• ESD防護：額定為2000V人體放電模型。雖然提供基本操作防護，但在組裝過程中仍需採取適當的ESD預防措施。
• 溫度範圍：工作溫度為-20°C至+70°C。儲存溫度範圍為-40°C至+90°C。焊接溫度曲線至關重要：迴焊峰值溫度不應超過260°C持續10秒，或手焊時不超過350°C持續3秒。

2.2 直流電氣特性

在Ta=25°C、VDD=5V條件下量測，這些特性定義了元件在靜態條件下的電氣行為。

• 供電電流（IDD）：當所有LED輸出關閉時（PWM工作週期0%），驅動IC本身的典型電流消耗為2.5 mA。此為靜態電流。
• 邏輯位準閾值：確認輸入電壓位準：VIH（高位）典型值為3.3V，VIL（低位）最大值為0.3*VDD。

2.3 時序與資料通訊協定

本裝置使用串列通訊協定接收24位元資料（紅、綠、藍各8位元）。時序對於無誤差資料傳輸至關重要。

• 高速模式時序：
  • T0H（0碼，高位時間）：300ns ±80ns。
  • T0L（0碼，低位時間）：900ns ±80ns。
  • T1H（1碼，高位時間）：900ns ±80ns。
  • T1L（1碼，低位時間）：300ns ±80ns。
  • RES（重置時間）：必須大於50µs的低位訊號以鎖存資料。
• 資料格式：單一裝置依序發送24位元資料：通常為G7-G0、R7-R0、B7-B0（順序可能不同，請查閱協定詳情）。
• 串接：可將多個裝置以菊花鏈方式連接。一個裝置的DOUT接腳連接到下一個裝置的DIN接腳。在接收其24位元資料後，裝置會自動將後續位元轉發至DOUT。
• 設計注意事項：
  • 建議在資料線上使用RC濾波器及上拉/下拉電阻（R1，建議10kΩ至100kΩ）以改善訊號完整性。
  • 必須在VDD接腳附近放置一個0.1µF旁路電容，以確保電源穩定及抗雜訊能力。

3. 電光特性與分級系統

這些參數定義了LED晶片的光輸出與色彩特性，量測條件為順向電流（IF）5mA、Ta=25°C。

3.1 光學性能

• 發光強度（Iv）：典型光輸出因色彩晶片而異：
  • 紅光（RS）：70 mcd（最小28.5，最大180）。
  • 綠光（GH）：180 mcd（最小140，最大360）。
  • 藍光（BH）：40 mcd（最小28.5，最大72）。
• 視角（2θ1/2）：寬廣的120度視角，適用於需要廣泛光分佈的應用。
• 波長：
  • 峰值波長（λp）：紅光~632nm，綠光~518nm，藍光~468nm。
  • 主波長（λd）：紅光617.5-629.5nm，綠光525-540nm，藍光465-475nm。
• 頻譜帶寬（Δλ）：紅光~20nm，綠光~35nm，藍光~25nm。

3.2 分級系統說明

為確保生產中的色彩一致性，LED會根據發光強度進行分級。設計師應指定所需的分級代碼，以確保陣列中外觀均勻。

• 紅光（RS）分級：N（28.5-45 mcd）、P（45-72 mcd）、Q（72-112 mcd）、R（112-180 mcd）。
• 綠光（GH）分級：R2（140-180 mcd）、S1（180-225 mcd）、S2（225-285 mcd）、T1（285-360 mcd）。
• 藍光（BH）分級：N（28.5-45 mcd）、P（45-72 mcd）。

公差：發光強度公差為±11%，主波長在分級內公差為±1nm。

4. 機械、封裝與組裝資訊

4.1 封裝尺寸與接腳定義

本裝置採用緊湊型SMD封裝。建議的焊墊佈局為起點，應針對特定製造製程進行優化。

• 接腳功能：
  1. DOUT：資料輸出，用於串接至下一個裝置的DIN。
  2. VDD：電源輸入（+5V）。需要一個本地的0.1µF旁路電容。
  3. DIN：串列資料輸入，用於PWM控制資料。
  4. GND：電源與資料的共地。

4.2 焊接與組裝指南

• 迴焊溫度曲線：與標準溫度曲線相容，峰值溫度不超過260°C持續10秒。
• 電流限制： 關鍵：整合驅動器根據PWM輸入為LED提供恆流控制。然而，外部供電電壓（VDD）必須穩壓。輕微的過壓可能導致流經驅動器和LED的電流大幅增加，導致立即燒毀。適當的電壓穩壓至關重要。

4.3 濕度敏感性與儲存

此為濕度敏感元件。

• 開封前：將密封防潮袋儲存在≤30°C、≤90% RH的環境中。
• 開封後：在≤30°C、≤60% RH條件下，車間壽命為168小時（7天）。若未在此時間內使用，未使用的零件必須重新裝袋並放入乾燥劑。
• 烘烤：若超過車間壽命或濕度指示卡顯示濕氣侵入，則在焊接前需要進行烘烤，以防止迴焊過程中發生爆米花損壞。

4.4 包裝規格

• 載帶與捲盤：包裝於8mm寬的載帶上，捲盤直徑為7英吋。每捲包含2000個元件。
• 標籤資訊：捲盤標籤包含產品編號、數量以及關鍵的分級代碼，如發光強度等級、色度/波長等級和順向電壓等級。

5. 應用設計考量與常見問題

5.1 典型應用電路

基本應用涉及一個5V穩壓電源、一個能夠產生精確串列協定的微控制器（具備數位I/O接腳）以及LED。微控制器的I/O接腳連接到第一個LED的DIN。對於多個LED，則以菊花鏈方式連接。每個裝置的VDD與GND之間需放置一個0.1µF陶瓷電容。可在微控制器附近的資料線上串聯一個電阻（例如100Ω至470Ω）以抑制振鈴，儘管規格書建議使用RC濾波器。

5.2 設計考量

• 電源供應：使用穩壓良好的5V電源。漣波與雜訊可能影響色彩一致性與資料完整性。
• 資料線完整性：對於長電纜或串接許多裝置的情況，可能發生訊號衰減。考慮使用緩衝晶片或差動驅動器以實現穩健的通訊。
• 熱管理：雖然驅動器處理電流，但LED會產生熱量。對於高工作週期操作或高環境溫度，需確保足夠的PCB銅箔或散熱，以將接面溫度維持在限制範圍內。
• 色彩校正：由於分級差異，對於專業顯示應用，可能需要使用8位元PWM控制進行色彩校正步驟，以在所有像素間實現均勻的白點與色域。

5.3 常見問題（基於技術參數）

• 問：每個LED通道的最大電流是多少？答：規格書未指定由內部驅動器驅動時LED的固定順向電流。光輸出是在IF=5mA條件下指定的，這很可能是驅動器每個通道的設定電流。驅動器的恆流設計保護了LED，但絕對不能超過VDD的絕對最大額定值。
• 問：我可以用3.3V微控制器驅動此LED嗎？答：可以。邏輯高位輸入電壓（VIH）典型值為3.3V，與3.3V邏輯相容。然而，請確保VDD供電保持在5V，以使LED驅動器正常運作。
• 問：我可以串接多少個LED？答：限制取決於資料更新率與訊號完整性。每個裝置會增加微小的傳播延遲。對於每個裝置24位元資料流和目標更新率（例如60Hz），您可以計算最大數量。以800kbps時脈速率，對於靜態照明可串接數百個裝置，但對於視訊應用，由於需要高更新率，數量會較少。
• 問：為什麼旁路電容是必需的？答：驅動IC以高頻率（PWM）切換LED電流。這會在VDD線上造成突發的電流尖峰。本地的0.1µF電容就近提供此高頻電流，防止可能導致IC重置或閃爍的電壓驟降，並減少電磁干擾。

6. 技術比較與趨勢

6.1 與基礎LED的區別

19-C47的關鍵區別在於其整合驅動器。相較於需要三個外部限流電阻和一個外部PWM控制器（例如來自具有三個PWM接腳的微控制器）的分立式RGB LED，此裝置簡化了設計。它僅需要一條資料線和電源，大幅減少了大型陣列所需的微控制器接腳數量和軟體複雜度。權衡之處是元件成本略高，且需要管理串列協定。

6.2 工作原理

本裝置基於串列輸入、並列輸出移位暫存器的原理運作PWM資料。24位元資料字被時脈輸入內部暫存器。此暫存器控制著每個色彩的獨立8位元PWM產生器。PWM產生器調變驅動相應LED晶片的恆流源。人眼會整合快速的開/關脈衝，感知每個原色的特定亮度等級，這些亮度混合後形成最終顏色。

6.3 產業趨勢

可定址LED的趨勢是朝向更高整合度、更高資料速率以及改善的色彩性能發展。8位元PWM（如此裝置）的後繼者通常具備16位元或更高PWM，以實現更平滑的調光和更好的色彩準確度（消除低亮度閃爍或色彩偏移）。通訊協定正變得更快、更穩健（例如使用曼徹斯特編碼或差動訊號）。業界也正朝著在驅動IC內包含全域亮度控制和溫度補償的方向發展。19-C47代表了許多主流全彩照明與顯示應用中成熟且具成本效益的解決方案。