环境光传感器

精品文档 1欢迎下载 环境光传感器环境光传感器 ALS ALS 背光控制解决方案背光控制解决方案 2012 年 6 月 12 日 11 04 34 来源 互联网 作者 摘要 环环境境光光传传感感器器 A AL LS S 集集成成电电路路正正越越来来越越多多地地用用于于各各种种显显示示 器器和和照照明明设设备备 以以节节省省电电能能 改改善善用用户户体体验验 借借助助A AL LS S 解解决决方方案案 系系 统统设设计计师师可可根根据据环环境境光光强强度度 自自动动调调节节显显示示屏屏的的亮亮度度 因因为为背背光光照照明明的的耗耗 电电量量在在系系统统的的总总耗耗电电量量中中占占据据很很大大的的比比例例 实实行行动动态态的的背背光光亮亮度度控控制制 可可 节节省省大大量量的的电电能能 此此外外 它它还还能能够够改改善善用用户户体体验验 让让显显示示屏屏亮亮度度根根据据环环境境 光光条条件件自自行行调调整整到到最最佳佳状状态态 关键字 环环境境光光传传感感器器 显显示示器器 背背光光控控制制 环环境境光光传传感感器器 ALS 集成电路正越来越多地用于各种显显示示器器 和照 明设备 以节省电能 改善用户体验 借助ALS 解决方案 系统设计 师可根据环境光强度 自动调节显示屏的亮度 因为背光照明的耗电量在 系统的总耗电量中占据很大的比例 实行动态的背光亮度控制 可节省大 量的电能 此外 它还能够改善用户体验 让显示屏亮度根据环境光条件 自行调整到最佳状态 系统实现需要三大部分 监测环境光强的光传感器 数据处理装置 通 常是微控制器 控制背光输入电流的执行器 背背光光控控制制 环境光传感器 图 1 是实施背光控制的系统示范框图 在这套组合中 光传感器是关 键的组成部分 因为它要向系统的其他模块提供环境光强信息 光传感器 必须具备将光信号转换成电信号的信号转换器 譬如光电二极管或 CdS 光敏电阻 和信号放大和 或调节装置以及模 数转换器 ADC 图 1 实施背光控制的系统框图 图 2 所示为分立光电二极管电路 从图中可以看出 该电路需要一个 或多个运算放大器 一个用于电流到电压的转换 可能还需要一级放大 精品文档 2欢迎下载 提供附加增益 它还包括一些分支电路 用于供电 确保高度可靠的信号 链 而在空间极其宝贵的应用中 所需元件的数量过多可能导致空间受限 问题 图 2 光电二极管电路分立设计 这里还存在一个更细微的问题 具体而言 理想情况下 应确保环境 光的测量模拟了人眼对光线的响应机制 这通常借助CIE 提供的视觉 亮度曲线 图 3 然而 光电二极管很少能够完全模拟这种响应机制 因 为它们通常具有很高的红外 IR 灵敏度 在IR 强度较大的光照条件 譬如白炽灯或日光 下 这种红外灵敏度会造成错误地判断光线强度 解决上述问题的方法之一是使用两个光电二极管 一个采用对可见光 和红外光都很敏感的元件 另一个采用只对红外光敏感的元件 最终用前 者的响应值减去后者的响应值 将红外干扰降至最小 获得准确的可见光 响应 这种解决方案虽然有效 却增加了分立电路的占用空间 通常还很难 甚至不可能让两个分立的光电二极管配合得足够紧密 以实现消除红外干 扰的目的 如果不配备精密放大器 譬如对数放大器 动态范围可能 很小 换句话说 很难利用这种组合获得可重复的结果 精品文档 3欢迎下载 图 3 CIE 曲线和典型的光电二极管 高集成度解决方案不仅能够获得比人眼光学系统更真实的光强数据 还能够节省大量空间MAX44009 等环境光传感器 可将所有信号调节和 模 数转换器集成在一个小封装 2mm x 2mm UTDFN 封装 内 从而在空 间受限应用中有效节省电路板面积 图 4 提供了 MAX44009 的功能框图 采用I C 通信协议 使其与微 控制器的连接方式更简单 数据传输速度更快 除此之外 该解决方案的 高集成特性使其能够置于柔性电缆 安装在离主电路板距离合适的位置 图 4 MAX44009 功能框图 背光控制 调节显示屏亮度 精品文档 4欢迎下载 该控制方案的第二部分是调节显示屏的背光亮度 这可通过多种方式 实现 具体取决于设备中的显示屏模块 有两种最简单的方式 一种是借 助脉冲宽度调制 PWM 方案的直接调节方式 另一种是采用显示屏控制器 的间接调节方式 许多显示屏模块如今都配有一个集成控制器 用户可以通过向控制器 发送串行命令 直接设置背光亮度 如果显示屏模块未配备集成控制器 还可安装一个简单的背光控制执行器 控制显示屏后面用于背光照明的白 光 LED 灯的输入电流 实现这种控制的一种简单办法是 直接给LED 串联一个场效应晶体管 FET 使用 PWM 信号快速打开 关闭FET 图 5 然而 也可以利用单一芯片 用于 LED 控制的 MAX1698 升压 转换器 准确 可靠地调节 图 6 请参考应用笔记3866 Low power PWM output controls LED brightness 获取详细信息 图 5 简单的 PMW 控制电路 精品文档 5欢迎下载 图 6 基于 MAX1698 的 LED 亮度调节器 背光控制 建立连接 最后一步就是在传感器和执行器之间建立连接 通过微控制器实现 有人可能首先要问 环境光强如何映射到背光亮度 事实上 有些 文献专门介绍了相关方案 其中一种映射方式是 Microsoft 针对运 行 Windows 7 操作系统的计算机提出的 图7 所示曲线是由 Microsoft 提供的 它可以将环境光强度映射到显示屏亮度 以全部 亮度的百分比表示 图 7 将环境光强映射为最佳显示屏亮度的曲线示例 这种特殊曲线可以用以下函数表示 精品文档 6欢迎下载 如果设备采用的是已集成亮度控制功能的LCD 控制芯片 就可通 过向芯片发送指令 轻松设置背光亮度 如果设备采用的是PWM 直接 控制亮度 则要考虑如何将比例信号映射至显示屏亮度 在 MAX1698 示例中 根据其产品说明书的介绍 可以将驱动电流映射 为电压 通过这个示例 我们可以假设LED 电流强度几乎与其电流呈 线性关系 这样 我们就可以在上述等式中乘上一个系数 计算出 PWM 所映射的有效电压 该电压再被映射至LED 电流 最后转化成显 示屏亮度 方案实施 最好不要从一个亮度级直接跳转到另一个亮度级 而是平滑上调和下 调背光亮度 确保不同亮度等级之间无缝过渡 为了达到这一目的 最好 采用带有固定或不同亮度步长 可逐步调节亮度的定时中断 也可采用带 有可控制LED 输入电流的PWM 值的定时中断 或者是能够发送到显示屏 控制器的串行指令的定时中断 图8 提供了这种算法的一个示例 图 8 步进式亮度调节的算法示例 另一个问题是 系统响应环境光强变化的速度 我们应尽量避免过快 地改变亮度等级 这是因为光强的瞬间变化 譬如一扇窗户打开或瞬间 精品文档 7欢迎下载 有一束光扫过 可能导致背光亮度发生不必要的变化 这往往会造成用户 感觉不适 并且 较长的响应时间还有助于减少微控制器对光传感器的检 测次数 从而可以释放一定的微控制器资源 最初级的方法就是每隔一两秒钟检查一次光传感器 然后相应地调整 背光亮度 更好的方法是 只有光线强度偏离特定范围一定时间后 才对 背光亮度进行调节 譬如 如果正常光强是200lux 我们可能只会在 光强降到180lux 以下或升至220lux 以上 而且持续时间超过数秒的情 况下才调节亮度 幸运的是 MAX44009 集成了中断引脚和阈值寄存器 可轻松实现这个目的 环境光传感器 目录目录 简介 原理 特性 考虑因素 编辑本段简介简介 环境光传感器可以感知周围光线情况 并告知处理芯片自动调节显示器背光亮度 降 低产品的功耗 例如 在手机 笔记本 平板电脑等移动应用中 显示器消耗的电量高达 电池总电量的 30 采用环境光传感器可以最大限度地延长电池的工作时间 另一方面 环境光传感器有助于显示器提供柔和的画面 当环境亮度较高时 使用环境光传感器的液 晶显示器会自动调成高亮度 当外界环境较暗时 显示器就会调成低亮度 环境光传感器 需要在在芯片上贴一个红外截止膜 甚至直接在硅片上镀制图形化的红外截止膜 精品文档 8欢迎下载 1 编辑本段原理原理 环境光传感器主要由光敏元件组成 目前光敏元件发展迅速 品种繁多 应用广泛 市场出售的有光敏电阻 光敏二极管 光电三极管 硅光电池等 环境光传感器可以感知 周围光线情况 并告知处理芯片自动调节显示器背光亮度 降低产品的功耗 例如 在手 机 笔记本 GPS 等移动等手持设备应用中 显示器消耗的电量高达电池总电量的 30 采 用环境光传感器可以最大限度地延长电池的工作时间 另一方面 环境光传感器有助于显 示器提供柔和的画面 当环境亮度较高时 使用环境光传感器的液晶显示器会自动调成高 亮度 当外界环境较暗时 显示器就会调成低亮度 环境光传感器需要在在芯片上贴一个 红外截止膜 甚至直接在硅片上镀制图形化的红外截止膜 1 编辑本段特性特性 环境光传感器具有暗电流小 低照度响应 灵敏度高 电流随光照度增强呈线性变化 内置双敏感元 自动衰减近红外 光谱响应接近人眼函数曲线 如图 黑 人眼响应曲线 蓝 光敏电阻响应曲线 绿 环境光响应曲线 在选择适当的光传感器时的另一个考虑 因素是选择一个带有理想光谱响应的传感器 普通 PIN 光敏二极管或光敏电阻 无源或者有 源 本身具有非常宽的光谱响应范围 包括 IR 射线乃至 UV 射线 从理论上来说 用户需要 选择一个仅能感应可见光 380 770nm 并削弱无用的 IR UV 信号的光传感器 有些传感器 中还内置微信号 CMOS 放大器 高精度电压源和修正电路 输出电流大 工作电压范围宽 温度稳定性好 可选光学纳米材料封装 可见光透过 紫外线截止 近红外相对衰减 增 强了光学滤波效果 符合欧盟 RoHS 指令 无铅 无镉 目前市面上的光敏电阻达不到以上 标准 编辑本段考虑因素考虑因素 精品文档 9欢迎下载 通常有几种方法能够对光进行检测 例如通过使用光电晶体管 光敏电阻或光敏二极 管来实现 但对于当今应用的总的光感要求而言 基于 IC 的单片光电二极管是最好的选择 之一 光电二极管是用于探测光并生成电流的半导体 它基于单晶硅片构造而成 与用于 生产集成电路的晶体硅片类似 一个典型的传感器应用框架图包括一个光电二极管 一个 电流放大器和一个无源低通滤波器 以检测并处理光输入引起的输出电压信号 能够将所 有这些器件集成并采用小型封装对于终端用户而言是非常有益的 而且这恰恰就是当前的 市场需求 为应用选择适当光传感器时的另一个重要方面 是要理解对于应用而言 哪项重要规 格是最为关键的 最需要关注哪一项 一般来说 在选择一个光传感器时 需要着重考虑 的因素如下 1 光谱响应 IR 抑制 环境光传感器应该仅对 400nm 至 700nm 的范围有感应 2 Lux 的最大范围 直射阳光可以多达 130 000Lux 但是大多数应用要求最大范 围为仅为 10 000Lux 3 低 Lux 光敏度 根据光传感器位于顶端的镜片的类别 光衰减可以为 25 50 如果低光敏度非常关键 10 000Lux 的光传感器来说 最好采用一个非线 性光到模拟输出光传感器 或一个光到数字输出的光传感器 接下来还将对此进行详细说 明 5 封装大小 对于大多数应用来说 封装都是越小越好 一旦确定了上述重要规 格 需要考虑的下一个问题就是哪类输出信号最有助于目标应用 对于大多数光传感器 最常见的输出为线性输出电流 虽然这适用于一些应用 但现在有更多的可选项 其中包 括线性电压输出 数字输出 通过 I2C 接口 或者非线性电流或电压输出 6 线性模拟输出 电流或电压输出 更常见的感应器输出 快速响应时间 数字输 出受限于积分时间 在控制器中集成 ADC 转换器 电压输出省去了对于外加电阻 将电流 转换为电压 的需要并提供一个低阻抗输出 电流输出需要在输出添加无源元件来将电流转 换为电压 设置传感器的增益范围并根据需要增加低通或高通滤波器 7 非线性模拟输出 电流或电压输出 允许极弱光敏感度和最大动态范围 高达 100 000Lux 感测光与人类察觉光的方式更加类似 非线性与线性 电压或电流非线性 输出的选择 电压输出为低阻抗而电流输出为高阻抗 精品文档 10欢迎下载 8 数字输出 输出可以直接与控制器相连接 无需 ADC 数字输出本身比模拟输出 更具有噪声免疫性 允许传感器具有更多的数字功能 即更加智能的光传感器 更易于在 通用 IC 总线上的网络工作 更易于允许将多个光传感器置于同一个 IC 总线上 地址选择引 脚 恒定功耗 模拟输出电路损耗与入射光密度成正比 并且对不同光源的光线响应比较 相近 不会因不同光线而造成响应出现差异化 如下图所示 黑色为荧光灯响应曲线 红 色为白炽灯响应曲线 可以看出环境光传感相对其它的光敏器件具有很好的光谱响应 关于环境光传感器的介绍 文章出处 zhuls 发布时间 2011 08 05 4286 次阅读 10 次推荐 0 条留言 业界领先的 TEMPO 评估服务每天新产品 时刻新体验 IC 分销商如何选择管理软件 现代电测技术日趋成熟 由于具有精度高 便于微机相连实现自动实时处理等优点 已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中 然而电测法容易受到干扰 在交流测量时 频率响应不够宽及对耐压 绝缘方面有一定要求 在激光技术迅速发展的今天 已经能够 解决上述的问题 磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器 激光 是本世纪 60 年代 初迅速发展起来的又一新技术 它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段 由于以往普通光源单色度低 故很多重要的应用受到限制 而激光的出现 使无线电技术 和光学技术突飞猛进 相互渗透 相互补充 现在 利用激光已经制成了许多传感器 解 决了许多以前不能解决的技术难题 使它适用于煤矿 石油 天然气贮存等危险 易燃的 场所 磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能 当一束偏振光 通过介质时 若在光束传播方向存在着一个外磁场 那么光通过偏振面将旋转一个角度 这就是磁光效应 也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场 在特定的试验装置下 偏转的角度和输出的光强成正比 通过输出光照射激光二极管 LD 就可以获得数字化的光 强 用来测量特定的物理量 有几个关键的技术因素可以帮助用户和设计者决定如何选择一款环境光传感器 首先 传感器的输出必须和光强成线性关系 光谱波长敏感度应该非常接近人眼 另外 器件的 输出应该直接和照射在集成的光敏二极管上的光强成正比 540nm 的峰值响应接近人眼的 峰值敏感度 大多数光传感器都能够感测到 380nm 770nm 的环境光 精品文档 11欢迎下载 现在有很多种不同类型的环境光传感器能够提供这些好处 包括模拟和数字输出的传 感器 超低功耗版本 非线性版本 以及下一代低功耗 超低亮度的版本 目前最好的数 字产品的光敏感度可以低至 0 015Lux 以下 动态范围高达 64 000 Lux 所需的工作电流 小于 65mA 这些产品还具有理想的光谱响应和低误差光输出变化 并利用数学算法简化使 用 市场上还出现了一些新型数字光传感器 从目前看 数字光传感器是解决性能和灵活 性问题的好办法 尤其是在汽车应用当中 因为在汽车中使用的 I2C 数字输出信号提供了 更低的噪声 能够在同一条总线上将数个传感器组网 很好地控制传感器的特性 还具有 良好的总体性能 光源光源 不同的光源具有不同的光谱特性 使用者在做产品选型时 需要了解这些特性 在下面的图 1 中 显示了如何利用 ISL29023 测量不同的光源 值得注意的是 在宽动 态范围内 测量曲线与理想读数线之间的误差很小 如果我们想使用对红外线特别敏感的 传感器 上面的图会显示 测量曲线与理想读数线有更大的偏离误差 要点在于 即便不是全部 至少大多数应用都对光传感器有所要求 即准确测量人眼 能够看见的可见光 减弱带有大量红外和紫外成分的光线 光传感器应用光传感器应用 首先是首先是 PCPC 机 电话 机 电话 PDAPDA 和新型汽车和新型汽车 下面是光传感器在在不同的市场和应用当中的基本情况 从智能手机 PDA 笔记本电 脑 便携式音乐播放器到类似的其他产品 光传感器在便携式消费类市场上所处可见 光 传感器还被广泛用在消费类电视机市场 以及医疗和工业应用当中 现在 制造商正在开 发针对汽车市场的新一代系统 并已经投入使用 围绕汽车工作环境 本文就设计问题和传感器的效用给出了全景式的介绍 光传感器 的主要应用如下 信息娱乐 导航 DVD 系统的背光控制控制 以便在各种环境光条件下显示理想的亮度 后座娱乐显示屏的背光控制 仪表盘组合仪表的背光 自动后视镜调光 精品文档 12欢迎下载 自动头灯和雨量检测 后视摄像机控制 由于汽车需要在各种环境光条件下均具有完美的背光照明 因此凭借类似人眼的感测 功能 光传感器已经成为实现更舒适显示质量的最有效解决方案之一 能够满足汽车的安 全性和舒适性标准 对于便携式应用 一个典型的显示屏会消耗同样多的能量 直到使用者改变系统设定 这通常是亮度控制 在户外等非常亮的地方 使用者会提高显示屏的亮度 这会增加系统 功耗 当环境改变时 如进入建筑物内 大多数使用者并不会改变设定 导致系统仍然处 于高功耗状态 利用光传感器 系统能够自动探测环境状况的变化 把显示屏调整到最佳 的亮度 减少整体的能量消耗 在一般的消费类应用中 利用环境光传感器反馈实现自动 亮度控制 还能够大大延长智能手机 笔记本电脑 PDA 和数码相机的电池寿命 这种控 制是很有用的 因为最近的研究显示 在一个笔记本电脑中 显示背光所消耗的电池电量 要占到 33 感测环境光并不是一个新想法 但与光敏二极管不同的是 用传感器感测环境光的同 时 能够减弱多余的红外光和紫外光 而且是在一个非常小尺寸的封装内提供这些功能 同时支持汽车标准 AEC 的严格要求 确保器件在 40 105 温度范围可靠工作 并满足 其他标准的要求 要满足 AEC Grade 2 对温度的要求 还有一些光学方面的难题要解决 任何光传感器 LED 发射器或接收器 在连续高温下 都会碰到封装变色的问题 这个问题在标准 IC 封装 的系统中并不常见 因此如果采用 125 的扩展温度黑色模具化合物来使系统更稳定 到目前为止 所有涉及的环境光传感器应用都是在汽车驾驶仓内 还没有涉及在引擎 仓或车外环境中的应用 即便有这样的应用 光学封装也不是针对这样严酷的环境而设计 的 因此在目前的光学封装技术下 这些光传感器很可能无法经受这样的环境 数字输出光传感器的内在优势包括高耐噪声能力 可通过 I2C 总线存取数据 可对传 感器编程 还有其他诸多特性 使这些多功能产品成为很多工程师的选择 ISL29011 的功 能框图 如下面的图 2 所示 显示 把该器件设计到任何系统当中都是很简单容易的 而 且系统还能从精确 高度可编程的环境光传感器获得不少益处 精品文档 13欢迎下载 在 ISL29000 系列当中 ISL29011 采用了最新和最先进的技术 该器件是集成的环境 和红外光至数字转换器 带有内置的红外 LED 驱动器和 I2C 接口 器件提供了环境光感测 功能 能够实现稳定的背光 显示屏亮度控制 带有中断功能的红外感测可实现接近估计 为了进行环境光感测 传感器内部的 ADC 采用电荷平衡 A D 转换技术进行设计 ADC 的标称转换时间是 90ms 用户可以根据振荡器的频率和 ADC 的分辨率 在 11 s 90ms 区 间内进行调整 ADC 能够抑制由人工光源产生的 50Hz 和 60Hz 闪烁噪声 照度范围选择功 能使用户可以对照度范围进行编程 以优化每勒克斯的计数值 对于接近感测 当内部的红外 LED 驱动器在用户选定的调制频率下 按照编程设定的 时间周期关闭和开启 驱动外部的红外 LED 时 ADC 会将来自光敏二极管阵列的输出信号 数字化 由于接近传感器采用了噪声消除机制 可大幅抑制多余的红外噪声 接近感测的 数字输出随距离的增加而减小 驱动器的输出电流是用户可选的 最高可达 100mA 能够 驱动不同类型的红外发射 LED 最好的带有接近感测功能的环境光传感器提供了 6 种不同的工作模式 可以通过 I2C 接口进行选择 这些模式包括 一次可编程的 ALS 和自动断电的一次可编程红外感测 一 次可编程的接近感测 可编程的连续 ALS 感测 可编程的连续红外感测 和可编程的连续 接近感测 可编程的一次操作模式大大降低了功耗 因为紧接着的自动关断将整体的供电 电流降至 0 5 A 以下 关于环境光传感器的介绍 2 2 文章出处 zhuls 发布时间 2011 08 05 4287 次阅读 10 次推荐 0 条留言 业界领先的 TEMPO 评估服务每天新产品 时刻新体验 IC 分销商如何选择管理软件 精品文档 14欢迎下载 环境光感测的基本光学技术环境光感测的基本光学技术 大多数光源发出的光包含了可见光和红外波段的辐射 如果按照流明来算 不同的光 源可能具有相似的可见光强度 但是红外频段的响应就大不相同了 在测量光强时 必须 要考虑到光的光谱特征和光传感器的光谱敏感度 采用 CMOS 工艺的光传感器能够探测到大 多数红外辐射 会导致对真实环境状况的误报 对于灯泡之类的光源 传感器的信号比人眼看到的数量要高很多 由这类传感器控制 的照明方案的响应可能与环境光谱并不相符 限制了接近感测的最长距离 做为接近感测 系统方案的一部分 要建立更合适的调光或照明控制 基本的要求是要有能够模仿人眼的 传感器 并且是在具有最大红外信号的情况下 图 3 显示了一个光传感器的光谱响应 非 常适合环境光的感测 图 3 还显示了用在接近感测中红外波长的光谱 图 3 环境光传感器和接近传感器的光谱响应 接近感测的重要性 一个典型系统接近感测的重要性 一个典型系统 接近感测的基本原理是 红外 LED 发生红外光 红外光会从被照射物体上发射回来 反射回来的红外光被红外传感器探测到 与物体的接近程度与探测到的红外光的量级成正 比 应用包括接近探测器 反射物体感测 环境光探测 背光控制和灯光控制 接近感测是通过采集红外信号和数学处理实现的 通常需要两个部件来构成光学前端 一个红外 LED 和一个光传感器 红外 LED 向被感测物体发射出一束红外信号 该信号的一 部分会反射回来 并被红外 CMOS 光传感器探测到 通过片上的信号调理和模数转换 数字 化的红外信号就可以送到微处理器进行后处理 用于各种接近感测用途 精品文档 15欢迎下载 一个典型的红外接近感测系统是由一个光学前端 模拟混合信号处理电路和一定的机 械结构组成 本文简述了基本的光学原理 电路功能模块 机械设计 接近感测算法和软 件 机械结构的设计通常与不同应用平台的设计折中有关 例如手机 PDA 笔记本电脑和 各种消费类电子产品 设计折中包括器件选择 放置尺寸 镜片特性和光学设计 以及应用算法和软件实施 设计折中包括器件选择 放置尺寸 镜片特性和光学设计 以及应用算法和软件实施 集成的环境光感测和接近感测系统会测量周围的光环境 也可以探测物体的靠近或离 开 这样微处理器或 MCU 就可以实现非常复杂的控制 或是调整设定 进一步提高以功耗 来衡量的系统效率 就象许多其他应用那样 接近传感器的光学基本原理接近传感器的光学基本原理 环境光传感器使用光的可见频率 接近传感器则使用紫外频段 图 4 显示 当在接近 探测路径上没有感测物体时 就不会有反射回来的红外信号被接近传感器捕获到 接近读 数回送到默认的基线计数器里 当感测物体出现在红外 LED 和红外传感器之间中心点的可 探测距离内时 接近传感器捕获到反射回来的红外信号 如图 5 所示 接近读数与所捕获 的红外光的信号强度呈线性比例关系 与距离的平方成反比 图 4 在接近探测区域没有感测物体 精品文档 16欢迎下载 图 5 在接近探测区域有感测物体 光传感器 IC 的设计经过不断演进 现在已经出现了集成的数字环境光和接近传感器 这种先进的新一代器件提供了很多非常棒的设计特性 如在接近感测时的环境红外抑制 该功能让传感器在直射的日光下仍能正常工作 另一个特性是提供了四个不同环境光敏感 度范围 既可以感测到 0 015lux 的光强 也可以感测到 64 000lux 的光强 中断功能用于 产生报警或监控功能 判断环境光的级别或接近探测的级别是否超出了上限或低过了下限 它还让用户能够通过数字接口 配置中断的持续时间 典型的数字接近传感器功能框图典型的数字接近传感器功能框图 图 6 显示了一个典型数字环境光和接近传感器的电路功能框图 光敏二极管阵列是光 学前端的一部分 用于信号调理和采集 集成的 ADC 将捕获到的光信号转换成数字数据流 由微控制器对数据进行后处理 用于实现不同的应用目标 通过 I2C 接口 可以写入不同 的配置命令 并用同一个数字接口读出环境光和接近距离的数据流 中断功能直接送到 MCU 由 MCU 控制红外 LED 驱动器 输出所需的前向电流 让分立的或集成的红外 LED 发射 出红外信号 图 6 典型的数字接近传感器功能框图 精品文档 17欢迎下载 光学前端的另一个重要部件是红外 LED 不同的红外 LED 具有不同的峰值波长 发光 强度和视角 典型峰值波长为 850nm 950nm 的高发光强度红外 LED 与接近传感器 ISL29011 的光谱相匹配 窄视角和更高的发光强度可以扩大接近探测的距离 选择红外 LED 时 在视角 机械占位 发光强度和功耗之间取得折中和平衡是很重要的 玻璃视窗的尺寸和放置位置玻璃视窗的尺寸和放置位置 对于一个扁平的表面透镜 视角是塑料或玻璃材料折射率的函数 如果材料的密度更 大 有效的视角就更小 因此低密度的材料会有更大的视角 视窗镜片对光传感器的视角 有明确的限制 视窗镜片应当直接放置在传感器的顶部 镜片的厚度应当尽量薄 以减少 光强的损失 接近传感的系统算法接近传感的系统算法 完成器件选型和设计之后 一个稳定耐用的接近感测系统还需要光学传感器 在各种 环境光条件下针对不同的感测物体进行动态自校准 一个优秀的接近感测算法是必不可少 的 能够帮助接近感测硬件巧妙地绕开来自不同的机械设计局限和恶劣的周边环境的重重 障碍 从而持续 稳定地探测距离 在接近感测系统上采用了各种设计和实施技巧后 就能够得到一个不错的接近感测测 试系统 如图 8 所 环境光和接近感测系统根据特定用户应用的要求进行了优化 在平衡 了上述设计折中后 消费者能够对系统的各个方面进行精准地调整 满足应用的要求 图 8 接近传感距离与 LED 电流驱动强度 精品文档 18欢迎下载 来源 LIDY 环境光传感器是什么 环境光传感器可以感知周围光线情况 并告知处理芯片自动调节显示器背 光亮度 降低产品的功耗 例如 在手机 笔记本 平板电脑等移动应用中 显示器消耗的电量高达电池总电量的 30 采用环境光传感器可以最大限度地 延长电池的工作时间 另一方面 环境光传感器有助于显示器提供柔和的画面 当环境亮度较高时 使用环境光传感器的液晶显示器会自动调成高亮度 当外 界环境较暗时 显示器就会调成低亮度 环境光传感器需要在在芯片上贴一个 红外截止膜 甚至直接在硅片上镀制图形化的红外截止膜 典型环境光传感器电路设计典型环境光传感器电路设计 来源 本站整理 作者 秩名 2012 年 04 月 25 日 08 59 0 0 分享 精品文档 19欢迎下载 导读导读 人们越来越多地认为环境光是一种能源 可用于驱动心率监控器 浴室灯具 远程天气传感器和其他低功耗器件 对于能量采集系统 最关键的是精确测量环境光的能 力 本设计思 关键词 关键词 环境光传感器电路设计传感器 人们越来越多地认为环境光是一种能源 可用于驱动心率监控器 浴室灯具 远程天 气传感器和其他低功耗器件 对于能量采集系统 最关键的是精确测量环境光的能力 本 设计思路将描述一种简单的低成本电路 可以根据环境光的强度按一定比例提供电压 所用传感器是一款光敏电阻 LDR 由 RadioShack 提供的 276 1657 型光敏电阻 其电阻随环境光强度而变化 如图 1 所示 其电阻值可从黑暗环境中的数百万 降低至 亮光环境中的几百 该传感器可以检测到光线水平的大小波动 能区分一个或两个灯泡 的亮度 直射阳光 全黑或者中间水平 每种应用都需要适当的电路和物理设置 可能还 需要进行一定的校准 以满足具体光照场合的需要 该传感器可以装在透明的防水外壳中 因此可用于各种天气条件下的任何作业现场 图 1 传感器电阻与光线强度的关系 图 2 用简单电路测量光线强度 精品文档 20欢迎下载 图 2 所示电路根据输入电压和光线强度产生输出电压 光敏电阻充当 AD8226 仪表放大 器 in amp 的增益电阻 AD8226 的传递函数为 导读导读 其中 G 为电路增益 VIN 和 VIN 分别为正负输入的电压 VREF 为 REF 引脚的电压 当负输入和 REF 引脚接地时 VIN 应用于正输入 增益为 or 若 LDR 的值已知 则可 关键词 关键词 环境光传感器电路设计传感器 其中 G 为电路增益 VIN 和 VIN 分别为正负输入的电压 VREF 为 REF 引脚的电压 当负输入和 REF 引脚接地时 VIN 应用于正输入 增益为 or 若 LDR 的值已知 则可转换成光照水平 因此 在已知输入电压的情况下 任务就变 成了对仪表放大器输出进行监控 VIN 可以是交流电压 直流电压或电源的一部分 请注 意 增益精度取决于两个内部调整薄膜电阻的精度 这种电路通过将远程测量的光敏电阻值转换成电压 为环境光的测量提供了一种极具 成本优势的解决方案 我们选择 AD8226 是因为它具有宽电源电压工作范围 2 7 V 至 36 V 低静态电流 不到 500 A 全电源电压范围 轨到轨输出和功能齐全等特性 该 电路可使用任何增益电阻 从几 到无穷大均可 日益下降的成本 不断提升的性能使仪 表放大器成为运算放大器的理想替代产品 图 3 所示为这种电路的典型响应 其中用 100 mVp p 900 Hz 正弦波作为 VIN 从图 中可以看出 LDR 在明亮和黑暗环境中的值为 840 和 5500 利用 LDR 的校准 可以 将这些电阻值换算成光线水平 精品文档 21欢迎下载 图 3 电路在明亮和黑暗环境条件下的房间中的性能 The ambient light sensor ambientambient 报错报错 英英 mbmb nt nt 美美 mbmb nt nt adj 周围的 外界的 环绕的 n 周围环境 网络释义专业释义英英释义网络释义专业释义英英释义 阴影色 use 固有色 Specular 高光色 材质的颜色由这三部分组成 Diffuse 固有色 是物 体本来的颜色 Ambient 阴影色 是对象阴影处的颜色 由照明光色决定 否则决定于 固有色 Specular 高光色 是反光亮点的颜 基于 520 个网页 相关网页 环境的 精品文档 22欢迎下载 了 若干研究 IBM 与 UIUC 的研究人员为描述普适计算环境 形式化地验证一个普适计算环境的功能和 作用 提出 了一种基于环境 Ambient 演算与逻辑的形式化模型 并在 Gaia 系统中进行原型应用 7 Blackstock 等人通过对现 有系统的分析和开发经验 设计了一个评估与分析 基于 495 个网页 相关网页 氛围音乐 原本也没注意到这一类 Ambient 氛围音乐 是由那家公司出的 为了找一些相关的简介 这才注意到原 来 Spirit Zone Records 是专门出品这一类的音乐 基于 400 个网页 相关网页 周围的 主题 从今天起开始发雅信格式 电线电缆行业词汇 望加精 整理 续 铝包钢 aluminium coated steel 周围的 包围着的 ambient 绕包角 angle of wrap 基于 362 个网页 相关网页 短语短语 ambient noise 环境噪声 环境噪音 周围环境噪声 外界噪声 Ambient Color 阴影色贴图 环境色 环境颜色 暗影色贴图 ambient pressure 环境压力 围压 周围压力 环境气压 ambient air 周围空气 环境空气 环境大气 周围的空气 Ambient Only 只是环境光 阴影区 暗影区 只是情况光 Ambient Occlusion 环境光遮蔽 环境光吸收 环境遮蔽 环境遮挡 ambient conditions 环境条件 外界条件 周围情况 情况前提 Ambient Symphony 氛围交响 环境交响乐 ambient Property 环境内容 环境属性 环境特性 更多收起网络短语 专业 地球科学 环境科学技术 能源科学技术 艺术学 计算机科学技术 生物学 外界的 常温 引用次数 16 精品文档 23欢迎下载 参考来源 低温对 MBBR SBR 深度处理废水出水水质的影响 周围的 引用次数 2 参考来源 酚醛树脂交联聚丙烯酰胺弱凝胶调剖剂的研究与应用 环境的 环境的 周围 周围的 以上统计来源于 2 447 534 篇论文数据 部分数据来源于 NoteExpress ambientambient mbimbi nt nt adj adj completely enveloping the ambient air ambient sound the ambient temperature 新型光传感器实用放大电路实现新型光传感器实用放大电路实现 2011 年 08 月 17 日 16 20 现代电子技术 作者 马虹 用户评论 0 关键字 放大电路 79 光传感器 9 引言 根据物联网对传感器技术的要求 研究其信号的放大与传输技术是目前传感网的 研究热点之一 如何提高微弱的光传感器信号的放大性能和传输效率 是光传感器需要解 决的关键技术之一 本文主要针对光传感器的放大电路进行研究 深入了解光传感信号的 特点及对光传感器的性能要求 掌握特定放大电路的设计理论和设计方法 特别是运用新 器件的能力及电路改进的措施 依据目前放大器件及电路设计理论与实践 设计出实用的 新型高性能光传感器放大电路 1 光传感器及放大电路的现状和特点 随着物联网概念的提出和应用 对光传感器提出了更高要求 如在特殊环境下的 使用 要求有更高的灵敏度 更大的波动性 低能耗 微型化等 这就需要光传感器的信 号放大电路更具稳定性和长寿命 故障率低 更大的输出功率和抗干扰能力强等特点 精品文档 24欢迎下载 由于光传感器在一些应用场合采集到的光信号非常微弱 如夜间或光线较暗的场 所 而在一些场合光线又比较强烈 如阳光下或聚光灯下等 因此 放大器应具有很强的 适应性和更好的动态调节能力 虽然目前放大器的种类很多 但符合现代物联网要求的高 性能光传感放大器还处于完善和改进阶段 有待进一步研究和解决的技术问题还有不少 如稳定性问题 高增益需求 较大动态范围 低噪声特性 较高输出电平 较强抗干扰能 力等 2 光传感器放大电路设计研究 2 1 光传感器的驱动电路 图 1 是红外线驱动电路 LED 用作光传感器光源 为减少自然光 照明光和其他干扰光的影响 需对反相器电路产生的脉冲输出进 行脉冲调制 反相器中的 GA 和 GB 构成振荡电路 如果反相器 GA 和 GB 的门限电平为 1 2Ucc Ucc 为 MC14069 电源电压 则电路的振荡频率 f 由电容 C1 和电位器 Rp 的值决 定 即 f 1 2 2Rc 其中 R 为 Rp 的阻值 C 为 C1 的电容值 电路中 R3 是保护 GA 的输入电阻 为了在更换成其他类元件时频率与占空比不改 变 R3 的值要足够大于 Rp 的值 若采用两个二级管 VD1 和 VD2 及 Rp2 和 Rp3 替代 Rp 就 可以分别调整 C1 的放电时间 调整 Rp2 与 Rp3 可以调整频率与占空比 反相器 Gc 用于激 励晶体管 VT1 减少对振荡电路的影响 GD 也是同样的目的 晶体管 VT1 用于驱动 LED 电阻 R1 是 LED 的限流电阻 同时也起到去耦作用 2 2 低噪声前置放大电路 精品文档 25欢迎下载 研究表明 对光传感器前置放大电路的具体要求是 低噪声 高增益 低输出阻 抗 足够的信号带宽和负载能力 良好的线性和抗干扰能力 结构紧凑 靠近光电敏感器 件并具有良好的接地和屏蔽 低噪声前置放大器通常设置在光传感器与光电敏感器件的输出端和主放大器之间 它的任务是放大光电敏感器件所输出的微弱信号 并匹配后续调整电路与光电敏感器件之 间的阻抗 设计前置放大器电路 1 首先要考虑的几个问题是 应满足放大电路的高信噪比和信号源阻抗与放大 器之间的噪声匹配 信号源阻抗等于最佳源阻抗 要考虑电路组态 形式等 以满足增益 频响 输入 输出阻抗等方面的要求 要采取一定的方法来减少噪声 采取屏蔽以及接地措 施来避免信号干扰 2 为了满足低噪声放大器对噪声匹配的要求 应选择合适的放大器件 也就是 源电阻 试验表明 源电阻在 100 Q 1 MQ 之间选用晶体管 源电阻在 1 ka 1 MQ 之间 可选用运放 源电阻在 1 kQ 1 GQ 之间多采用结型场效应管 源电阻超过 1 MQ 也可选用 MOSFET 一般红外光电管的输出电阻为 20 kQ 因此 选用晶体管 运算放大器 结构场 效应管均可 相比较而言 运算放大器特别是 CMOS 型集成运放具有输入阻抗高 失调电压 和温度漂移较小 共模抑制比高 动态范围较宽 对温度变化和电源变化及其他外界干扰 具有较强的抑制能力 因此适用放大微弱信号 同时采用运算放大器也可使电路设计简化 组装调试方便 功耗低 体积小 可靠性增加 3 为了获得低噪声特性 放大电路中的其他器件也要考虑低噪声 这里 电阻 可选用金属膜电阻 电容可选用钽电容或瓷介电容 而信号输入线则采用尽可能短的镀银 屏蔽电缆 电路板使用漏电流小的高绝缘电路板 3 一种实用的高性能光传感器放大电路 图 2 所示是一种基于运算放大器设计的三级级联光传感器放大电路 设计中要注 意 对独立设置的单级运算放大器其增益取决于反馈电阻 Rf 和输入电阻 Ri 的比值 反相 放大器的输入阻抗等于 Ri 而外接电容 c 是补偿电容 目的是防止自激 联合设计时每级 放大电路各有侧重 这里 前置放大电路的放大器件采用低噪声双极型运算放大器 NE5534A 并设计为负反馈放大电路 其特点是电容耦合反相放大 但增益固定不变 精品文档 26欢迎下载 NE5534A 是一种高速 低噪声运算放大器 它的等效输入噪声电压较小 其典型 值为 3 5 nV Hz 单位增益带宽为 10 MHz 典型共模抑制比为 100 dB 消耗电流 8 mV 具 有良好的动态特性 根据理想运算放大器的特点和 虚短 虚断 的概念 可知运放 两输入端电压相等 即 U U 又 Uin U 由此可得流过电阻 R2 的电流为 IR2 U R2 U U2 Uin R2 IR2 IR3 新型光传感器实用放大电路实现新型光传感器实用放大电路实现 2 2 2011 年 08 月 17 日 16 20 现代电子技术 作者 马虹 用户评论 0 关键字 放大电路 79 光传感器 9 运算放大器的输出为 因一级放大倍数为 8 位 选择电阻 RJ 一 10Rz 由此可得运放输出为 精品文档 27欢迎下载 第 2 级放大器 A 根据输入电平在宽范围改变增益 经过 2 级放大器把光电晶体 管 VT 的入射光电平放大到足够检测到的电平 再经过同步检波器与低通滤波器后加到 A 比较器的同相输入端 与加在反相输入端通过 R 设定的电压进行比较 若超过 Rr 设定的 电压 A 输出高电平 最后经 2 级反相器整形输出 4 光传感器放大电路的改进 近年来 数字电路呈主导应用 但是 信号的检出 测量等还是模拟信号 因此 必须对此类放大器进行深入研究 采用运算放大器设计的传感器放大电路其改进的措施主 要有 1 负反馈特性 对于多级级联的放大器电路 为防止巴克豪森振荡 负反馈不可太深 同时引入 相位补偿电容 2 电源电压选用 包含直流的低频放大电路 其输出电压通常在 5 10 V 因此 如果要求较高的 输出电平 运算放大器的直流电压应选择大于 10 V 以上 这样可以避免放大器输出峰值 超过电源电压而形成电源的波动 同时 物联网的应用场合大部分是微弱信号 因此 必 须充分考虑电源去耦 通常在直流电源进入运放之前加入 100 去耦电阻 3 输入滤波器设计 对于高精度 mV 级的 DC 放大器 其各种交流干扰都将成为放大器寄生信号的重 要信号源 因此 必须在运算放大器的输入端加输入滤波器 通常由一个大电阻 4 7 k 和一个小电容 3 3 F 构成 RC 滤波 如图 3 所示 精品文档 28欢迎下载 5 结语 本文给出的放大器的设计理论和方法主要适用光传感器应用场合 以三级独立和 关联设计为特点 通过驱动电路 阻抗设计 负反馈 滤波设计 电源低耗设计 整形输 出等技术的引入 使放大器具有低噪声 灵敏度高 波动性好 低能耗 微型化 寿命长 等特点 MAX44007MAX44007 环境光传感器环境光传感器 改善黑色玻璃的设计改善黑色玻璃的设计 性能性能 2011 年 04 月 21 日 18 19 电子发烧友 作者 Spring 用户评论 1 关键字 环境光传感器 5 MAX44007 2 黑色玻璃 1 黑色玻璃会改变照在环境光传感器上的光线频谱 这是环境光传感器所面临的设 计挑战 尤其是黑色玻璃增强了光谱中的红外分量 而人眼看不到这部分光谱 本应用笔 记介绍了几种校准 补偿方法 从而对光传感器在不同光源条件下的流明读数进行修正 本 文探讨了如何利用 MAX44007 光传感器的高级模式调节其对可见光 IR 通道的响应 利用 MAX44007 的寄存器可以优化传感器在黑色玻璃下的性能 引言引言 MAX44007 环境光传感器提供高级工作模式 用于优化传感器在黑色玻璃下的性能 目前 大多数智能手机 平板电脑 笔记本电脑和 TV 都有采用黑色玻璃作为 LCD 屏的框架 这种框架使得终端产品看起来精致 美观 传统设计中 在环境光传感器的位 置提供一个清晰的圆形窗口或缝隙 而新型产品中 光传感器的窗口或缝隙被几乎不透明 的黑色油墨覆盖 与其周边的颜色浑然一体 制造商的原因很简单 颜色越深 越不容易 分散用户注意力 看起来会更加专业 外观更精致 精品文档 29欢迎下载 不幸的是 深色油墨覆盖环境光传感器后 会在两个方面造成设计复杂 首先 深色油墨将衰减环境光 从而降低传感器接收到的光量 第二 油墨还改变了光线的光谱 从油墨的光谱特性看 几乎全部通过红外入射光 而可见光却衰减到其原来光强的 3 至 5 所以 环境光的红外含量被大幅放大 由于深色油墨的实际化学特性会随供应商的不 同而有所不同 从而使光信号传输 红外光或环境光 特性进一步复杂化 针对黑色玻璃进行校准和补偿针对黑色玻璃进行校准和补偿 准确匹配人眼的 CIE 曲线非常困难 正因如此 大多数高性能环境光传感器 例 如 MAX9635