通過非接觸光學接近式傳感器方案實現智能感應

1、通過非接觸光學接近式傳感器方案實現智能感應順應消費者對更佳用戶體驗和智能控制的需求，光學臨近式已經廣泛應用到具備臉部檢測、手部動作和距離檢測等各種技術上，例如智能手機、液晶電視顯示屏、計算機和鍵盤背光顯示、數碼相機取景器、自動光度切換和衛(wèi)生間龍頭控制等應用。本文將介紹臨近式傳感器的工作原理，以及用法時在信號放大、濾波和信號調節(jié)方面所瀕臨的挑戰(zhàn)。此外，也將研究設計工程師如何通過用法全方位的臨近式傳感器計劃解決長時光高庇護、陽光和環(huán)境光源消退等問題，確保光學臨近式傳感器的穩(wěn)固性和性能。反射型光學臨近式傳感器介紹和工作原理光學臨近式傳感器基本上是由led放射器和pin光檢測器所組成，圖1為典型臨近式

2、傳感器的功能方塊圖。圖1：臨近式傳感器的功能方塊圖。作為電到光的轉換器，led放射器會放射紅外脈沖，并通過提供由光轉換回到電氣信號的光檢測器感應由遮擋物體或表面反射的紅外脈沖，請參考圖2中的功能方塊圖解釋。圖2：臨近式傳感器的工作原理圖。臨近式傳感器的基本工作原理十分容易，紅外脈沖由led放射器發(fā)出，到達離開傳感器特定檢測距離的障礙物體或表面，并發(fā)生穿透、散射或反射回到光二極管檢測器，接著光二極管會產生可以通過外部負載轉換成為輸出的光電流，輸出光電流的大小則由檢測距離和led的驅動電流大小打算，在特定led光度輸出條件下，物體或表面越臨近傳感器，反射的光強度越高，因此光二極管傳感器所提供的光電

3、流輸出也越大。臨近式傳感器信號放大、濾波和信號調節(jié)瀕臨的挑戰(zhàn)在實際設計上，臨近式感應可能十分復雜，目前的設計大多采納分立計劃實現，通常會在光學臨近式傳感器的輸入和輸出加上信號調節(jié)電路來強化傳感器的能力和相率，以便在盡可能遠檢測距離檢測到物體，為微控制器提供牢靠且適當的輸出信號。在輸入端，由led放射器所產生的光脈沖強度基本上由led的電源大小打算，通常產生電氣脈沖信號的微控制器并無法提供足夠驅動led的電流，因此會加上如晶體管等的電流放大電路。led長時光高電流庇護的重要性，高pssr：要避開led導通時光過長造成壽命縮短，我們可以加入長時光高電流庇護電路，這個電路可以避開led上浮現不須要的

4、長脈沖寬度。臨近式傳感器的電源輸入電路也必需具備高紋波抑制能力，以避開因輸入電壓變幻所造成的波動。陽光和環(huán)境光消退的重要性：環(huán)境光和人工光源，例如白熾燈和熒光燈可能會影響光二極管檢測器的敏捷度，任何由光二極管檢測器所感應到的雜散陽光或光明背光將會產生不小的持續(xù)直流或低頻尖峰電壓，另外，因為大部分的陽光都包含有一定數量的紅外光，因此一般的濾波電路并無法有效地降低噪聲。在臨近式傳感器輸出上通常會希翼有整潔的光電流輸出，因此必需在輸出電路上設計帶有超窄帶寬特性并匹配目標噪聲波長的復雜濾波電路以舉行陽光消退，請參考圖3。圖3：加入陽光消退電路的臨近式傳感器工作原理圖。信號放大的重要性：要讓微控制器牢靠

5、并適當地讀取，通常極小的輸出光電流必需經過放大電路進一步放大。適當信號形式接口的重要性：在放大后，輸出光電流信號可以銜接到電流電壓轉換電路以提供電壓輸出信號，同樣地，也可以依目標控制功能的形式加入其他電路，例如滯環(huán)和施密特觸發(fā)器。印刷電路板占用空間和實現成本的重要性：通常led驅動電路、放大電路和窄帶寬濾波電路采納分立電路設計，從而導致費用和實現成本昂貴。如何選用反射型集成臨近式傳感器集成型光學臨近式傳感器的最重要益處是不用接觸，因為在傳感器和物體間沒有實體接觸，因此可以避開污染。帶魯棒性屏蔽的光隔離可以帶來幾近于零的光學互擾、更低的功耗、更小的尺寸以及優(yōu)化的檢測距離，從而使得集成反射型傳感器

6、的市場接受度更高，不過集成型臨近式傳感器的檢測范圍固定，因此在挑選上就必需依應用的形式打算。通過全方位光學臨近計劃加快產品上市速度安華高科技( technologies)光學臨近式傳感器計劃可針對各種應用提供智能感應，該計劃包含臨近式傳感器和信號調節(jié)芯片，完整的計劃提供有以下幾個重要優(yōu)點：* 加強性能和魯棒性* 適合低功耗應用* 加快產品上市速度* 提高設計靈便度avago的apds-9700是一款通過提供適當信號調節(jié)，例如以足夠電流驅動放射器并強化傳感器輸出來向微控制器提供適當且牢靠的銜接，增加光學傳感器電路性能和魯棒性的asic。除了為物體檢測系統添加智能外，該芯片同時還能處理環(huán)境光干擾問

7、題，而且其小型且緊湊的 qfn封裝(2x2mm)更是有效降低電路板占用空間并節(jié)約外部元器件需求。圖4顯示了apds-9700信號調節(jié)芯片的功能方塊圖。圖4：apds-9700信號調節(jié)芯片功能方塊圖。用法hsdl-9100和apds-9700的臨近感應應用電路圖5為用法avago apds-9700信號調節(jié)芯片搭配avago hsdl-9100構成的臨近感應應用電路參考設計，在這個設計中，臨近式傳感器的放射器以脈沖串信號、掃頻(chirp)信號或偽隨機信號方式送出串行脈沖，通過特定檢測距離，并由障礙物體或表面反射回到接收器。圖5：用法avago apds-9700信號調節(jié)芯片和hsdl-9100

8、臨近式傳感器的光學臨近感應設計。在這個設計范例中，脈沖由預編程的微控制器產生，接著送入apds-9700的ledon引腳。想要適當運行，脈沖寬度應當要大于1s。當ledon引腳上的開關脈沖由規(guī)律高電平變成低電平或由低電平變成高電平常，可能會在電源vcc上產生尖峰電壓，主要緣由是內置的紅外led驅動電路以高電流工作，這個高電流會受到影響形成“彈跳與反彈跳”效應，在迅速開關過程中造成尖峰電壓。感應的電感值可能由芯片內部焊線、外部測摸索針甚至是銜接到電源的導線產生，因為尖峰電壓可能造成芯片發(fā)生錯誤甚至造成損壞，因此加入了cx1和cx2去耦合來汲取這些尖峰電壓，在這個應用中，建議用法100nf的cx1

9、與6.8f的cx2。l是驅動紅外放射器的輸出引腳，r1則是用來控制流經紅外放射器電流的限流電阻，r1阻值越高，流經紅外放射器的電流越小，對于物體檢測距離較短的部分應用，并不需要高電流，降低流經放射器的電流有助于降低電源電壓的尖峰電壓。光檢測器的陰極則挺直銜接到apds-9700的pd引腳。電阻r3和電容cx3并聯并銜接到pfilt引腳，形成產生輸出電壓vpfilt的積分電路，由內部電壓電流轉換器所提供的電流通過這個積分電路以特定時光常數舉行充放電動作。pfilt模擬輸出引腳可以銜接到微控制器的模數轉換器，將持續(xù)變幻的電壓轉換成為二進制數字形式，這些二進碼可以在pc、led或面板上顯示檢測距離。除了提供pfilt引腳的輸出電壓外，積分電壓vpfilt同時也銜接到滯環(huán)比較器的輸入，當滯環(huán)比較器的輸入到達預先設定的參考閥值電壓vth時，會在輸出產生規(guī)律高電平到低電平的變幻，否則會產生低電平到高電平變幻，因此光二極管檢測器輸出的轉變會在dout引腳上以數字輸出展現，因為dout是一個開集引腳，因此需要在dout上銜接一個上拉電阻r2到電源vcc。dout數字輸出引腳可以銜接到微控制器、