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环境光传感器的原理、特性、选择因素以及应用解析

2019年11月09日 文章来源:网络整理 热度:87℃ 作者:刘英

环境光线传感器目前被广泛用于许多LCD显示应用,从消费电子到汽车应用,通过自动调节显示器亮度,它们能够帮助节约设备电池电量。此外,这些传感器在自然日光、荧光和白炽灯等各种光源下都能够出色工作。最近有很多这样的产品发布,而且它们都有一个共同的特性,即这些新开发的环境光线传感器能够匹配人眼的要求,这对于缓解眼睛疲劳非常重要。

环境光传感器的原理、特性、选择因素以及应用解析

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。。

环境光传感器技术原理

环境光传感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。

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)。

环境光传感器的原理、特性、选择因素以及应用解析

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,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。

环境光传感器的原理、特性、选择因素以及应用解析

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。

环境光传感器的原理、特性、选择因素以及应用解析

图3. CIE曲线和典型的光电二极管

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。

环境光传感器的电气特性

环境光传感器的原理、特性、选择因素以及应用解析

1、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;

2、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;

3、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;

4、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;

5、符合欧盟RoHS指令,无铅、无镉。

选择环境光传感器的考虑因素

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、光敏电阻或光电二极管来实现,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。

环境光传感器的原理、特性、选择因素以及应用解析

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。

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