光傳感器(qì)的應(yīng)用非常普遍。從便(biàn)攜(xié)式消費類市場(智能手機、PDA、台式PC以及便攜式音樂播放器等)到消費類電(diàn)視機市場(包括液晶、等離子、背投以(yǐ)及CRT電(diàn)視等),再(zài)到醫療、工業及汽車市場,光傳感器無處(chù)不在。其中,一(yī)些應(yīng)用,如條形碼閱讀器、激光打(dǎ)印機和自動聚焦顯微鏡(jìng)利用光(guāng)學探測的反射光來對(duì)位(wèi)置進行感應;另一些應用,如數碼相機、手機和(hé)筆記本電腦等便(biàn)攜電子產品(pǐn)則利用(yòng)光傳感器來測量(liàng)環境光量。
采用環境光傳感(gǎn)器的係統產品(pǐn)能夠提供更舒(shū)適的顯(xiǎn)示質(zhì)量(liàng)。這對(duì)於(yú)某些應用非常重要。例如,汽車儀表盤要求在所有環境光條件下都能達到(dào)清晰的顯示效果。在白天,用戶需(xū)要最大(dà)的亮度來實現最(zuì)佳的可見度,但是這(zhè)種亮度在夜間則顯得太刺眼了。
光傳感器給便攜式應用帶來了很多好處。帶有光傳感器(qì)的係(xì)統,能夠自動檢測條件變化並調節顯示器的設置,以保證顯示器處於最佳的亮(liàng)度,進而降低總體功耗(hào)。例如,移動電話、筆記本電腦以及數碼相機,通過采用環境光傳(chuán)感器可以自動進行顯示器的亮度控製,從而(ér)延長電池的壽命。
光電二極管是最佳實(shí)現方式
光傳感器包括光敏電阻、光電晶體管或光電二極管等幾種。其中(zhōng),最簡單的光傳感器是光敏電阻。低端光敏電阻由CdS(硫化(huà)鎘)材料製造,而比較昂貴的光敏電阻由GaAs材料製造。GaAs的能帶間隙較(jiào)小。它能夠(gòu)吸收紅(hóng)外光中的低能光子,並使電子躍遷(qiān)到傳(chuán)導帶。其(qí)照度(dù)範圍從1勒克斯~100勒(lè)克斯。
光電二極管(guǎn)的複雜性要高一些。光子轟擊半導體結,產(chǎn)生電流。要給光電二極管施加反向偏壓。較大的反向偏壓可以提高傳感器的感(gǎn)應速(sù)度和線性度,但也提高了傳感器的暗電流和散粒噪聲(shēng)(shotnoise)。光子轟擊半導體結,將產生正向電流,降低反向偏壓電(diàn)流。在設計(jì)中,可以為(wéi)光電二極管增加外部電路,使I-V曲線線性化。
光(guāng)電晶體管的一般特點與光電二極管一樣,但(dàn)增加了放大功能。它需要更大的(de)偏(piān)置電流,但與(yǔ)電流相伴的噪聲迫使傳感器的(de)靈敏度轉向更高的勒克斯範圍,即1000勒克斯~10萬勒克斯。光電晶體管的檢測響應時間與光電二極管(guǎn)相(xiàng)似,並(bìng)可以利(lì)用偏置電流進行調整。偏置電流也可以隨(suí)探測到(dào)的(de)信號水平進行變化。光電晶體(tǐ)管(guǎn)能夠粗略地確定環境(jìng)光線水平,如室內/室外、白天/夜間以及(jí)明亮光線/陰影等狀態,因此,需要(yào)外部電路對輸出信號進行(háng)校準。
目前(qián),基於IC的單片光電二極管是光傳感器最好的實現方(fāng)式(shì)之一。光電二極管(guǎn)由(yóu)單晶矽製造而成。一個典型的傳感器(qì)應(yīng)用(yòng)組件包括一個光(guāng)電二極(jí)管(guǎn)、一個電流放大器和一個無(wú)源低通濾波器(qì)。對於終端用(yòng)戶(hù)來(lái)說,能夠將所有(yǒu)這些器件(jiàn)集(jí)成到一個(gè)小(xiǎo)型封裝中非常重要。
光傳感器六大指標
選擇光傳感器(qì)時,最重要的一(yī)點是理解哪項規格參數是最為關(guān)鍵的。一般來說,在選擇一個光傳感器(qì)時,需要著(zhe)重考慮的因素(sù)包括光譜響應/IR抑製、最大勒克斯數、光敏(mǐn)度、集成的信號調節功能、功耗以及封裝大小(xiǎo)等6個重要規(guī)格。這6個規格的具體描述如下:
1、光譜響應/IR抑製:環境光(guāng)傳感器應該僅對400nm至700nm光譜(pǔ)的範圍(wéi)有感應。
2、最大勒克斯數(shù):大多數應(yīng)用為1萬勒克(kè)斯。
3、光敏度:根據光傳感器的鏡片類(lèi)別,光線通過鏡(jìng)片後,光衰減可以在25%-50%之間。低光敏度非常關鍵(<5勒克斯(sī)),必須選擇可以在這個範(fàn)圍內(nèi)工作的(de)光傳感器。
4、、集成的信號調(diào)節功能(即放大器和ADC):一些傳感器可能提供非常小的封裝,但是卻需要一(yī)個外(wài)部放(fàng)大器或無源元件(jiàn)來獲(huò)取(qǔ)所需的輸出信號(hào)。具有(yǒu)更高集成度的光傳感器省去了外部元件(ADC、放大器、電阻器、電容(róng)器等),具(jù)有更多的優勢。
5、、功耗:對於要承受高勒克(kè)斯(>1萬勒克斯)的光傳(chuán)感器來說,最好采用非線性模擬輸出(chū)或數字輸出。
6、、封裝大小:對於大多數應用(yòng)來說,封裝都是(shì)越小越好。現在可提供的較小封裝尺寸約為2.0mm×2.1mm。而尺寸為1.3mm×1.5mm的4引腳封裝則是下一代封(fēng)裝。
一旦確定了上述重要規格參數,下一個(gè)需要考慮的問題就是哪類輸出信號有助於目標應用的實現(xiàn)。
對於大多數光傳感器來說,最常見的輸出(chū)為線性模擬輸出。雖然這一輸出對於一些(xiē)應用非常適合,但現在產品提(tí)供更多的輸出選項,包括線性電壓輸出、數字輸出(通過I2C接口)或者非線性電流或電壓輸出。每種輸出都具有一定的優勢。