光傳感器的應用非常普遍。從便攜式消費類(lèi)市(shì)場(智能手機、PDA、台式PC以及便攜式音樂播放器等(děng))到消(xiāo)費類電(diàn)視機市場(包括液晶、等離子、背投以(yǐ)及CRT電視等),再到醫療、工業及汽車市場,光傳感器無處不在。其中,一些應用,如條形碼閱讀器、激光打印機和自動(dòng)聚焦顯微鏡利用光(guāng)學探測的反射光來對位置進行感應;另一些應用,如數碼(mǎ)相機、手(shǒu)機和筆記本電腦等便攜電子(zǐ)產(chǎn)品則利用光傳感器來測量環境光量。

采用環境光傳感器的係統產(chǎn)品能夠提供更舒適的顯示質(zhì)量。這對於某些應(yīng)用非常重要。例如,汽車(chē)儀表盤(pán)要求在所有環境光條件下都能達到清晰的顯示效果。在白天(tiān),用戶需要最大的亮度來實現最佳的可見度,但是這種亮度在夜間(jiān)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(guāng)傳感器的係統,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。例如,移動電話、筆記本(běn)電腦以及數碼相機,通過采用環境光傳感器可以自動進行顯示器的亮度控製,從而延長電池(chí)的壽命。

光電(diàn)二極管是最佳實現方式(shì)

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(硫化鎘)材料製造,而比較昂貴(guì)的光敏電阻由GaAs材料製(zhì)造。GaAs的能帶間隙較小。它能夠吸收紅外光中的低能光子,並使電子躍遷到傳導帶。其(qí)照度(dù)範圍從1勒克斯~100勒克斯。

光電二極管的複雜(zá)性要高一些。光子轟擊半導(dǎo)體結,產生電流(liú)。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(gǎn)器的感應速度和線性度,但也提高了(le)傳感(gǎn)器(qì)的暗電流和散(sàn)粒噪聲(shotnoise)。光子轟擊(jī)半導體結,將產生(shēng)正向電流(liú),降低反向偏壓電流。在(zài)設計中,可(kě)以為光電二極管增加外部電路,使I-V曲線線性化。

光電晶體管的一般特點與光電二極管一(yī)樣,但增加了放(fàng)大功能。它需要更(gèng)大的偏置電流,但與電流相伴的噪聲迫使傳感器的靈敏度轉向更高的勒克斯範圍,即1000勒(lè)克斯~10萬勒克斯。光電晶體管的檢測響(xiǎng)應時間與光電二極管相似,並可以利用偏置電流進行調整。偏置電流也可以隨探測到的信號水平進行變(biàn)化。光電晶體管能夠粗略(luè)地確定(dìng)環境光線水平,如室(shì)內(nèi)/室外、白天/夜(yè)間以及明亮光線/陰(yīn)影等狀態,因此,需要(yào)外部電路對輸出信號進行校準。

目前,基於IC的單片(piàn)光電二極管(guǎn)是光(guāng)傳感器最好的實(shí)現方式之一。光電二極管由(yóu)單晶矽製造而成。一個典(diǎn)型的傳感器應(yīng)用組件包(bāo)括一個光電二極管、一個電流放大器和一個無源低通(tōng)濾波器。對於終端用戶(hù)來說,能夠將(jiāng)所有這些器件集成到(dào)一個小(xiǎo)型封(fēng)裝中非常重要。

光傳感器六大指標(biāo)

選擇光傳感器時,最重要的一點是理解哪項規格參數是最為關鍵的。一般(bān)來說,在選擇一個光傳感器時,需要著重(chóng)考慮的因素包括光譜響應/IR抑製、最大(dà)勒克斯數、光敏度、集成的信號調節功能、功耗以及封裝大小等6個重要規格。這(zhè)6個規格的具(jù)體描(miáo)述如下:

1、光譜響應/IR抑(yì)製:環境光傳感器(qì)應(yīng)該(gāi)僅對400nm至700nm光譜的範圍有感應。

2、最(zuì)大勒克斯(sī)數:大多數應用為1萬勒克斯。

3、光敏(mǐn)度:根據光傳感器的鏡片類別,光線通過鏡片後(hòu),光(guāng)衰減可以在25%-50%之間。低光敏度非常關(guān)鍵(<5勒克斯),必須選擇可以在這個範圍內工作的光傳感(gǎn)器。

4、、集成的信號調節功能(即放大器(qì)和ADC):一些傳感器可能(néng)提供非常小的封裝,但是卻需要一個外(wài)部(bù)放大器或(huò)無源元件來(lái)獲(huò)取所(suǒ)需(xū)的輸出信號。具有更高(gāo)集成度的光傳感器省去了(le)外部元(yuán)件(ADC、放(fàng)大器、電(diàn)阻(zǔ)器、電容器等),具有更多的優勢。

5、、功(gōng)耗:對於要承受高勒克斯(>1萬勒克斯)的光傳感器來(lái)說,最好采用非線性模擬輸出或數字輸出。

6、、封裝大小:對於大多數應(yīng)用來說,封裝都是越小(xiǎo)越好。現(xiàn)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(xià)一(yī)代封裝。

一旦確定了上述重要規格參數,下一個需要考慮的問題就是哪類輸出信號(hào)有助於目標(biāo)應用的實現(xiàn)。

對於大多數(shù)光傳感器(qì)來(lái)說(shuō),最常見的輸出為線性(xìng)模擬輸出。雖然這一輸出對於一些應用非常(cháng)適合,但現在產品提供更多的輸出選項,包(bāo)括線性電壓輸出、數字輸出(通過I2C接口)或者非(fēi)線性電流或電壓輸出。每種(zhǒng)輸出都具有一定的優勢。