可编程光频转换器TSL230R及其应用

1、可编程光/频转换器TSL230R及其应用1. 概述TSL230R系列（TSL230R、TSL230AR、TSL230BR ）是TAOS公司新近推出的智能传感器，它在内部集成了一个可配置的硅光电二极管和一个电流/频率转换器，结构框图如图1所示。其输出是频率正比例于光照度的脉冲串或方波（占空比为50%）。传感器的灵敏度有3个可选择的级别，靠两个逻辑输入端来控制。它的满量程输出频率为1/4量程时最稳定。TSL230R所有的输入和输出电平都兼容TTL电平，可通过编程和输出接口直接与微处理器通信。芯片的输出使能端将输出置于高阻状态以使多个器件可共享一条微处理器输入线。TSL230R的转换频率误差为

2、77;20（对于TSL230A是±10，对于TSL230B是±5），其感光波长为300700nm，光谱响应范围为3201050nm，使用温度范围570。该芯片采有8引脚SOIC封装和PDIP封装，可直接对可见光进行频率转换，特别适用于频率计数器、脉冲累加器及高速定时器。TSL230R的主要特点如下：无需外接元件即可完成高分辨率的光照度/频率转换灵敏度和满量程输出频率可编程调整可直接与微处理器通讯单电源工作，工作电压范围：2.7 V 5.5 V，具备掉电功能绝对输出频率容限为±20100kHz时非线性误差典型值为0.2%稳定的150 ppm/°C的温度系数

3、可替换TSL230（TSL230AR替换TSL230A，TSL230BR替换TSL230B）图1 TSL230R结构框图2. TSL230R的引脚及其功能描述TSL230R的引脚排列如图2所示，管脚功能描述见表1。图2 TSL230R的引脚排列表1 TSL230R管脚功能引脚号符号类型功能说明1S0I灵敏度选择输入端2S1I3I输出频率使能端。低电平有效4GND电源地5VDD电源电压6OUTO输出频率（fo）7S2I输出频率分频系数选择输入端8S3I3. TSL230R的电学特性及工作特性3.1 电学特性TSL230R系列在TA = 25°C, VDD = 5 V条件下的电学特性如表

4、2所示。其中，满量程输出频率是指传感器在没有饱和时的最大输出频率。表2 TCS230的电学特性参数测试条件最小 典型 最大单位VOH 高电平输出电压IOH = -4 mA VVOL 低电平输出电压IOL = 4 mA VIIH 高电平输入电流 5 mAIIL 低电平输入电流 5 mAIDD 电源电流上电模式 2 3 mA掉电模式 5 12 mA 1.1 MHz输出频率的温度系数l 700 nm ±150ppm/°CKSVS 电源电压灵敏度VDD = 5 V ±10% ±%/V3.2 工作特性TSL230R系列的工作特性如表3所示。其中，非线性度定义为输出

5、频率fO偏离0和满量程频率之间直线的程度，可表示为满度频率的百分比；非线性度的测试条件为S0=S1=H，S2=S3=L；主频率指内部晶振频率。表3 TSL230R（TSL230AR 、TSL230BR）的工作特性参数测试条件TSL230R最小 典型 最大TSL230R最小 典型 最大TSL230R最小 典型 最大单位FO 输出频率S0=S1=H，S2=S3=L80 100 12090 100 11095 100 105kHzS1=H，S0=S2=S3=L8 10 129 10 11kHzS0=H，S1=S2=S3=LkHzS0=S1=S2=H，S3=L40 50 6045 50 55kHzS0

6、=S1=S3=H，S2=L8 10 129 10 11kHzS0=S1=S2=S3=HkHzEe=0，S0=S1=HS2=S3=L 0.4 10 0.4 10 0.4 10HzRe 光灵敏度S0=S1=HS2=S3=LkHz/(mW/cm²)Tw 输出脉冲持续时间S2=S3=L125 600125 600125 600nsS2或S3= H 1/2 fO 1/2 fO 1/2 fOs非线性fO=010 kHz±% ±%±%fO=0100 kHz±0.2%±0.2%±0.2%fO=01MHz±0.5%±0.5

7、%±0.5%掉电恢复 100 100 100m s满量程单步输出响应一个新频率脉冲+1m s编程变化响应时间新主频率的2个周期+1m s输出使能响应时间 50 100 50 100 50 100ns4. TSL230R的编程设定灵敏度设定和调整传感器使用电子虹膜技术控制其有效的通光口径，以达到调整灵敏度的目的。传感器的灵敏度有3种级别：1×、10×和100×，靠两个逻辑输入端S0 和S1来控制，其对应情况如表4所示。灵敏度可编程调整使得在满量程输出频率范围内，对于任意给定的光强度级别，传感器的响应都能达到最优化。改变灵敏度实际上也是按照同样的比例改变光电

8、二极管的有效感光面积。 表4 灵敏度设定S2S3灵敏度LL掉电LH1×HL10×HH100×4.2 输出频率分频系数设定输出频率分频由两个逻辑输入S2 和 S3控制，如表5所示。输出频率分频通过将转换器脉冲串输出连接到一连串的分频器来实现。分频比例因子为1（不分频）、2、10和100。不分频时，芯片输出信号为宽度固定的脉冲串，分频时输出信号为占空比50%的方波。由于输出频率的分频由主内部计数器的计数脉冲来完成，所以最终输出周期为n（n为2、10、100）个主频率周期的平均值。在任一S0、S1、S2、S3和OE线转换之后，输出分频计数寄存器在下一个主频率脉冲出现时被

9、清零。随后的主频率脉冲上输出变为高电平，开始一个新的有效周期。在分频输出模式下，这将缩小输入线上变换之间的时间延迟，并产生新的输出周期。不同于灵敏度调整，通过选定的分频系数，使用分频输出会降低满量程频率和暗频率。传感器对输出频率的分频功能使输出范围在多种测量方法时都可达到最优化。分频系数为1或不分频时，输出可以用频率计、脉冲计数器或高速定时器来测量；采用小分频系数的输出可用于仅需低频计数的场合，如低成本微处理器，或用于使用周期测量技术的场合。分频系数为10或100时输出提供一个较低的频率范围，可用于高分辨率周期测量。 表5 输出频率分频系数设定S0S1输出频率分频系数LL1LH2HL10HH1

10、005. 应用 在使用此传感器时需注意以下几个问题： 需采用低噪声供电电源以使输出脉冲的抖动最小化。同时电源线必须采用mF mF的电容退耦，且电容需尽可能靠近芯片。 芯片的OE引脚和GND引脚之间需采用低阻抗连接，以提高抗噪声能力。 芯片的输出设计为短距离驱动标准TTL 或CMOS逻辑输入电平。若输出线超过12英寸，则建议使用缓冲器或线驱动器。5.2 频率测量接口和测量技术的选择取决于期望的分辨率和数据采集速率。采用周期测量技术可获得最大的数据采集速率。采用2分频输出，输出数据采集可以两倍的输出频率的速率进行，或对满量程输出，可以每毫秒一个数据点的速率进行数据采集。周期测量要求使用快速参考时钟

11、，且此参考时钟带有与其速率直接相关的可用分辨率。对于特定时钟速率，输出分频可用于提高分辨率，或在光输入改变时使分辨率最大化。周期测量用于快速测量变化的光电平或进行连续光源的测量。使用频率测量、脉冲计数或综合技术可获得最大的分辨率和精度。频率测量提供更多的优点，如平均随机输出和光信号中的噪声与电源噪声导致的高频变化。分辨率主要受可用计数寄存器和允许的测量时间限制。频率测量非常适于缓慢变化或连续的光信息，并且适于读取超过短周期定时的平均光信息。综合技术用于测量暴露物和出现在超过给定定时周期区域的光脉冲的数量。5.3 应用举例TSL230R与微控制器组成的光子计数器的电路连接如图3所示。光/频转换器与微控器连接在一起，其灵敏度与分频输出由微控制器编程设置。微控制器调用相应的子程序来设置期望的灵敏度和分频，这样电路就可实现光子计数器的功能。1S0S1S2S3OUT2786VDD5V5VDD34