环境光传感器#清晰整齐

1、环境光传感器背光控制解决方案2012年6月12日11:04:34来源：互联网作者：=摘要：ALS集成电路越来越多地用于各种显示器和照明设备中，以节省功率和改善用户体验。使用ALS解决方案，系统设计人员可以根据环境光强度自动调整显示屏的亮度。由于背光照明的功耗占系统总功耗的很大比例，实施动态背光亮度控制可以节省大量电能。此外，它可以改善用户体验，从而可以根据环境光条件将显示屏的亮度调节到最佳状态。关键词：环境光传感器，显示器，背光控制环境光传感器(ALS)集成电路越来越多地用于各种显示器和照明设备中，以节省功率并改善用户体验。使用ALS解决方案，系统设计人员可以根据环境光强度自动调整显示屏的亮度

2、。由于背光照明的功耗占系统总功耗的很大比例，实施动态背光亮度控制可以节省大量电能。此外，它可以改善用户体验，从而可以根据环境光条件将显示屏的亮度调节到最佳状态。该系统需要三个部分：监测环境光强度的光传感器、数据处理设备(通常是微控制器)和控制背光输入电流的致动器。背光控制：环境光传感器图1是实现背光控制的系统的示例性框图。在这种组合中，光传感器是关键组件，因为它向系统的其他模块提供环境光强度信息。光学传感器必须具有将光信号转换成电信号的信号转换器(如光电二极管或硫化镉光敏电阻)、信号放大和/或调节装置以及模数转换器(ADCs)。图1。实现背光控制的系统框图图2显示了一个分立光电二极管电路。从图

3、中可以看出，该电路需要一个或多个运算放大器：一个用于将电流转换为电压，还可能需要一级放大来提供额外的增益。它还包括一些用于供电的分支电路，以确保信号链的高度可靠性。然而，在空间极其宝贵的应用中，所需组件的过多可能会导致空间有限的问题。图2。光电二极管电路的分立设计这里有一个更微妙的问题。具体来说，理想情况下，应该确保环境光的测量模拟人眼对光的响应机制。这通常基于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，因为它们通常具有高红外灵敏度。在高红外强度的照明条件下(如白炽灯或太阳光)，这种红外灵敏度会导致对光强的误判。解决上述问题的方法之一是使用两个光电二极管：一

4、个对可见光和红外光敏感，另一个对红外光敏感。最后，前者的响应值从后者的响应值中减去，以最小化红外干扰并获得准确的可见光响应。虽然这种解决方案是有效的，但它增加了分立电路的占用空间。两个分立的光电二极管很难，甚至不可能紧密配合以消除红外干扰。如果没有精密放大器(如对数放大器)，动态范围可能会很小。换句话说，很难使用这种组合来获得可重复的结果。图3。CIE曲线和典型光电二极管高度集成的解决方案不仅可以获得比人眼光学系统更真实的光强数据，还可以为环境光线传感器(如MAX44009)节省大量空间，该传感器可以将所有信号调理和模数转换器集成在一个小封装(2mm x 2mm UTDFN封装)中，从而在空间

5、受限的应用中有效节省电路板面积。图4提供了MAX44009的功能框图，它使用集成电路通信协议使max44009和微控制器之间的连接更简单，数据传输速度更快。此外，该解决方案的高度集成特性使其能够放置在柔性电缆上，并安装在离主电路板适当的距离处。图4。MAX 44009功能框图控制方案的第二部分是调整显示屏的背光亮度。这可以通过多种方式实现，具体取决于设备中的显示模块。有两种最简单的方法，一种是借助脉宽调制方案的直接调节，另一种是借助显示屏控制器的间接调节。许多显示模块现在都配备了集成控制器，用户可以通过向控制器发送串行命令来直接设置背光亮度。如果显示模块没有配备集成控制器，可以安装一个简单的背

6、光控制执行器来控制显示器后面的白色发光二极管灯的输入电流，以实现背光照明。实现这种控制的一种简单方法是将场效应晶体管(场效应晶体管)直接串联到发光二极管上，并使用脉宽调制信号快速开启和关闭场效应晶体管(图5)。然而，它可以用单个芯片(用于发光二极管控制的MAX1698升压转换器)精确可靠地调节(图6)。详情请参考应用笔记3866“低功率脉宽调制输出控制发光二极管亮度”。图5。简单PMW控制电路图6。基于MAX1698的发光二极管亮度调节器背光控制：建立连接最后一步是在传感器和执行器之间建立连接，这是由微控制器实现的。有些人可能首先会问：“环境光强度如何映射到背光亮度？”事实上，一些文献已经具体

7、介绍了相关的方案。微软为运行Windows 7操作系统的计算机提出了一种映射方法。图7所示的曲线由微软提供，它可以将环境光强度映射到显示屏的亮度(以总亮度的百分比表示)。图7。将环境光强度映射到最佳显示亮度的曲线示例这条特殊曲线可以用以下函数表示：如果设备采用集成亮度控制功能的液晶控制芯片，通过向芯片发送指令可以轻松设置背光亮度。如果亮度由脉宽调制直接控制，则应考虑如何将比例信号映射到显示屏的亮度。在MAX1698的例子中，根据其产品规格的介绍，驱动电流可以映射到电压。通过这个例子，我们可以假设发光二极管的电流强度几乎与其电流成线性关系。通过这种方式，我们可以将上述等式中的系数相乘，以计算由脉

8、宽调制映射的有效电压，然后将其映射到发光二极管电流，并最终转换为显示器亮度。方案实施最好不要直接从一个亮度级别跳到另一个，而是平滑地增加和减少背光亮度，以确保不同亮度级别之间的无缝过渡。为了实现这一目标，最好使用具有固定或不同亮度级和可逐步调节亮度的定时中断，或具有可控制发光二极管输入电流的脉宽调制值的定时中断，或可发送到显示屏控制器的串行命令。图8提供了该算法的示例。图8。步进亮度级的算法示例另一个问题是系统对环境光强度变化的反应速度。我们应该尽量避免过快地改变亮度。这是因为光强度的瞬时变化(例如，窗户被打开或者光束被瞬时扫过)可能导致背光亮度的不必要的变化，这通常会给用户带来不适。此外，较

9、长的响应时间有助于减少微控制器对光传感器的检测次数，从而释放一定量的微控制器资源。主要方法是每隔一两秒钟检查一次光传感器，然后相应地调整背光亮度。一个更好的方法是仅在光强在一定时间内偏离一定范围后调整背光亮度。例如，如果正常光强为200lux，我们可能只在光强低于180lux或高于220lux超过几秒钟时调整亮度。幸运的是，MAX44009集成了中断引脚和阈值寄存器，这使得这很容易。环境光传感器目录简介原则特征考虑因素编辑本段的引言环境光传感器可以感知环境光，并告诉处理芯片自动调整显示器的背光亮度，以降低产品的功耗。例如，在手机、笔记本电脑和平板电脑等移动应用中，显示器消耗的功率高达电池总功率

10、的30%，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。当环境亮度高时，使用环境光线传感器的液晶显示器将自动调节到高亮度。当外部环境较暗时，显示器将被调整为低亮度。环境光传感器需要在芯片上附着红外截止膜，或者甚至直接在硅芯片上镀上图案化的红外截止膜。1编辑本段的原则环境光传感器主要由光敏元件组成。目前，光敏元件发展迅速，种类繁多，应用广泛。市场销售光敏电阻、光电二极管、光电晶体管、硅光电池等。环境光传感器可以感知环境光，并告诉处理芯片自动调整显示器的背光亮度，以降低产品的功耗。例如，在诸如移动电话、笔记本、全球定位系统等手持设备中。显示器消耗的

11、功率高达电池总功率的30%,环境光传感器可以最大化电池的工作时间。另一方面，环境光传感器有助于显示器提供柔和的画面。当环境亮度高时，使用环境光线传感器的液晶显示器将自动调节到高亮度。当外部环境较暗时，显示器将被调整为低亮度。环境光传感器需要在芯片上附着红外截止膜，或者甚至直接在硅芯片上镀上图案化的红外截止膜。1编辑此段落属性环境光传感器暗电流小，照度响应低，灵敏度高，电流随照度的增加呈线性变化；内置双敏感元件自动衰减近红外，光谱响应接近人眼功能曲线(如图，黑色：人眼响应曲线，蓝色：光敏电阻响应曲线，绿色：环境光响应曲线)；选择合适的光学传感器时的另一个考虑是选择具有理想光谱响应的传感器。普通P

12、IN光电二极管或光敏电阻(无源或有源)具有非常宽的光谱响应范围，包括红外线甚至紫外线。理论上，用户需要选择一个只能感知可见光(380 770纳米)并减弱无用的红外和紫外信号的光学传感器。一些传感器还内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和校正电路，输出电流大，工作电压范围宽，温度稳定性好。可选光学纳米材料封装，可见光透射，紫外截止，近红外相对衰减，增强滤光效果；符合欧盟RoHS指令，无铅无镉。目前，市场上的光敏电阻达不到上述标准。编辑此段落的注意事项通常有几种检测光的方法，例如使用光电晶体管、光敏电阻或光电二极管。然而，对于当今应用的一般光感测要求，基于集成电路的单片光电二极管是最佳选择之一。

13、光电二极管是一种半导体，用于检测光线和产生电流。它基于单晶硅晶片，类似于用于生产集成电路的晶体硅晶片。典型的传感器应用框图包括光电二极管、电流放大器和无源低通滤波器，用于检测和处理由光输入引起的输出电压信号。最终用户能够集成所有这些设备并采用小封装非常有益，这正是当前的市场需求。在为应用选择合适的光传感器时，另一个重要的方面是了解哪个重要的规格是最关键的，哪个是最需要注意的。一般来说，在选择光学传感器时，应考虑以下因素：(1)光谱响应/红外抑制：环境光传感器只能在400纳米到700纳米的范围内感应。(2)最大照度范围：阳光直射可达130，000勒克斯，但大多数应用要求最大照度范围仅为10，00

14、0勒克斯。(3)低照度光敏性：根据光敏元件顶部的透镜类型，光衰减可达25-50%。如果光敏性低至关重要(5Lux)，必须小心选择能在此范围内工作的光敏元件。集成信号调理(即放大器和模数转换器):一些传感器可能提供非常小的封装，但它们需要外部放大器或无源元件来获得所需的输出信号。集成度更高的光学传感器消除了对外部元件(模数转换器、放大器、电阻、电容等)的需求。)。(4)功耗：对于能够承受高勒克斯级(10，000勒克斯)的光学传感器，最好采用非线性光学模拟输出光学传感器或光学数字输出光学传感器。这将在下面详细解释。(5)包装尺寸：对于大多数应用，包装越小越好。一旦确定了这些重要的规格，下一个要考虑

15、的问题是哪种输出信号对目标应用最有利。对于大多数光传感器，最常见的输出是线性输出电流。虽然这适用于某些应用，但现在有更多选择，包括线性电压输出、数字输出(通过I2C接口)或非线性电流或电压输出。(6)线性模拟输出-电流或电压输出：更常见的电感输出，快速响应时间(数字输出受积分时间限制)，模数转换器集成在控制器中，电压输出消除了对外部电阻的需求(将电流转换为电压)，并提供低阻抗输出。电流输出需要在输出中添加无源元件，以将电流转换为电压，设置传感器的增益范围，并根据需要添加低通或高通滤波器。(7)非线性模拟输出电流或电压输出：允许极弱的光灵敏度和最大动态范围(高达100，000Lux)。感知光线的

16、方式更像人类的方式(非线性和线性)。电压或电流非线性输出的选择，电压输出为低阻抗，电流输出为高阻抗。(8)数字输出：输出可直接与控制器相连(无模数转换器)。与模拟输出相比，数字输出本身抗噪声能力更强，允许传感器具有更多的数字功能(即，更多的智能光学传感器)，使其更容易在通用集成电路总线上的网络中工作，允许多个光学传感器放置在同一集成电路总线上(地址选择引脚)，并且具有恒定的功耗(模拟输出电路的损耗与入射光密度成比例)。并且对不同光源的光响应是相似的，因此响应不会因不同的光而有所不同。如下图所示(黑色是荧光灯的响应曲线，红色是白炽灯的响应曲线)，可以看出环境光感测与其他光敏器件相比具有良好的光谱

17、响应。环境光传感器简介文章来源：朱尔斯2011年8月5日发表的| 4286阅读| 10条建议|0条消息行业领先的TEMPO评估服务、每天的新产品、新体验、集成电路分销商如何选择管理软件现代电气测量技术越来越成熟。它具有精度高、便于微机连接实现自动实时处理的优点，已广泛应用于电气量和非电气量的测量。然而，电测量方法易受干扰，交流测量的频率响应不够宽，在耐压和绝缘方面有一定的要求。今天，随着激光技术的迅速发展，上述问题已经得到解决。磁光效应传感器是利用激光技术开发的高性能传感器。激光是20世纪60年代早期迅速发展起来的一项新技术，标志着人们掌握和利用光波的一个新阶段。由于过去普通光源单色性低，许多重要的应用受到限制。激光的出现使无线电技术和光学技术突飞猛进，相互渗透，相互补充。现在，许多传感器都是用激光制造的，这解决了许多以前无法解决的技术问题，使其适用于煤矿、石油和天然气储存等危险易燃场所。磁光效应传感器的原理是利用光的偏振态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，如果在光束的传播方向上有一个外部磁场，光将通过偏振面旋转一个角度，这称为磁光效应。也就是说，所施加的磁场