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选择光传感器要看六大指标

导读: 光传感器的应用非常普遍。从便携式消费类市场(智能手机、PDA、台式PC以及便携式音乐播放器等)到消费类电视机市场(包括液晶、等离子、背投以及CRT电视等),再到医疗、工业及汽车市场,光传感器无处不在。

  光传感器的应用非常普遍。从便携式消费类市场(智能手机、PDA、台式PC以及便携式音乐播放器等)到消费类电视机市场(包括液晶、等离子、背投以及CRT电视等),再到医疗、工业及汽车市场,光传感器无处不在。其中,一些应用,如条形码阅读器、激光打印机和自动聚焦显微镜利用光学探测的反射光来对位置进行感应;另一些应用,如数码相机、手机和笔记本电脑等便携电子产品则利用光传感器来测量环境光量。

  采用环境光传感器的系统产品能够提供更舒适的显示质量。这对于某些应用非常重要。例如,汽车仪表盘要求在所有环境光条件下都能达到清晰的显示效果。在白天,用户需要最大的亮度来实现最佳的可见度,但是这种亮度在夜间则显得太刺眼了。

  光传感器给便携式应用带来了很多好处。带有光传感器的系统,能够自动检测条件变化并调节显示器的设置,以保证显示器处于最佳的亮度,进而降低总体功耗。例如,移动电话、笔记本电脑以及数码相机,通过采用环境光传感器可以自动进行显示器的亮度控制,从而延长电池的寿命。

 

  光电二极管是最佳实现方式

 

  光传感器包括光敏电阻、光电晶体管或光电二极管等几种。其中,最简单的光传感器是光敏电阻。低端光敏电阻由CdS(硫化镉)材料制造,而比较昂贵的光敏电阻由GaAs材料制造。GaAs的能带间隙较小。它能够吸收红外光中的低能光子,并使电子跃迁到传导带。其照度范围从1勒克斯~100勒克斯。

  光电二极管的复杂性要高一些。光子轰击半导体结,产生电流。要给光电二极管施加反向偏压。较大的反向偏压可以提高传感器的感应速度和线性度,但也提高了传感器的暗电流和散粒噪声(shotnoise)。光子轰击半导体结,将产生正向电流,降低反向偏压电流。在设计中,可以为光电二极管增加外部电路,使I-V曲线线性化。

  光电晶体管的一般特点与光电二极管一样,但增加了放大功能。它需要更大的偏置电流,但与电流相伴的噪声迫使传感器的灵敏度转向更高的勒克斯范围,即1000勒克斯~10万勒克斯。光电晶体管的检测响应时间与光电二极管相似,并可以利用偏置电流进行调整。偏置电流也可以随探测到的信号水平进行变化。光电晶体管能够粗略地确定环境光线水平,如室内/室外、白天/夜间以及明亮光线/阴影等状态,因此,需要外部电路对输出信号进行校准。

  目前,基于IC的单片光电二极管是光传感器最好的实现方式之一。光电二极管由单晶硅制造而成。一个典型的传感器应用组件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。对于终端用户来说,能够将所有这些器件集成到一个小型封装中非常重要。

 

  光传感器六大指标

 

  选择光传感器时,最重要的一点是理解哪项规格参数是最为关键的。一般来说,在选择一个光传感器时,需要着重考虑的因素包括光谱响应/IR抑制、最大勒克斯数、光敏度、集成的信号调节功能、功耗以及封装大小等6个重要规格。这6个规格的具体描述如下:

  光谱响应/IR抑制:环境光传感器应该仅对400nm至700nm光谱的范围有感应。

  最大勒克斯数:大多数应用为1万勒克斯。

  光敏度:根据光传感器的镜片类别,光线通过镜片后,光衰减可以在25%-50%之间。低光敏度非常关键( < 5勒克斯),必须选择可以在这个范围内工作的光传感器。

  集成的信号调节功能(即放大器和ADC):一些传感器可能提供非常小的封装,但是却需要一个外部放大器或无源元件来获取所需的输出信号。具有更高集成度的光传感器省去了外部元件(ADC、放大器、电阻器、电容器等),具有更多的优势。

  功耗:对于要承受高勒克斯( > 1万勒克斯)的光传感器来说,最好采用非线性模拟输出或数字输出。

  封装大小:对于大多数应用来说,封装都是越小越好。现在可提供的较小封装尺寸约为2.0mm×2.1mm。而尺寸为1.3mm×1.5mm的4引脚封装则是下一代封装。

  一旦确定了上述重要规格参数,下一个需要考虑的问题就是哪类输出信号有助于目标应用的实现。

  对于大多数光传感器来说,最常见的输出为线性模拟输出。虽然这一输出对于一些应用非常适合,但现在产品提供更多的输出选项,包括线性电压输出、数字输出(通过I2C接口)或者非线性电流或电压输出。每种输出都具有一定的优势。

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