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环境光传感器协助应用变得更智能环保

作者:  时间:2009-12-01 10:26  来源:internet

ALS(环境光传感器)已出现了多年,但由于智能手机的成功(如苹果公司的iPhone),现在它们使用越来越广泛。iPhone用ALS根据环境光的情况调节显示亮度,从而降低功耗需求并延长了电池寿命。iPhone还用了一个接近探测器,它是ALS的一个近亲,可以响应用户的动作对自身作重新配置。今天,拥有标志性大屏LCD的智能手机是ALS的主要用户,但未来的应用可以实现节能和易用目标。例如,大屏幕液晶电视必须根据环境光线调节LED背光亮度。同样,一个采用SSL(固态照明)的房间可以根据自然照度而调整自己的照明,或适应居住者的情绪。汽车照明也可以适应白天驾驶或夜间驾驶,或反映出街灯的亮度,从而节省能源并提供更好的用户体验。

从根本上说,每个ALS都包含一个光电二极管或光电晶体管。不过,简单的光敏半导体是不够的,因为ALS必须有“适光性”(photopic),这意味着它要对与人眼相同的频谱敏感(图1)。白炽灯与HID(高强度放电)灯的50%~60%辐射是在不可见的IR(红外)区间,以热能形式放射出来。据Intersil公司ALS产品营销经理Oleg Steciw称,应使用能找到的有最佳频谱响应的HID。否则,他说:“你所在屋里的背景照明会突然变得很乱,因为有些根本看不见的外部光源会毁掉一切。”
Arrow Electronics公司照明部的应用工程师Werner Mashig解释说:“有些制造商将IR滤波器装在环氧树脂内,以滤掉IR光线,这样传感器的响应就接近于人眼了。”

  另外一种方法是在ALS中使用多支光电二极管。TAOS(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)公司营销与销售副总裁Carlo Strippoli称:“一支光电二极管是可以检测从300mm~1100nm区间所有光线的宽带类型。第二支二极管是专用的IR光电二极管,用于监测到达传感器的IR光线,然后从宽带光电二极管接收到的光线中减掉IR光。”

  荧光灯光源要比白炽灯或HID灯更高效,在IR区间内几乎没有辐射,但它们可能会有60Hz闪烁,这会造成ALS的假触发。较新的数字ALS集成了可将光电电流转换为数字信号的ADC,能与数字通信总线接口。ADC可以通过高分辨率采样,滤除光噪声(如60Hz闪烁)而完成双重工作。Rohm公司的BH17xx系列集成了一个16位ADC,能在0~65000 lux范围内提供1 lux分辨率。两个等级的测量分辨率可以在采样时间和性能之间作出选择。在高分辨率采样模式下,ADC可滤除光噪声。较低分辨率模式有较短采样时间,适合于GPS(全球定位系统)等应用,在这些应用中光照水平是动态变化的:GPS系统要工作在汽车内部或自然光下。理想的ALS能够表示出与光源无关的一致性光灵敏度。

  TAOS公司的Strippoli称:“数字化是环境光探测的发展方向。它可以将多个传感器放置在一根双线总线上,如I2C总线上。”这种功能对翻盖手机尤其重要。数字总线可减少手机铰链接口中的线数。

虽然现在已有了数字ALS,但模拟传感器仍常用于很多应用。Microsemi公司的Best Eye处理器提供一种适光性接近完美的光波长响应曲线。传感器的输出送入一个宽动态范围的压缩放大器,可对5个数量级变化的环境光提供精确的分辨率。


  模拟接口对每个传感器都至少需要两根线。模拟ALS仍然非常适合于一些设计,比如用ALS的电压或电流输出直接驱动照明子系统的应用,缺少微控制器或可用ADC输入的设计,还有一些看重价格因素的低端设计。

  过去,对于某个确定光量,每只ALS的电流量都可能不同。这种变异性使得难于做出一个有严格灵敏度区间的设计。Arrow公司的Mashig说:“制造商们正在做大量的元件分级筛选工作,从而给设计以更好的一致性,这样光电流就不会有大的差异。”他建议要查看光电流与亮度的规格,以检查制造商的元件分级筛选严格性。

 

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