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0431-81702023
光學工程
光傳感器選型須知的指標

      光傳感器的應用非常普遍。從便攜式消費類市場(智能手機、pda、臺式pc以及便攜式音樂播放器等)到消費類電視機市場(包括液晶、等離子、背投以及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、激光打印機和自動聚焦顯微鏡利用光學探測的反射光來對位置進行感應;另一些應用,如數碼相機、手機和筆記本電腦等便攜電子產品則利用光傳感器來測量環境光量。
      采用環境光傳感器的系統產品能夠提供更舒適的顯示質量。這對于某些應用非常重要。例如,汽車儀表盤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,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。帶有光傳感器的系統,能夠自動檢測條件變化并調節顯示器的設置,以保證顯示器處于最佳的亮度,進而降低總體功耗。例如,移動電話、筆記本電腦以及數碼相機,通過采用環境光傳感器可以自動進行顯示器的亮度控制,從而延長電池的壽命。
      光電二極管是最佳實現方式
      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,最簡單的光傳感器是光敏電阻。低端光敏電阻由cds(硫化鎘)材料制造,而比較昂貴的光敏電阻由gaas材料制造。gaas的能帶間隙較小。它能夠吸收紅外光中的低能光子,并使電子躍遷到傳導帶。其照度范圍從1勒克斯~100勒克斯。
      光電二極管的復雜性要高一些。光子轟擊半導體結,產生電流。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器的感應速度和線性度,但也提高了傳感器的暗電流和散粒噪聲(shotnoise)。光子轟擊半導體結,將產生正向電流,降低反向偏壓電流。在設計中,可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樣,但增加了放大功能。它需要更大的偏置電流,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范圍,即1000勒克斯~10萬勒克斯。光電晶體管的檢測響應時間與光電二極管相似,并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化。光電晶體管能夠粗略地確定環境光線水平,如室內/室外、白天/夜間以及明亮光線/陰影等狀態,因此,需要外部電路對輸出信號進行校準。
      目前,基于ic的單片光電二極管是光傳感器最好的實現方式之一。光電二極管由單晶硅制造而成。一個典型的傳感器應用組件包括一個光電二極管、一個電流放大器和一個無源低通濾波器。對于終端用戶來說,能夠將所有這些器件集成到一個小型封裝中非常重要。

      光傳感器六大指標
      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。一般來說,在選擇一個光傳感器時,需要著重考慮的因素包括光譜響應/ir抑制、最大勒克斯數、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6個規格的具體描述如下:
      1.光譜響應/ir抑制:環境光傳感器應該僅對400nm至700nm光譜的范圍有感應。
      2.最大勒克斯數:大多數應用為1萬勒克斯。
      3.光敏度:根據光傳感器的鏡片類別,光線通過鏡片后,光衰減可以在25%-50%之間。低光敏度非常關鍵(<5勒克斯),必須選擇可以在這個范圍內工作的光傳感器。
      4.集成的信號調節功能(即放大器和adc):一些傳感器可能提供非常小的封裝,但是卻需要一個外部放大器或無源元件來獲取所需的輸出信號。具有更高集成度的光傳感器省去了外部元件(adc、放大器、電阻器、電容器等),具有更多的優勢。
      5.功耗:對于要承受高勒克斯(>1萬勒克斯)的光傳感器來說,最好采用非線性模擬輸出或數字輸出。
      6.封裝大小:對于大多數應用來說,封裝都是越小越好。現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引腳封裝則是下一代封裝。
      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有助于目標應用的實現。
      對于大多數光傳感器來說,最常見的輸出為線性模擬輸出。雖然這一輸出對于一些應用非常適合,但現在產品提供更多的輸出選項,包括線性電壓輸出、數字輸出(通過i2c接口)或者非線性電流或電壓輸出。每種輸出都具有一定的優勢。

 


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