通過非接觸光學接近式傳感器方案實現智能感應

1、通過非接觸光學接近式傳感器方案實現智能感應順應消費者對更佳用戶體驗和智能自動化 本文將介紹接近式傳感器的工作原理，以及使用時在信號放大、濾波和信號調整方面所面臨的挑戰(zhàn)。此外，也將討論設計工程師如何通過使用全方位的接近式傳感器方案解決LED長時間高電流保護、陽光和環(huán)境光源消除等問題，確保光學接近式傳感器的穩(wěn)固性和性能。反射型光學接近式傳感器介紹和工作原理光學接近式傳感器基本上是由紅外LED發(fā)射器和PIN光檢測器所組成，圖1為典型接近式傳感器的功能方塊圖。圖1：接近式傳感器的功能方塊圖。作為電到光的轉換器，LED發(fā)射器會發(fā)射紅外脈沖，并通過提供由光轉換回到電氣信號的光二極管檢測器感應由遮蔽物體或表

2、面反射的紅外脈沖，請參考圖2中的功能方塊圖說明。圖2：接近式傳感器的工作原理圖。接近式傳感器的基本工作原理非常簡單，紅外脈沖由LED發(fā)射器發(fā)出，到達離開傳感器特定檢測距離的障礙物體或表面，并發(fā)生穿透、散射或反射回到光二極管檢測器，接著光二極管會產生可以通過外部負載 接近式傳感器信號放大、濾波和信號調整面臨的挑戰(zhàn)在實際設計上，接近式感應 在輸入端，由LED發(fā)射器所產生的光脈沖強度基本上由LED的 LED長時間高電流保護的重要性，高PSSR：要避免LED導通時間過長造成壽命縮短，我們可以加入長時間高電流保護電路，這個電路可以避免LED上出現不必要的長脈沖寬度。接近式傳感器的電源輸入電路也必須具備高

3、紋波抑制能力，以避免因輸入電壓變化所造成的波動。陽光和環(huán)境光消除的重要性：環(huán)境光和人工光源，例如白熾燈和熒光燈可能會影響光二極管檢測器的靈敏度，任何由光二極管檢測器所感應到的雜散陽光或明亮背光將會產生不小的持續(xù)直流或低頻尖峰電壓，另外，由于大部分的陽光都包含有一定數量的紅外光，因此普通的濾波電路并無法有效地降低噪聲。在接近式傳感器輸出上通常會希望有干凈的光電流輸出，因此必須在輸出電路上設計帶有超窄帶寬特性并匹配目標噪聲波長的復雜濾波電路以進行陽光消除，請參考圖3。圖3：加入陽光消除電路的接近式傳感器工作原理圖。信號放大的重要性：要讓微控制器可靠并適當地讀取，通常微小的輸出光電流必須經過放大電路

4、進一步放大。適當信號形式 印刷電路板占用空間和實現成本的重要性：通常LED驅動電路、放大電路和窄帶寬濾波電路采用分立電路設計，從而導致PCB費用和實現成本昂貴。如何選用反射型集成接近式傳感器集成型光學接近式傳感器的最重要好處是不用接觸，由于在傳感器和物體間沒有實體接觸，因此可以避免污染。帶魯棒性屏蔽的光隔離可以帶來幾近于零的光學互擾、更低的功耗、更小的尺寸以及優(yōu)化的檢測距離，從而使得集成反射型傳感器的市場接受度更高，不過集成型接近式傳感器的檢測范圍固定，因此在選擇上就必須依應用的形式決定。通過全方位光學接近方案加快產品上市速度安華高科技(Avago Technologies)光學接近式傳感器方

5、案可針對各種應用提供智能感應，該方案包含接近式傳感器和信號調整芯片，完整的方案提供有以下幾個重要優(yōu)點：* 加強性能和魯棒性* 適合低功耗應用* 加快產品上市速度* 提高設計靈活度Avago的APDS-9700是一款通過提供適當信號調整，例如以足夠電流驅動發(fā)射器并強化傳感器輸出來向微控制器提供適當且可靠的連接，增強光學傳感器電路性能和魯棒性的ASIC。除了為物體檢測系統(tǒng)添加智能外，該芯片同時還能處理環(huán)境光干擾問題，而且其小型且緊湊的QFN封裝(2x2mm)更是有效降低電路板占用空間并節(jié)省外部元器件需求。圖4顯示了APDS-9700信號調整芯片的功能方塊圖。圖4：APDS-9700信號調整芯片功能

6、方塊圖。使用HSDL-9100和APDS-9700的接近感應應用電路圖5為使用Avago APDS-9700信號調整芯片搭配Avago HSDL-9100構成的接近感應應用電路參考設計，在這個設計中，接近式傳感器的發(fā)射器以脈沖串信號、掃頻(chirp)信號或偽隨機信號方式送出串行脈沖，通過特定檢測距離，并由障礙物體或表面反射回到接收器。圖5：使用Avago APDS-9700信號調整芯片和HSDL-9100接近式傳感器的光學接近感應設計。在這個設計范例中，脈沖由預編程的微控制器產生，接著送入APDS-9700的LEDON引腳。想要適當運行，脈沖寬度應該要大于1s。當LEDON引腳上的 LEDA

7、是驅動紅外發(fā)射器的輸出引腳，R1則是用來控制流經紅外發(fā)射器電流的限流電阻，R1阻值越高，流經紅外發(fā)射器的電流越小，對于物體檢測距離較短的部分應用，并不需要高電流，降低流經發(fā)射器的電流有助于降低電源電壓的尖峰電壓。光檢測器的陰極則直接連接到APDS-9700的PD引腳。電阻R3和電容CX3并聯并連接到PFILT引腳，形成產生輸出電壓VPFILT的積分電路，由內部電壓電流轉換器所提供的電流通過這個積分電路以特定時間常數進行充放電動作。PFILT 除了提供PFILT引腳的輸出電壓外，積分電壓VPFILT同時也連接到滯環(huán)比較器的輸入，當滯環(huán)比較器的輸入到達預先設定的參考閥值電壓VTH時，會在輸出產生邏輯高電平到低電平的變化，否則會產生低電平到高電平變化，因此光二極管檢測器輸出的改變會在DOUT引腳上以數字輸出呈現，由于DOUT是一個開集引腳，因此需要在DOUT上連接一個上拉電阻R2到電源Vcc。DOUT數字輸出引腳可以連接到微控制器、LED或開關，以便提供是否感應到物體的狀態(tài)。A