• 背光控製：環境光傳感器
• 背光控製：調節顯示屏亮度
• 背光控製：建立連接
• 背光調節方案的實施

引言

環境光傳感器(ALS)集成電路正越來越多地用於各種顯示器和照明設備
，以節省電能，改善用戶體驗。借助ALSjiejuefangan
，xitongshejishikegenjuhuanjingguangqiangdu，zidongtiaojiexianshipingdeliangdu。yinweibeiguangzhaomingdehaodianliangzaixitongdezonghaodianliangzhongzhanjuhendadebili，shixingdongtaidebeiguangliangdukongzhi
，kejieshengdaliangdedianneng。ciwai，tahainenggougaishanyonghutiyan
，rangxianshipingliangdugenjuhuanjingguangtiaojianzixingtiaozhengdaozuijiazhuangtai。

係統實現需要三大部分：監測環境光強的光傳感器
、數據處理裝置(通常是微控製器)、控製背光輸入電流的執行器。

背光控製：環境光傳感器

圖1是(shi)實(shi)施(shi)背(bei)光(guang)控(kong)製(zhi)的(de)係(xi)統(tong)示(shi)範(fan)框(kuang)圖(tu)。在(zai)這(zhe)套(tao)組(zu)合(he)中(zhong)
，光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)關(guan)鍵(jian)的(de)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)，因(yin)為(wei)它(ta)要(yao)向(xiang)係(xi)統(tong)的(de)其(qi)他(ta)模(mo)塊(kuai)提(ti)供(gong)環(huan)境(jing)光(guang)強(qiang)信(xin)息(xi)。光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)必(bi)須(xu)具(ju)備(bei)將(jiang)光(guang)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)信(xin)號(hao)的(de)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)器(qi)(譬如光電二極管或CdS光敏電阻)和信號放大和/或調節裝置以及模/數轉換器(ADC)。


圖1. 實施背光控製的係統框圖

圖2所示為分立光電二極管電路，從圖中可以看出

，該電路需要一個或多個運算放大器：一yi個ge用yong於yu電dian流liu到dao電dian壓ya的de轉zhuan換huan，可ke能neng還hai需xu要yao一yi級ji放fang大da
，提ti供gong附fu加jia增zeng益yi。它ta還hai包bao括kuo一yi些xie分fen支zhi電dian路lu，用yong於yu供gong電dian，確que保bao高gao度du可ke靠kao的de信xin號hao鏈lian。而er在zai空kong間jian極ji其qi寶bao貴gui的de應ying用yong中zhong，所suo需xu元yuan件jian的de數shu量liang過guo多duo可ke能neng導dao致zhi空kong間jian受shou限xian問wen題ti。


圖2. 光電二極管電路分立設計

這裏還存在一個更細微的問題。具體而言，理想情況下，應確保環境光的測量模擬了人眼對光線的響應機製。這通常借助CIE提供的視覺亮度曲線(圖3)。然而，光電二極管很少能夠完全模擬這種響應機製，因為它們通常具有很高的紅外(IR)靈敏度。在IR強度較大的光照條件(譬如白熾燈或日光)下，這種紅外靈敏度會造成錯誤地判斷光線強度。

解決上述問題的方法之一是使用兩個光電二極管：yigecaiyongduikejianguanghehongwaiguangdouhenmingandeyuanjian，lingyigecaiyongzhiduihongwaiguangmingandeyuanjian。zuizhongyongqianzhedexiangyingzhijianquhouzhedexiangyingzhi，jianghongwaiganraojiangzhizuixiao，huodezhunquedekejianguangxiangying。

這種解決方案雖然有效，卻增加了分立電路的占用空間。通常還很難、甚至不可能讓兩個分立的光電二極管配合得足夠緊密
，以實現消除紅外幹擾的目的。如果不配備精密放大器(譬如對數放大器)，動態範圍可能很小。換句話說，很難利用這種組合獲得可重複的結果。


圖3. CIE曲線和典型的光電二極管
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高集成度解決方案不僅能夠獲得比人眼光學係統更真實的光強數據，還能夠節省大量空間MAX44009等環境光傳感器
，可將所有信號調節和模/數轉換器集成在一個小封裝(2mm x 2mm UTDFN封裝)內，從而在空間受限應用中有效節省電路板麵積。

圖4提供了MAX44009的功能框圖，采用I²Ctongxinxieyi，shiqiyuweikongzhiqidelianjiefangshigengjiandan
，shujuchuanshusudugengkuai。chucizhiwai，gaijiejuefangandegaojichengtexingshiqinenggouzhiyurouxingdianlan
，anzhuangzailizhudianlubanjuliheshideweizhi。


圖4. MAX44009功能框圖

背光控製：調節顯示屏亮度

該gai控kong製zhi方fang案an的de第di二er部bu分fen是shi調tiao節jie顯xian示shi屏ping的de背bei光guang亮liang度du。這zhe可ke通tong過guo多duo種zhong方fang式shi實shi現xian，具ju體ti取qu決jue於yu設she備bei中zhong的de顯xian示shi屏ping模mo塊kuai。有you兩liang種zhong最zui簡jian單dan的de方fang式shi，一yi種zhong是shi借jie助zhu脈mai衝chong寬kuan度du調tiao製zhi(PWM)方案的直接調節方式

，另一種是采用顯示屏控製器的間接調節方式。

許xu多duo顯xian示shi屏ping模mo塊kuai如ru今jin都dou配pei有you一yi個ge集ji成cheng控kong製zhi器qi，用yong戶hu可ke以yi通tong過guo向xiang控kong製zhi器qi發fa送song串chuan行xing命ming令ling，直zhi接jie設she置zhi背bei光guang亮liang度du。如ru果guo顯xian示shi屏ping模mo塊kuai未wei配pei備bei集ji成cheng控kong製zhi器qi，還hai可ke安an裝zhuang一yi個ge簡jian單dan的de背bei光guang控kong製zhi執zhi行xing器qi，控kong製zhi顯xian示shi屏ping後hou麵mian用yong於yu背bei光guang照zhao明ming的de白bai光guangLED燈的輸入電流。實現這種控製的一種簡單辦法是：直接給LED串聯一個場效應晶體管(FET)，使用PWM信號快速打開、關閉FET (圖5)。然而，也可以利用單一芯片(用於LED控製的MAX1698升壓轉換器)準確、可靠地調節(圖6)，請參考應用筆記3866“Low-power PWM output controls LED brightness”，獲取詳細信息。


圖5. 簡單的PMW控製電路


圖6. 基於MAX1698的LED亮度調節器

背光控製：建立連接

最後一步就是在傳感器和執行器之間建立連接
，通過微控製器實現。有人可能首先要問：“環境光強如何映射到背光亮度
？”事實上，有些文獻專門介紹了相關方案。其中一種映射方式是，Microsoft®針對運行Windows® 7¹操作係統的計算機提出的。圖7所示曲線是由Microsoft提供的，它可以將環境光強度映射到顯示屏亮度(以全部亮度的百分比表示)。
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圖7. 將環境光強映射為最佳顯示屏亮度的曲線示例

這種特殊曲線可以用以下函數表示：



如果設備采用的是已集成亮度控製功能的LCD控製芯片
，就可通過向芯片發送指令，輕鬆設置背光亮度。如果設備采用的是PWM直接控製亮度，則要考慮如何將比例信號映射至顯示屏亮度。

在MAX1698示例中，根據其產品說明書的介紹
，可以將驅動電流映射為電壓。通過這個示例
，我們可以假設LED電流強度幾乎與其電流呈線性關係。這樣，我們就可以在上述等式中乘上一個係數，計算出PWM所映射的有效電壓，該電壓再被映射至LED電流
，最後轉化成顯示屏亮度。

方案實施

最(zui)好(hao)不(bu)要(yao)從(cong)一(yi)個(ge)亮(liang)度(du)級(ji)直(zhi)接(jie)跳(tiao)轉(zhuan)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)亮(liang)度(du)級(ji)，而(er)是(shi)平(ping)滑(hua)上(shang)調(tiao)和(he)下(xia)調(tiao)背(bei)光(guang)亮(liang)度(du)，確(que)保(bao)不(bu)同(tong)亮(liang)度(du)等(deng)級(ji)之(zhi)間(jian)無(wu)縫(feng)過(guo)渡(du)。為(wei)了(le)達(da)到(dao)這(zhe)一(yi)目(mu)的(de)
，最(zui)好(hao)采(cai)用(yong)帶(dai)有(you)固(gu)定(ding)或(huo)不(bu)同(tong)亮(liang)度(du)步(bu)長(chang)、可逐步調節亮度的定時中斷，也可采用帶有可控製LED輸入電流的PWM值的定時中斷
，或者是能夠發送到顯示屏控製器的串行指令的定時中斷。圖8提供了這種算法的一個示例。


圖8. 步進式亮度調節的算法示例

另一個問題是
，係統響應環境光強變化的速度。我們應盡量避免過快地改變亮度等級。這是因為光強的瞬間變化(譬如一扇窗戶打開或瞬間有一束光掃過)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)背(bei)光(guang)亮(liang)度(du)發(fa)生(sheng)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)變(bian)化(hua)，這(zhe)往(wang)往(wang)會(hui)造(zao)成(cheng)用(yong)戶(hu)感(gan)覺(jiao)不(bu)適(shi)。並(bing)且(qie)，較(jiao)長(chang)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)還(hai)有(you)助(zhu)於(yu)減(jian)少(shao)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)對(dui)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)檢(jian)測(ce)次(ci)數(shu)，從(cong)而(er)可(ke)以(yi)釋(shi)放(fang)一(yi)定(ding)的(de)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)資(zi)源(yuan)。

最(zui)初(chu)級(ji)的(de)方(fang)法(fa)就(jiu)是(shi)每(mei)隔(ge)一(yi)兩(liang)秒(miao)鍾(zhong)檢(jian)查(zha)一(yi)次(ci)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，然(ran)後(hou)相(xiang)應(ying)地(di)調(tiao)整(zheng)背(bei)光(guang)亮(liang)度(du)。更(geng)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)，隻(zhi)有(you)光(guang)線(xian)強(qiang)度(du)偏(pian)離(li)特(te)定(ding)範(fan)圍(wei)一(yi)定(ding)時(shi)間(jian)後(hou)，才(cai)對(dui)背(bei)光(guang)亮(liang)度(du)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)。譬(pi)如(ru)，如(ru)果(guo)正(zheng)常(chang)光(guang)強(qiang)是(shi)200lux，我們可能隻會在光強降到180lux以下或升至220lux以上
，而且持續時間超過數秒的情況下才調節亮度。幸運的是
，MAX44009集成了中斷引腳和閾值寄存器，可輕鬆實現這個目的。