環境光傳感器可以感知周圍光線情況，並告知處理芯片自動調節顯示器背光亮度，降低產品的功耗。例如，在手機、筆記本、平板電腦等移動應用中，顯示器消耗的電量高達電池總電量的30%，caiyonghuanjingguangchuanganqikeyizuidaxiandudiyanchangdianchidegongzuoshijian。lingyifangmian，huanjingguangchuanganqiyouzhuyuxianshiqitigongrouhedehuamian。danghuanjingliangdujiaogaoshi，shiyonghuanjingguangchuanganqideyejingxianshiqihuizidongtiaochenggaoliangdu。dangwaijiehuanjingjiaoanshi，xianshiqijiuhuitiaochengdiliangdu。。

 

環境光傳感器技術原理

 

環境光傳感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。

 

圖1shishishibeiguangkongzhidexitongshifankuangtu。zaizhetaozuhezhong
，guangchuanganqishiguanjiandezuchengbufen，yinweitayaoxiangxitongdeqitamokuaitigonghuanjingguangqiangxinxi。guangchuanganqibixujubeijiangguangxinhaozhuanhuanchengdianxinhaodexinhaozhuanhuanqi(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。

 

圖3. CIE曲線和典型的光電二極管

 

解決上述問題的方法之一是使用兩個光電二極管：一yi個ge采cai用yong對dui可ke見jian光guang和he紅hong外wai光guang都dou很hen敏min感gan的de元yuan件jian
，另ling一yi個ge采cai用yong隻zhi對dui紅hong外wai光guang敏min感gan的de元yuan件jian。最zui終zhong用yong前qian者zhe的de響xiang應ying值zhi減jian去qu後hou者zhe的de響xiang應ying值zhi
，將jiang紅hong外wai幹gan擾rao降jiang至zhi最zui小xiao
，獲huo得de準zhun確que的de可ke見jian光guang響xiang應ying。

 

環境光傳感器的電氣特性

 

 

1、暗電流小

，低照度響應，靈敏度高，電流隨光照度增強呈線性變化
；

 

2、內置雙敏感元
，自動衰減近紅外，光譜響應接近人眼函數曲線；

 

3、內置微信號CMOS放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，工作電壓範圍寬，溫度穩定性好；

 

4、可選光學納米材料封裝，可見光透過，紫外線截止、近紅外相對衰減
，增強了光學濾波效果
；

 

5、符合歐盟RoHS指令

，無鉛、無鎘。

 

選擇環境光傳感器的考慮因素

 

通常有幾種方法能夠對光進行檢測，例如通過使用光電晶體管
、光敏電阻或光電二極管來實現，但對於當今應用的總的光感要求而言，基於IC的單片光電二極管是最好的選擇之一。

 

光guang電dian二er極ji管guan是shi用yong於yu探tan測ce光guang並bing生sheng成cheng電dian流liu的de半ban導dao體ti，它ta基ji於yu單dan晶jing矽gui片pian構gou造zao而er成cheng，與yu用yong於yu生sheng產chan集ji成cheng電dian路lu的de晶jing體ti矽gui片pian類lei似si。一yi個ge典dian型xing的de傳chuan感gan器qi應ying用yong框kuang架jia圖tu包bao括kuo一yi個ge光guang電dian二er極ji管guan

、一yi個ge電dian流liu放fang大da器qi和he一yi個ge無wu源yuan低di通tong濾lv波bo器qi
，以yi檢jian測ce並bing處chu理li光guang輸shu入ru引yin起qi的de輸shu出chu電dian壓ya信xin號hao。能neng夠gou將jiang所suo有you這zhe些xie器qi件jian集ji成cheng並bing采cai用yong小xiao型xing封feng裝zhuang對dui於yu終zhong端duan用yong戶hu而er言yan是shi非fei常chang有you益yi的de，而er且qie這zhe恰qia恰qia就jiu是shi當dang前qian的de市shi場chang需xu求qiu。

 

為應用選擇適當光傳感器時的另一個重要方麵，是要理解對於應用而言
，哪項重要規格是最為關鍵的，最需要關注哪一項。

 

 

一般來說，在選擇一個光傳感器時，需要著重考慮的因素如下：

 

1、光譜響應/IR抑製：環境光傳感器應該僅對400nm至700nm的範圍有感應。

 

2
、Lux的最大範圍：直射陽光可以多達130,000Lux
，但是大多數應用要求最大範圍為僅為10,000Lux。

 

3
、低Lux光敏度：根據光傳感器位於頂端的鏡片的類別，光衰減可以為25-50%。如果低光敏度非常關鍵(<5Lux)，必須注意選擇可以在這個範圍內工作的光傳感器。

 

集成的信號調節(即放大器和ADC)：一(yi)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)能(neng)提(ti)供(gong)非(fei)常(chang)小(xiao)的(de)封(feng)裝(zhuang)，但(dan)是(shi)卻(que)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)外(wai)部(bu)放(fang)大(da)器(qi)或(huo)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)來(lai)獲(huo)取(qu)所(suo)需(xu)的(de)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)。具(ju)有(you)更(geng)高(gao)集(ji)成(cheng)性(xing)的(de)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)省(sheng)去(qu)了(le)對(dui)於(yu)外(wai)部(bu)元(yuan)件(jian)(ADC、放大器、電阻器
、電容器等)的需求。

 

4、功耗：對於要承受高Lux級(>10,000Lux)的光傳感器來說

，最好采用一個非線性光到模擬輸出光傳感器，或一個光到數字輸出的光傳感器。接下來還將對此進行詳細說明。

 

5、封裝大小：對於大多數應用來說，封裝都是越小越好。現在可提供的封裝為2.0×2.1mm光學DFN，而1.3×1.5mm 4-lead封feng裝zhuang則ze是shi下xia一yi代dai封feng裝zhuang。一yi旦dan確que定ding了le上shang述shu重zhong要yao規gui格ge
，需xu要yao考kao慮lv的de下xia一yi個ge問wen題ti就jiu是shi哪na類lei輸shu出chu信xin號hao最zui有you助zhu於yu目mu標biao應ying用yong。對dui於yu大da多duo數shu光guang傳chuan感gan器qi，最zui常chang見jian的de輸shu出chu為wei線xian性xing輸shu出chu電dian流liu。雖sui然ran這zhe適shi用yong於yu一yi些xie應ying用yong，但dan現xian在zai有you更geng多duo的de可ke選xuan項xiang，其qi中zhong包bao括kuo線xian性xing電dian壓ya輸shu出chu
、數字輸出(通過I2C接口)或者非線性電流或電壓輸出。每種都具有它們的優勢，如下所列。

 

6

、線性模擬輸出—電流或電壓輸出：更常見的感應器輸出，快速響應時間(數字輸出受限於積分時間)，在控製器中集成ADC轉換器，電壓輸出省去了對於外加電阻(將電流轉換為電壓)的需要並提供一個低阻抗輸出。電流輸出需要在輸出添加無源元件來將電流轉換為電壓、設置傳感器的增益範圍並根據需要增加低通或高通濾波器。

 

7、非線性模擬輸出——電流或電壓輸出：允許極弱光敏感度和最大動態範圍(高達100 ,000Lux)，感測光與人類察覺光的方式更加類似(非線性與線性)，電壓或電流非線性輸出的選擇，電壓輸出為低阻抗而電流輸出為高阻抗。

 

8、數字輸出：輸出可以直接與控製器相連接(無需ADC)，數字輸出本身比模擬輸出更具有噪聲免疫性，允許傳感器具有更多的數字功能(即更加智能的光傳感器)，更易於在通用I2C總線上的網絡工作，更易於允許將多個光傳感器置於同一個I2C總線上(地址選擇引腳)，恒定功耗(模擬輸出電路損耗與入射光密度成正比)。

 

環境光傳感技術的應用

 

隨著近年來在半導體模擬傳感器和封裝上的進步，現在的最終用戶在光傳感器上有了更廣的選擇餘地。今天，設計者在消費類產品、汽車、醫療和工業應用中使用了比以往更多的光傳感器。這主要有幾個原因，包括改進的適光響應、小占位、低功耗、高集成度和易用。通常根據設計者和應用所需要的功能性、性能和環境功能性進行具體的選型。

 

youjigeguanjiandejishuyinsukeyibangzhuyonghuheshejizhejuedingruhexuanzeyikuanhuanjingguangchuanganqi。shouxian，chuanganqideshuchubixuheguangqiangchengxianxingguanxi，guangpubochangminganduyinggaifeichangjiejinrenyan。lingwai，qijiandeshuchuyinggaizhijiehezhaoshezaijichengdeguangminerjiguanshangdeguangqiangchengzhengbi，540nm的峰值響應接近人眼的峰值敏感度。大多數光傳感器都能夠感測到380nm～770nm的環境光。

 

環境光傳感器在汽車中的主要應用

 

 

A、信息娛樂/導航/DVD係統的背光控製控製
，以便在各種環境光條件下顯示理想的亮度；

 

B
、後座娛樂顯示屏的背光控製

 

C

、儀表盤組合儀表的背光

 

D
、自動後視鏡調光

 

E、自動頭燈和雨量檢測

 

F、後視攝像機控製

 

 

由(you)於(yu)汽(qi)車(che)需(xu)要(yao)在(zai)各(ge)種(zhong)環(huan)境(jing)光(guang)條(tiao)件(jian)下(xia)均(jun)具(ju)有(you)完(wan)美(mei)的(de)背(bei)光(guang)照(zhao)明(ming)
，因(yin)此(ci)憑(ping)借(jie)類(lei)似(si)人(ren)眼(yan)的(de)感(gan)測(ce)功(gong)能(neng)，光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)實(shi)現(xian)更(geng)舒(shu)適(shi)顯(xian)示(shi)質(zhi)量(liang)的(de)最(zui)有(you)效(xiao)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)之(zhi)一(yi)

，能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)汽(qi)車(che)的(de)安(an)全(quan)性(xing)和(he)舒(shu)適(shi)性(xing)標(biao)準(zhun)。

 

主流環境光傳感器及其特性

 

AMIS-74980x環境光線傳感器使用該該公司專有的CMOS圖像傳感技術，對有發光顯示器的設備來說更具設計靈活性也更為經濟。對於移動電話、PDA、手持式顯示器、LCD監視器、便攜式DVD播放器
、筆記本電腦、大型液晶顯示器和MP3播放器
，環境光線傳感器都是經濟實惠的理想解決方案。還非常適用於汽車應用中的車內影音係統
、GPS顯示器、前照燈、後視鏡和儀表板。

 

 

AMIS-74980x是一種模擬/數字輸出器件，它能夠在3.0伏到3.6伏的電源電壓範圍、10~100kHz工作頻率以及0℃到70℃的溫度範圍內具有優良的性能。它們在各種光源下均運行良好，包括自然光、熒光
、傳chuan統tong白bai熾chi燈deng和he鹵lu素su燈deng。此ci外wai，它ta們men還hai有you一yi個ge重zhong要yao特te點dian就jiu是shi其qi暗an電dian流liu非fei常chang低di，這zhe使shi顯xian示shi控kong製zhi器qi能neng夠gou在zai低di亮liang度du環huan境jing下xia調tiao節jie顯xian示shi器qi亮liang度du。該gai係xi列lie傳chuan感gan器qi還hai提ti供gong多duo種zhong輸shu出chu選xuan擇ze

、編程能力和低功耗。

 

同樣，歐司朗(OSRAM Opto Semiconductors Inc.)推tui出chu了le據ju稱cheng是shi第di一yi種zhong用yong於yu移yi動dong產chan品pin的de環huan境jing光guang傳chuan感gan器qi，可ke精jing確que符fu合he或huo者zhe模mo擬ni人ren眼yan靈ling敏min度du曲qu線xian
，使shi得de移yi動dong產chan品pin的de顯xian示shi器qi及ji其qi亮liang度du水shui平ping可ke做zuo出chu更geng為wei精jing確que的de調tiao整zheng。該gai公gong司si通tong過guo利li用yong一yi種zhong新xin型xing材cai料liao係xi統tong代dai替ti傳chuan統tong的de矽gui材cai料liao，為wei這zhe款kuan型xing號hao為weiALS SFH5711的傳感器開發出了“人眼”特點。對數放大器集成電路(IC)使其能夠以更大的精度探測更大的照度範圍(從3勒克斯到30,000勒克斯以上)，而且無需采用各種串聯電阻，從而可以使產品設計的尺寸更小
、精度更高。

 

ALS SFH5711也是歐司朗很受歡迎的SFH3410的增強型ChipLED版本。它采用非常小和強壯的表麵貼裝技術(SMT)，可以節省消費應用的成本

，同時提供優異的光學性能。ALS SFH5711的頻譜靈敏度是560納米(nm)
，模擬人眼最敏感的區域。ALS的V(蘭姆達)特點代表人眼看見顏色的波長光譜曲線。通過更迅速地自動模擬人眼特點，ALS適合於調節顯示器和組件亮度，以在經常變化的照明環境中創造最適宜閱讀的條件。

 

采用2.3~5V的超低電壓，該傳感器具有電源效率，適合於自然光傳感器應用，包括手機、數碼相機
、筆記本電腦、PDA和手持全球定位係統(GPS)。它們也可以用於汽車應用，根據環境光線來控製前燈的開關。

 

Avago Technologies(安華高科技)最近宣布也推出兩款采用chipLED封裝的新型環境亮度傳感器產品。APDS-9005(6針腳)與APDS-9006(反向安裝4針腳)為采用小型化chipLED環保無鉛封裝的模擬電流輸出型環境亮度傳感器(ALPS)產品
，尖峰頻譜響應在500nm，由ALPS提供的視覺化智能功能可以通過排除紫外光和紅外線
，能有效仿真人眼的響應範圍。APDS-9005支持1.8V到5.5V電源

，APDS-9006則支持2.4V到5.5V，兩款傳感器都可以在-40℃到+85℃的溫度範圍內工作
，此外
，器件本身更緊密的安排可以帶來更加穩定的信賴度與高性能輸出表現。

 

APDS-9005和APDS-9006環huan境jing亮liang度du傳chuan感gan器qi在zai設she計ji上shang緊jin密mi貼tie近jin人ren眼yan對dui光guang譜pu變bian化hua的de反fan應ying曲qu線xian，可ke以yi大da量liang降jiang低di功gong耗hao並bing延yan長chang電dian池chi使shi用yong時shi間jian，這zhe些xie新xin型xing傳chuan感gan器qi適shi合he移yi動dong產chan品pin與yu商shang業ye性xingLCD顯示背光控製應用，如便攜式設備、筆記本電腦
、照明管理以及汽車內裝等耗用大量電流的背光應用。它同樣也可以用於打開或關閉室內和戶外照明燈


、路燈、電子標誌和信號燈等。這些傳感器在自然的陽光、熒光、傳統的白熾燈和鹵素燈等不同的光源下的表現同樣出色。

 

美國淩耀科技股份有限公司(Capella Microsystems)表示，它的Filtron係列環境光度感應器能有效消除筆記本電腦、手機
、DVD播放器、PDA、MP3播放器


、iPod和GPS等便攜式設備中過多的背光，從而延長這些移動產品的電池壽命。這些芯片可以檢測到環境中的光度並調節LCD亮度
，來符合人眼的要求。

 

這一係列中的CM3200HS(高靈敏度)、CM3200和CM3000光度感應器由光學濾波器
、光電二極管
、數字濾波器和9位D/A轉換器(能夠產生一個因環境光度不同而不同的模擬輸出)組成。CM3200HS在0.5Lux到350Lux的環境光度範圍下運行，而CM3200則在10Lux到10,000Lux的環境光度範圍下運行。CM3000通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)外(wai)置(zhi)電(dian)阻(zu)器(qi)來(lai)設(she)置(zhi)外(wai)置(zhi)比(bi)較(jiao)儀(yi)的(de)閾(yu)值(zhi)，正(zheng)是(shi)這(zhe)個(ge)比(bi)較(jiao)儀(yi)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)麵(mian)向(xiang)所(suo)需(xu)環(huan)境(jing)光(guang)度(du)範(fan)圍(wei)的(de)開(kai)啟(qi)或(huo)關(guan)閉(bi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)。這(zhe)一(yi)係(xi)列(lie)光(guang)度(du)感(gan)應(ying)器(qi)的(de)電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)一(yi)般(ban)為(wei)80微安，關閉狀態下小於1nA
，電壓範圍為2.7~5.5V。

 

淩耀科技表示，背光消耗的電池電量通常大於其它任何功能，新推出的CM3200HS、CM3200和CM3000可以把筆記本電腦的電池壽命最多提高41%
，手機電池壽命最多提高100%。除了可以用於便攜電子產品以外，Filtron係列產品還可用於控製等離子和LCD電視屏幕及汽車儀表板的亮度。

 

 

由you於yu這zhe些xie芯xin片pian貼tie近jin人ren眼yan的de亮liang度du要yao求qiu，因yin此ci還hai可ke以yi降jiang低di人ren眼yan的de疲pi勞lao，而er且qie內nei置zhi的de數shu字zi濾lv光guang器qi消xiao除chu了le環huan境jing中zhong熒ying光guang燈deng的de閃shan爍shuo。該gai公gong司si聲sheng稱cheng
，由you於yu采cai用yong了le專zhuan有you的deFiltron光過濾器技術

，這些芯片是業內模擬人眼情況最好的產品。Filtron隻檢測450~650nm的波長。此外
，這種光過濾技術據說是首次采用半導體工藝製造，消除了在光電二極管上麵旋轉塑料濾光器的額外步驟。

 

這些芯片采用混合信號技術製造
，並包含大約7,000個晶體管。CM3200HS和CM3200可采用CMP封裝，尺寸為3×4mm；也可以采用OPLGA封裝
，尺寸為1.8×2.35×1 mm。采用CMP封裝時
，兩種器件1,000個批量的價格都是0.6美元。CM3000也提供上述兩種封裝
，批量為1,000個時，CMP封裝的價格是0.55美元。

 

 

此外，Vishay Intertechnology推出的環境光傳感器TEMT6200F、TEPT5700和TEPT4400，麵向高級汽車功能，這些器件可實現液晶顯示器(LCD)自動亮度控製，並且支持使汽車駕駛者感到舒適及安全的功能。Vishay推出的這三款器件為設計人員提供了三種封裝選擇：表麵貼裝0805(TEMT6200F)、帶引線5毫米平頂封裝(TEPT5700)或3毫米平頂封裝(TEPT4400)。zaiqicheyingyongzhong，zhexieganyingqijiangshixianzidongdadengkongzhi，bingkeshisuidaoganyingqiyijixianshiqikezidongtiaojie，yishiyinghuanjingliangdudebianhua。zhexieganyingqitigonglejiandandeshuangyinjiaolianjie，tamenjiangyongyutongguokongzhijianpanbeiguanglaijiangdixiaofeileidianziyingyongzhongdegonghao，yijitiaojieLCD的亮度。此外
，這些感應器還是可替代基於鎘的光敏電阻器的環保產品。

 

本文轉載自傳感器技術。

 

 

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