光傳感器類型

    最簡單的光傳感器是光敏電阻，可以通過兩個終端之間的通道來對其鑒別。低端版本使用CdS(硫化鎘)制造，而比較昂貴的類型則使用GaAs制造。GaAs的能帶隙較小，使其能夠吸收紅外光中的低能光子，使電子躍遷到傳導(dǎo)帶。參考元件的數(shù)據(jù)顯示，其照度范圍是1~100lux，但具有各種阻值。

    各種可用傳感器提供了多種性價比選擇。

    光電二極管的復(fù)雜性更高一些。光子轟擊半導(dǎo)體結(jié)，產(chǎn)生電流。為了充分發(fā)揮作用，光電二極管應(yīng)該反偏壓。偏壓直接轉(zhuǎn)化成操作質(zhì)量，因較大的反偏壓可以提高速度和線性度，同時還可以提高暗電流和散粒噪聲(shotnoise)。光將產(chǎn)生正向電流，降低反偏電流。可以為光電二極管增加外部電路，使I-V曲線線性化，以放大信號和允許實現(xiàn)失效功能。

    光電晶體管的一般特點與光電二極管一樣，增加了放大特點。它要求更大的偏流，但與電流相伴的噪聲迫使傳感器的靈敏度轉(zhuǎn)向更高的lux范圍，即1k～100klux(而不是7k～50klux)。響應(yīng)時間與光電二極管相似，可以利用偏流進(jìn)行調(diào)整。電流也可以隨探測到的信號水平進(jìn)行變化。光電晶體管能夠粗糙地確定環(huán)境光線水平，如室內(nèi)/室外、白天/夜間和明亮光線/陰影，這類器件也需要外部電路以校準(zhǔn)輸出信號，并包括一個啟用功能。

    元件尺寸的不斷縮小，使得人們能夠設(shè)計出集成式器件，如EL7900。該器件將一個光敏電阻和一個互阻放大器放置在一個封裝之中。采用這種組合可以縮短引線長度，并使放大器輸入中的寄生電容最小，這是實現(xiàn)噪聲最小、頻率響應(yīng)高和方便性的理想條件。低噪聲特性可以把傳感器的靈敏度擴展到1lux，同時保持上限在100lux。功耗仍然取決于感應(yīng)到的光量，1,000lux時電流為0.9mA。為了節(jié)省電力，采用了一個省電(power-down)引腳。除數(shù)碼相機外，該器件適用于許多場合。

    更進(jìn)一步的集成體現(xiàn)在ISL29001這樣的器件上，它是面向光感應(yīng)和校準(zhǔn)的套裝解決方案。這種溫度補償光傳感器是一種PIN二極管。在進(jìn)入一個高通濾波器之前，該傳感器的輸出經(jīng)過校準(zhǔn)并送入一個放大器之中，以消除60Hz噪聲。在經(jīng)過濾波器之后，一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和I2C接口提供輸出信號。

    利用ADC具有兩個好處，一是功耗可以保持不變，二是能達(dá)到15bit的分辨率。實際上，其電流消耗低于表中所有其它的有源器件。ADC具有一個內(nèi)部327.6kHz時鐘，把該器件的響應(yīng)時間設(shè)定在100ms。甚至在延遲增加的情況下，串行15bit輸出信號也使得該傳感器適用于比較廣泛的應(yīng)用。

    光傳感器在便攜產(chǎn)品上的應(yīng)用

    ISL29001能達(dá)到15bit的分辨率。

    光傳感器在的應(yīng)用非常普遍。有些應(yīng)用利用光學(xué)探測的反射光來對位置進(jìn)行感應(yīng)，其中包括條形碼閱讀器、激光打印機和自動聚焦顯微鏡。數(shù)碼相機、手機和筆記本電腦等便攜電子產(chǎn)品等應(yīng)用則利用光傳感器來測量環(huán)境光量。我們將進(jìn)一步討論上述的第二類應(yīng)用。

    筆記本電腦中的環(huán)境光傳感器，用于調(diào)整屏幕的背光，使之達(dá)到看著舒適的水平。背光的舒適范圍取決于房間的光線情況，可想而知，屏幕的亮度需要隨著環(huán)境光線亮度增加，而在光線較弱的情況下，為了看著舒服和延長電池壽命，屏幕亮度則需要下降。

    在筆記本電腦設(shè)計中，環(huán)境光傳感器通常挨著揚聲器，而不是在其上面，機器在揚聲器的位置有一個開口，光線可以進(jìn)入內(nèi)部。這些音頻端口通常覆蓋著網(wǎng)狀物，以保護(hù)揚聲器，由于這種保護(hù)，光線被阻斷，這使得可測量到的光量減少，因此需要采用具有良好的暗光精度的解決方案。為了獲得低光條件下所需的精度，最好選擇具有ADC的集成式光電二極管。同時，采用高通濾波器可以把電源噪聲降至最低水平，防止其耦合進(jìn)入背光照明。

    另一個普遍應(yīng)用是手機中的環(huán)境光感應(yīng)。在這種應(yīng)用中，每節(jié)省一個毫安，都意味著電池壽命延長和客戶滿意度的增加。利用光傳感器調(diào)節(jié)背光照明，電池壽命至少延長6倍(假定在沒有光傳感器反饋時背光保持在全功率狀態(tài))。

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