如何選擇光傳感器

光傳感器的應(yīng)用非常普遍。從便攜式消費(fèi)類市場(chǎng)(智能手機(jī)、PDA、臺(tái)式PC以及便攜式音樂(lè)播放器等)到消費(fèi)類電視機(jī)市場(chǎng)(包括液晶、等離子、背投以及CRT電視等)，再到醫(yī)療、工業(yè)及汽車市場(chǎng)，光傳感器無(wú)處不在。其中，一些應(yīng)用，如條形碼閱讀器、激光打印機(jī)和自動(dòng)聚焦顯微鏡利用光學(xué)探測(cè)的反射光來(lái)對(duì)位置進(jìn)行感應(yīng);另一些應(yīng)用，如數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)和筆記本電腦等便攜電子產(chǎn)品則利用光傳感器來(lái)測(cè)量環(huán)境光量。

采用環(huán)境光傳感器的系統(tǒng)產(chǎn)品能夠提供更舒適的顯示質(zhì)量。這對(duì)于某些應(yīng)用非常重要。例如，汽車儀表盤要求在所有環(huán)境光條件下都能達(dá)到清晰的顯示效果。在白天，用戶需要最大的亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的可見(jiàn)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(yīng)用帶來(lái)了很多好處。帶有光傳感器的系統(tǒng)，能夠自動(dòng)檢測(cè)條件變化并調(diào)節(jié)顯示器的設(shè)置，以保證顯示器處于最佳的亮度，進(jìn)而降低總體功耗。例如，移動(dòng)電話、筆記本電腦以及數(shù)碼相機(jī)，通過(guò)采用環(huán)境光傳感器可以自動(dòng)進(jìn)行顯示器的亮度控制，從而延長(zhǎng)電池的壽命。

光電二極管是最佳實(shí)現(xiàn)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(jiǎn)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(dǎo)帶。其照度范圍從1勒克斯～100勒克斯。

光電二極管的復(fù)雜性要高一些。光子轟擊半導(dǎo)體結(jié)，產(chǎn)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(yīng)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(dǎo)體結(jié)，將產(chǎn)生正向電流，降低反向偏壓電流。在設(shè)計(jì)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(diǎn)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(zhuǎn)向更高的勒克斯范圍，即1000勒克斯～10萬(wàn)勒克斯。光電晶體管的檢測(cè)響應(yīng)時(shí)間與光電二極管相似，并可以利用偏置電流進(jìn)行調(diào)整。偏置電流也可以隨探測(cè)到的信號(hào)水平進(jìn)行變化。光電晶體管能夠粗略地確定環(huán)境光線水平，如室內(nèi)/室外、白天/夜間以及明亮光線/陰影等狀態(tài)，因此，需要外部電路對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)。

目前，基于IC的單片光電二極管是光傳感器最好的實(shí)現(xiàn)方式之一。光電二極管由單晶硅制造而成。一個(gè)典型的傳感器應(yīng)用組件包括一個(gè)光電二極管、一個(gè)電流放大器和一個(gè)無(wú)源低通濾波器。對(duì)于終端用戶來(lái)說(shuō)，能夠?qū)⑺羞@些器件集成到一個(gè)小型封裝中非常重要。

光傳感器六大指標(biāo)

選擇光傳感器時(shí)，最重要的一點(diǎn)是理解哪項(xiàng)規(guī)格參數(shù)是最為關(guān)鍵的。一般來(lái)說(shuō)，在選擇一個(gè)光傳感器時(shí)，需要著重考慮的因素包括光譜響應(yīng)/IR抑制、最大勒克斯數(shù)、光敏度、集成的信號(hào)調(diào)節(jié)功能、功耗以及封裝大小等6個(gè)重要規(guī)格。這6個(gè)規(guī)格的具體描述如下：

光譜響應(yīng)/IR抑制：環(huán)境光傳感器應(yīng)該僅對(duì)400nm至700nm光譜的范圍有感應(yīng)。

最大勒克斯數(shù)：大多數(shù)應(yīng)用為1萬(wàn)勒克斯。

光敏度：根據(jù)光傳感器的鏡片類別，光線通過(guò)鏡片后，光衰減可以在25%-50%之間。低光敏度非常關(guān)鍵(<5勒克斯)，必須選擇可以在這個(gè)范圍內(nèi)工作的光傳感器。

集成的信號(hào)調(diào)節(jié)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(gè)外部放大器或無(wú)源元件來(lái)獲取所需的輸出信號(hào)。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(yōu)勢(shì)。

功耗：對(duì)于要承受高勒克斯(>1萬(wàn)勒克斯)的光傳感器來(lái)說(shuō)，最好采用非線性模擬輸出或數(shù)字輸出。

封裝大?。簩?duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，封裝都是越小越好。現(xiàn)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(guī)格參數(shù)，下一個(gè)需要考慮的問(wèn)題就是哪類輸出信號(hào)有助于目標(biāo)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于大多數(shù)光傳感器來(lái)說(shuō)，最常見(jiàn)的輸出為線性模擬輸出。雖然這一輸出對(duì)于一些應(yīng)用非常適合，但現(xiàn)在產(chǎn)品提供更多的輸出選項(xiàng)，包括線性電壓輸出、數(shù)字輸出(通過(guò)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(yōu)勢(shì)。