《光传感器新走向：有源集成Vs无源分立(1)重点》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光传感器新走向：有源集成Vs无源分立(1)重点（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光传感器新走向：有源集成Vs无源分立采用小型封装的光传感器多种多样，而且价格合理。数十年来，无源器件一直 活跃市场，随着光敏电阻、光电二极管及光电晶体管等变得越来越普通和便 宜，它们被从夜间照明灯到数码相机的众多消费产品广泛采用。而登场不久的 集成器件把一个光电晶体管或光电二极管与电流放大器集成起来，以实现片上 校准、过滤和更高的分辨率。当分辨率较高时，低光能力、电源抑制等功能发 挥作用，这类器件正在扩大环境光传感器的应用范围和有效性。光传采用小型封装的光 传感器多种多样，而且价格合理。数十年来，无源器件一直 活跃市场，随着光敏电阻、光电二极管及光电晶体管等变得越来越普通和便 宜，它们被从夜间
2、照明灯到数码相机的众多消费产品广泛采用。而登场不久的 集成器件把一个光电晶体管或光电二极管与电流放大器集成起来，以实现片上 校准、过滤和更高的分辨率。当分辨率较高时，低光能力、电源抑制等功能发挥作用，这类器件正在扩大环境光传感器的应用范围和有效性。光传感器类型如表所示，这些传感器按复杂程度从左至右排列，下面将讨论性能与成本的综 合情况。最简单的光传感器是光敏电阻，可以通过两个终端之间的通道来对其鉴别。低 端版本使用CdS（硫化镉）制造，而比较昂贵的类型则使用 GaAs制造。GaAs的 能带隙较小，使其能够吸收红外光中的低能光子，使电子跃迁到传导带。参考 元件的数据显示，其照度范围是1100lu
3、x，但具有各种阻值。各种可用传感器提供了多种性价比选择。光电二极管的复杂性更高一些。光子轰击半导体结，产生电流。为了充分发挥 作用，光电二极管应该反偏压。偏压直接转化成操作质量，因较大的反偏压可 以提高速度和线性度，同时还可以提高暗电流和散粒噪声（shotnoise）。光将产生正向电流，降低反偏电流。可以为光电二极管增加外部电路，使I-V曲线线性化，以放大信号和允许实现失效功能。光电晶体管的一般特点与光电二极管一样，增加了放大特点。它要求更大的偏 流，但与电流相伴的噪声迫使传感器的灵敏度转向更高的lux范围，即1k100klux（而不是7k50klux）。响应时间与光电二极管相似，可以利用偏流
4、进行 调整。电流也可以随探测到的信号水平进行变化。光电晶体管能够粗糙地确定 环境光线水平，如室内/室外、白天/夜间和明亮光线/阴影，这类器件也需要外 部电路以校准输出信号，并包括一个启用功能。元件尺寸的不断缩小，使得人们能够设计出集成式器件，如 EL7900 。该器件 将一个光敏电阻和一个互阻放大器放置在一个封装之中。采用这种组合可以缩 短引线长度，并使放大器输入中的寄生电容最小，这是实现噪声最小、频率响 应高和方便性的理想条件。低噪声特性可以把传感器的灵敏度扩展到 1lux ，同 时保持上限在 100lux 。功耗仍然取决于感应到的光量， 1,000lux 时电流为 0.9mA 。为了节省电
5、力，采用了一个省电 (power-down) 引脚。除数码相机外， 该器件适用于许多场合。更进一步的集成体现在 ISL29001 这样的器件上，它是面向光感应和校准的套 装解决方案。这种温度补偿光传感器是一种 PIN 二极管。在进入一个高通滤波 器之前，该传感器的输出经过校准并送入一个放大器之中，以消除 60Hz 噪 声。在经过滤波器之后，一个模数转换器 (ADC) 和 I2C 接口提供输出信号。利用 ADC 具有两个好处，一是功耗可以保持不变，二是能达到 15bit 的分辨 率。实际上，其电流消耗低于表中所有其它的有源器件。 ADC 具有一个内部 327.6kHz 时钟，把该器件的响应时间设
6、定在 100ms 。甚至在延迟增加的情况 下，串行 15bit 输出信号也使得该传感器适用于比较广泛的应用。光传感器在便携产品上的应用ISL29001 能达到 15bit 的分辨率 光传感器在的应用非常普遍。有些应用利用光学探测的反射光来对位置进行感 应，其中包括条形码阅读器、激光打印机和自动聚焦显微镜。数码相机、手机 和笔记本电脑等便携电子产品等应用则利用光传感器来测量环境光量。我们将 进一步讨论上述的第二类应用。笔记本电脑中的环境光传感器，用于调整屏幕的背光，使之达到看着舒适的水 平。背光的舒适范围取决于房间的光线情况，可想而知，屏幕的亮度需要随着 环境光线亮度增加，而在光线较弱的情况下，
7、为了看着舒服和延长电池寿命， 屏幕亮度则需要下降。在笔记本电脑设计中，环境光传感器通常挨着扬声器，而不是在其上面，机器在扬声器的位置有一个开口，光线可以进入内部。这些音频端口通常覆盖着网 状物，以保护扬声器，由于这种保护，光线被阻断，这使得可测量到的光量减 少，因此需要采用具有良好的暗光精度的解决方案。为了获得低光条件下所需 的精度，最好选择具有 ADC 的集成式光电二极管。同时，采用高通滤波器可以 把电源噪声降至最低水平，防止其耦合进入背光照明。另一个普遍应用是手机中的环境光感应。在这种应用中，每节省一个毫安，都 意味着电池寿命延长和客户满意度的增加。利用光传感器调节背光照明，电池 寿命至少延长 6 倍(假定在没有光传感器反馈时背光保持在全功率状态 )。以 EL7900 为例，它在手机中感应到环境光强度，并输出与光强成比例的电 流，输出电流注入到白光 led 驱动器的反馈输入。在明亮环境中，光传感器把 较多的电流送入反馈节点，因此，它降低了白光 LED 的输出电流 ?
