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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 應變式壓力傳感器

高靈敏、低功耗的紅外接近感應方案

發布日期：2022-08-21 點擊率：37

高效能模擬與混合信號IC創新廠商Silicon Laboratories(芯科實驗室有限公司，簡稱Silicon Labs)特別推出的Si1102和Si1120是目前業界最靈敏的紅外接近傳感器之一，在遠距探測和低功耗方面尤為出色。

Silicon Labs公司的紅外接近傳感系列

　　Si1102和Si1120紅外接近傳感器主要由一個紅外LED驅動器、紅外線光電二極管、一個環境光傳感器(僅Si1120具有)和控制邏輯IC組成，外部的發射LED可以根據用戶的需要靈活安裝和配置(圖1)。

圖1：silicon Labs公司的紅外接近傳感系列應用方案圖。

圖2：Si1102的內部框圖。

　　Si1102是一個可獨立工作的紅外接近傳感器，能驅動單個紅外LED。LED發射的紅外線經過接近物體反射到達內置的紅外線光電二極管，然后進行信號放大和信號處理，最后通過與一個設定的探測門限值比較輸出一個相應邏輯電平。如果測量的結果高于這個門限值，則從PRX口輸出一個低電平。這種電平信號的輸出可用來作為其他器件的驅動或者MCU的中斷輸入，進而實現近距探測。

　　比如，在顯示器應用上，Si1102紅外線接近傳感器能在使用者不在現場時輕易關閉顯示器及其他功能，以達到省電目的。此省電功能特別適用于家電用品、安全設備及手持類電子產品，同時也可以應用在一些紅外探測器上。

圖3：Si1102的應用原理圖。

　　與Si1102不同，Si1120工作需要一個主MCU控制，并增加了一個環境光傳感器。該器件除了可以接收紅外線外，還能對環境光信號進行采樣，最后輸出一個已調脈寬的脈沖信號給MCU，實現不同的應用目的。Silicon Labs的MCU可以提供PCA(可編程計數器陣列)，從而可以更簡單地測出輸出脈寬。脈寬與反射光強的測量值成正比例，與距離的平方成反比，由此可以判斷對方物體距離的遠近。Si1120可以支持多個LED的驅動，用戶可以根據需要方便地配置多個LED以增大探測范圍。此外，該器件在MCU的控制下可以實現更多高級功能，例如手機應用程序可能會允許用戶在手機前晃動一下手指來進行文件翻頁。

圖4：Si1120的內部框圖。

圖5：Si1120的應用原理圖。

Si1102和Si1120紅外接近傳感器的優勢

　　在消費產品領域應用中，Si1102和Si1120紅外接近傳感器具備了人們極為關注的兩大特點：一是低功耗，二是高靈敏度。

　　不像競爭方案那樣需要紅外線LED長時間進行多次脈沖以達到精確測量，Si1102/20紅外接近傳感系列使用專利的單一脈沖接近測量技術(圖6)，電源效率可提高4,000倍，使電池壽命得以大幅度延長。

　　當物體接近距離非常小或者位于探測范圍外時(不工作時)，該器件可自動進入低功耗模式。低功耗模式下的典型功耗只有0.1uA，而這正是便攜式應用的關鍵特性。

圖6：Silicon Labs與競爭對手LED的工作方式對比。

　　所有的LED都有一個特定的視角。一個窄視角LED便需要著發出的能量更加集中，比寬視角LED照射的更遠。這意味著使用窄視角IR LED將在窄檢測區域中形成更遠的檢測范圍。

圖7：窄視角和寬視角IR LED的差異。

　　Si1102/20紅外接近傳感器能探測到的接近范圍可達50cm，如果選擇一個合適窄角的透鏡和一個紅外線濾波器配合使用，讓紅外線LED的發射半角足夠小而使發射光束充分匯聚或者發射功率足夠大時，接近范圍可擴大到1m。那么此應用不僅僅只局限于手機等手持電子產品，更可廣泛用于一些安全探測設備或大屏幕儀器設備上。

　　表1是關于Silicon Labs的紅外接近傳感器與競爭對手產品在一些性能上的對比。

表1：Silicon Labs的紅外接近傳感器與競爭產品的性能對比。

Si1102和Si1120紅外接近傳感器演示板

　　Si1120紅外接近傳感器演示板由USB供電，由一顆用作主控的超低功耗Silicon Labs C8051F930 MCU、一顆Si1120傳感器、兩個紅外LEDS和八顆發光LED燈組成。當有接近的物體從左到右劃過或者從右到左劃過時，從八個LED燈上可以體現發光跟蹤和二維方向的動態檢測功能。此演示板還可在QuickSense Studio開發環境下，通過一個強大的性能分析工具對這種獨特的開發板進行實時反射監控(圖8)。

圖8：發光跟蹤和二維方向的動態檢測功能的Si1120紅外接近傳感器演示板。