——楊波 應(yīng)用工程師

    紅外接近感應(yīng)是一種非接觸式手勢(shì)接近滾軸技術(shù)，能使電子裝置快速感測(cè)到使用者的接近，讓使用者無(wú)需實(shí)際觸摸，只要利用簡(jiǎn)單的手勢(shì)便能操縱。在消費(fèi)電子產(chǎn)品中，該技術(shù)也越來(lái)越為人們所接受，可以應(yīng)用于許多設(shè)備，如手機(jī)，計(jì)算機(jī)和其他家用電子產(chǎn)品。但是目前市場(chǎng)上大多數(shù)的接近傳感器探測(cè)的距離較短，一般只能達(dá)到1~10cm，而紅外線LED主要是屬于長(zhǎng)時(shí)間的多脈沖模式發(fā)射紅外線，導(dǎo)致功耗相當(dāng)大，且造成了很大程度上的浪費(fèi)。

    高效能模擬與混合信號(hào)IC創(chuàng)新廠商Silicon Laboratories（(芯科實(shí)驗(yàn)室有限公司，簡(jiǎn)稱Silicon Labs)）特別推出的Si1102 和 Si1120是目前業(yè)界最靈敏的紅外接近傳感器，其在遠(yuǎn)距探測(cè)和低功耗方面表現(xiàn)的尤為出色。

    一、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(gè)紅外LED驅(qū)動(dòng)器，紅外線光電二極管，一個(gè)環(huán)境光傳感器（僅Si1120具有）和控制邏輯IC組成，外部的發(fā)射LED可以根據(jù)用戶的需要靈活安裝和配置。如圖1所示。

圖1 

    工作原理：

    Ø1、Si1102紅外接近傳感器

圖2  Si1102的內(nèi)部框圖

    Si1102是一個(gè)可獨(dú)立工作的紅外接近傳感器，能驅(qū)動(dòng)單個(gè)紅外LED。LED發(fā)射的紅外線經(jīng)過(guò)接近物體反射到達(dá)內(nèi)置的紅外線光電二極管被接收，然后經(jīng)過(guò)信號(hào)的放大并進(jìn)行信號(hào)處理，最后通過(guò)與一個(gè)設(shè)定的探測(cè)門(mén)限值比較輸出一個(gè)相應(yīng)邏輯電平，如果測(cè)量的結(jié)果高于這個(gè)門(mén)限值則從PRX口輸出一個(gè)低電平。利用這種電平信號(hào)的輸出可以用來(lái)作為其他工作的驅(qū)動(dòng)或者是做MCU的中斷輸入，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)近距探測(cè)功能。

圖3  Si1102的應(yīng)用原理圖

    Ø2、Si1120紅外接近傳感器

    與Si1102不同的是，Si1120工作需要一個(gè)主MCU（微控制器）控制，另外增加了一個(gè)環(huán)境光傳感器，除了可以接收紅外線外還能對(duì)環(huán)境光信號(hào)進(jìn)行采樣，最后輸出一個(gè)已調(diào)脈寬的脈沖信號(hào)，傳送給MCU（微控制器）處理后，實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用目的。Silicon Labs的MCU（微控制器）可以提供PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）從而可以更簡(jiǎn)單地測(cè)出輸出脈寬，脈寬與反射光強(qiáng)的測(cè)量值成正比例，與距離的平方成反比，由此可以判斷對(duì)方物體距離的遠(yuǎn)近。Si1120可以支持多個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)，用戶可以根據(jù)需要方便的配置多個(gè)LED以增大探測(cè)范圍。另外，在MCU的控制下可以實(shí)現(xiàn)更多高檔次的功能，例如手機(jī)應(yīng)用程序可能會(huì)允許用戶在手機(jī)前晃動(dòng)一下手指來(lái)進(jìn)行文件翻頁(yè)。

圖4  Si1120的內(nèi)部框圖

圖5  Si1120的應(yīng)用原理圖

    二、Si1102 和 Si1120 紅外接近傳感器的優(yōu)勢(shì)

    在消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用中，Si1102 和 Si1120 紅外接近傳感器具備了人們極為關(guān)注的兩大特點(diǎn)：

    1.低功耗

    不像競(jìng)爭(zhēng)方案的紅外線LED必須長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行多次脈沖以達(dá)到精確的測(cè)量，Si1102/20紅外接近傳感系列使用專利的單一脈沖接近測(cè)量技術(shù)（如圖6所示），在電源效率上可達(dá)到4000倍的改善，電池壽命得以延長(zhǎng)。

圖6 Silicon Labs與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手LED工作方式的對(duì)比

    2.高靈敏度

    所有的 LED 都有一個(gè)特定的視角，一個(gè)窄視角LED 意味著發(fā)出的能量更加集中，比寬視角LED 照射的更遠(yuǎn)。這意味著使用窄視角IR LED 將在窄檢測(cè)區(qū)域中形成更遠(yuǎn)的檢測(cè)范圍，如圖7所示。

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(cè)到的接近范圍可達(dá)50cm，如果選擇一個(gè)合適窄角的透鏡和一個(gè)紅外線濾波器配合使用，讓紅外線LED的發(fā)射半角足夠小而使發(fā)射光束充分匯聚或者發(fā)射功率足夠大時(shí)，接近范圍可擴(kuò)大到1m。那么此應(yīng)用不僅僅只局限于手機(jī)等手持電子產(chǎn)品，更可廣泛用于一些安全探測(cè)設(shè)備或大屏幕的儀器設(shè)備上。

    下面是關(guān)于Silicon Labs 的紅外接近傳感器與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在一些性能上的對(duì)比：

    三、Silicon Labs就Si1102和Si1120推出的兩款DEMO板

    Si1120 紅外接近傳感器演示板，這款USB供電的開(kāi)發(fā)板由一顆做主控的超低功耗的Silicon Labs C8051F930 MCU， 結(jié)合一顆Si1120傳感器，兩個(gè)紅外LEDS和8顆發(fā)光LED燈組成。當(dāng)有接近的物體從左到右劃過(guò)或者從右到左劃過(guò)時(shí)，從8個(gè)LED燈上可以體現(xiàn)發(fā)光跟蹤和二維方向的動(dòng)態(tài)檢測(cè)功能。同時(shí)此演示板還可在QuickSense Studio 開(kāi)發(fā)環(huán)境下通過(guò)一個(gè)強(qiáng)大的性能分析工具實(shí)現(xiàn)對(duì)這種獨(dú)特的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行實(shí)時(shí)的反射監(jiān)控（如圖8）。 

圖8

    Si1102迷你型接近傳感器演示板，如圖9所示，該演示板帶有一個(gè)Si1102 紅外接近傳感器，可以提供一個(gè)簡(jiǎn)單的紅外接近演示。通過(guò)設(shè)定Si1102的輸出閥值控制一個(gè)紅外二極管的發(fā)送，當(dāng)感應(yīng)到物體的靠近時(shí)，點(diǎn)亮發(fā)光二極管以測(cè)試設(shè)備的高靈敏度和檢測(cè)范圍。 

圖9

    Silicon Labs 推出的Si1120和Si1102等紅外接近感應(yīng)系列產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品，例如，手機(jī)、復(fù)印件、掃描儀以及衛(wèi)生產(chǎn)品等等。。。。。。，同時(shí)在也可廣泛應(yīng)用于如觸空面板、機(jī)器保險(xiǎn)裝置、安全系統(tǒng)、自動(dòng)提款機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域。■