——楊波 應(yīng)用工程師
紅外接近感應(yīng)是一種非接觸式手勢接近滾軸技術(shù)，能使電子裝置快速感測到使用者的接近，讓使用者無需實際觸摸，只要利用簡單的手勢便能操縱。在消費電子產(chǎn)品中，該技術(shù)也越來越為人們所接受，可以應(yīng)用于許多設(shè)備，如手機，計算機和其他家用電子產(chǎn)品。但是目前市場上大多數(shù)的接近傳感器探測的距離較短，一般只能達到1~10cm，而紅外線LED主要是屬于長時間的多脈沖模式發(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。
高效能模擬與混合信號IC創(chuàng)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(yè)界最靈敏的紅外接近傳感器，其在遠距探測和低功耗方面表現(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紅外LED驅(qū)動器，紅外線光電二極管，一個環(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是一個可獨立工作的紅外接近傳感器，能驅(qū)動單個紅外LED。LED發(fā)射的紅外線經(jīng)過接近物體反射到達內(nèi)置的紅外線光電二極管被接收，然后經(jīng)過信號的放大并進行信號處理，最后通過與一個設(shè)定的探測門限值比較輸出一個相應(yīng)邏輯電平，如果測量的結(jié)果高于這個門限值則從PRX口輸出一個低電平。利用這種電平信號的輸出可以用來作為其他工作的驅(qū)動或者是做MCU的中斷輸入，進而實現(xiàn)近距探測功能。{$page$} 比如在顯示器應(yīng)用上，Si1102紅外線接近傳感器能在使用者不在現(xiàn)場時輕易關(guān)閉顯示器及其他功能，已達到省電的功能。此省電功能特別適用于家電用品、安全設(shè)備及手持類電子產(chǎn)品，同時也可以應(yīng)用在一些紅外探測器上。
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工作需要一個主MCU（微控制器）控制，另外增加了一個環(huán)境光傳感器，除了可以接收紅外線外還能對環(huán)境光信號進行采樣，最后輸出一個已調(diào)脈寬的脈沖信號，傳送給MCU（微控制器）處理后，實現(xiàn)不同的應(yīng)用目的。Silicon Labs的MCU（微控制器）可以提供PCA（可編程計數(shù)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(qū)動，用戶可以根據(jù)需要方便的配置多個LED以增大探測范圍。另外，在MCU的控制下可以實現(xiàn)更多高檔次的功能，例如手機應(yīng)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(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
在消費產(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：
1.低功耗
不像競爭方案的紅外線LED必須長時間進行多次脈沖以達到精確的測量，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(shù)（如圖6所示），在電源效率上可達到4000倍的改善，電池壽命得以延長。{$page$} 另外在當(dāng)物體接近距離非常小或者在探測范圍外（不工作時）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(yīng)用的關(guān)鍵特性。
圖6 Silicon Labs與競爭對手LED工作方式的對比
2.高靈敏度
所有的 LED 都有一個特定的視角，一個窄視角LED 意味著發(fā)出的能量更加集中，比寬視角LED 照射的更遠。這意味著使用窄視角IR LED 將在窄檢測區(qū)域中形成更遠的檢測范圍，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(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，接近范圍可擴大到1m。那么此應(yīng)用不僅僅只局限于手機等手持電子產(chǎn)品，更可廣泛用于一些安全探測設(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爭對手在一些性能上的對比：
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或者從右到左劃過時，從8個LED燈上可以體現(xiàn)發(fā)光跟蹤和二維方向的動態(tài)檢測功能。同時此演示板還可在QuickSense Studio 開發(fā)環(huán)境下通過一個強大的性能分析工具實現(xiàn)對這種獨特的開發(fā)板進行實時的反射監(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Si1102 紅外接近傳感器，可以提供一個簡單的紅外接近演示。通過設(shè)定Si1102的輸出閥值控制一個紅外二極管的發(fā)送，當(dāng)感應(yīng)到物體的靠近時，點亮發(fā)光二極管以測試設(shè)備的高靈敏度和檢測范圍。
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)用于各種消費類電子產(chǎn)品，例如，手機、復(fù)印件、掃描儀以及衛(wèi)生產(chǎn)品等等。。。。。。，同時在也可廣泛應(yīng)用于如觸空面板、機器保險裝置、安全系統(tǒng)、自動提款機等工業(yè)領(lǐng)域。■