近似人眼感知的傳感器——環境光傳感器

2022-01-28 電子發燒友網
電子發燒友網報導（文/李誠）環境光傳感器是一種通過感知周圍光照強度，實時輸出電信號的一種傳感器。環境光傳感器在消費類電子、汽車電子和工業控制等領域均有使用，如智慧型手機、平板電腦的頂部，都會配置環境光傳感器，通過環境光傳感器感應光照強度，實現屏幕亮度實時控制，起到降低設備功耗、延長設備使用壽命、保護眼睛的作用。


隨著環境光傳感器在消費類電子領域的使用逐漸增多，消費類電子又朝著小型化、可攜式發展，因此環境光傳感器也要朝著高度集成化（微型化）、低功耗、智能化等方向發展。高度集成化（微型化）可減少外圍電路的布局，降低元器件的用量，在一定程度上可實現傳感器的多功能性，降低了BOM成本，縮小了傳感器體積。低功耗，對於消費類電子來說，使用低功耗電子元件是一直以來的追求，能夠有效延長設備的續航時間，還做到了節能環保。智能化，目前很多晶片、傳感器都在內部集成了AI算法、DSP處理器等，進一步提高數據處理能力，有助於性能的提升。環境光傳感器的應用非常廣，目前還不斷向智能家電、物聯網等領域不斷滲透市場需求也呈快速增長的趨勢。隨著應用領域的不斷拓展，環境光傳感器的發展前景十分明朗。目前，AMS、TI、Vishay、ROHM等國外半導體領域的頭部企業，均有對環境光傳感器的開發並得到終端廠商的應用。

AMS TMD2712環境光傳感器和接近傳感器集成模塊


AMS在光學領域造詣深厚，具有先進的光學解決方案，不管是技術還是生產能力，AMS在傳感器領域的優勢十分明顯。如今，AMS的傳感器業務在消費類電子領域佔據著領先地位，致力於研發集成度更高、尺寸更小的傳感器來搶佔市場份額，鞏固領先地位。TMD2712模塊是一款三合一高度集成的傳感器，內部集成了環境光傳感器、接近光傳感器和紅外VCSEL發射器，並且在多合一的高度集成下體積僅為1mm*2mm*0.5mm，可應用於對傳感器體積要求較為嚴格的電子產品中，這款傳感器的面世，刷新了外形尺寸的新紀錄。TMD2712的接近檢測，是通過紅外VCSEL發射器發射紅外線，再由光電二極體對反射回來的光檢測實現的。TMD2712為環境光傳感器提供了兩個環境光感應通道，通過這兩個通道可以精確地測量出周圍環境光，並計算出光照輻射強度輸出電信號。TMD2712傳感器供電電壓為1.8V，待機功耗為0.7µA，接近探測距離為15cm，可承受－30℃至85℃工作耐溫區間，採用了6 Pin的OLGA封裝。


據TI官方顯示，TI的環境光傳感器可以做到優化成本、模擬人眼響應、體積輕薄等特點，應用範圍涵蓋了消費類電子、家用電器、汽車電子等領域。OPT3004是一款用於測量可見光的環境光傳感器，能夠對紅外光進行阻隔，阻隔率為99%，同時具有靈敏的光譜響應。該傳感器的光譜響應曲線能與人眼響應曲線相似，並且對可見光的測量精度不受光照強度影響。OPT3004具有自適應調節量程範圍功能，量程範圍覆蓋0.01~83k lux，能夠在23位有效動態範圍內完成光照強度測量工作。OPT3004環境光傳感器的測量工作方式分為兩種，一種是連續工作，另外一種是間斷工作。為降低系統功耗，在傳感器進行報告時，處理器可以處於休眠狀態。OPT3004可接入1.6V至3.6V的寬壓電網，工作溫度範圍在－40℃至 +85℃之間，採用了2mm*2mm *0.65mm的USON小尺寸封裝。這款環境光傳感器可應用於顯示背光控制、照明控制系統等。Vishay在環境光傳感器方面，為了提高傳感器對光的感應靈敏度，通常Vishay會將獨有的Filtron技術用於光傳感器的研發中，儘可能的讓傳感器的光譜響應達與人眼相匹配，提高產品性能。VEML6031X00是Vishay的一款高精度、高靈敏度的環境光傳感器，該傳感器可應用於消費類電子與汽車電子中，並且通過了汽車AECQ100標準認證，VEML6031X00的光譜靈敏度與人眼水平接近，測量覆蓋範圍最大達0.01~228k lux，與TI的OPT3004相比提升了不少。該傳感器採用I2C作為通信總線接口，通過配置I2C接口，可實現傳感器連續工作或間斷工作。VEML6031X00的精度為0.0034lx，與能見度較低的透鏡配合使用可以提高對光源檢測的精度，同時，該傳感器內置的紅外通道可以進行光照強度檢測和靈敏度調節，並完成誤差補償。VEML6031X00的電壓輸入範圍在2.5V~3.6V之間，可適應－40℃至110攝氏度的寬溫工作環境，滿足汽車使用的要求。該傳感器在待機狀態下功耗為0.5μA，採用了2.67 mmx*2.45mm *0.6mm的小封裝，可應用於汽車的自適應大燈，照明燈光亮度調節、顯示器亮度調節等應用中。


隨著各類電子產品的功能增多，電子設備內部的空間逐漸擁擠，環境光傳感器朝著小型化、高度集成化、低功耗、高靈敏度發展已是必然趨勢。如今，傳感器的光譜響應曲線已近似人眼，這也意味著傳感器檢測到的亮度與人眼相似，在實際應用中，能夠調節出適應人眼的亮度，在一定程度上提升了用戶的體驗。

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