能实现人眼仿真的集成可见光亮度传感器LX1970_化学化工论文

能实现人眼仿真的集成可见光亮度传感器LX1970_化学化工论文 能实现人眼仿真的集成可见光亮度传感器LX1970_化学化工论文 摘要:介绍了一种能实现人眼仿真的集成化可见光亮度传感器LX1970，给出了LX1970芯片的性能特点、工作原理及典型应用电路。LX1970适用于平板显示器的亮度监控系统，可用在笔记本电脑、平板电视及新型手机中。 关键词:亮度;人眼仿真;传感器;背光源;测量;LX1970 , 主要特点 目前，笔记本电脑、个人数字助理(,,,,,,,, ,,,,-,,, ,,,,,,,,,，简称,,,)、平板电视和手机均采用液晶显示器(,,,)。但,,,本身并不发光，它只反射或透射外界光线。为便于在光线较暗的环境中或夜间观察屏幕，就必须给,,,加背光源以增强对比度。利用可见光亮度传感器就可根据环境亮度来自动调节背光源(一般为白色发光二极管)的亮度，这样不仅能获得最佳显示效果，还能降低背光源的功耗。 图1 美国微型半导体(,,;,,,,,,)公司推出了一种能实现人眼仿真的集成化可见光亮度传感器,,,,,,，利用该器件可构成平板显示器的亮度监控系统。此外，它还可用做户外照明灯(例如路灯)控制器，以使照明灯能在黄昏时自动开启，清晨时自动关闭。 ,,,,,,型可见光亮度传感器的性能特点如下: ?内含,，,型光电二极管、高增益放大器和两个互补式电流输出端 该光电二极管阵列的光谱特性及灵敏度都与人眼十分相似，因而能代替人眼去感受环境亮度的明暗程度，并 将接收到的可见光转 换成电流信号，进而对 背光源的亮度进行控 制。 ?峰值发光波长 为,,,,,，电流灵 敏度为,(,,μ,, ,,，暗电流为,,, ,。 ?非线性误差小， 重复性好。两个互补输 出端的电流不对称度 仅为?,(,,，可任 选一端作为输出。 ?外围电路简单，价格低廉，使用方便。无须使用滤光片即可有效衰减紫外光及红外光。 ?微功耗，低压供电。采用,,,(,,电源，电源电流可低至,,μ,(典型值)。工作温度范围为,,,?,，,,?。其外形尺寸仅为,(,,,,×,,,×,,,。 , ,,,,,,的工作原理 ,,,,,,采用,,,,,,表贴塑料封装，其引脚排列和内部框图如图,所示。 ,,,,,,芯片正面有一个面积为,(,,,,,,的受光区。,,,和,,,分别接电源的正、负极。,,,为电流接收器的引出端，,,,为输出电流源的引出端。其余,,均为空脚。芯片工作时 由光电二极管产生的光电流经过高增益放大器送至两个电流输出端，其中一个是电流吸收器的引脚,,,，另一个是输出电流源的引脚,,,，二者的电流分别为，,,, 和，,,,。其中，,,,为灌入芯片中的电流，简称灌电流。这两种电流信号通过,,、,,可分别转换成电压信号,,,,、,,,,。改变,,(或,,)的电阻值可调整电压增益，电阻值允许范围是,,,Ω,,,,Ω。,,和,,为滤波电容，可用来决定传感器的响应时间。输出,,,,与环境亮度成反比，,,,,与环境亮度成正比，二者呈互补输出特性，可任选一路信号作为输出电压,,。 ,,,,,,的相对灵敏度与波长的响应曲线如图,中的粗线所示，细线是人眼的响应曲线(峰值波长为,,,,,)。由图可见，,,,,,,接收光的波段与人眼非常相近，并且也象人眼一样灵敏。其峰值波长λ,为,,,,,，波段大约为,,,,,,,,,,,，能覆盖整个可见光波段(,,,,,,,,,,,)，而紫外光波段(,,,,,, 和红外光波段(,,,,,,)都很窄，这表明它对可见光的接收灵敏度最高。,,,,,,在峰值波长为,,,,,时的灵敏度,为,(,,μ,,,,，即照度每变化,,,(勒克斯)，输出电流变化,(,,μ,。将照度转换成亮度,(其单位是;,,,,)时，可假定光线照射在一个能满足全反射条件的理想平面上，然后根据,,,,,(,,, ;,,,,进 行转换即可得到亮 度值。通常，可用实 验的方法来测定亮 度与照度的比例系 数。 , ,,,,,, 的典型应用 ,(, 白光亮度 测量电路 测量白光亮度的电路如图,所示。该电路在工作时 先由,,,、电流源和白光,,,组成的光源发射出可见光，再由,,,,,,接收该可见光并转换成电流信号。接下来在,,,端、,,,端各串联一块微安表以分别测量光电流，,,,和，,,,，这样 微安表的读数值就反映了亮度的高低。 ,(, ,,,背光源亮度自动控制电路 当环境亮度明显变暗时，,,,,,,能自动开启,,,的背光源以使白色,,,发光。其亮度自动控制电路如图,所示。图中 电阻,,和,,用于设定控制亮度的最小值与最大值。改变电容器,的容值可调整响应时间并能滤除,,,,电网干扰。,,,,,,采用，,(,,,，,,电源。若只使用,,,端，则,,,端应悬空。假定需用,(,,,,,(,,,的输出电压来驱动白光,,,，,(,,,代表,,,的亮度最小值，,(,,,代表亮度最大值 那么，可由下式确定,,与,,的比例关系 ,,,[(,,,(,,),,],,,,,,, 可根据,,,,,,在给定亮度下的输出电流最大值(，,,,,,,)来计算,,值。实际上 在，,,,,,,为,,μ,时 ,,为,,,Ω，这样 代入上式即可得到,,,,Ω的,,值。 ,(, ,,,,,,评估板的设计 利用,,,,,,评估板(,,,,,,,,,, ,,,,,)不仅能检查出,,,,,,的质量好坏，还可对,,,背光源亮度控制电路进行各种实验，以便为开发新产品提供依 据。此外，评估板上的元器件布 局以及印制电路的设计也具有 参考价值。,,,,,,的评估 板电路如图,所示。它具有以下 特点: 第一，可利用一个转盘(上 面开着,个不同孔径的小孔)来 改变,,,,,,入射光窗口 的大小，转盘与传感器一同装在 机壳内; 第二，通过电位器,,,, ,,,调整放大器的增益，再经过,,,,,,驱动两只白色发光二极管(,,,,、,,,,)发光，以实现亮度调节，从而适应不同的环境亮度条件; 第三，分别改变跳线器,,,,,的接线方式，以对不同电路进行隔离或偏置; 第四，该电路有,个可选择的控制端口，包括,,,的分压二极管引出端口(,)、,,,的电压调整端口(,)、,,,的固定电压端口(,)和,,,的电压调整端口(,)。此外，还有两个输出端(,,,、,,,) 其中，端口,为下拉端(经外部电位器接地，可代替,,,,,,手动调整亮度)。端口,、,、,均为上拉端(经外部电路接正电源或其它正电压)。端口,和端口,用于设置最低输出电压(将,,,调至最小)或调节,,,端的输出。端口,用来设置最高输出电压(将,,,调至最大)或调节,,,端的输出。 跳线器,,用来选择电源，当,,连到“,,,,,,”位置时，系统只给,,,,,,供电;,,连至“,,,驱动”位置时，则可同时给,,,,,,供电，,,,,,,为,,,的驱动控制器。,,置于“,,,开路”位置时，将断开,,,引脚的外围电路;,,置于“分压”位置时，则将接通,,,引脚的外围电路。,,置于“,,,输入”位置，可将隔离二极管,,,短路;而,,置于“,,,输出”位置时，,,,则不被短路。,,置于“驱动”位置时将,,,端的输出接到,,,,,,的输入端，,,,;,,置于“,,,上拉”位置时， ,,,端的输出将经过端口,接高电平。 需要说明的是:第一，使用端口,时 允许将外部,,,信号加至由(,,,，,,)和(,,,，,,)构成的分压器的高端，然后通过调节,,,和,,,的值来控制分压比;第二，使用端口,时 可用直流电压来控制亮度;第三，利用,,和,,可降低,,,,,,的响应速度，以避免传感器受外部,,,,光源频率的影响。 图5 colspan="2" align='right' class="Article_tdbgall">