环境光传感器

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1、·环境光传感器(ALS)背光控制解决方案·2012年6月12日11:04:34来源：互联网作者：===摘要：  环境光传感器(ALS)集成电路正越来越多地用于各种显示器和照明设备，以节省电能，改善用户体验。借助ALS解决方案，系统设计师可根据环境光强度，自动调节显示屏的亮度。因为背光照明的耗电量在系统的总耗电量中占据很大的比例，实行动态的背光亮度控制，可节省大量的电能。此外，它还能够改善用户体验，让显示屏亮度根据环境光条件自行调整到最佳状态。关键字：  环境光传感器,  显示器,  背光控制环境光传感器(ALS

2、)集成电路正越来越多地用于各种显示器和照明设备，以节省电能，改善用户体验。借助ALS解决方案，系统设计师可根据环境光强度，自动调节显示屏的亮度。因为背光照明的耗电量在系统的总耗电量中占据很大的比例，实行动态的背光亮度控制，可节省大量的电能。此外，它还能够改善用户体验，让显示屏亮度根据环境光条件自行调整到最佳状态。系统实现需要三大部分：监测环境光强的光传感器、数据处理装置(通常是微控制器)、控制背光输入电流的执行器。背光控制：环境光传感器图1是实施背光控制的系统示范框图。在这套组合中，光传感器是关键的组成部分，因

3、为它要向系统的其他模块提供环境光强信息。光传感器必须具备将光信号转换成电信号的信号转换器(譬如光电二极管或CdS光敏电阻)和信号放大和/或调节装置以及模/数转换器(ADC)。图1.实施背光控制的系统框图图2所示为分立光电二极管电路，从图中可以看出，该电路需要一个或多个运算放大器：一个用于电流到电压的转换，可能还需要一级放大，提供附加增益。它还包括一些分支电路，用于供电，确保高度可靠的信号链。而在空间极其宝贵的应用中，所需元件的数量过多可能导致空间受限问题。图2.光电二极管电路分立设计这里还存在一个更细微的问题。

4、具体而言，理想情况下，应确保环境光的测量模拟了人眼对光线的响应机制。这通常借助CIE提供的视觉亮度曲线(图3)。然而，光电二极管很少能够完全模拟这种响应机制，因为它们通常具有很高的红外(IR)灵敏度。在IR强度较大的光照条件(譬如白炽灯或日光)下，这种红外灵敏度会造成错误地判断光线强度。解决上述问题的方法之一是使用两个光电二极管：一个采用对可见光和红外光都很敏感的元件，另一个采用只对红外光敏感的元件。最终用前者的响应值减去后者的响应值，将红外干扰降至最小，获得准确的可见光响应。这种解决方案虽然有效，却增加了分立

5、电路的占用空间。通常还很难、甚至不可能让两个分立的光电二极管配合得足够紧密，以实现消除红外干扰的目的。如果不配备精密放大器(譬如对数放大器)，动态范围可能很小。换句话说，很难利用这种组合获得可重复的结果。图3.CIE曲线和典型的光电二极管高集成度解决方案不仅能够获得比人眼光学系统更真实的光强数据，还能够节省大量空间MAX44009等环境光传感器，可将所有信号调节和模/数转换器集成在一个小封装(2mmx2mmUTDFN封装)内，从而在空间受限应用中有效节省电路板面积。图4提供了MAX44009的功能框图，采用I²

6、C通信协议，使其与微控制器的连接方式更简单，数据传输速度更快。除此之外，该解决方案的高集成特性使其能够置于柔性电缆，安装在离主电路板距离合适的位置。图4.MAX44009功能框图背光控制：调节显示屏亮度该控制方案的第二部分是调节显示屏的背光亮度。这可通过多种方式实现，具体取决于设备中的显示屏模块。有两种最简单的方式，一种是借助脉冲宽度调制(PWM)方案的直接调节方式，另一种是采用显示屏控制器的间接调节方式。许多显示屏模块如今都配有一个集成控制器，用户可以通过向控制器发送串行命令，直接设置背光亮度。如果显示屏模块

7、未配备集成控制器，还可安装一个简单的背光控制执行器，控制显示屏后面用于背光照明的白光LED灯的输入电流。实现这种控制的一种简单办法是：直接给LED串联一个场效应晶体管(FET)，使用PWM信号快速打开、关闭FET(图5)。然而，也可以利用单一芯片(用于LED控制的MAX1698升压转换器)准确、可靠地调节(图6)，请参考应用笔记3866“Low-powerPWMoutputcontrolsLEDbrightness”，获取详细信息。图5.简单的PMW控制电路图6.基于MAX1698的LED亮度调节器背光控制：建

8、立连接最后一步就是在传感器和执行器之间建立连接，通过微控制器实现。有人可能首先要问：“环境光强如何映射到背光亮度?”事实上，有些文献专门介绍了相关方案。其中一种映射方式是，Microsoft®针对运行Windows®7¹操作系统的计算机提出的。图7所示曲线是由Microsoft提供的，它可以将环境光强度映射到显示屏亮度(以全部亮度的百分比表示)。图7.将环境光强映射为最佳显示屏亮度的曲