光传感器的原理及在汽车中的应用

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1、光传感器的原理及在汽车中的应用摘要：由于汽车应用已变得日益复杂，而且越来越多地采用电子驱动，因此，将更多创新技术及专用技术应用在这个领域也就不足为奇了。在汽车环境中我们能够越来越多看到的一种独特解决方案便是遍及整个汽车内部环境的环境光传感器的普及应用。本文将讨论环境光感应的原理以及在汽车环境中采用这种器件的优势。关键字：光传感器；汽车；亮度1光传感器原理1.1环境光传感的原理光传感器主要由光敏元件组成。目前光敏元件发展迅速、品种繁多、应用广泛。市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光电耦合器和光电池等。环境光传感器可

2、以感知周围光线情况，并告知处理芯片自动调节显示器背光亮度，降低产品的功耗。例如，在手机、笔记本等移动应用中，显示器消耗的电量高达电池总电量的30%，采用环境光传感器可以最大限度地延长电池的工作时间。另一方面，环境光传感器有助于显示器提供柔和的画面。当环境亮度较高时，使用环境光传感器的液晶显示器会自动调成高亮度。当外界环境较暗时，显示器就会调成低亮度。环境光传感器需要在在芯片上贴一个红外截止膜，甚至直接在硅片上镀制图形化的红外截止膜。1.2光传感器的电气特性暗电流小，低照度响应，灵敏度高，电流随光照度增强呈线性变化；内置双敏感元

3、，自动衰减近红外，光谱响应接近人眼函数曲线；内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路，输出电流大，工作电压范围宽，温度稳定性好；可选光学纳米材料封装，可见光透过，紫外线截止、近红外相对衰减，增强了光学滤波效果；符合欧盟RoHS指令，无铅、无镉。2选择光传感器的考虑因素通常有几种方法能够对光进行检测，例如通过使用光电晶体管、光敏电阻或光电二极管来实现，但对于当今应用的总的光感要求而言，基于IC的单片光电二极管是最好的选择之一。光电二极管是用于探测光并生成电流的半导体，它基于单晶硅片构造而成，与用于生产集成电路的晶体硅片类

4、似。一个典型的传感器应用框架图包括一个光电二极管、一个电流放大器和一个无源低通滤波器，以检测并处理光输入引起的输出电压信号。能够将所有这些器件集成并采用小型封装对于终端用户而言是非常有益的，而且这恰恰就是当前的市场需求。为应用选择适当光传感器时的另一个重要方面，是要理解对于应用而言，哪项重要规格是最为关键的，最需要关注哪一项。一般来说，在选择一个光传感器时，需要着重考虑的因素如下：（1）光谱响应/IR抑制：环境光传感器应该仅对400nm至700nm的范围有感应。（2）Lux的最大范围：直射阳光可以多达130,000Lux，但是

5、大多数应用要求最大范围为仅为10,000Lux。（3）低Lux光敏度：根据光传感器位于顶端的镜片的类别，光衰减可以为25-50%。如果低光敏度非常关键(<5Lux)，必须注意选择可以在这个范围内工作的光传感器。集成的信号调节(即放大器和ADC)：一些传感器可能提供非常小的封装，但是却需要一个外部放大器或无源元件来获取所需的输出信号。具有更高集成性的光传感器省去了对于外部元件(ADC、放大器、电阻器、电容器等)的需求。（4）功耗：对于要承受高Lux级(>10,000Lux)的光传感器来说，最好采用一个非线性光到模拟输出光传感器，

6、或一个光到数字输出的光传感器。接下来还将对此进行详细说明。（5）封装大小：对于大多数应用来说，封装都是越小越好。现在可提供的封装为2.0×2.1mm光学DFN，而1.3×1.5mm4-lead封装则是下一代封装。一旦确定了上述重要规格，需要考虑的下一个问题就是哪类输出信号最有助于目标应用。对于大多数光传感器，最常见的输出为线性输出电流。虽然这适用于一些应用，但现在有更多的可选项，其中包括线性电压输出、数字输出(通过I2C接口)或者非线性电流或电压输出。每种都具有它们的优势，如下所列。（6）线性模拟输出—电流或电压输出：更常见的

7、感应器输出，快速响应时间(数字输出受限于积分时间)，在控制器中集成ADC转换器，电压输出省去了对于外加电阻(将电流转换为电压)的需要并提供一个低阻抗输出。电流输出需要在输出添加无源元件来将电流转换为电压、设置传感器的增益范围并根据需要增加低通或高通滤波器。（7）非线性模拟输出——电流或电压输出：允许极弱光敏感度和最大动态范围(高达100,000Lux)，感测光与人类察觉光的方式更加类似(非线性与线性)，电压或电流非线性输出的选择，电压输出为低阻抗而电流输出为高阻抗。（8）数字输出：输出可以直接与控制器相连接(无需ADC)，数字

8、输出本身比模拟输出更具有噪声免疫性，允许传感器具有更多的数字功能(即更加智能的光传感器)，更易于在通用I2C总线上的网络工作，更易于允许将多个光传感器置于同一个I2C总线上(地址选择引脚)，恒定功耗(模拟输出电路损耗与入射光密度成正比)。3光传感器在汽车中的应用及材料选择3.