環(huán)境光檢測(cè)優(yōu)化便攜設(shè)備顯示屏設(shè)計(jì)方案

圖4b. 這些曲線為采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示相對(duì)光強(qiáng)時(shí)的圖4a中的線性數(shù)據(jù)。黑線為理想對(duì)數(shù)曲線，藍(lán)線采用折線近似法，更適于用微控制器代碼實(shí)現(xiàn)。

由此可見(jiàn)，在較低等級(jí)光強(qiáng)下，需要較高的亮度測(cè)量分辨率;在較高等級(jí)的光強(qiáng)下，采用一般的分辨率就足夠了。實(shí)現(xiàn)這一機(jī)制的最簡(jiǎn)單方法是采用具有前端可編程增益的高分辨率轉(zhuǎn)換器，從而平衡強(qiáng)光下對(duì)寬動(dòng)態(tài)范圍的要求，以及亮度較低時(shí)對(duì)高靈敏度的要求。

MAX44009與其它數(shù)字光傳感器不同，內(nèi)部帶有自動(dòng)量程調(diào)節(jié)機(jī)制。這種調(diào)節(jié)方法能夠使IC自動(dòng)實(shí)現(xiàn)22位動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量，無(wú)需微控制器重新配置寄存器，從而提高了編碼效率。此外，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行壓縮，并以12位格式表示，從而為光測(cè)量提供了一個(gè)偽對(duì)數(shù)步長(zhǎng)。以MAX44009為例，器件采用4位指數(shù)和8位尾數(shù)表示22位動(dòng)態(tài)范圍，低亮度條件下的分辨率可達(dá)0.045 lux/計(jì)數(shù)，環(huán)境光亮度較高時(shí)具有更高的計(jì)數(shù)值。

黑玻璃效應(yīng)

現(xiàn)代化電子設(shè)備的外觀和質(zhì)感，也就是其工業(yè)設(shè)計(jì)，與它們所提供的特性和功能同樣重要。用戶已經(jīng)將現(xiàn)代化便攜設(shè)備視為一種“身份”的象征。例如，環(huán)境光傳感器對(duì)設(shè)備非常重要，但目前比較流行的做法是將這些傳感器隱藏起來(lái)，以免影響產(chǎn)品的外觀和質(zhì)感。

對(duì)于玻璃面板，通常在傳感器開(kāi)口處加一層薄薄的黑色油墨(吸收幾乎所有的入射光)，將其“遮蓋”起來(lái)。少量光線透過(guò)油墨，到達(dá)光傳感器，既能夠進(jìn)行環(huán)境光測(cè)量，同時(shí)又使面板保持有光滑、平整的黑色邊框(圖5)。

圖5. 典型的平板電腦設(shè)計(jì)，LCD顯示屏周圍采用黑色邊框面板。用戶看不到隱藏在其后的環(huán)境光傳感器。

不幸的是，這層黑色油墨在很大程度上影響了光傳感器的正常工作，不僅減弱了到達(dá)傳感器的光強(qiáng)，而且還改變了光譜。首先，討論光衰減問(wèn)題。大多數(shù)黑色油墨僅允許2%至10%的可見(jiàn)光穿過(guò)，5 lux的外部光源到達(dá)傳感器時(shí)僅剩0.1 lux!因此，要求光傳感器具備較高的靈敏度。其次，雖然只有2%至10%的可見(jiàn)光能夠穿透油墨，但幾乎全部的入射紅外輻射均能夠穿透油墨到達(dá)傳感器，從而造成了光譜的改變(圖6)。

圖6. 上圖為目前商用電子設(shè)備中黑色油墨的典型光譜特性，表示了入射光透射百分比與波長(zhǎng)的關(guān)系。

不均勻的光譜透射使得大多數(shù)光傳感器必須重新校準(zhǔn)，以便在置于黑色油墨下方時(shí)仍能獲得準(zhǔn)確的環(huán)境光測(cè)量讀數(shù)，需要重新調(diào)節(jié)無(wú)黑色玻璃條件下精確測(cè)量環(huán)境光的工廠設(shè)置。正因如此，MAX44007環(huán)境光傳感器提供了多個(gè)內(nèi)部光電二極管。這種靈活性使用戶能夠針對(duì)大多數(shù)應(yīng)用進(jìn)行調(diào)節(jié)，重新校準(zhǔn)傳感器響應(yīng)特性。MAX44007的靈敏度為0.025 lux/LSB。

光傳感器中斷引腳的使用

大多數(shù)應(yīng)用不需要實(shí)時(shí)改變顯示屏背光強(qiáng)度，其目的是防止響應(yīng)雜散噪聲，例如掠過(guò)的陰影。相比之下，快速響應(yīng)環(huán)境光的一致變化能夠使用戶連貫地使用設(shè)備，無(wú)需分心為了改善顯示效果而調(diào)節(jié)顯示屏亮度。此外，在固件中不斷輪詢光傳感器(以檢查環(huán)境光強(qiáng)度是否發(fā)生變化)和噪聲抑制電路對(duì)應(yīng)用軟件資源來(lái)說(shuō)也是一種負(fù)擔(dān)。這會(huì)增加微控制器處理負(fù)荷，進(jìn)而延緩對(duì)用戶命令的響應(yīng)速度，并增大功耗。

因此，目前的光傳感器都配備了一個(gè)強(qiáng)大的功能—中斷引腳。傳感器持續(xù)比較環(huán)境光測(cè)量值與內(nèi)部可編程窗口門限，并在光強(qiáng)超出門限時(shí)觸發(fā)一個(gè)中斷，向主控制器報(bào)告光照條件發(fā)生了實(shí)質(zhì)性變化。通常采用一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器超時(shí)的情況下才向主控制器報(bào)告中斷，以避免環(huán)境光信號(hào)中的噪聲和短時(shí)波動(dòng)引起誤操作。

中斷引腳使傳感器應(yīng)用更加智能化，只有在需要操作時(shí)才向主控制器發(fā)出請(qǐng)求。這樣一來(lái)，主控制器的資源可以分配給其它任務(wù)，或?qū)⑽⒖刂破骶S持在低功耗等待狀態(tài)，從而延長(zhǎng)電池壽命。典型應(yīng)用電路(圖7)給出了中斷引腳的使用方法。需要注意的是，該引腳的開(kāi)漏連接允許“線或”連接多個(gè)器件和信號(hào)源。

圖7. 多點(diǎn)I2C總線上的環(huán)境光傳感器典型應(yīng)用電路，顯示了中斷引腳與主控制器的連接方式。

總結(jié)

本文概述了目前便攜設(shè)備的光傳感器設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題。在開(kāi)發(fā)早期確定方案，與IC供應(yīng)商緊密合作，可確保系統(tǒng)的靈活性和可靠性。