人體傳感器設(shè)計(jì)秘籍

人體傳感器是設(shè)計(jì)用于檢測(cè)人體靠近或離開(kāi)等特征的電子設(shè)備。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，其在消費(fèi)電子、汽車、醫(yī)療設(shè)備、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域掀起了熱浪。在智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備上幾乎都能見(jiàn)到它的身影，用來(lái)檢測(cè)人體移動(dòng)過(guò)程或者跌倒告警是當(dāng)今一種重要的技術(shù)手段。同時(shí)，在家庭和企業(yè)安全系統(tǒng)中也得了廣泛的應(yīng)用，例如人體探測(cè)器燈、移動(dòng)探測(cè)警報(bào)器、無(wú)線門鈴、智能沖水設(shè)備上都是基于此原理實(shí)現(xiàn)的。

市場(chǎng)上有各種各樣的人體傳感器，但都可歸類為這兩種：主動(dòng)人體傳感器（有源傳感器）和被動(dòng)人體傳感器（無(wú)源傳感器），且分為電池供電的人體檢測(cè)器以及線路供電的人體檢測(cè)器。而我們今天主要講述的是來(lái)自東芝半導(dǎo)體關(guān)于被動(dòng)紅外（PIR）傳感器的線路供電人體檢測(cè)器設(shè)計(jì)方案。

圖1. 人體檢測(cè)器總方框圖

首先是電源電路部分需要使用一顆TVS管來(lái)抑制瞬態(tài)電壓、保護(hù)電路，再通過(guò)整流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，最后通過(guò)LDO器件穩(wěn)定輸出電壓。在此電路中，東芝提供DF2B29FU／DF2S23P2FU／DF2S23P2CTC三顆典型的TVS二極管，這些與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，具備低阻容特色，提高了靜電吸收能力，保證了高信號(hào)保護(hù)性能和信號(hào)質(zhì)量。而對(duì)于LDO的選擇，東芝選用了TAR5S50U／TAR5S50／TAR5SB50三款LDO表貼調(diào)節(jié)元器件，它們都具備低壓差、高電源抑制比等特點(diǎn)，可以保證穩(wěn)定的電源供給下一級(jí)用電設(shè)備。

其次是紅外傳感電路。運(yùn)算放大器與紅外傳感器相連接將電信號(hào)進(jìn)行整理。這里東芝提供兩款低壓工作運(yùn)算放大器，分別為低電流消耗運(yùn)算放大器TC75S102F和低噪聲運(yùn)算放大器TC75S67TU。其中，TC75S102F的漏極電流典型值低至0.27uA，TC75S67TU經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化能達(dá)到6nV/√Hz，支持客戶在不同的環(huán)境中選擇適配。整理后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)電壓檢測(cè)器進(jìn)行比對(duì)后傳入微控制處理器，就完成了一次對(duì)紅外信號(hào)的捕捉分析。

告警電路是接收的MCU的控制信號(hào)傳達(dá)并做出動(dòng)作響應(yīng)的控制電路。其中MOSFET作為開(kāi)關(guān)元器件，應(yīng)具備接受MCU輸出的微小信號(hào)來(lái)控制門電路的打開(kāi)/關(guān)閉以及快速響應(yīng)的能力。對(duì)此東芝半導(dǎo)體推薦使用旗下的SSM3K15ACTC／SSM3K16CTC／SSM3K35AFS／SSM3K35AMFV產(chǎn)品，其特點(diǎn)是具有CST3C、SSM、VESM三種不同的微小封裝，材料選用低阻材料，在低壓高速開(kāi)關(guān)電路上有著不俗的表現(xiàn)。最后在光繼電器的選型上，電路需要具有抗噪聲，低電流消耗的特性。此方面推薦采用東芝TLP170AM／TLP171A／TLP240A／TLP241B的4款擁有3中不同封裝格式的低阻性光電繼電器，能夠很好地適配人體探測(cè)器輸出端。