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作者: 发布时间:2009-04-19 15:57:29 来源: 繁体版
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp 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
                   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           1 主要特点           目前,笔记本电脑、个人数字助理(Personal Digi-tal Assistant,简称PDA)、平板电视和手机均采用液晶显示器(LCD)。但LCD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LCD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(Microsemi)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LX1970,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。      LX1970型可见光亮度传感器的性能特点如下:           ●内含PIN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520nm,电流灵敏度为0.38μA/lx,暗电流为10nA。           ●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±0.5%,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2~5.5V电源,电源电流可低至85μA(典型值)。工作温度范围为-40℃~+85℃。其外形尺寸仅为2.95mm×3mm×1mm。  2 LX1970的工作原理      LX1970采用MSOP-8表贴塑料封装,其引脚排列和内部框图如图1所示。             LX1970芯片正面有一个面积为0.369mm2的受光区。UDD和USS分别接电源的正、负极。SNK为电流接收器的引出端,SRC为输出电流源的引出端。其余NC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SNK,另一个是输出电流源的引脚SRC,二者的电流分别为ISNK 和ISRC。其中ISNK为灌入芯片中的电流,简称灌电流。这两种电流信号通过R1、R2可分别转换成电压信号USNK、USRC。改变R1(或R2)的电阻值可调整电压增益,电阻值允许范围是10kΩ~50kΩ。C1和C2为滤波电容,可用来决定传感器的响应时间。输出USNK与环境亮度成反比,USRC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UO。             LX1970的相对灵敏度与波长的响应曲线如图2中的粗线所示,细线是人眼的响应曲线(峰值波长为550nm)。由图可见,LX1970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λP为520nm,波段大约为350nm~800nm,能覆盖整个可见光波段(400nm~700nm),而紫外光波段(<400nm?和红外光波段(>700nm)都很窄,这表明它对可见光的接收灵敏度最高。LX1970在峰值波长为520nm时的灵敏度K为0.38μA/lx,即照度每变化1lx(勒克斯),输出电流变化0.38μA。将照度转换成亮度L(其单位是cd/m2)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1lx=0.314 cd/m2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。           3 LX1970的典型应用             3.1 白光亮度测量电路             测量白光亮度的电路如图3所示。该电路在工作时?先由RCC、电流源和白光LED组成的光源发射出可见光,再由LX1970接收该可见光并转换成电流信号。接下来在SNK端、SRC端各串联一块微安表以分别测量光电流ISNK和ISRC,这样?微安表的读数值就反映了亮度的高低。             3.2 LCD背光源亮度自动控制电路             当环境亮度明显变暗时,LX1970能自动开启LCD的背光源以使白色LED发光。其亮度自动控制电路如图4所示。图中?电阻R1和R2用于设定控制亮度的最小值与最大值。改变电容器C的容值可调整响应时间并能滤除50Hz电网干扰。LX1970采用+3.3V~+5V电源。若只使用SRC端,则SNK端应悬空。假定需用0.25V~1.25V的输出电压来驱动白光LED,0.25V代表LED的亮度最小值,1.25V代表亮度最大值?那么,可由下式确定R1与R2的比例关系?           R1=[(3/0.25)-1]R2=11R2             可根据LX1970在给定亮度下的输出电流最大值(ISRCmax)来计算R2值。实际上?在ISRCmax为50μA时?R2为25kΩ,这样?代入上式即可得到275kΩ的R1值。             3.3 LX1970评估板的设计             利用LX1970评估板(Evaluation Board)不仅能检查出LX1970的质量好坏,还可对LCD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。LX1970的评估板电路如图5所示。它具有以下特点:           第一,可利用一个转盘(上面开着7个不同孔径的小孔)来改变LX1970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RP1~RP3调整放大器的增益,再经过LX1970驱动两只白色发光二极管(LED1、LED2)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J1~J4的接线方式,以对不同电路进行隔离或偏置;             第四,该电路有4个可选择的控制端口,包括SRC的分压二极管引出端口(A)、SRC的电压调整端口(B)、SRC的固定电压端口(C)和SNK的电压调整端口(D)。此外,还有两个输出端(SRC、SNK)?其中,端口A为下拉端(经外部电位器接地,可代替LX1970手动调整亮度)。端口B、C、D均为上拉端(经外部电路接正电源或其它正电压)。端口B和端口C用于设置最低输出电压(将RP1调至最小)或调节SRC端的输出。端口D用来设置最高输出电压(将RP2调至最大)或调节SNK端的输出。             跳线器J1用来选择电源,当J1连到“LX1970”位置时,系统只给LX1970供电;J1连至“LED驱动”位置时,则可同时给LX1990供电,LX1990为LED的驱动控制器。J2置于“SRC开路”位置时,将断开SRC引脚的外围电路;J2置于“分压”位置时,则将接通SRC引脚的外围电路。J3置于“VD2输入”位置,可将隔离二极管VD2短路;而J3置于“VD2输出”位置时,VD2则不被短路。J4置于“驱动”位置时将SNK端的输出接到LX1990的输入端ISET;J4置于“SNK上拉”位置时, SNK端的输出将经过端口D接高电平。             需要说明的是:第一,使用端口B时?允许将外部PWM信号加至由(RP1+R1)和(RP2+R3)构成的分压器的高端,然后通过调节RP1和RP2的值来控制分压比;第二,使用端口C时?可用直流电压来控制亮度;第三,利用C1和C3可降低LX1970的响应速度,以避免传感器受外部50Hz光源频率的影响。          

能实现人眼仿真的集成可见光亮度传感器LX1970 文章作者:孟志永 沙占友 安国臣
  
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