高效能模擬與混合信號(hào)IC創(chuàng)新廠商Silicon Laboratories(芯科實(shí)驗(yàn)室有限公司，簡(jiǎn)稱(chēng)Silicon Labs)特別推出的Si1102和Si1120是目前業(yè)界最靈敏的紅外接近傳感器之一，在遠(yuǎn)距探測(cè)和低功耗方面尤為出色。

Silicon Labs公司的紅外接近傳感系列

　　Si1102和Si1120紅外接近傳感器主要由一個(gè)紅外LED驅(qū)動(dòng)器、紅外線(xiàn)光電二極管、一個(gè)環(huán)境光傳感器(僅Si1120具有)和控制邏輯IC組成，外部的發(fā)射LED可以根據(jù)用戶(hù)的需要靈活安裝和配置(圖1)。

圖1：silicon Labs公司的紅外接近傳感系列應(yīng)用方案圖。

圖2：Si1102的內(nèi)部框圖。

　　Si1102是一個(gè)可獨(dú)立工作的紅外接近傳感器，能驅(qū)動(dòng)單個(gè)紅外LED。LED發(fā)射的紅外線(xiàn)經(jīng)過(guò)接近物體反射到達(dá)內(nèi)置的紅外線(xiàn)光電二極管，然后進(jìn)行信號(hào)放大和信號(hào)處理，最后通過(guò)與一個(gè)設(shè)定的探測(cè)門(mén)限值比較輸出一個(gè)相應(yīng)邏輯電平。如果測(cè)量的結(jié)果高于這個(gè)門(mén)限值，則從PRX口輸出一個(gè)低電平。這種電平信號(hào)的輸出可用來(lái)作為其他器件的驅(qū)動(dòng)或者M(jìn)CU的中斷輸入，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)近距探測(cè)。

　　比如，在顯示器應(yīng)用上，Si1102紅外線(xiàn)接近傳感器能在使用者不在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)輕易關(guān)閉顯示器及其他功能，以達(dá)到省電目的。此省電功能特別適用于家電用品、安全設(shè)備及手持類(lèi)電子產(chǎn)品，同時(shí)也可以應(yīng)用在一些紅外探測(cè)器上。

圖3：Si1102的應(yīng)用原理圖。

　　與Si1102不同，Si1120工作需要一個(gè)主MCU控制，并增加了一個(gè)環(huán)境光傳感器。該器件除了可以接收紅外線(xiàn)外，還能對(duì)環(huán)境光信號(hào)進(jìn)行采樣，最后輸出一個(gè)已調(diào)脈寬的脈沖信號(hào)給MCU，實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用目的。Silicon Labs的MCU可以提供PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)，從而可以更簡(jiǎn)單地測(cè)出輸出脈寬。脈寬與反射光強(qiáng)的測(cè)量值成正比例，與距離的平方成反比，由此可以判斷對(duì)方物體距離的遠(yuǎn)近。Si1120可以支持多個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)，用戶(hù)可以根據(jù)需要方便地配置多個(gè)LED以增大探測(cè)范圍。此外，該器件在MCU的控制下可以實(shí)現(xiàn)更多高級(jí)功能，例如手機(jī)應(yīng)用程序可能會(huì)允許用戶(hù)在手機(jī)前晃動(dòng)一下手指來(lái)進(jìn)行文件翻頁(yè)。

圖4：Si1120的內(nèi)部框圖。

圖5：Si1120的應(yīng)用原理圖。

Si1102和Si1120紅外接近傳感器的優(yōu)勢(shì)

　　在消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用中，Si1102和Si1120紅外接近傳感器具備了人們極為關(guān)注的兩大特點(diǎn)：一是低功耗，二是高靈敏度。

　　不像競(jìng)爭(zhēng)方案那樣需要紅外線(xiàn)LED長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行多次脈沖以達(dá)到精確測(cè)量，Si1102/20紅外接近傳感系列使用專(zhuān)利的單一脈沖接近測(cè)量技術(shù)(圖6)，電源效率可提高4,000倍，使電池壽命得以大幅度延長(zhǎng)。

　　當(dāng)物體接近距離非常小或者位于探測(cè)范圍外時(shí)(不工作時(shí))，該器件可自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式。低功耗模式下的典型功耗只有0.1uA，而這正是便攜式應(yīng)用的關(guān)鍵特性。

圖6：Silicon Labs與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手LED的工作方式對(duì)比。

　　所有的LED都有一個(gè)特定的視角。一個(gè)窄視角LED便需要著發(fā)出的能量更加集中，比寬視角LED照射的更遠(yuǎn)。這意味著使用窄視角IR LED將在窄檢測(cè)區(qū)域中形成更遠(yuǎn)的檢測(cè)范圍。

圖7：窄視角和寬視角IR LED的差異。

　　Si1102/20紅外接近傳感器能探測(cè)到的接近范圍可達(dá)50cm，如果選擇一個(gè)合適窄角的透鏡和一個(gè)紅外線(xiàn)濾波器配合使用，讓紅外線(xiàn)LED的發(fā)射半角足夠小而使發(fā)射光束充分匯聚或者發(fā)射功率足夠大時(shí)，接近范圍可擴(kuò)大到1m。那么此應(yīng)用不僅僅只局限于手機(jī)等手持電子產(chǎn)品，更可廣泛用于一些安全探測(cè)設(shè)備或大屏幕儀器設(shè)備上。

　　表1是關(guān)于Silicon Labs的紅外接近傳感器與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品在一些性能上的對(duì)比。

表1：Silicon Labs的紅外接近傳感器與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的性能對(duì)比。

Si1102和Si1120紅外接近傳感器演示板

　　Si1120紅外接近傳感器演示板由USB供電，由一顆用作主控的超低功耗Silicon Labs C8051F930 MCU、一顆Si1120傳感器、兩個(gè)紅外LEDS和八顆發(fā)光LED燈組成。當(dāng)有接近的物體從左到右劃過(guò)或者從右到左劃過(guò)時(shí)，從八個(gè)LED燈上可以體現(xiàn)發(fā)光跟蹤和二維方向的動(dòng)態(tài)檢測(cè)功能。此演示板還可在QuickSense Studio開(kāi)發(fā)環(huán)境下，通過(guò)一個(gè)強(qiáng)大的性能分析工具對(duì)這種獨(dú)特的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行實(shí)時(shí)反射監(jiān)控(圖8)。

圖8：發(fā)光跟蹤和二維方向的動(dòng)態(tài)檢測(cè)功能的Si1120紅外接近傳感器演示板。

　　Si1102迷你型接近傳感器演示板(圖9)帶有一個(gè)Si1102紅外接近傳感器，可以提供一個(gè)簡(jiǎn)單的紅外接近演示。通過(guò)設(shè)定Si1102的輸出閥值控制一個(gè)紅外二極管的發(fā)送，當(dāng)感應(yīng)到物體的靠近時(shí)，點(diǎn)亮發(fā)光二極管以測(cè)試設(shè)備的高靈敏度和檢測(cè)范圍。

圖9：Si1102迷你型接近傳感器演示板。

　　Silicon Labs推出的Si1120和Si1102等紅外接近感應(yīng)系列產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于各種消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，例如手機(jī)、復(fù)印件、掃描儀以及衛(wèi)生產(chǎn)品等，同時(shí)可用于如觸控面板、機(jī)器保險(xiǎn)裝置、安全系統(tǒng)、自動(dòng)提款機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域。

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