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能實現人眼仿真的集成可見光亮度傳感器LX1970
摘要:介紹了一種能實現人眼仿真的集成化可見光亮度傳感器LX1970,給出了LX1970芯片的性能特點、工作原理及典型應用電路。LX1970適用于平板顯示器的亮度監控系統,可用在筆記本電腦、平板電視及新型手機中。1 主要特點
目前,筆記本電腦、個人數字助理(Personal Digi-tal Assistant,簡稱PDA)、平板電視和手機均采用液晶顯示器(LCD)。但LCD本身并不發光,它只反射或透射外界光線。為便于在光線較暗的環境中或夜間觀察屏幕,就必須給LCD加背光源以增強對比度。利用可見光亮度傳感器就可根據環境亮度來自動調節背光源(一般為白色發光二極管)的亮度,這樣不僅能獲得最佳顯示效果,還能降低背光源的功耗。
圖1
美國微型半導體(Microsemi)公司推出了一種能實現人眼仿真的集成化可見光亮度傳感器LX1970,利用該器件可構成平板顯示器的亮度監控系統。此外,它還可用做戶外照明燈(例如路燈)控制器,以使照明燈能在黃昏時自動開啟,清晨時自動關閉。
LX1970型可見光亮度傳感器的性能特點如下:
●內含PIN型光電二極管、高增益放大器和兩個互補式電流輸出端?該光電二極管陣列的光譜特性及靈敏度都與人眼十分相似,因而能代替人眼去感受環境亮度的明暗程度,并將接收到的可見光轉換成電流信號,進而對背光源的亮度進行控制。
●峰值發光波長為520nm,電流靈敏度為0.38μA/lx,暗電流為10nA。
●非線性誤差小,重復性好。兩個互補輸出端的電流不對稱度僅為±0.5%,可任選一端作為輸出。
●外圍電路簡單,價格低廉,使用方便。無須使用濾光片即可有效衰減紫外光及紅外光。
●微功耗,低壓供電。采用2~5.5V電源,電源電流可低至85μA(典型值)。工作溫度范圍為-40℃~+85℃。其外形尺寸僅為2.95mm×3mm×1mm。
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LX1970采用MSOP-8表貼塑料封裝,其引腳排列和內部框圖如圖1所示。
LX1970芯片正面有一個面積為0.369mm2的受光區。UDD和USS分別接電源的正、負極。SNK為電流接收器的引出端,SRC為輸出電流源的引出端。其余NC均為空腳。芯片工作時?由光電二極管產生的光電流經過高增益放大器送至兩個電流輸出端,其中一個是電流吸收器的引腳SNK,另一個是輸出電流源的引腳SRC,二者的電流分別為ISNK 和ISRC。其中ISNK為灌入芯片中的電流,簡稱灌電流。這兩種電流信號通過R1、R2可分別轉換成電壓信號USNK、USRC。改變R1(或R2)的電阻值可調整電壓增益,電阻值允許范圍是10kΩ~50kΩ。C1和C2為濾波電容,可用來決定傳感器的響應時間。輸出USNK與環境亮度成反比,USRC與環境亮度成正比,二者呈互補輸出特性,可任選一路信號作為輸出電壓UO。
LX1970的相對靈敏度與波長的響應曲線如圖2中的粗線所示,細線是人眼的響應曲線(峰值波長為550nm)。由圖可見,LX1970接收光的波段與人眼非常相近,并且也象人眼一樣靈敏。其峰值波長λP為520nm,波段大約為350nm~800nm,能覆蓋整個可見光波段(400nm~700nm),而紫外光波段(<400nm?和紅外光波段(>700nm)都很窄,這表明它對可見光的接收靈敏度最高。LX1970在峰值波長為520nm時的靈敏度K為0.38μA/lx,即照度每變化1lx(勒克斯),輸出電流變化0.38μA。將照度轉換成亮度L(其單位是cd/m2)時,可假定光線照射在一個能滿足全反射條件的理想平面上,然后根據1lx=0.314 cd/m2進行轉換即可得到亮度值。通常,可用實驗的方法來測定亮度與照度的比例系數。
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3.1 白光亮度測量電路
測量白光亮度的電路如圖3所示。該電路在工作時?先由RCC、電流源和白光LED組成的光源發射出可見光,再由LX1970接收該可見光并轉換成電流信號。接下來在SNK端、SRC端各串聯一塊微安表以分別測量光電流ISNK和ISRC,這樣?微安表的讀數值就反映了亮度的高低。
3.2 LCD背光源亮度自動控制電路
當環境亮度明顯變暗時,LX1970能自動開啟LCD的背光源以使白色LED發光。其亮度自動控制電路如圖4所示。圖中?電阻R1和R2用于設定控制亮度的最小值與最大值。改變電容器C的容值可調整響應時間并能濾除50Hz電網干擾。LX1970采用+3.3V~+5V電源。若只使用SRC端,則SNK端應懸空。假定需用0.25V~1.25V的輸出電壓來驅動白光LED,0.25V代表LED的亮度最小值,1.25V代表亮度最大值?那么,可由下式確定R1與R2的比例關系?
R1=[(3/0.25)-1]R2=11R2
可根據LX1970在給定亮度下的輸出電流最大值(ISRCmax)來計算R2值。實際上?在ISRCmax為50μA時?R2為25kΩ,這樣?代入上式即可得到275kΩ的R1值。
3.3 LX1970評估板的設計
利用LX1970評估板(Evaluation Board)不僅能檢查出LX1970的質量好壞,還可對LCD背光源亮度控制電路進行各種實驗,以便為開發新產品提供依據。此外,評估板上的元器件布局以及印制電路的設計也具有參考價值。LX1970的評估板電路如圖5所示。它具有以下特點:
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