環境光檢測優化便攜設備顯示屏設計方案

圖4b. 這些曲線為采用對數坐標表示相對光強時的圖4a中的線性數據。黑線為理想對數曲線，藍線采用折線近似法，更適于用微控制器代碼實現。

由此可見，在較低等級光強下，需要較高的亮度測量分辨率;在較高等級的光強下，采用一般的分辨率就足夠了。實現這一機制的最簡單方法是采用具有前端可編程增益的高分辨率轉換器，從而平衡強光下對寬動態范圍的要求，以及亮度較低時對高靈敏度的要求。

MAX44009與其它數字光傳感器不同，內部帶有自動量程調節機制。這種調節方法能夠使IC自動實現22位動態范圍測量，無需微控制器重新配置寄存器，從而提高了編碼效率。此外，對測量結果進行壓縮，并以12位格式表示，從而為光測量提供了一個偽對數步長。以MAX44009為例，器件采用4位指數和8位尾數表示22位動態范圍，低亮度條件下的分辨率可達0.045 lux/計數，環境光亮度較高時具有更高的計數值。

黑玻璃效應

現代化電子設備的外觀和質感，也就是其工業設計，與它們所提供的特性和功能同樣重要。用戶已經將現代化便攜設備視為一種“身份”的象征。例如，環境光傳感器對設備非常重要，但目前比較流行的做法是將這些傳感器隱藏起來，以免影響產品的外觀和質感。

對于玻璃面板，通常在傳感器開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。少量光線透過油墨，到達光傳感器，既能夠進行環境光測量，同時又使面板保持有光滑、平整的黑色邊框(圖5)。

圖5. 典型的平板電腦設計，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，不僅減弱了到達傳感器的光強，而且還改變了光譜。首先，討論光衰減問題。大多數黑色油墨僅允許2%至10%的可見光穿過，5 lux的外部光源到達傳感器時僅剩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的關系。

不均勻的光譜透射使得大多數光傳感器必須重新校準，以便在置于黑色油墨下方時仍能獲得準確的環境光測量讀數，需要重新調節無黑色玻璃條件下精確測量環境光的工廠設置。正因如此，MAX44007環境光傳感器提供了多個內部光電二極管。這種靈活性使用戶能夠針對大多數應用進行調節，重新校準傳感器響應特性。MAX44007的靈敏度為0.025 lux/LSB。

光傳感器中斷引腳的使用

大多數應用不需要實時改變顯示屏背光強度，其目的是防止響應雜散噪聲，例如掠過的陰影。相比之下，快速響應環境光的一致變化能夠使用戶連貫地使用設備，無需分心為了改善顯示效果而調節顯示屏亮度。此外，在固件中不斷輪詢光傳感器(以檢查環境光強度是否發生變化)和噪聲抑制電路對應用軟件資源來說也是一種負擔。這會增加微控制器處理負荷，進而延緩對用戶命令的響應速度，并增大功耗。

因此，目前的光傳感器都配備了一個強大的功能—中斷引腳。傳感器持續比較環境光測量值與內部可編程窗口門限，并在光強超出門限時觸發一個中斷，向主控制器報告光照條件發生了實質性變化。通常采用一個定時器，定時器超時的情況下才向主控制器報告中斷，以避免環境光信號中的噪聲和短時波動引起誤操作。

中斷引腳使傳感器應用更加智能化，只有在需要操作時才向主控制器發出請求。這樣一來，主控制器的資源可以分配給其它任務，或將微控制器維持在低功耗等待狀態，從而延長電池壽命。典型應用電路(圖7)給出了中斷引腳的使用方法。需要注意的是，該引腳的開漏連接允許“線或”連接多個器件和信號源。

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

總結

本文概述了目前便攜設備的光傳感器設計中常見的問題。在開發早期確定方案，與IC供應商緊密合作，可確保系統的靈活性和可靠性。