環境光傳感器

環境光傳感器可以感知周圍光線情況，並告知處理芯片自動調節顯示器背光亮度，降低產品的功耗。例如，在手機、筆記本、平板電腦等移動應用中，顯示器消耗的電量高達電池總電量的30%，採用環境光傳感器可以最大限度地延長電池的工作時間。另一方面，環境光傳感器有助於顯示器提供柔和的畫面。當環境亮度較高時，使用環境光傳感器的液晶顯示器會自動調成高亮度。當外界環境較暗時，顯示器就會調成低亮度。 環境光傳感器需要在在芯片上貼一個紅外截止膜，甚至直接在硅片上鍍製圖形化的紅外截止膜 ^[1]  。

環境光傳感器主要由光敏元件組成。光敏元件發展迅速、品種繁多、應用廣泛。市場出售的有光敏電阻、光敏二極管、光電三極管、硅光電池等。環境光傳感器可以感知周圍光線情況，並告知處理芯片自動調節顯示器背光亮度，降低產品的功耗。例如，在手機、筆記本，GPS等移動等手持設備應用中，顯示器消耗的電量高達電池總電量的30%，採用環境光傳感器可以最大限度地延長電池的工作時間。另一方面，環境光傳感器有助於顯示器提供柔和的畫面。當環境亮度較高時，使用環境光傳感器的液晶顯示器會自動調成高亮度。當外界環境較暗時，顯示器就會調成低亮度。環境光傳感器需要在在芯片上貼一個紅外截止膜，甚至直接在硅片上鍍製圖形化的紅外截止膜 ^[2]  。

光照度傳感器為熱電效應原理，感應元件採用繞線電鍍式多接點熱電堆，其表面塗有高吸收率的黑色塗層。熱接點在感應面上，而冷結點則位於機體內， 冷熱接點產生温差電勢。在線性範圍內，輸出信號和太陽輻照度成正比。為減小温度的影響則配有温度補償線路，為了防止環境對其性能的影響，則用兩層石英玻璃 罩，罩是經過精密的光學冷加工磨製而成的。

環境光傳感器具有暗電流小，低照度響應，靈敏度高，電流隨光照度增強呈線性變化等特性；內置雙敏感元，自動衰減近紅外，光譜響應接近人眼函數曲線（，黑：人眼響應曲線，藍：光敏電阻響應曲線，綠：環境光響應曲線）；在選擇適當的光傳感器時的另一個考慮因素是選擇一個帶有理想光譜響應的傳感器。普通PIN光敏二極管或光敏電阻(無源或者有源)本身具有非常寬的光譜響應範圍，包括IR射線乃至UV射線。從理論上來説，用户需要選擇一個僅能感應可見光(380~770nm)並削弱無用的IR、UV信號的光傳感器，有些傳感器中還內置微信號CMOS放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，工作電壓範圍寬，温度穩定性好；可選光學納米材料封裝，可見光透過，紫外線截止、近紅外相對衰減，增強了光學濾波效果；符合歐盟RoHS指令，無鉛、無鎘，市面上的光敏電阻達不到以上標準 ^[1]  。

通常有幾種方法能夠對光進行檢測，例如通過使用光電晶體管、光敏電阻或光敏二極管來實現，但對於當今應用的總的光感要求而言，基於IC的單片光電二極管是最好的選擇之一。光電二極管是用於探測光並生成電流的半導體，它基於單晶硅片構造而成，與用於生產集成電路的晶體硅片類似。一個典型的傳感器應用框架圖包括一個光電二極管、一個電流放大器和一個無源低通濾波器，以檢測並處理光輸入引起的輸出電壓信號。能夠將所有這些器件集成並採用小型封裝對於終端用户而言是非常有益的，而且這恰恰就是當前的市場需求。

為應用選擇適當光傳感器時的另一個重要方面，是要理解對於應用而言，哪項重要規格是最為關鍵的，最需要關注哪一項。一般來説，在選擇一個光傳感器時，需要着重考慮的因素如下：

（1）光譜響應/IR抑制：環境光傳感器應該僅對400nm至700nm的範圍有感應。

（2）Lux的最大範圍：直射陽光可以多達130,000Lux，但是大多數應用要求最大範圍為僅為10,000Lux。

（3）低Lux光敏度：根據光傳感器位於頂端的鏡片的類別，光衰減可以為25-50%。如果低光敏度非常關鍵(<5Lux)，必須注意選擇可以在這個範圍內工作的光傳感器。

集成的信號調節(即放大器和ADC)：一些傳感器可能提供非常小的封裝，但是卻需要一個外部放大器或無源元件來獲取所需的輸出信號。具有更高集成性的光傳感器省去了對於外部元件(ADC、放大器、電阻器、電容器等)的需求。

（4）功耗：對於要承受高Lux級(>10,000Lux)的光傳感器來説，最好採用一個非線性光到模擬輸出光傳感器，或一個光到數字輸出的光傳感器。接下來還將對此進行詳細説明。

（5）封裝大小：對於大多數應用來説，封裝都是越小越好。一旦確定了上述重要規格，需要考慮的下一個問題就是哪類輸出信號最有助於目標應用。對於大多數光傳感器，最常見的輸出為線性輸出電流。雖然這適用於一些應用，但有更多的可選項，其中包括線性電壓輸出、數字輸出(通過I2C接口)或者非線性電流或電壓輸出。

（6）線性模擬輸出—電流或電壓輸出：更常見的感應器輸出，快速響應時間(數字輸出受限於積分時間)，在控制器中集成ADC轉換器，電壓輸出省去了對於外加電阻(將電流轉換為電壓)的需要並提供一個低阻抗輸出。電流輸出需要在輸出添加無源元件來將電流轉換為電壓、設置傳感器的增益範圍並根據需要增加低通或高通濾波器。

（7）非線性模擬輸出——電流或電壓輸出：允許極弱光敏感度和最大動態範圍(高達100 ,000Lux)，感測光與人類察覺光的方式更加類似(非線性與線性)，電壓或電流非線性輸出的選擇，電壓輸出為低阻抗而電流輸出為高阻抗。

（8）數字輸出：輸出可以直接與控制器相連接(無需ADC)，數字輸出本身比模擬輸出更具有噪聲免疫性，允許傳感器具有更多的數字功能(即更加智能的光傳感器)，更易於在通用IC總線上的網絡工作，更易於允許將多個光傳感器置於同一個IC總線上(地址選擇引腳)，恆定功耗(模擬輸出電路損耗與入射光密度成正比)。並且對不同光源的光線響應比較相近，不會因不同光線而造成響應出現差異化，（黑色為熒光燈響應曲線，紅色為白熾燈響應曲線），可以看出環境光傳感相對其它的光敏器件具有很好的光譜響應 ^[3]  。