你是我的眼:环境光传感器

当夜幕降临,汽车仪表盘上有一双“眼睛”默默地感知周围的光线,从而自动调节背光亮度,以保证用户最佳的驾驶体验且降低功耗。这双神奇的 “眼睛”便是今天的主角---环境光传感器。

为什么要使用环境光传感器?

  • 改善用户视觉体验;
  • 优化图像显示之外;
  • 降低显示器的消耗,延长电池以及显示器的使用寿命。

哪里会用到环境光传感器?

如下图1所示,后视镜、仪表盘、车载娱乐主机显示屏、后枕屏、侧视镜、车大灯等都需要基于亮度做出相应的调整,这时候就需要用到环境光传感器。

图- 1

环境光传感器是如何工作的?

事实上,环境光传感器相当于模仿人眼去感知周围的光线强度,然后将信号告知CPU让其自动调节背光亮度。所以环境光传感器的光谱响应曲线必须与人眼感知光谱响应曲线高度匹配,这样才能准确测量人眼可见光的强度。为了美观,通常会将环境光传感器装在深色玻璃下,但是深色玻璃会减弱可见光,增强红外线。

如图2中的1-3所示,绿色曲线是人眼感知的光谱范围。可以看到,紫色曲线的环境光被衰减,蓝色曲线的白炽光(主要成分是红外线)未衰减,所以没有经过环境光传感器处理,很容易会造成光线过强的误判(因为在人眼感知光谱范围外的红外线没有衰减)。

如图2中的4-6所示,环境光传感器具有人眼感知光谱特性,可以有效衰减红外线造成的干扰,而且还具备自动调节增益的功能,从而可以正确反映人眼接收光线的强弱,并且具有优秀的线性度。

图- 2

传统的光电晶体管解决方案

光电晶体管的光谱特性如下图3所示,由于光电晶体管的光谱特性并不完全符合人眼的光谱特性,在红外线强的情况下,容易误判光线的强弱。比如,当检测到红外线很强的时候误以为环境光就很强,从而将亮度调暗。为了解决这个问题,在使用光电晶体管有时需要在玻璃上开一个小孔,这样给生产带来了麻烦以及增加了成本。

图- 3

新一代的环境光传感器解决方案

1) 与传统的光晶体管解决方案相比,TI推出的环境光传感器OPT3001-Q1的优势在于:

  • 在深色玻璃下性能表现优异

相比光电晶体管,OPT3001-Q1在深色玻璃下的表现性能优异,它是专为打造基于光线的人眼般体验的系统而设计, 是人眼匹配度和红外阻隔率较低的光电二极管、 光敏电阻或其他环境光传感器的首选理想替代产品。

图- 4

  • 集成度相当高

集成光学模数转换,使用简单的I2C输出,极大降低BOM成本。

  • 小巧的封装

封装仅为2mm*2mm,适合空间受限的场合。

  • 无需校正

传统的离散解决方案需要标定两个不同光线条件下的点,然后采用查表法去调节增益。而OPT3001内置增益自动调节功能,从而保证在整个范围内获得最佳线性度。

2) 与友商相比,OPT3001-Q1的优势也相当明显:

  • 世界上极少数拥有车规级(Grade 2)环境光传感器的公司之一;
  • 高性能光学滤波,高匹配人眼光谱:超过99%的红外抑制;

图- 5

  • 优异的性能指标: 0.01-83k Lux宽动态范围,23位有效分辨率;
  • 自适应增益调节:根据输入光强自动调整内部增益;
  • 超低功耗:1.6-3.6V供电,2.5uA(max)静态电流,1uA(max)关机电流;
  • 超小封装:2mm*2mm。

3) TI环境光传感器产品推荐:

汽车级主推OPT3001-Q1,特点列举如下表所示:

 

Optical Range/Filter

ADC

Current Consumption

Supply Range

I/O

Measurement Level

Temp Range

Package

OPT3001-Q1

Human Eye
(400nm-700nm)

23-Bit Effective Dynamic Range

1.8uA

1.6V to 3.6V

5.5V

0.01 to 83k

-40 to 85 °C (Grade3)

-40 to 105 °C (Grade2)

USON6
(2x2mm)

表- 1

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TI官网上的应用笔记:

TI官网上的参考设计:

用于 HMI 的汽车多通道 LED 驱动参考设计