手機的環境光傳感器：光線傳感器原理手機感光系統背后的秘密【圖文】

　　現在的智能手機大多帶有光線傳感功能，不知道大家在平常使用手機的過程中有沒有留意過——在明亮的地方手機屏幕會自動將亮度調高，而在光線較弱的地方又能自動調亮屏幕。智能手機的感光功能給我們使用手機帶來了很多方便，不僅能夠節省了手機的耗電量，還能夠方便我們在各種光線條件下使用手機，并且還起到了保護眼睛的作用。
　　手機的感光功能是通過光線 傳感器 這一原件實現的，仔細觀察手機前置攝像頭的旁邊，你會發現有一個小白點——那就是手機中的光線傳感器了。找到了光線傳感器的位置，我們也可以據此來檢測手機感光系統功能的好壞了：將手機的光線傳感器置于強光源下，觀察手機屏幕背景光是否變亮;用手指遮住光線傳感器，再觀察屏幕是否變暗。如果能夠相應改變，說明光線傳感器能夠正常工作了。
　　那么這個小小的光線傳感器是如何實現感光功能的呢?光線傳感器其實是根據光電效應的原理起作用的。所謂光電效應，就是指某些特殊的物質在吸收了光線后能夠將光能轉換為電能的現象，光電效應可以分為外光電效應和內光電效應兩種。外光電效應指的是在光線照射下，電子能夠從物質的內部向外發射而產生電力作用，光電管、光電倍增管都是基于外光電效應制成的原件。相應地，內光電效應則是發生在物質的內部，當光線照射到物質上時，使其內部的 電阻 率發生改變，從而產生了電動勢。光敏電阻、光電池等光電原件就是基于內光電效應制成的。
　　我們手機中的光線傳感器實際上應該屬于環境光傳感器，主要由投光器和受光器兩個部件構成。前置攝像頭旁邊的白點起到一個透鏡的作用，能夠將環境中的光線聚焦，并經由投光器傳送到受光器之上。受光器根據光電效應，能夠把各種光信號轉換為相應的電信號，再進一步處理成各種 開關 及控制動作，以實現手機的感光調節。
　　在環境光線傳感器的芯片上，往往還會貼上一個紅外截止膜，以排除紅外光線的干擾，使得我們的手機、 筆記本電腦 等電子設備能夠準確地感知環境中的可見光線強度。在 顯示器 耗電量過高的情況下，光線傳感器也能夠自動調低屏幕亮度以延長電池的工作時間。

手機的環境光傳感器：手機上的環境光傳感器

手機上的環境光傳感器
作者：AirCity 2019.12.1
Aircity007@sina.com 本文所有權歸作者Aircity所有

1 簡介
手機背光亮度的自動調節，離不開手機正前方的環境光傳感器。它能感知環境光強度，通知CPU調整顯示屏背光亮度。環境光傳感器通常在手機上的三合一傳感器中，三合一表示距離檢測，光檢測和紅外LED。距離傳感器感知范圍在400nm~1000nm，距離傳感器在850nm左右。

環境光，前攝，喇叭，是手機正面不可缺少的部件，因此想做全面屏，必須優先解決這幾個器件的擺放問題。本文介紹環境光傳感器的一些設計技巧。

2 常見品牌
Avago，TXC，ROHM，Liteon等。三合一的傳感器通常做的非常小，如下圖：

3 設計技巧
環境光需要在屏的玻璃油墨上開孔，并且與玻璃有一定距離。通常Airgap=0.75，開孔2mm。某手機項目采用分離光感器件+墊高板；一供采用ROHM+TXC組合，目前RGB的airgap設計為0.75mm，為了能使收光角度盡可能的大，如果按照開孔直徑2.3mm（最大開孔，需結構評估是否在其他方面有隱患）計算，設計上能達到邊緣45度，中心53度；但實際機器考慮物料尺寸公差/組裝公差以及TP油墨、散色等因素；達到測試部的要求會存在一定的風險；

目前業界基本都是按照90度的FOV角進行設計的。影響半角的因素包括油墨的光學特性、結構以及光源的空間分布等。油墨的漫反射會擾亂光的傳播路徑從而影響角度；光源的光束在空間上的分布通常是不均勻的（中間密集兩邊稀疏），不同光源、不同場景的光束空間分布也不一樣。
白色TP會存在一定的漏光，并且油墨的散射程度大，因此它的半值角度可能大于FOV。而黑色TP由于散射程度小，半值角度可能小于FOV。供應商在多家客戶調試發現，按照90度的FOV角進行設計的，相同的結構，白色手機的半值角有可能能達到55度；而黑色TP只有40度。
目前業界的測試標準一般都在40~45度左右。

另外，結構設計時的一個原則是應盡可能減小airgap。由于TP油墨的影響，減小airgap對增大半值角的實際效果要優于擴大開孔直徑的對增大半值角的效果。
業界，有使用兩個獨立的墊高板，將airgap做小到0.2mm，目前我們的設計使用同一個墊高板，airgap做小的可能性不大；
FOV（可視角度）測試標準：
白色/金色≥55°
黑色≥50°

手機的環境光傳感器：智能手機環境光近傳感器設計技巧分享

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APDS-9160-003 小孔徑數字環境光和接近傳感器

APDS-9160-003 是數字I2C兼容接口環境光傳感器（ALS） 以及帶紅外LED的接近傳感器單個8引腳封裝。 ALS在弱光條件下或在暗面板后面提供對光強度的明視響應。它近似于提供直接讀數的人眼的響應，其中輸出計數與環境光水平成比例。低光功能可以在黑暗的玻璃后面進行操作。接近檢測功能可在明亮的陽光下進入暗室。在模塊內增加微光學鏡頭可以提供高效的紅外能量傳輸和接收，從而降低整體功耗。此外，該設備可以進入低功耗待機模式，提供非常低的平均功耗。    功能 光學模塊中的ALS，IR LED和接近檢測器  環境光感應（ALS）  –光輸出與光強成正比–使用光學涂層技術模擬人眼光譜響應–在不同的光源條件下工作良好–低光敏感度 - 在黑暗的玻璃后面運行–高達20位分辨率  接近檢測  – 集成紅外LED和同步LED驅動器– 100K陽光抑制–最高11位分辨率  電源管理  –低有效電流 –低待機狀態   I2C接口兼容  –高達400 kHz（I2C快速模式）–專用中斷引腳  寬電源電壓1.7 V至3.6 V  小型封裝L2.55  x W2.05  x H1.00  mm   應用程序  手...

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APDS-9306 具有I2C輸出的數字環境光傳感器

APDS-9306是一款低壓數字環境光傳感器，可通過I  2  C接口將光強度轉換為數字信號輸出。 APDS-9306采用超薄外形，高度僅為0.34 mm。它由光電二極管，ADC，振蕩器和上電復位組成，以確保一致的啟動。 APDS-9306近似于人眼的響應，并提供直接讀出輸出計數與環境光水平成正比的位置。    功能  微型封裝尺寸：L2.00 x W2.00 x H0.34 mm  利用涂層技術模擬人眼光譜響應 低勒克斯條件下的高靈敏度 - 非常適合在深色玻璃后面操作 低勒克斯性能，0.01 lux  高達20位分辨率 寬電源范圍：1.7V至3.6V   I  2  C接口與專用中斷引腳兼容 低功耗：  85μ典型的主動模式  應用  檢測環境光以控制可穿戴設備，移動設備，計算機和消費類設備中的顯示屏背光 自動住宅和商業照明管理 電子標志和信號...

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APDS-9306-065 具有I2C輸出的數字環境光傳感器

APDS-9306-065是一款低壓數字環境光傳感器，可通過I  2  C接口將光強度轉換為數字信號輸出。  它由光電二極管，ADC，振蕩器和上電復位組成，以確保一致的啟動。 APDS-9306-065近似于人眼的響應，并提供直接讀出，其中輸出計數與環境光水平成比例。    功能  微型封裝尺寸：L2.00 x W2.00 x H0.65 mm  利用涂層技術模擬人眼光譜響應 低勒克斯的高靈敏度條件 - 非常適合在深色玻璃后操作 低勒克斯性能，0.01 lux  高達20位分辨率 寬電源范圍：1.7V至3.6V   I  2  C接口與專用中斷引腳兼容 低功耗：  85μ典型的主動模式  應用程序  檢測環境光以控制可穿戴設備，移動設備，計算機和消費類設備中的顯示屏背光 自動住宅和商業照明管理 li> 電子標志和信號...

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APDS-9960 數字RGB，環境光，接近和手勢傳感器

Broadcom APDS-9960是一款數字RGB，環境光，接近度和手勢傳感器設備，采用單個8引腳封裝。該器件具有I  2  C兼容接口，可通過IR LED提供紅色，綠色，藍色，透明（RGBC），接近和手勢感應。 RGB和環境光感應功能可在各種照明條件下以及包括黑色玻璃在內的各種衰減材料中檢測光強度。此外，集成的紫外 - 紅外阻擋濾光片可實現精確的環境光和相關的色溫感應。 接近和手勢功能在出廠時已經過修整，校準到100mm接近檢測距離，無需客戶校準。手勢檢測利用四個定向光電二極管，與可見光阻擋濾波器集成，以準確地感應簡單的向上 - 向下 - 向右 - 手勢或更復雜的手勢。在模塊內增加微光學透鏡可提供高效的紅外能量傳輸和接收。內部狀態機允許設備在RGBC，接近度和手勢測量之間進入低功耗狀態，從而提供非常低的功耗。 功能  RGBC光傳感器，接近和光學模塊中帶紅外LED的探測器  微型包裝尺寸：L3.94 x W2.36 x H1.35 mm   I  2  C接口與專用中斷引腳兼容 高靈敏度 在黑色玻璃后面啟用操作  RGBC光感應與集成UV-IR塊濾波器 幾何排列的RGBC光電二極管提供均勻的角度響應 校準至100mm檢測距離，消除客戶最終產品校準 對不同方...

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APDS-9930 數字環境光和接近傳感器

APDS-9930    是數字I2C兼容接口環境光傳感器（ALS）和帶有紅外LED的接近傳感器采用單個8引腳封裝。  環境光傳感器利用雙光電二極管來近似人眼響應，具有0.01勒克斯的低勒克斯性能。  這種高靈敏度允許設備在黑色玻璃后面操作。接近傳感器經過完全校準，可檢測到100 mm的物體，因此無需對終端設備或子組件進行工廠校準。接近檢測功能可在明亮的陽光下進入暗室。在模塊內增加了微光學鏡頭，可以高效地傳輸和接收紅外能量，從而降低整體功耗。  此外，內部狀態機能夠在ALS和接近測量之間將器件置于低功耗模式，從而提供非常低的平均功耗。    功能 光學模塊中的ALS，IR LED和接近檢測器  環境光感應（ALS）  &ndash ;近似人眼響應–具有上閾值和下閾值的可編程中斷功能–最高16位分辨率–高靈敏度在變暗的玻璃后面運行– LowLux性能為0.01 lux   接近檢測  –完全校準至100 mm檢測 –集成紅外LED和同步LED驅動器–消除“工廠校準””接近傳感器  可編程等待計時器  –等待國家權力– 90μ A Typical  –可編程范圍為2.7 ms至> 8秒   I2C接口兼...

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APDS-9009 微型表面貼裝環境光傳感器

APDS-9009是一款低成本模擬輸出環境光傳感器，采用8引腳ODFN無鉛表面貼裝封裝。它具有超薄外形高度僅為0.34 mm的因子。它由光電傳感器組成，其光譜響應接近CIE標準明視觀察者。 特點  微型封裝尺寸：  L2.00  x  W2.00  x H0.34  mm  光譜響應度接近人眼    各種光源的低靈敏度變化    在寬光照范圍內輸出線性度 工作溫度：-40°C至85°C   Vcc電源：1.8至5.5V   應用  檢測環境光以控制可穿戴設備，移動設備，計算機和消費類設備中的顯示屏背光 自動住宅和商業照明管理 電子標志和信號...

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APDS-9005 微型表面貼裝環境光傳感器

APDS-9005是一款低成本模擬輸出環境光傳感器，采用微型芯片LED無鉛表面貼裝封裝。它由一個光電傳感器組成，其光譜響應接近CIE標準的明視觀察者。 它非常適用于使用環境光測量來控制顯示器背光的應用。特性  接近人眼的光譜響應度 微型ChipLED無鉛芯片表面貼裝封裝 0.55 X 1.60 X 1.50（HXWXD mm） 各種光源的低靈敏度變化 建議的溫度性能-40°C至85°C   Vcc電源1.8至5.5V  無鉛封裝，符合RoHS標準 寬照度范圍內的輸出線性度  應用程序  檢測環境光以控制顯示器背光 - 移動設備：移動電話，PDA等。 - 計算設備：筆記本電腦，Webpad等消費者設備：電視，攝像機，數碼相機等。  自動住宅和商業照明管理 電子標志和信號...

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APDS-9008 微型表面貼裝環境光傳感器

APDS-9008成本低廉 真正的1.8V模擬輸出環境光電傳感器，采用微型芯片LED無鉛表面貼裝封裝。它由一個光電傳感器組成，其光譜響應接近CIE標準的明視觀察者。  APDS-9008是便攜式電子設備應用的理想選擇，其中環境光的測量用于控制背光。從顯示器背光中獲取大電流的移動電話和PDA等移動設備將通過顯著降低功耗來將這些光傳感器產品納入其設計中。特性  光譜響應度接近 微型ChipLED無鉛表面貼裝封裝  高度– 0.55毫米寬度– 1.60毫米深度– 1.50 mm   各種光源的低靈敏度變化 工作溫度：-40°C至85°C   1.6V的低Vcc電源至5.5V， 無鉛封裝，符合RoHS標準 寬光照范圍內的輸出線性度  應用  檢測環境光以控制顯示屏背光： 移動設備–移動電話，掌上電腦 計算設備–筆記本，網頁 消費者設備–電視，攝像機，數碼相機   自動住宅及商業照明管理 電子標志及信號...

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APDS-9309 具有I2C輸出的數字環境光傳感器

APDS-9309是一款環境光傳感器設備，具有數字I2C兼容接口，采用微型2mm x 2mm x 0.65mm封裝。環境光感測特征利用雙光電二極管來使用經驗公式來近似人眼對光強度的響應。這使得該設備可以在各種照明條件下以及通過各種包括黑色玻璃在內的各種照明材料進行操作。該設備特別適用于顯示管理，具有延長電池壽命和在各種照明條件下提供最佳觀看的功能。    功能  微型封裝尺寸：L2.00 x W2.00 x H0.65 mm   16位數字輸出  I2C接口與專用中斷引腳兼容 用于近似人眼響應的雙二極管架構 在各種照明條件和各種衰減材料下的精確光強度測量 可編程中斷功能，模擬增益和積分時間 低功耗：3.2μ典型的省電模式  應用  顯示背光控制 自動住宅和商業照明管理 汽車儀表集群 電子標志和信號...

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APDS-9007 具有對數電流輸出的環境光傳感器

APDS-9007是模擬電流輸出環境光傳感器，采用微型芯片LED無鉛表面貼裝封裝。  該器件在3 lux至70K lux的寬動態范圍內提供對數響應，并且在各種光源下具有低靈敏度變化。它非常適合在高環境亮度下工作的應用。 功能  出色的響應度 - 對人眼的敏感度   微型ChipLED無鉛表面貼裝封裝 高度        –  0.8 mm  長度       –  2.4 mm  寬度         –  2.0  mm    各種光源的低靈敏度變化 工作溫度：-40°C至85°C    Vcc電源2至3.6V  符合RoHS標準的無鉛封裝 光電流響應3 lux至70K lux的寬動態范圍  應用程序  檢測環境光以控制顯示屏背光 移動設備–移動電話，掌上電腦 計算設備–筆記本，網頁 消費者設備–電視，攝像機，數碼相機   自動住宅及商業照明管理 電子標志及信號 日光采集 - 太陽能電池板...

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APDS-9200 具有I2C輸出的數字UV和環境光傳感器

Broadcom APDS-9200設備提供紫外線（UV-A和UV-B）感應和環境光感應，采用特殊設計的矩陣排列進行優化。 這允許設備對紫外和環境光感測具有最佳角度響應。紫外線感應功能可檢測紫外線并轉換為數字數據，顯示為紫外線指數。 環境光感應功能可在各種照明條件下檢測光強度。該器件支持I  2  C接口，并具有可編程中斷功能，可使用上限閾值事件和下限閾值事件釋放微控制器資源。 功能  微型封裝尺寸：L2.00 x W2.00 x H0.65 mm  紫外線（UV-A和UV-B）以及帶集成紅外阻隔濾光片的環境光感應  I  2  C兼容接口和專用中斷引腳 光電二極管的特殊矩陣排列具有最佳角度響應 低功耗：1 μ典型的待機模式     應用程序  紫外線和環境光感應 移動設備 可穿戴設備...

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APDS-9006 微型表面貼裝環境光傳感器

APDS-9006是一款低成本模擬輸出環境光傳感器，采用微型芯片LED無鉛反向表面貼裝封裝。它由光電傳感器組成，其光譜響應接近CIE標準的明視觀察者。因此，它提供了接近人眼反應的優異響應度。 特征  接近人眼的光譜響應度  ChipLED反向表面貼裝封裝高度– 1.10mm 寬度– 3.20mm 深度– 1.60mm  寬照度范圍內良好的輸出線性范圍 各種光源的靈敏度變化很小 工作溫度 -40°C至85°C   Vcc電源2.4至5.5V  無鉛封裝，符合RoHS標準。   應用程序  檢測環境光以控制顯示屏背光 a。移動設備：移動電話，PDA  b。計算設備：筆記本，網頁 c。消費類設備：電視，攝像機，數碼相機 自動住宅和商業照明管理 電子標志和信號...

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APDS-9250 具有I2C輸出的數字RGB，IR和環境光傳感器

Broadcom APDS-9250是一款低壓數字RGB，紅外和環境光傳感器設備，可將光強度轉換為數字輸出信號。該器件支持I2C總線接口，并具有可編程中斷控制器，可占用最少的微控制器（MCU）資源。色彩感應功能在LED RGB背光控制，固態照明，反射LED顏色等應用中非常有用采樣器和熒光燈色溫檢測。利用紅外傳感功能，該設備可用于在特定光照條件下讀取紅外光，并檢測光源類型。 功能  微型封裝尺寸：L2.00 x W2.00 x H0.65 mm  高達20位分辨率 具有專用中斷引腳的I2C兼容接口 紅色（R），綠色（G），藍色（B）和紅外線（IR）的個別通道 綠色通道的近似人眼響應 精確不同照明條件下的光強度測量和各種衰減材料，包括深色玻璃  ALS和帶有集成紅外阻隔濾光片的RGB感應 設計的光電二極管矩陣排列具有最佳角度響應 低功耗：1μ典型待機模式     應用   OLED顯示屏控制  RGB LED背光控制 環境光色溫感應。...

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OPT3004 具有增強型角紅外阻隔功能的數字環境光傳感器 (ALS)

OPT3004是一種測量可見光強度的傳感器。傳感器的光譜響應與人眼的明視響應緊密匹配，并包括在廣角入射時的顯著紅外抑制。  OPT3004是一種單芯片勒克斯測量儀，可測量由人眼可見的光強度。人類的眼睛。 OPT3004具有精確的光譜響應和強大的IR抑制能力，無論光源如何，都能準確計量人眼所見的光強度。當工業設計要求將傳感器安裝在深色玻璃下以獲得美觀時，強烈的IR抑制也有助于保持高精度。 OPT3004專為為人類創造基于光的體驗的系統而設計，是光電二極管，光敏電阻或其他環境光傳感器的理想首選替代品，具有較少的人眼匹配和紅外抑制。 可以從0.01進行測量lux高達83k lux，無需使用內置的全刻度功能手動選擇滿量程范圍。此功能允許在23位有效動態范圍內進行光測量。 數字操作可靈活地進行系統集成。測量可以是連續的，也可以是單次測量。控制和中斷系統具有自主操作功能，允許處理器在傳感器搜索適當的喚醒事件時通過中斷引腳進行報告。數字輸出通過I  2  C-和BDus兼容的雙線串行接口報告。  OPT3004的低功耗和低電源電壓能力增強了電池供電系統的電池壽命。 特性    精確光學過濾以匹配人眼： 拒絕＆gt; 99％（典型值）的IR超過±85°入...

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OPT3007 超薄環境光傳感器 (ALS)

OPT3007是一款用于測量人眼可見光強度的單芯片照度計.OPT3007采用超小型PicoStar封裝，因此該器件適用于狹小空間。 OPT3007具有固定的尋址方案，使該器件僅在連接四個引腳的情況下即可工作。因此，PCB設計人員能夠針對主動傳感器區域設計更大的開口。 傳感器的精密光譜響應與人眼的明視響應高度匹配.OPT3007具有強烈的紅外（IR）阻隔作用，在所有光源條件下均可測量人眼的可見光強度。對于需要將傳感器安裝在深色玻璃下的設計而言，這種紅外阻隔功能還有助于保持高精度.OPT3007通常與背光IC或照明控制系統配合使用，能夠為用戶構建基于光的各項體驗，可作為光電二極管，光敏電阻或低性能環境光傳感器的理想替代產品。 憑借內置的滿量程設置功能，無需手動選擇滿量程范圍即可在0.01 lux至83k lux范圍內進行測量。此功能允許在23位有效動態范圍內進行光測量。 數字操作可靈活用于系統集成。測量既可連續進行也可單次觸發。數字輸出通過兼容I  2  C和SMBus的雙線制串行接口進行報告。    特性     采用精密光學濾波，以與人眼匹配： 可阻隔99％（典型值）以上的紅外線（ IR）   自動滿量程設置功能 測量范圍：0.01 Lux至83,000 L...

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OPT3001-Q1 具有高精度人眼響應的汽車數字環境光傳感器 (ALS)

OPT3001-Q1器件是一款用于測量可見光強度的光學傳感器。傳感器的光譜響應與人眼的明視響應高度匹配，并且具有很高的紅外線阻隔率。  OPT3001-Q1器件是一款可測量人眼可見光的強度的單芯片照度計.OPT3001-Q1器件具有精密的光譜響應和較強的紅外阻隔功能，因此能夠準確測量人眼可見光的強度，且不受光源影響。對于為追求美觀效果而需要將傳感器安裝在深色玻璃下的工業設計而言，較強的紅外阻隔功能還有助于保持高精度.OPT3001-Q1器件專為打造基于光線的人眼般體驗的系統而設計，是人眼匹配度和紅外阻隔率較低的光電二極管，光敏電阻或其他環境光傳感器的首選理想替代產品。 憑借內置滿量程設置功能，無需手動選擇滿量程范圍即可在0.01 Lux至83,000 Lux范圍內進行測量。此功能允許在23位有效動態范圍內進光測量。 數字操作可靈活用于系統集成。測量既可連續進行也可單次觸發。控制和中斷系統具有自主操作功能，允許處理器在傳感器搜索相應喚醒事件并通過中斷引腳進行報告時處于休眠狀態。數字輸出通過兼容I  2  C和SMBus的雙線制串行接口進行報告。  OPT3001-Q1器件具有低功能耗和低電源電壓性能，可以提高電池供電系統的電池壽命。   ...

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OPT3006 超薄環境光傳感器 (ALS)

OPT3006是一款單芯片照度計，用于測量人眼的可見光強度.OPT3006采用超小型PicoStar封裝，因此該器件可在狹小空間內進行安裝。 傳感器的高精度光譜響應與人眼的白晝視覺響應緊密匹配.OPT3006具有強烈的紅外（IR）排斥反應，在所有光源條件下均可精確測量人眼的可見光強度。當設計需要將傳感器安裝到深色玻璃下時，這種強烈的紅外（IR）排斥反應還可有助于維持高精度.OPT3006通常與背光IC或照明控制系統配合使用，能夠為用戶構建基于光的各項體驗，可作為光電二極管，光敏電阻或低配環境光傳感器的理想替代產品。 憑借內置的滿量程設置功能，無需手動選擇滿量程范圍即可在0.01 lux至83k lux范圍內進行測量。此功能允許在23位有效動態范圍內進行光測量。 數字操作可靈活用于系統集成。測量既可連進行也可單次觸發。控制和中斷系統具有自主操作功能，允許處理器在傳感器搜索相應喚醒事件并通過中斷引腳進行報告時處于休眠狀態。數字輸出通過I  2  C以及兼容SMBus的雙線制串口進行報告。  OPT3006兼用低功耗和低電源電壓特性，可延長電池供電系統的電池壽命。    特性     采用精密光學過濾以匹配人眼： 可阻隔99％（典型值）以上的紅外線（I...

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IVC102 精密交換式集成器互阻抗放大器

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手機的環境光傳感器：智能手機環境光／近接傳感器設計難點解析

　　智能手機中，LCD面板背光的耗電約占設備總耗電量的40%，因此，如果能讓背光亮度隨著環境光亮度而發生改變將帶來很多好處。在相對較暗的環境中，可透過降低顯示器亮度節省電力，同時還能緩解用戶的視覺疲勞，改善用戶的體驗。
本文引用地址：
　　事實上，環境光傳感器（Ambient light sensors，ALS）已被廣泛應用于智能手機中，用來提供環境光亮度的相關信息，以支持背光LED電源電路。然而，這個應用說起來簡單，但實際做起來會遇到許多挑戰，那是因為一方面得讓省電效果夠明顯，一方面又得讓使用者看得舒服。
　　ALS必須被置于顯示器屏幕的背面，這里可以說是寸土寸金，且同一組件必須能夠同時實現接近探測功能（靠近用戶臉部時可關閉顯示屏）和環境光量測功能。這些以及其他條件嚴重限制設計工程師，使其無法自由地進行優化設計。
　　本文介紹在智能手機中實現環境光感測遇到的主要挑戰，以及如何克服這些挑戰，以實現背光燈更高的反應靈敏度，并能精確地根據環境光來調整背光亮度。
　　明亮視覺反應
　　首個難題就是光電二極管（photodiode）對光的反應方式并不同于人眼。人類的眼睛對于紅外線（IR，波長大于780nm）及紫外線（UV，波長小于380nm）并不敏感，另一方面，標準的硅光電二極管一般會感測到波長介于300nm和1，100nm的光線。
　　這就意味著設計師的第一個挑戰就是如何移除傳感器輸出中的紅外線和紫外線成分。ALS的功能是獲取射入智能手機顯示屏上的光線亮度（測量單位是照度流明（lux）），如果該亮度測量結果包含紫外線和紅外線以及可見光，它呈現給顯示屏背光控制器的并非是人眼真實所見，也就是說傳感器對環境光的反應不同于人眼的“明亮視覺（photopic）”反應。總之，傳感器“感受”到環境光亮度會比人眼感受到的亮度更高。
　　這是因為自然光和人造光都會含有紅外成分。例如，陽光（圖1）及來自白熾燈的光線就是如此。去除紅外線的一個有效方法就是在傳感器上迭加光學紅外線濾波器。然而在智能手機中，同一個傳感器一般也會被用于接近探測（伴隨著紅外線LED），當手機靠近使用者臉部時，用來關閉顯示屏及觸控控制器。
　　
　　圖1 太陽光的光譜功率分布，其中的強功率紅外線成分對人眼而言是不可見的。
　　當然，智能手機設計師可以僅針對接近感測另增一個獨立的紅外線光電二極管（IR photodiode），但是這是一個冗雜的解決方案：如此一來，這樣的設計必須承擔ALS上的光學濾波器及獨立的紅外線光電二極管兩者的成本，紅外線光電二極管還會占據額外的空間，且必須在顯示器的表面開孔，讓紅外線通過。
　　艾邁斯半導體已針對這個問題提出一個更好的解決方案：雙二極管（dual-diode）模塊。其中一個光電二極管（如圖2中所示的Channel 0）用來感測全光譜，另一個（圖中的Channel 1）則主要用來感測光譜中的紅外線部分。從全光譜傳感器的輸出中減掉紅外線光電二極管的輸出，則可得到可見光的測量結果。
　　
　　圖2 艾邁斯半導體雙二極管模塊系列之TMD2772的光譜靈敏度，其他產品還包含TMD及TMD系列。
　　這個傳感器對于紫外線很不敏感，而且在任何情況下的常見光源所發射的紫外線輻射皆極少。在大部分情況中，為了實現環境光感測而除去紫外線只要采用能吸收紫外線的包裝材料就足夠。
　　在除去ALS輸出的紅外線元素后，智能手機設計師現在得解決第二個問題：如何限制ALS/接近傳感器模塊的視角，而且不影響其性能。這關乎ALS和接近傳感器之間的平衡。
　　就環境光感測而言，理想的視角是180度（這實際上是不可能的），因為這是環境光射至顯示屏的角度，然而對接近感測而言卻是相反的：它需要的是窄視角，如此才能限制紅外線LED和紅外線傳感器之間出現串擾的可能性。比較理想的是紅外線傳感器應該只感測使用者臉部反射的紅外光，而LED不應直接照射到傳感器上，也不應該檢測到來自觸控面板頂部及底部反射回來的光線。因此，必需針對ALS和紅外線傳感器之間的需求沖突進行取舍。
　　透過實驗，智能手機設計師發現90~110度的視角能提供高性能的接近探測，同時還能讓環境光感測系統表現良好；將角度縮窄至90度以下會明顯損害ALS的性能。此外，若系統以90度的視角工作，則觸控屏幕底部和感測模塊頂部之間的空氣間隙必須要非常小。
　　視角并非是影響ALS性能的唯一機械設計問題。為了讓光線通過屏幕達到傳感器模塊，設計師必須在顯示屏開一個孔隙，OEM業者希望這個孔隙愈小愈好，以避免破壞觸控屏幕的圓潤、平滑外型。他們也會在屏幕玻璃下表面添加油墨以掩蓋這個開孔，這會讓它變暗且讓它的顏色和手機外殼顏色融和在一起。油墨和開孔都會降低入射至傳感器模塊的光線強度。
　　此外，OEM業者必須在生產在線嚴格控制油墨的透射率變化。例如，如果使用透射率17%的油墨，僅僅±1%的油墨透射率變化就會造成ALS輸出產生5.9%的額外誤差。
　　第三個在智能手機中實現環境光感測會面臨的重大挑戰，在于需要處理非常高動態范圍的光輸出。智能手機制造商想要讓顯示屏背光的亮度能被適當設定，無論手機是處于幾乎完全黑暗（亮度低至0.1lux）還是陽光直接照射（亮度高至220klux）的環境中。
　　這需要傳感器在極寬的動態范圍具有高的靈敏度，同時還要能維持極低的本底噪聲（noise floor）。此外，設備的增益也應能被控制從而可以適應環境光亮度的變化。
　　微調的實施
　　本文已說明在智能手機中支配環境光感測的折中原則、雙光電管解決方案的好處，以及OEM業者需要關注的 ALS模塊特性，然而每一個設備的外觀、機械設計及油墨都有所不同，這就需要各個表征特性，才能開發出量身打造的亮度方程式。
　　這個方程式是用來精確地除去環境光的紅外成分，以及補償受限的視角。
　　為了實現這樣的表征特性，智能手機必需曝露于各種不同的光源中，這些光源會發出不同比例的紅外線及紫外線。然后在相同的照明條件下，透過高精度的lux表測量環境的照度，同時用ALS模塊測量環境的照度，然后以lux表的輸出為基準來校正ALS的輸出。lux表的測光面應該用遮光罩罩住，以模擬光傳感器受限的視角。
　　為表征傳感器模塊，例如像奧地利微電子的TMD或TMD，可使用以下的方程式：
　　CPL=（ATIME_ms×AGAINx）/20 Lux1=（C0DATA-a0×C1DATA）/CPL Lux2=（b0 × C0DATA-b1×C1DATA）/CPL Lux=MAX（Lux1， Lux2， 0）《、b》
　　在上述方程式中，CPL， a0， b0， b1是表征特性的參數。
　　CPL：每亮度計數（Counts per Lux）。 C0DATA：讀取自Channel 0的數據。 C1DATA：讀取自Channel 1的數據。 C0DATA-a0x C1DATA：加權計數紅外線比例高的光源。 b0xC0DATA-b1x C1DATA：加權計數紅外線比例低的光源。 MAX：Lux1， Lux2 及0中的最大值。
　　一般而言，在越多光源下收集越多的資料組，則表征特性將越精確。
　　定義適當的機械設計，在生產時嚴格控制油墨透射率，以及小心地進行表征，則環境光感測的系統誤差可以被限制在不超過±15%范圍內。在某些情況下，誤差可以小至±10%。對于調整背光亮度以降低功耗并改善使用者體驗這個目的來說，這已夠好了。
　　當然，OEM業者可能基于顯示器背光控制之外的功能，而需要更高精確度的ALS，這需使用靈敏度極高的環境光傳感器（例如不具有接近探測的單機型裝置） 。針對此類應用，奧地利微電子的TSL就是理想選擇。
　　總結
　　ALS已被廣泛應用于智能手機中，用來提供環境光亮度的相關信息，以支持背光LED電源電路。然而，這個應用說起來簡單，但實際做起來卻不易——那是因為一方面得讓省電效果夠明顯，一方面又得讓使用者看得舒服。
　　ALS必須被置于顯示器屏幕的背面， 這里可以說是寸土寸金—組件必須能夠實現接近探測（靠近使用者臉部時可關閉顯示屏）和主要環境光測量功能。這些及其他條件嚴重限制了設計工程師，使其無法自由地針對設計進行優化。