近似人眼感知的传感器——环境光传感器

电子发烧友网报道（文/李诚）环境光传感器是一种通过感知周围光照强度，实时输出电信号的一种传感器。环境光传感器在消费类电子、汽车电子和工业控制等领域均有使用，如智能手机、平板电脑的顶部，都会配置环境光传感器，通过环境光传感器感应光照强度，实现屏幕亮度实时控制，起到降低设备功耗、延长设备使用寿命、保护眼睛的作用。

图源：TI官网
 

环境光传感器发展趋势
 
随着环境光传感器在消费类电子领域的使用逐渐增多，消费类电子又朝着小型化、便携式发展，因此环境光传感器也要朝着高度集成化（微型化）、低功耗、智能化等方向发展。
 
高度集成化（微型化）可减少外围电路的布局，降低元器件的用量，在一定程度上可实现传感器的多功能性，降低了BOM成本，缩小了传感器体积。
 
低功耗，对于消费类电子来说，使用低功耗电子元件是一直以来的追求，能够有效延长设备的续航时间，还做到了节能环保。
 
智能化，目前很多芯片、传感器都在内部集成了AI算法、DSP处理器等，进一步提高数据处理能力，有助于性能的提升。
 
环境光传感器的应用非常广，目前还不断向智能家电、物联网等领域不断渗透市场需求也呈快速增长的趋势。随着应用领域的不断拓展，环境光传感器的发展前景十分明朗。
 
目前，AMS、TI、Vishay、ROHM等国外半导体领域的头部企业，均有对环境光传感器的开发并得到终端厂商的应用。
 
AMS TMD2712环境光传感器和接近传感器集成模块
 
AMS在光学领域造诣深厚，具有先进的光学解决方案，不管是技术还是生产能力，AMS在传感器领域的优势十分明显。如今，AMS的传感器业务在消费类电子领域占据着领先地位，致力于研发集成度更高、尺寸更小的传感器来抢占市场份额，巩固领先地位。

 
TMD2712框架图 图源：AMS官网

 
TMD2712模块是一款三合一高度集成的传感器，内部集成了环境光传感器、接近光传感器和红外VCSEL发射器，并且在多合一的高度集成下体积仅为1mm*2mm*0.5mm，可应用于对传感器体积要求较为严格的电子产品中，这款传感器的面世，刷新了外形尺寸的新纪录。
 
TMD2712的接近检测，是通过红外VCSEL发射器发射红外线，再由光电二极管对反射回来的光检测实现的。TMD2712为环境光传感器提供了两个环境光感应通道，通过这两个通道可以精确地测量出周围环境光，并计算出光照辐射强度输出电信号。
 
TMD2712传感器供电电压为1.8V，待机功耗为0.7µA，接近探测距离为15cm，可承受－30℃至85℃工作耐温区间，采用了6 Pin的OLGA封装。
 
TI OPT3004 高灵敏度环境光传感器
 
据TI官方显示，TI的环境光传感器可以做到优化成本、模拟人眼响应、体积轻薄等特点，应用范围涵盖了消费类电子、家用电器、汽车电子等领域。
 

 

OPT3004框架图 图源：TI官网

 
OPT3004是一款用于测量可见光的环境光传感器，能够对红外光进行阻隔，阻隔率为99%，同时具有灵敏的光谱响应。该传感器的光谱响应曲线能与人眼响应曲线相似，并且对可见光的测量精度不受光照强度影响。
 

 

光谱响应：OPT3004和人眼 图源：TI官网

 
OPT3004具有自适应调节量程范围功能，量程范围覆盖0.01~83k lux，能够在23位有效动态范围内完成光照强度测量工作。OPT3004环境光传感器的测量工作方式分为两种，一种是连续工作，另外一种是间断工作。为降低系统功耗，在传感器进行报告时，处理器可以处于休眠状态。OPT3004可接入1.6V至3.6V的宽压电网，工作温度范围在－40℃至 +85℃之间，采用了2mm*2mm *0.65mm的USON小尺寸封装。这款环境光传感器可应用于显示背光控制、照明控制系统等。
 
Vishay 高灵敏度的环境光传感器
 
 
Vishay在环境光传感器方面，为了提高传感器对光的感应灵敏度，通常Vishay会将独有的Filtron技术用于光传感器的研发中，尽可能的让传感器的光谱响应达与人眼相匹配，提高产品性能。
 

 
VEML6031X00框架图 图源：Vishay

 
VEML6031X00是Vishay的一款高精度、高灵敏度的环境光传感器，该传感器可应用于消费类电子与汽车电子中，并且通过了汽车AECQ100标准认证，VEML6031X00的光谱灵敏度与人眼水平接近，测量覆盖范围最大达0.01~228k lux，与TI的OPT3004相比提升了不少。该传感器采用I2C作为通信总线接口，通过配置I2C接口，可实现传感器连续工作或间断工作。
 
VEML6031X00的精度为0.0034lx，与能见度较低的透镜配合使用可以提高对光源检测的精度，同时，该传感器内置的红外通道可以进行光照强度检测和灵敏度调节，并完成误差补偿。VEML6031X00的电压输入范围在2.5V~3.6V之间，可适应－40℃至110摄氏度的宽温工作环境，满足汽车使用的要求。该传感器在待机状态下功耗为0.5μA，采用了2.67 mmx*2.45mm *0.6mm的小封装，可应用于汽车的自适应大灯，照明灯光亮度调节、显示器亮度调节等应用中。
 
总结
 
随着各类电子产品的功能增多，电子设备内部的空间逐渐拥挤，环境光传感器朝着小型化、高度集成化、低功耗、高灵敏度发展已是必然趋势。如今，传感器的光谱响应曲线已近似人眼，这也意味着传感器检测到的亮度与人眼相似，在实际应用中，能够调节出适应人眼的亮度，在一定程度上提升了用户的体验。