将接近传感器设计到手持式触摸屏应用中

本应用笔记讨论了在手持触摸屏应用中使用Maxim MAX44000接近传感器的优势。然后，它解决了几个应用程序注意事项。这些措施包括减少串扰、提高抗噪性以及减少系统中应用处理器的负载。附录中提供了阈值滞后的示例 C 代码。

为什么使用接近传感器？

触摸屏可以在各种手持电子设备中找到，其中最重要的是智能手机。虽然触摸屏极大地改善了设备的功能，但它们也带来了一些新的挑战。这包括知道如何以及何时解释与触摸屏的交互。例如，屏幕必须解释当手机贴着用户的脸时如何反应;无意中接触耳朵或脸颊可能会被错误地解释为所需的用户输入。

解决此问题并同时增加设备功能的最流行方法是将接近传感器集成到手机中。当接近读数足够大且用户在电话上时，此传感器可以关闭触摸屏。

与分立方案相比，包含带数字输出的红外接近传感器的器件（如MAX44000）使这项任务相对简单。

Maxim接近传感器的主要优势

Maxim的接近传感器具有多种优势。首先，红外发射器设置为吸电流配置，而不是电流源配置。因此，用户可以在合理的范围内选择LED上使用的电源电压，从而在LED性能和功耗之间进行优化（图1）。

图1.MAX44000为带LED的芯片。

因为MAX44000系列是2具有C功能，通过这种多功能总线将传感器集成到大多数嵌入式系统中非常容易。此外，这些设备还支持硬件中断线。这两个特性可确保传感器可以无缝地放置在大多数手持设备中，同时最大限度地减少为来自传感器的信息提供服务所需的处理器资源量。

此外，Maxim的接近传感器还内置了额外的功能。例如，MAX44000将环境光传感器和接近感应集成到单个6引脚IC中。诸如此类的解决方案消除了对多个传感器来完成所有光传感器任务的需求。

应用注意事项

MAX44000采用纤巧的2mm×2mm×0.6mm UDFN-Opto封装，允许用户在空间敏感型应用中节省空间。此外，传感器提供驱动LED的电路，但最终用户最终必须提供发射极二极管。该电路可在灌电流配置中通过发射极二极管从0mA驱动至110mA，从而节省了执行此任务所需的外部电路。

图2.MAX44000具有旁路发射极。

应注意此功能，尤其是在较高的驱动电流下。具体而言，由于电源线中的电流尖峰，这些短而大电流脉冲可能会在MAX44000周围产生一些噪声。有两种方法可以解决这个问题：要么使用发射极二极管的去耦电容，要么将MAX44000的电源与发射极二极管的电源完全隔离。去耦电容的优点是价格便宜，但缺点是必须非常靠近MAX44000和发射极二极管。最终用户应先尝试此解决方案，然后再转到替代方案，因为它通常运行良好。图 2 同时显示了这两种解决方案，尽管这可能被证明是矫枉过正。

还必须仔细考虑玻璃对接近传感器的影响。大多数（如果不是全部）智能手机的正面都有玻璃覆盖。在某些手机中，这种玻璃是黑色的。这种玻璃对光传感器有两个关键影响。首先，入射光到IC环境光传感器部分的强度衰减，这是应该考虑的。其次，可能会引入一些串扰，因为LED发出的光从玻璃部分反射回传感器（图3）。

图3.串扰图解——无挡板

图4.简单光学挡板的示例。

这可以通过多种方式缓解。一种选择是在发射器和接收器之间放置一个光学挡板（图 4），这将大大减少可以到达传感器的光功率量。另一种方法是使发射器和接收器尽可能靠近玻璃，并确保电路板不反射。

开/关阈值的注意事项

将接近传感器集成到系统中的一个常见挑战是正确选择在通话期间打开或关闭屏幕的接近阈值。必须设置“触发点”以确保它不会有很多误报，同时最大化它可以支持的用例数量。例如，头发为浅色的用户，如果以接近传感器面向头发的方式握住手机，则反射的信号将比深色头发的用户多得多。

MAX44000的接近传感器具有优异的灵敏度（2.7nW/cm2/LSB） 表示标准的 850nm 红外发射器。这意味着MAX44000不仅可以在黑色玻璃后面表现良好，还可以检测黑发用户。除此之外，MAX44000的接近传感器可抑制高达100，000 lux的直流阳光，改善其在户外条件下的性能。

最后要考虑的是迟滞对该传感器的应用。人们想要这样做的原因与在比较器电路中添加迟滞的原因相同。也就是说，如果输入信号徘徊在阈值附近，则任何噪声都可能导致输出信号发生不必要的随机切换。这同样适用于接近传感器。

考虑简单（且功耗低下）的情况，我们会定期在软件中轮询传感器。如果计数高于某个值并且屏幕已打开，则屏幕将关闭。否则，如果屏幕已经关闭，则会重新打开。乍一看，这似乎是可以接受的，但用户可能会以这样的方式握住设备，使计数将徘徊在此阈值附近，从而导致屏幕不受欢迎地打开和关闭。

解决此问题的一种方法是在软件中设置迟滞。例如，如果触摸屏从“开”到“关”的转换发生在 150 个计数或更高时（假设接近传感器在 8 位模式下运行），则只有在计数降至或低于 135 后，才应从“关闭”转换回“打开”。此外，确保这些各自的水平持续一段时间是有用的。这进一步降低了噪声通过充当一种粗糙的低通滤波器触发不良行为的机会。

MAX44000在其内部寄存器中支持这样的方案：

 

注册	B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0	注册 地址	上 电复位状态	R/W
阈值保持计时器					PRXPST[1：0]		阿尔斯普斯特[1：0]		0x0A	0x00	R/W
阈值保持计时器		以上	PRXTHR[13：8]						0x0B	0x00	R/W
PROX 阈值 - 低字节	PRXTHR[7：0]								0x0C	0x00	R/W

 

如果启用了中断（寄存器0x01，接近和ALS的位1：0），则这些寄存器可以设置芯片，使其可以运行，而无需不断轮询传感器。2C. 如前所述，使用寄存器0x0A中的位 2 和 3 设置中断前的延迟。此延迟可以是超过阈值的 1、4、8 或 16 个连续样本。寄存器0x0B和0x0C设置阈值，以及中断是由计数高于还是低于阈值触发的。

附录中提供了一些实现迟滞方案和此中断方法的示例代码。在 I 上进行读取或写入时2C总线，应该注意的是，在多个读/写的情况下，该特定部分不会自动递增寄存器地址。这应该在软件中手动完成，尽管这通常是一个微不足道的实现。在I中跨多个寄存器读取数据时要小心，这一点至关重要。2C 兼容设备，这样就不会发生错误。更多信息参见应用笔记5033。

审核编辑：郭婷