优化MAX44007环境光传感器，改善黑色玻璃的设计性能

黑色玻璃会改变照在环境光传感器上的光线频谱，这是环境光传感器所面临的设计挑战。尤其是黑色玻璃增强了光谱中的红外分量，而人眼看不到这部分光谱。本应用笔记介绍了几种校准/补偿方法，从而对光传感器在不同光源条件下的流明读数进行修正。本文探讨了如何利用MAX44007光传感器的高级模式调节其对可见光、IR通道的响应。利用MAX44007的寄存器可以优化传感器在黑色玻璃下的性能。

引言

MAX44007环境光传感器提供高级工作模式，用于优化传感器在黑色玻璃下的性能。

目前，大多数智能手机、平板电脑、笔记本电脑和TV都有采用黑色玻璃作为LCD屏的框架，这种框架使得终端产品看起来精致、美观。传统设计中，在环境光传感器的位置提供一个清晰的圆形窗口或缝隙。而新型产品中，光传感器的窗口或缝隙被几乎不透明的黑色油墨覆盖，与其周边的颜色浑然一体。制造商的原因很简单：颜色越深，越不容易分散用户注意力，看起来会更加专业，外观更精致！

不幸的是，深色油墨覆盖环境光传感器后，会在两个方面造成设计复杂。首先，深色油墨将衰减环境光，从而降低传感器接收到的光量。第二，油墨还改变了光线的光谱。从油墨的光谱特性看，几乎全部通过红外入射光，而可见光却衰减到其原来光强的3%至5%。所以，环境光的红外含量被大幅放大。由于深色油墨的实际化学特性会随供应商的不同而有所不同，从而使光信号传输(红外光或环境光)特性进一步复杂化。

针对黑色玻璃进行校准和补偿

准确匹配人眼的CIE曲线非常困难。正因如此，大多数高性能环境光传感器(例如 MAX44009)具有校准/补偿机制，用于修正不同光源下的流明数。这种修正通过组合两种片上光敏二极管实现，组合后可有效提供准确的光强读数，以消除不同光源条件的影响。由于照射在黑玻璃下方传感器上的光谱发生明显变化，需要进一步调整校准参数。

需要特别注意光源对黑色玻璃下方传感器的影响，对其进行校准修正。如果光源中红外成分较高，例如太阳光和白炽灯，尤其需要进行校正。白光LED (WLED)和荧光灯照射下，所需调整较小。

MAX44007具有高级模式，可用于调节对可见光和IR信号的响应。

用于优化玻璃下方传感器性能的寄存器

以下为MAX44007的寄存器，器件数据资料也提供了该寄存器表。

 

REGISTER	BIT								REGISTER ADDRESS	POWER-ON RESET STATE	R/W
	7	6	5	4	3	2	1	0
STATUS
Interrupt Status								INTS	0x00	0x00	R
Interrupt Enable								INTE	0x01	0x00	R/W
CONFIGURATION
Configuration	CONT	MANUAL			CDR	TIM[2:0]			0x02	0x03	R/W
LUX READING
LUX high byte	E3	E2	E1	E0	M7	M6	M5	M4	0x03	0x00	R
LUX low byte					M3	M2	M1	M0	0x04	0x00	R
THRESHOLD SET
Upper Threshold—High Byte	UE3	UE2	UE1	UE0	UM7	UM6	UM5	UM4	0x05	0xFF	R/W
Lower Threshold—High Byte	LE3	LE2	LE1	LE0	LM7	LM6	LM5	LM4	0x06	0x00	R/W
Threshold Timer	T7	T6	T5	T4	T3	T2	T1	T0	0x07	0xFF	R/W
ADVANCED MODE REGISTERS
Adv1 Register									0x09	0x00	R/SW
Adv2 Register									0xA	0x00	R/SW
Visible Gain Register									0xB	0x00	R/SW
IR Gain Register									0xC	0x00	R/SW
Trim Enable Register	1							ADV	0xD	0x80	R/W

 

一次性预设置，上电设置

按照以下步骤进行一次性预设置，通常在上电时设置。

读取4个寄存器中每个寄存器的内容：0x09–0x0C。

存储变量：分别为Adv1、Adv2、VisibleGain和IRGain。

将这些变量1的补码保存为新的变量：分别为Adv1C、Adv2C、VisibleGainC和IRGainC。例如，IRGainC = !IRGain；

如果IRGain = 1010 0110，则IRGainC = 0101 1001。

向寄存器0x0D写入1000 0001，进入高级模式(将ADV置1)。

将Adv1C、Adv2C、VisibleGainC和IRGainC分别写入寄存器0x09–0x0C。

例如，向寄存器0x0C写入0101 1001，其原始值为1010 0110。

注：随后读取寄存器0x0C (上述写操作之后)，仍然读回0101 1001，因为IC在数据保存到这些高级寄存器之前进行了内部自动位翻转。

保留IRGainC值，供将来使用。

必要时，为门限定时寄存器0x07设置一个合适的延迟。

设置INTE = 1 (寄存器0x01)，使能中断。

进入正常工作模式

按以下步骤进入正常测量模式。

读取寄存器0x03和0x04，获得12位的流明读数。

将数值保存为ComboLux。

向寄存器0x0C写入0000 0000，进入临时测量模式。

等待至少1.6s (2x 800ms)。

如果需要，可联系Maxim缩短这一时间。

读取寄存器0x03和0x04，获得12位的流明读数。

将数值保存为ApproxLux。

向寄存器0x0C写入IRGainC，退出临时测量模式。

计算：ActualLux = ApproxLux - IRFactor × (ApproxLux - ComboLux)

ActualLux为实际环境光读数。

ApproxLux = ComboLux，近似荧光灯和WLED灯。

ApproxLux > ComboLux，通常为白炽灯和太阳光。

若需计算合适的IRFactor，请联系Maxim应用支持，并提供玻璃样本。可直接从实验室测试获得数据。

根据上面计算的ActualLux，设置相应的背光强度。

将ComboLux作为参考(器件的正常工作模式)，设置相应的流明上限(寄存器0x05)和流明下限(寄存器0x06)。

执行INTS位(寄存器0x00)空读操作，清除所有中断(若之前已置位)。

等待硬件中断。

此时程序占用时间最长。

发生硬件中断后，读取寄存器0x00，确认INTS = 1。

如果INTS = 1，则转至上面的第7步。

否则，如果INTS = 0，在检查其它硬件中断源后，返回至第16步。