集成多路LED驱动，Silicon Labs接近感应器扩展多种应用

【作者】杨碧玲

Si114x感应器集成了红外线非接触感应和环境光感应功能，不仅能实现对环境光的检测，同时还支持三个独立的LED驱动，在手机等应用中能实现手势感应和动作控制。

现在很多智能手机都用到了光传感器，它可以根据周围环境的明暗变化来判断用户的使用条件，然后通过自动调节屏幕的背光强度来帮助智能手机节省显示屏的功耗，从而增加电池工作时间。而Silicon Labs今年推出的QuickSense系列产品新成员Si114x感应器除具有这样的环境光感应功能外，还可以支持红外线接近感应，能驱动多达三个LED，具备三维感应能力，可用在手机和平板电脑等的非接触式控制和动作控制上。

Silicon Labs的QuickSense方案是将红外线非接触感应器与F700/800电容式触摸感应MCU或F990超低功耗电容式触摸感应MCU搭配，并提供通用开发环境QuickSense Studio以帮助设计人员完成产品开发。该公司早期推出的红外线非接触感应器Si1102只带有光接近感应但没有环境光检测功能，适用于一些比较简单的应用，另外它的接口输出也比较简单，数字开关接口在有物体靠近时会发生从高到低的跳变。该公司接着推出了Si1120，虽然集成了红外接近感应和环境光感应功能，但是其PWM接口输出却不能很好地满足用户需求。今年该公司推出了最新的Si114x系列产品，集合了上述两种功能且带有I2C数字接口和可编程事件中断输出，能支持3个LED的驱动，适合于多种类型的应用。

Si114x结构框图如图所示，它包括ADC转换器、可见光光电二极管和红外线光电二极管、数字信号处理器以及集成的红外线LED驱动器等。工作时LED发送红外光，被物体反射回来后，由可吸收波长850~880nm的红外光电二极管接收，而环境光则由可接收波长在500~600nm范围内的可见光光电二极管接收，然后转化为电信号经模拟复用器送入17位的ADC进行数据转换，从ADC出来后经过I2C接口传到上位机。Si114x用于接近感应时，针对不同的应用情况还可以有双窗口和单窗口的选择。“如果是感应距离很远，例如距离是50cm的话就要用双窗口的，如果感应距离在5~6cm，单窗口就可以了。”Silicon Labs产品代理商益登科技的应用工程师姚勇说道。

Si114x系列产品的优点首先是感应性能优秀，它可实现距离超过50cm的一维系统检测或距离高达15cm的多维系统检测，并且能够透过深色玻璃正常工作。产品系列中的Si1141带有一个红外线LED驱动器；Si1142和Si1143则分别带有两个和三个红外线LED驱动器，能够实现高级动作和手势感应。通过两个集成的LED驱动器，Si1142支持用于非接触式滑动条界面的Z轴和X轴动作感应；而Si1143支持三个LED驱动，能够在多维非接触式控制中实现三维动作感应。

其次，该系列产品功耗很小，它在1.8~3.6V电源电压的条件下工作，LED导通时间只有25.6µs，其掉电电流和待机电流分别小于20nA和500nA。另外，每个LED驱动器有从6mA到416mA的15个级别电流设置，可根据应用情况动态调整驱动电流。姚勇举例道：“在采样率为100Hz的情况下，如果驱动单颗LED其导通瞬间电流是104mA的话，感应器平均工作电流只有441µA，如果驱动三颗LED瞬间电流是416mA(最大驱动电流)的话，平均工作电流也只有3,490µA，所以说我们的产品具有很低的功耗。另外不管是选择多少颗LED，我们IC的封装都是Pin to Pin兼容的，这样产品升级或是做其他功能都非常方便，并且产品的封装做得非常小，2mm×2mm的QFN-10封装非常适合对体积有严格要求的应用。”

在开发产品时，QuickSense Studio开发平台能提供直观且易于使用的软件设计环境，帮助开发人员编写、调试和分析应用程序。例如通过API函数库简化对红外接近传感器和环境光传感器的配置；图形化运行环境为接近、动作、手势检测和背景光识别等提供了生成C语言代码的能力；同时平台还提供在线光传感器耗电量评估工具，帮助开发人员评估接近和环境光感应应用中的耗电量。

Si114x系列产品应用广泛，支持消费、工业、医疗等多方面应用，能满足从简单的水龙头开关控制到安全系统、防篡改检测、检票设备、自动闸门控制等工业需求，以及机顶盒、手机、电子书阅读器、笔记本、平板电脑等消费电子产品应用。以学习机上的应用为例，它可以通过测试身体到屏幕的距离判断小朋友是否靠学习机过近，若出现这样的情况则会及时提醒小朋友注意保持距离以防止近视，另外也可以增加手势控制拼图等人机互动游戏，激发学习兴趣。而在常用的手机应用中，它可根据环境光的变化自动调节背光亮度，在打电话时通过检测手机与脸部的距离自动关闭屏幕以防止通话过程中误触屏幕挂断电话的误操作，还可增加手势选择菜单、手势控制翻页、互动游戏等功能。姚勇还特别提到了困扰行业已久的黑头发检测问题，由于黑头发能吸收40%的红外线，会影响感应器的准确度，因此导致使用时出现误判的情况，而Si114x依赖其优秀的接收灵敏度和可调的驱动电流成功解决了这个问题。
 

(本文原文刊载于《集成电路应用》杂志2011年第12期，转载请注明出处。)