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环境光传感器和接近传感器向复合产品演进

话题调查中国仪表网2009年07月16日 09:12人气:954

 编者按:模拟器件种类繁多,市场应用广泛,技术演进趋势多样化。本报从本期开始推出“热点模拟产品技术系列报道”,选择近两年市场上的亮点模拟产品进行分析,重点介绍它们的热门应用,技术革新以及未来演进趋势。

  经过两年多的推广,接近传感器和环境光传感器已从原先的工业和航空航天等领域成功介入消费电子市场。未来,两种传感器要想进一步扩大市场的应用范围,一方面要改善产品的技术指标,创造延伸型应用;另一方面,两者要集成在一起,形成复合型产品,提供综合性应用。

  成功拓展消费电子市场

  两年前,iPhone手机融合了一种新功能:当人们将手机贴近耳部开始打电话时,手机会自动检测到这个贴近的动作,并自动关闭手机背光和触摸屏键盘,达到节电和防止误操作的目的。为了实现这一设计,iPhone中采用了一种名为“接近传感器”的光传感器产品,它对接近其他物体的动作有“感知”能力,过去在航空航天和工业领域有较为广泛的应用。在实现了小型化和低功耗化之后,它成功进入了消费电子领域。除了手机之外,笔记本也开始采用这种传感器来开发新应用。例如,当笔记本的翻盖被打开一定的角度之后,背光会自动打开。“以前这种应用都采用霍尔传感器,但霍尔传感器只能获得开关量,即打开还是没打开。”Intersil北京代表处资深应用工程师陈伟对《中国电子报》记者说,“但由于接近传感器可以检测距离,因此可以知道笔记本翻盖打开了多大的幅度。这样,有可能设计出更多的应用。”

  与此同时,另一种光传感器——— 环境光传感器也在近两年介入液晶电视、手机、笔记本以及汽车等产品领域。环境光传感器并不是一个创新产品。在几十年前,人们就开始利用光敏电阻和光电二极管来实现对环境光的检测。但随着这些年人们对绿色节能以及产品智能化的关注,环境光传感器获得了越来越多的应用。环境光传感器在消费电子中起到两个作用:一方面,它可以根据周围光线情况自动调节显示器背光亮度,降低产品的功耗。例如,在手机等移动应用中,显示器消耗的电量高达电池总电量的30%,采用环境光传感器可以最大限度地延长电池的工作时间。另一方面,环境光传感器有助于显示器提供柔和的画面。当环境亮度较高时,使用环境光传感器的液晶显示器会自动调成高亮度。当外界环境较暗时,显示器就会调成低亮度。“目前,国内37英寸以上的大尺寸液晶电视都配备了环境光传感器。”青岛海信电器股份有限公司副总经理刘卫东对《中国电子报》记者说,“这个器件并不贵。它所实现的功能已经成为液晶电视的一个普通功能。”据悉,国内主流液晶电视厂商都已经在产品中加入了这个功能。海信带有这个功能的产品已经量产两年多了,康佳和TCL的产品量产了一年多,海尔和长虹也量产了半年多了。除了液晶电视以外,苹果、戴尔也都推出了带有环境光传感器的笔记本电脑。诺基亚等国际品牌手机也采用了这个技术。此外,环境光传感器还进入了汽车领域。“目前,我们的客户正在做商用测试。他们利用环境光传感器检测到汽车驶进黑暗的地方,如桥下,就自动开启前车灯;驶出黑暗的地方,再把车灯自动关闭。”陈伟说,“其他的应用包括根据后面车辆的车灯亮度,来调整后视镜;或是把它放在尾灯上,检测尾灯是否坏了。”可以看出,这些应用与车辆的智能化和舒适化有关。

  技术革新适应消费电子应用

  接近传感器和环境光传感器要拓展消费电子市场,就需要克服几个主要的技术挑战。

  首先是解决系统产品开孔的问题。接近传感器和环境光传感器都要通过把接收的光转换成电量来实现传感器的功能,这就需要在系统产品上开孔,使光线可以射入传感器。而开孔会给系统产品带来一系列问题,如手机或电视的模具要重新设计,影响产品的美观等,这也多少阻碍了两种传感器的推广。目前,市场上主流供应商采用不同的方式来解决这个问题。Intersil通过提高产品的检测灵敏度和抗干扰能力,提供不需要系统产品开孔就可以实现光线检测功能的传感器产品。iPhone上采用的就是这种不开孔的产品。罗姆则通过自己的评估团队,为客户的产品开孔设计提供咨询,减少客户在开孔方面的设计难度和工作量。

  其次是在提高检测灵敏度和抗干扰能力的同时,降低光传感器的功耗。这些指标相互关联甚至对立,因此很难被同时改善。以接近传感器为例,它的工作原理是先利用红外LED发出光线,当光线照到人脸之后,反射回去,传感器接收到反射的红外光来检测距离。反射光是很弱的,容易与人体自身发出的红外光产生干扰。为了实现应用产品不开孔的目标,就需要提高传感器的检测灵敏度和抗干扰能力。但光传感器检测灵敏度提高了,就意味着它的抗干扰能力被减弱了,这两者本身是对立的。而且,提高灵敏度需要提高红外LED的发射功率,这也提高了产品的功耗。陈伟说:“我们通过为传感器设定很窄的红外光谱来解决这个问题。”

  再次是环境光传感器的检测值接近人眼的感受。环境光传感器基于的原理有三种,光敏电阻、光电二极管和光电三极管。目前,市场上的环境光传感器主要基于光电二极管和光电三极管。但它们的测定结果可能与人眼的实际感受存在差异。主流供应商Intersil和罗姆都设计推出了近似人眼感应的环境光传感器。“人眼对550nm的光的感应最为灵敏。”陈伟说,“Intersil把产品的中心点设定在550nm,实现了检测结果与人眼感应相类似的目标。”

  此外,业界还要降低传感器产品的尺寸以适应手持设备的要求。目前,很多供应商都在设法提供高集成度和小尺寸产品。美信MAX9954环境光传感器采用OFDN封装技术,尺寸为2.0mm×2.0mm。它集成了带有光过滤器的光电二极管、16位ADC、数字信号处理以及I2C接口。光灵敏度范围从0.1勒克斯到10万勒克斯。Intersil的ISL29015也采用OFDN封装技术,尺寸为2.0mm×2.1mm。但业界人士也表示,目前,光传感器的封装材料多采用透明的树脂,很难承受无铅焊料再流焊的高温,因此,封装技术仍然需要进一步完善。

  复合产品成演进趋势

  在过去两年多的推广中,接近传感器和环境光传感器在市场上也遇到了一些问题。接近传感器在消费电子市场上的应用主要集中在手机上。由于目前它检测的距离比较短,在20厘米以内,很难在更大应用范围中推广。而环境光传感器在国产手机上的推广过程也并不顺利。起初,由于它不太贵,还能给手机增加新功能,手机设计公司的接受度较高。但经过两年多的应用,手机设计公司认为它的应用效果并不理想,再加上手机有手动调光功能,大的国产手机企业就不愿意采用了。

  为此,目前供应商正在设法提高接近传感器的检测距离,希望将检测距离提高到1米到2米。这样,它就可以被安装到电视等产品中,创造出一些新的应用。例如,在机场的电视,当有人进入检测范围时,电视会自动开机,以此实现节电的目的。与此同时,环境光传感器要在应用上多开发一些延伸型应用,而不仅仅局限在根据环境光来调整背光这一单一的功能上。“罗姆今年提出了‘挥手静音’的应用,就是来电时挥动手机,手机就进入静音状态。”罗姆北京代表处Gray说,“这一创新应用在市场上获得了较好的反馈。”

  目前,一些手机中既集成了接近传感器,又集成了环境光传感器。而将环境光传感器和接近传感器集成在一起的复合型产品正成为未来的演进趋势。Intersil和台湾凌耀科技都推出了集成化的产品。Intersil的ISL29015能够检测环境光和红外光。台湾凌耀科技的CM3612也是二合一产品。罗姆公司也将在今年内推出复合型产品。

  业内人士认为,将接近传感器和环境光传感器集成在一起可以进一步降低产品的成本,缩小尺寸,并有助于系统开发综合控制方案。
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