紅外接近感應(yīng)是一種非接觸式手勢接近滾軸技術(shù)，讓使用者無需實(shí)際觸摸，只要利用簡單的手勢便能操縱，就能使電子裝置快速感測到使用者的接近。該技術(shù)也越來越多地應(yīng)用于多種消費(fèi)電子設(shè)備，如手機(jī)，計算機(jī)和其他家用電子產(chǎn)品。但目前市場上大多數(shù)的接近傳感器探測的距離較短，一般為1~10cm，而紅外線LED主要是屬于長時間的多脈沖模式發(fā)射紅外線導(dǎo)致功耗相當(dāng)大，且造成了很大程度上的浪費(fèi)。
針對紅外接近傳感，美國的Silicon Laboratories（簡稱：Silicon Labs）公司在原來Si1120的基礎(chǔ)上又推出了一款Si1143的高靈敏紅外接近傳感器，不但在遠(yuǎn)距探測和低功耗方面表現(xiàn)出色，同時還增加了SMBus的通信接口，帶三個LED驅(qū)動，在應(yīng)用上更具靈活性。
一、 Silicon Labs公司的紅外接近傳感系列
Si1143 紅外接近傳感器包括三個紅外LED驅(qū)動器，紅外線光電二極管，一個環(huán)境光傳感器和控制邏輯IC組成，外部的發(fā)射LED可以根據(jù)用戶的需要靈活安裝和配置。如圖1所示。
圖1
工作原理
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Si1143自帶三個紅外LED 驅(qū)動，主控MCU可通過I2C接口對其進(jìn)行功能控制，當(dāng)LED發(fā)射的紅外線經(jīng)過接近物體反射后被內(nèi)置的紅外線光電二極管接收，然后進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，計算后的數(shù)值可與設(shè)定的門限值相比較，如果超過設(shè)定的門限值則從INT口輸出中斷信號給主MCU，通過相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)具體操作功能。例如，手機(jī)應(yīng)用程序可能會允許用戶在改變手指對手機(jī)的距離時實(shí)現(xiàn)地圖的縮放，或者是拖動地圖等功能。
圖2 Si1143的內(nèi)部框圖
圖3 Si1143的應(yīng)用原理圖
二、 Si1143 紅外接近傳感器的優(yōu)勢
在消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用中，與Si1120一樣，Si1143紅外接近傳感器具備了人們極為關(guān)注的兩大特點(diǎn)：
1. 低功耗
不像競爭方案的紅外線LED必須長時間進(jìn)行多次脈沖以達(dá)到精確的測量，Si1143紅外接近傳感系列使用專利的單一脈沖接近測量技術(shù)（如圖4所示），在電源效率上可達(dá)到5000倍的改善，電池壽命得以延長。
另外在當(dāng)物體接近距離非常小或者在探測范圍外（不工作時）可自動進(jìn)入低功耗模式，低功耗模式下的典型功耗只有20nA，而這正是便攜式應(yīng)用的關(guān)鍵特性。
圖4 Silicon Labs與競爭對手LED工作方式的對比
2. 高靈敏度
所有的 LED 都有一個特定的視角，一個窄視角LED 意味著發(fā)出的能量更加集中，比寬視角LED 照射的更遠(yuǎn)。這意味著使用窄視角IR LED 將在窄檢測區(qū)域中形成更遠(yuǎn)的檢測范圍，如圖5所示。另外，Si1143的LED電流可以通過軟件設(shè)置在6.5mA到416mA之間的任意一個值，當(dāng)在近距應(yīng)用時適當(dāng)?shù)膶ED發(fā)射功率調(diào)小可以節(jié)省電量消耗，同時，調(diào)大LED光功率則能夠更穩(wěn)定的探測更遠(yuǎn)距的物體，這樣在應(yīng)用和能源的利用上更為靈活和合理。
圖5 窄視角和寬視角IR LED 的差異
Si1143紅外接近傳感器能探測到的接近范圍可達(dá)50cm，如果選擇一個合適窄角的透鏡和一個紅外線濾波器配合使用，讓紅外線LED的發(fā)射半角足夠小而使發(fā)射光束充分匯聚。同時，紅外LED發(fā)射功率足夠大時，接近范圍最大可達(dá)到1m。那么此應(yīng)用不僅僅只局限于手機(jī)等手持電子產(chǎn)品，更可廣泛用于一些安全探測設(shè)備或大屏幕的儀器設(shè)備上。
與Si1120不同的是，Si1143帶了三個LED驅(qū)動，當(dāng)連接多個紅外LED時，如果只有單個LED驅(qū)動（如圖6所示），則需通過MCU來控制MOS管分時驅(qū)動LED，而Si1143（如圖7所示）本身就已具備3個LED驅(qū)動，所以可以直接連接到不同的LED 引腳，勿需再另加外圍器件，為硬件設(shè)計節(jié)省了成本。另外，Si1143采用？SMBus接口，可兼容I2C通訊，通用性更強(qiáng)，同時也方便軟件的設(shè)計。
圖6
圖7
Si1140系列紅外接近傳感器與競爭對手在一些性能上的對比（如圖8所示）：
圖8
綜上所述，Silicon Labs 推出的Si1143紅外接近感應(yīng)系列產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品，例如，手機(jī)、復(fù)印件、掃描儀以及衛(wèi)生產(chǎn)品等等；同時在也可廣泛應(yīng)用于如觸空面板、機(jī)器保險裝置、安全系統(tǒng)、自動提款機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域。