摘要:介紹了一種能實(shí)現(xiàn)人眼仿真的集成化可見(jiàn)光亮度傳感器LX1970,給出了LX1970芯片的性能特點(diǎn)､工作原理及典型應(yīng)用電路｡LX1970適用于平板顯示器的亮度監(jiān)控系統(tǒng),可用在筆記本電腦､平板電視及新型手機(jī)中｡ 關(guān)鍵詞:亮度;人眼仿真;傳感器;背光源;測(cè)量;LX1970 1、主要特點(diǎn) 目前,筆記本電腦､個(gè)人數(shù)字助理（Personal Digi-tal Assistant,簡(jiǎn)稱PDA）､平板電視和手機(jī)均采用液晶顯示器（LCD）｡但LCD本身并不發(fā)光,它只反射或透射外界光線｡為便于在光線較暗的環(huán)境中或夜間觀察屏幕,就必須給LCD加背光源以增強(qiáng)對(duì)比度｡利用可見(jiàn)光亮度傳感器就可根據(jù)環(huán)境亮度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)背光源（一般為白色發(fā)光二極管）的亮度,這樣不僅能獲得最佳顯示效果,還能降低背光源的功耗｡ 美國(guó)微型半導(dǎo)體（Microsemi）公司推出了一種能實(shí)現(xiàn)人眼仿真的集成化可見(jiàn)光亮度傳感器LX1970,利用該器件可構(gòu)成平板顯示器的亮度監(jiān)控系統(tǒng)｡此外,它還可用做戶外照明燈（例如路燈）控制器,以使照明燈能在黃昏時(shí)自動(dòng)開啟,清晨時(shí)自動(dòng)關(guān)閉｡ LX1970型可見(jiàn)光亮度傳感器的性能特點(diǎn)如下: ●內(nèi)含PIN型光電二極管､高增益放大器和兩個(gè)互補(bǔ)式電流輸出端該光電二極管陣列的光譜特性及靈敏度都與人眼十分相似,因而能代替人眼去感受環(huán)境亮度的明暗程度,并將接收到的可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換成電流信號(hào),進(jìn)而對(duì)背光源的亮度進(jìn)行控制｡ ●峰值發(fā)光波長(zhǎng)為520nm,電流靈敏度為0.38μA/lx,暗電流為10nA｡ ●非線性誤差小,重復(fù)性好｡兩個(gè)互補(bǔ)輸出端的電流不對(duì)稱度僅為±0.5%,可任選一端作為輸出｡ ●外圍電路簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,使用方便｡無(wú)須使用濾光片即可有效衰減紫外光及紅外光｡ ●微功耗,低壓供電｡采用2～5.5V電源,電源電流可低至85μA（典型值）｡工作溫度范圍為-40℃～+85℃｡其外形尺寸僅為2.95mm×3mm×1mm｡ 2、LX1970的工作原理 LX1970采用MSOP-8表貼塑料封裝,其引腳排列和內(nèi)部框圖如圖1所示｡ LX1970芯片正面有一個(gè)面積為0.369mm2的受光區(qū)｡UDD和USS分別接電源的正､負(fù)極｡SNK為電流接收器的引出端,SRC為輸出電流源的引出端｡其余NC均為空腳｡芯片工作時(shí)由光電二極管產(chǎn)生的光電流經(jīng)過(guò)高增益放大器送至兩個(gè)電流輸出端,其中一個(gè)是電流吸收器的引腳SNK,另一個(gè)是輸出電流源的引腳SRC,二者的電流分別為ISNK 和ISRC｡其中ISNK為灌入芯片中的電流,簡(jiǎn)稱灌電流｡這兩種電流信號(hào)通過(guò)R1､R2可分別轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)USNK､USRC｡改變R1（或R2）的電阻值可調(diào)整電壓增益,電阻值允許范圍是10kΩ～50kΩ｡C1和C2為濾波電容,可用來(lái)決定傳感器的響應(yīng)時(shí)間｡輸出USNK與環(huán)境亮度成反比,USRC與環(huán)境亮度成正比,二者呈互補(bǔ)輸出特性,可任選一路信號(hào)作為輸出電壓UO｡ LX1970的相對(duì)靈敏度與波長(zhǎng)的響應(yīng)曲線如圖2中的粗線所示,細(xì)線是人眼的響應(yīng)曲線（峰值波長(zhǎng)為550nm）｡由圖可見(jiàn),LX1970接收光的波段與人眼非常相近,并且也象人眼一樣靈敏｡其峰值波長(zhǎng)λP為520nm,波段大約為350nm～800nm,能覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光波段（400nm～700nm）,而紫外光波段（<400nm和紅外光波段（>700nm）都很窄,這表明它對(duì)可見(jiàn)光的接收靈敏度最高｡LX1970在峰值波長(zhǎng)為520nm時(shí)的靈敏度K為0.38μA/lx,即照度每變化1lx（勒克斯）,輸出電流變化0.38μA｡將照度轉(zhuǎn)換成亮度L（其單位是cd/m2）時(shí),可假定光線照射在一個(gè)能滿足全反射條件的理想平面上,然后根據(jù)1lx=0.314 cd/m2進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可得到亮度值｡通常,可用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定亮度與照度的比例系數(shù)｡ 3、LX1970的典型應(yīng)用 3.1 白光亮度測(cè)量電路 測(cè)量白光亮度的電路如圖3所示｡該電路在工作時(shí)先由RCC､電流源和白光LED組成的光源發(fā)射出可見(jiàn)光,再由LX1970接收該可見(jiàn)光并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)｡接下來(lái)在SNK端､SRC端各串聯(lián)一塊微安表以分別測(cè)量光電流ISNK和ISRC,這樣微安表的讀數(shù)值就反映了亮度的高低｡ 3.2 LCD背光源亮度自動(dòng)控制電路 當(dāng)環(huán)境亮度明顯變暗時(shí),LX1970能自動(dòng)開啟LCD的背光源以使白色LED發(fā)光｡其亮度自動(dòng)控制電路如圖4所示｡圖中電阻R1和R2用于設(shè)定控制亮度的最小值與最大值｡改變電容器C的容值可調(diào)整響應(yīng)時(shí)間并能濾除50Hz電網(wǎng)干擾｡LX1970采用+3.3V～+5V電源｡若只使用SRC端,則SNK端應(yīng)懸空｡假定需用0.25V～1.25V的輸出電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)白光LED,0.25V代表LED的亮度最小值,1.25V代表亮度最大值那么,可由下式確定R1與R2的比例關(guān)系 R1=[（3/0.25）-1]R2=11R2 可根據(jù)LX1970在給定亮度下的輸出電流最大值（ISRCmax）來(lái)計(jì)算R2值｡實(shí)際上在ISRCmax為50μA時(shí)R2為25kΩ,這樣代入上式即可得到275kΩ的R1值｡ 3.3 LX1970評(píng)估板的設(shè)計(jì) 利用LX1970評(píng)估板（Evaluation Board）不僅能檢查出LX1970的質(zhì)量好壞,還可對(duì)LCD背光源亮度控制電路進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn),以便為開發(fā)新產(chǎn)品提供依據(jù)｡此外,評(píng)估板上的元器件布局以及印制電路的設(shè)計(jì)也具有參考價(jià)值｡LX1970的評(píng)估板電路如圖5所示｡它具有以下特點(diǎn): 第一,可利用一個(gè)轉(zhuǎn)盤（上面開著7個(gè)不同孔徑的小孔）來(lái)改變LX1970入射光窗口的大小,轉(zhuǎn)盤與傳感器一同裝在機(jī)殼內(nèi); 第二,通過(guò)電位器RP1～RP3調(diào)整放大器的增益,再經(jīng)過(guò)LX1970驅(qū)動(dòng)兩只白色發(fā)光二極管（LED1､LED2）發(fā)光,以實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié),從而適應(yīng)不同的環(huán)境亮度條件; 第三,分別改變跳線器J1～J4的接線方式,以對(duì)不同電路進(jìn)行隔離或偏置; 第四,該電路有4個(gè)可選擇的控制端口,包括SRC的分壓二極管引出端口（A）､SRC的電壓調(diào)整端口（B）､SRC的固定電壓端口（C）和SNK的電壓調(diào)整端口（D）｡此外,還有兩個(gè)輸出端（SRC､SNK）其中,端口A為下拉端（經(jīng)外部電位器接地,可代替LX1970手動(dòng)調(diào)整亮度）｡端口B､C､D均為上拉端（經(jīng)外部電路接正電源或其它正電壓）｡端口B和端口C用于設(shè)置最低輸出電壓（將RP1調(diào)至最?。┗蛘{(diào)節(jié)SRC端的輸出｡端口D用來(lái)設(shè)置最高輸出電壓（將RP2調(diào)至最大）或調(diào)節(jié)SNK端的輸出｡ 跳線器J1用來(lái)選擇電源,當(dāng)J1連到“LX1970”位置時(shí),系統(tǒng)只給LX1970供電;J1連至“LED驅(qū)動(dòng)”位置時(shí),則可同時(shí)給LX1990供電,LX1990為L(zhǎng)ED的驅(qū)動(dòng)控制器｡J2置于“SRC開路”位置時(shí),將斷開SRC引腳的外圍電路;J2置于“分壓”位置時(shí),則將接通SRC引腳的外圍電路｡J3置于“VD2輸入”位置,可將隔離二極管VD2短路;而J3置于“VD2輸出”位置時(shí),VD2則不被短路｡J4置于“驅(qū)動(dòng)”位置時(shí)將SNK端的輸出接到LX1990的輸入端ISET;J4置于“SNK上拉”位置時(shí), SNK端的輸出將經(jīng)過(guò)端口D接高電平｡ 需要說(shuō)明的是:第一,使用端口B時(shí)允許將外部PWM信號(hào)加至由（RP1+R1）和（RP2+R3）構(gòu)成的分壓器的高端,然后通過(guò)調(diào)節(jié)RP1和RP2的值來(lái)控制分壓比;第二,使用端口C時(shí)可用直流電壓來(lái)控制亮度;第三,利用C1和C3可降低LX1970的響應(yīng)速度,以避免傳感器受外部50Hz光源頻率的影響｡