【技术大神】红外光距离检测的惊喜，低功耗与高性能竟能并存？

时间： 2019-08-30 来源：技术大神活动文章

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利用红外光的反射原理，对物体进行距离检测，是红外光传感器的经典应用。其原理是利用红外传感器测量红外光发光管在检测目标上形成的漫反射光的强度，由光强来计算目标距离传感器之间的距离。由于原理简单、可靠性高，大量应用于自动化流水线、防盗报警、非接触开关等领域。

（反射型红外光测距原理）

常见的红外光传感器电路包含了红外发光管、光电三极管、运放、比较器等元件。工作具体过程是驱动红外发光管发射，通过光电三极管接收小信号，进行放大滤波后，获得信号输出，提供给微控制器进行处理。

笔者参与设计开发的一款红外光学距离检测产品，原方案是由反射型光电传感器，有源高通滤波器，比较器组成，实现红外距离检测共使用了3颗IC和约10余阻容元件。在后续产品升级中，为了物联网（IOT）应用的需要，传感器改为电池供电并要求探测头部分体积缩小。熟悉传感器设计的各位应该清楚，在保证性能的前提下，缩减体积、降低功耗是很困难的工作。所以当时笔者考虑需要创新性的解决方案来实现产品升级。在查找器件时，幸运地找到了美国芯科(SILICON LABS)推出的Si114x系列芯片。此芯片创造性的将红外光传感器（PS），环境光传感器（ALS），温度传感器（TEMP），高达16bit高速ADC，可配置增益前端电路，可配置驱动电流LED驱动器且集成在了2x2mm的封装内，提供了小体积、高性能的红外检测解决方案。最后笔者基于此芯片完成了产品的升级。

在世强的帮助下，笔者很快申请到了样片，做出了产品升级原型并对其同旧产品进行了比较，现在将比较结果列于下，供有需要的读者进行参考：

集成方案Si114x的BOM面积优势明显（见上图）。由于Si114x芯片将红外光学距离检测所需的所有电路均集成入了2x2mm的封装中，layout面积约为4x10mm²。传统方案中的LED驱动MOS管，运放，比较器等即便采用SC70这样的微型封装，加上外围的阻容元件后体积仍很难少于15x10mm²，比Si114x的方案相比多了3倍有余。

在功耗的对比上，Si114x具备多达16个档位的LED驱动电流设定，可以根据实际使用中得到的ADC采样值，智能地选取合适档位对LED驱动电流进行实时调节。且Si114x特有的短脉冲（25.6us）检测技术，将检测时红外发光管（通常情况下是传感器系统中的耗电大户）的通电时间降到最低。Si114x使低功耗测量不再是难事。

智能化Si114x完胜。由于Si114x内部具有完备的逻辑控制电路，在经过微控制器上电配置后，可根据配置的采样频率，自动进行数据采集、阈值比较、进入休眠。当采样数据大于设定阈值后，才触发IRQ中断管脚，唤醒微控制器进行进一步操作。在智能化的加持下，可达到3.2uA的平均电流（5.6mA驱动LED，每800ms进行一次采样，采样脉冲25.6us）。

成本降低。虽然集成了如此多的功能，但Si114x系列的BOM价格却不升反降。由于Si114x自带高性能16bit ADC，因此无需微控制器集成ADC等外设，可选用廉价的微控制器进一步降低成本。

总结：

Si114x系列光传感器芯片，对传统红外光距离传感器的更新换代十分具有吸引力，其具备的集成化、小型化、智能化的特性，更符合IOT大环境下的设计与开发。

作者：用尚科技周正

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全部评论（4）

陆二舒 Lv5. 技术专家 2016-08-18

很好.有用.收藏.
BATI Lv7. 资深专家 2016-08-16

谢谢大神实战经验分享
用户24895491 Lv3. 高级工程师 2016-08-16

此文章基于实际项目，欢迎提问，有调试遇到的问题欢迎提问。互相进步。
用户_8239 Lv7. 资深专家 2016-08-16

很实用，不错

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描述- TE Connectivity（TE）是全球领先的连接器和传感器公司之一，对Measurement Specialties Inc. 的收购显著扩大了TE在传感器领域的产品来源。TE的一系列传感技术应用广泛，服务于包括消费电子在内的多个行业。我们与工程师紧密合作，帮助客户实现从概念到产品的转化。TE重新定义了适应严苛环境的智能、高效、高性能的产品和解决方案的可能性。

型号- MS5607,MS5805,DPL/DPN,LDTC,HS1101LF,KMA36,SDT1,HTF3000LF,MS4515DO,MS5541,KMT36H,KMT32B,TSEV,CM-01,FX19,FC22,DT1,MS32,ELM-4000,MS5837,MS5637,MS4426,FLDT1,MS5611,FS20,MS4525DO,HTG351XCH,MS8607 MS4425,HTU2X,EPM-4001,KMY,KMZ,MS5525DSO,TSYS

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Silicon Labs（芯科科技） Si114x接近/环境光检测传感器数据手册

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型号- SI1141-M01-GMR,SI1141-A11-GM,SI1143-M01-GMR,SI1143-A11-GM,SI1142-M01-GMR,SI1142-A10-GMR,SI1142-A11-GM,SI1140,SI1141,SI1141-A80-GM,SI1141-A10-GMR,SI1142,SI1143,SI1143-A11-YM0R,SI1143-A11-YMOR,SI1145,SI1141-A10-GMR,SI1146,SI1141-A11-GMR,SI1147,SI114X,SI1141-AAGX-GMR,SI1143-A80-GM,SI1143-A10-GMR,SI1141-A80-GMR,SI1143-A10-GMR,SI1140-A11-GMR,SI1143-A11-GMR,SI1143-A11-GMR,SI1142-A11-GMR,SI1141-A11-YM0R,SI1141-A11-GMR,SI1147-A10-GMR,SI1141-A10-GM,SI1147-M01-GMR,SI1145-A10-GMR,SI1143-A10-GM,SI1143-A80-GMR,SI1143-AAGX-GMR,SI1146-A10-GMR,SI1146-M01-GMR,SI1143-M01-GM,SI1142-A11-YM0R,SI1141-M01-GM,SI1145-M01-GMR

2016年06月22日 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev 1.41 5/15 代理服务技术支持批量订货

【产品】灵敏度达1 μW/cm²光学传感器让距离感测更精准

Si1102是Silicon Labs公司推出的一款探测距离范围为0~50cm的红外接近传感器，可探测最小辐照度仅1uW/cm2，支持单脉冲检测模式，最低功耗仅0.1uA，应用范围包括家电用品、办公用品、手持类电子产品、触控面板、机器保险装置、安全系统、自动提款机、安全探测设备、大屏幕仪器设备等。

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Silicon Labs（芯科科技） Si1141/Si1142/Si1143临近环境光传感器IC 数据手册

描述- 该资料介绍了Si1141传感器芯片，这是一款集成了红外接近检测器和环境光传感器的低功耗数字接口IC。它具有可调的接近检测范围（从不到1厘米到200厘米），三个独立的LED驱动器，支持高达128 klx的环境光照度测量，并具备高反射率灵敏度和低功耗等特点。此外，Si1141还提供了丰富的应用场景，包括手机、心率监测、脉搏血氧计、可穿戴设备、音频产品、安全面板、防篡改电路、分配器、阀门控制、烟雾探测器、非接触式开关、触摸滑块、占用传感器、消费电子产品、工业自动化和显示屏背光控制等。

型号- SI1141-M01-GMR,SI1141-A11-GM,SI1143-M01-GMR,SI1143-A11-GM,SI1142-M01-GMR,SI1142-A10-GMR,SI1142-A11-GM,SI1141,SI1141-A80-GM,SI1141-A10-GMR,SI1142,SI1143,SI1143-A11-YM0R,SI1143-A11-YMOR,SI1141-A10-GMR,SI1141-A11-GMR,SI114X,SI1141-AAGX-GMR,SI1143-A80-GM,SI1143-A10-GMR,SI1141-A80-GMR,SI1143-A10-GMR,SI1143-A11-GMR,SI1143-A11-GMR,SI1142-A11-GMR,SI1141-A11-YM0R,SI1141-A11-GMR,SI1141-A10-GM,SI1143-A10-GM,SI1143-A80-GMR,SI1143-AAGX-GMR,SI1143-M01-GM,SI1142-A11-YM0R,SI1141-M01-GM

2015年05月08日 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 1.41 代理服务技术支持批量订货