高灵敏、低功耗，Silicon Labs红外接近感应系列产品介绍

——杨波 应用工程师

    红外接近感应是一种非接触式手势接近滚轴技术，能使电子装置快速感测到使用者的接近，让使用者无需实际触摸，只要利用简单的手势便能操纵。在消费电子产品中，该技术也越来越为人们所接受，可以应用于许多设备，如手机，计算机和其他家用电子产品。但是目前市场上大多数的接近传感器探测的距离较短，一般只能达到1~10cm，而红外线LED主要是属于长时间的多脉冲模式发射红外线，导致功耗相当大，且造成了很大程度上的浪费。

    高效能模拟与混合信号IC创新厂商Silicon Laboratories（(芯科实验室有限公司，简称Silicon Labs)）特别推出的Si1102 和 Si1120是目前业界最灵敏的红外接近传感器，其在远距探测和低功耗方面表现的尤为出色。

    一、Silicon Labs公司的红外接近传感系列

    Si1102和Si1120 红外接近传感器主要由一个红外LED驱动器，红外线光电二极管，一个环境光传感器（仅Si1120具有）和控制逻辑IC组成，外部的发射LED可以根据用户的需要灵活安装和配置。如图1所示。

图1 

    工作原理：

    Ø1、Si1102红外接近传感器

图2  Si1102的内部框图

    Si1102是一个可独立工作的红外接近传感器，能驱动单个红外LED。LED发射的红外线经过接近物体反射到达内置的红外线光电二极管被接收，然后经过信号的放大并进行信号处理，最后通过与一个设定的探测门限值比较输出一个相应逻辑电平，如果测量的结果高于这个门限值则从PRX口输出一个低电平。利用这种电平信号的输出可以用来作为其他工作的驱动或者是做MCU的中断输入，进而实现近距探测功能。

图3  Si1102的应用原理图

    Ø2、Si1120红外接近传感器

    与Si1102不同的是，Si1120工作需要一个主MCU（微控制器）控制，另外增加了一个环境光传感器，除了可以接收红外线外还能对环境光信号进行采样，最后输出一个已调脉宽的脉冲信号，传送给MCU（微控制器）处理后，实现不同的应用目的。Silicon Labs的MCU（微控制器）可以提供PCA（可编程计数器阵列）从而可以更简单地测出输出脉宽，脉宽与反射光强的测量值成正比例，与距离的平方成反比，由此可以判断对方物体距离的远近。Si1120可以支持多个LED的驱动，用户可以根据需要方便的配置多个LED以增大探测范围。另外，在MCU的控制下可以实现更多高档次的功能，例如手机应用程序可能会允许用户在手机前晃动一下手指来进行文件翻页。

图4  Si1120的内部框图

图5  Si1120的应用原理图

    二、Si1102 和 Si1120 红外接近传感器的优势

    在消费产品领域应用中，Si1102 和 Si1120 红外接近传感器具备了人们极为关注的两大特点：

    1.低功耗

    不像竞争方案的红外线LED必须长时间进行多次脉冲以达到精确的测量，Si1102/20红外接近传感系列使用专利的单一脉冲接近测量技术（如图6所示），在电源效率上可达到4000倍的改善，电池寿命得以延长。

图6 Silicon Labs与竞争对手LED工作方式的对比

    2.高灵敏度

    所有的 LED 都有一个特定的视角，一个窄视角LED 意味着发出的能量更加集中，比宽视角LED 照射的更远。这意味着使用窄视角IR LED 将在窄检测区域中形成更远的检测范围，如图7所示。

图7 窄视角和宽视角IR LED 的差异

    Si1102/20红外接近传感器能探测到的接近范围可达50cm，如果选择一个合适窄角的透镜和一个红外线滤波器配合使用，让红外线LED的发射半角足够小而使发射光束充分汇聚或者发射功率足够大时，接近范围可扩大到1m。那么此应用不仅仅只局限于手机等手持电子产品，更可广泛用于一些安全探测设备或大屏幕的仪器设备上。

    下面是关于Silicon Labs 的红外接近传感器与竞争对手在一些性能上的对比：

    三、Silicon Labs就Si1102和Si1120推出的两款DEMO板

    Si1120 红外接近传感器演示板，这款USB供电的开发板由一颗做主控的超低功耗的Silicon Labs C8051F930 MCU， 结合一颗Si1120传感器，两个红外LEDS和8颗发光LED灯组成。当有接近的物体从左到右划过或者从右到左划过时，从8个LED灯上可以体现发光跟踪和二维方向的动态检测功能。同时此演示板还可在QuickSense Studio 开发环境下通过一个强大的性能分析工具实现对这种独特的开发板进行实时的反射监控（如图8）。 

图8

    Si1102迷你型接近传感器演示板，如图9所示，该演示板带有一个Si1102 红外接近传感器，可以提供一个简单的红外接近演示。通过设定Si1102的输出阀值控制一个红外二极管的发送，当感应到物体的靠近时，点亮发光二极管以测试设备的高灵敏度和检测范围。 

图9

    Silicon Labs 推出的Si1120和Si1102等红外接近感应系列产品可广泛应用于各种消费类电子产品，例如，手机、复印件、扫描仪以及卫生产品等等。。。。。。，同时在也可广泛应用于如触空面板、机器保险装置、安全系统、自动提款机等工业领域。■