《電子技術應用》
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高速运放支持红外接近检测设计
摘要: 新一代智能手机中同样采用了接近检测技术,当手机被压在人的下颚或耳朵下方时,可自动关闭LCD触摸屏,避免对触摸屏的误操作。
Abstract:
Key words :

  IR接近檢測傳感器廣泛用于檢測物體是否存在、與參照物之間的距離,或同時檢測兩者。 具體應用包括:測速、自控式水龍頭、自動計數器或傳送帶物體檢測、打印機紙張邊緣檢測等其它應用。新一代智能手機中同樣采用了接近檢測技術,當手機被壓在人的下顎或耳朵下方時,可自動關閉LCD觸摸屏,避免對觸摸屏的誤操作。

  檢測物體時,接近檢測傳感器首先向目標發射IR(紅外" title="紅外">紅外)脈沖,然后“偵聽”反射信號,探測是否存在任何反射脈沖(圖1)。IR LED發射IR信號,任何反射信號可以由IR光電檢測器捕獲。反射信號強度反比于目標和IR收發器之間的距離,距離越近IR反射信號越強,可以校準光電檢測器的輸出,由此判斷目標的準確距離(設定一個距離檢測門限可以判定目標是否存在)。

高速運放支持紅外接近<a class=檢測設計" title="檢測設計">檢測設計-1" src="http://files.chinaaet.com/images/20101130/9f99193b-0f7c-4ce6-8b93-ac4b4fae2e4b.jpg" />

  光電二極管探測目標反射回來的IR信號,也可以檢測到周圍環境產生的IR信號。設計人員需要濾除這些IR噪聲,以避免失效檢測。通用的解決方案是將LED發射的IR信號調制到一個適當頻率,接收器只檢測經過調制的IR信號,確保實際檢測到的信號只來自目標物體的反射。圖2所示IR接近檢測傳感器具有簡單的發射和接收電路,發射電路包括一個波長為940nm的IR LED (IR11-21C),按照10kHz的振蕩頻率閉合、斷開。通過調整LED電流控制發射功率,從而控制檢測范圍。為降低功耗,發射電路通常采用占空比較小(典型值為10%)的發射脈沖。

高速運放支持紅外接近檢測設計-2

  接收機電路解調并放大光電二極管(PD15-22C)探測到的IR信號,檢測信號的峰值出現在940nm波長。光電二極管輸出交流耦合到運算放大器的同相輸入端。交流耦合允許通過10kHz信號,而由耦合電容建立的300Hz截止頻率將在運算放大器的輸入端抑制直流噪聲和IR背景噪聲。

  這類電路設計中最好選擇低噪聲、帶寬、滿擺幅輸入/輸出運算放大器(MAX4230)進行信號解調和放大。另外,運算放大器優異的RF抑制有助于避免GSM手機中常見的217Hz 蜂鳴噪聲。在IR接收器中,運放電路配置成增益為100、中心頻率在10kHz的二階帶通濾波器,使得運算放大器在放大輸入IR信號的同時可以利用其帶通濾波器對輸入IR信號進行解調。

  沒有IR信號輸入時,運算放大器偏置在2.5V。輸入端出現10kHz IR信號時,輸出在2.5V上下變化,動態范圍為5V。運算放大器的輸出驅動簡單的二極管檢波器,檢波電路對10kHz信號整流并提供與信號幅度成比例的直流信號。模擬輸出信號的幅度與目標距離發射器的遠近成比例??梢灾苯永迷撦敵鲂盘栠M行檢測,也可以將其送入ADC作進一步處理。在電路的不同節點處測量信號波形,可以清楚地描述電路的運行狀況,圖3給出了距離IR收發器1.2英寸和1.4英寸情況下的信號波形。注意,這些標注了具體編號的波形分別對應于電路的不同節點。

高速運放支持紅外接近檢測設計-3

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