环境光检测优化便携设备显示屏设计

想对数曲线，蓝线采用折线近似法，更适于用微控制器代码实现。

　　由此可见，在较低等级光强下，需要较高的亮度测量分辨率;在较高等级的光强下，采用一般的分辨率就足够了。实现这一机制的最简单方法是采用具有前端可编程增益的高分辨率转换器，从而平衡强光下对宽动态范围的要求，以及亮度较低时对高灵敏度的要求。

　　MAX44009与其它数字光传感器不同，内部带有自动量程调节机制。这种调节方法能够使IC自动实现22位动态范围测量，无需微控制器重新配置寄存器，从而提高了编码效率。此外，对测量结果进行压缩，并以12位格式表示，从而为光测量提供了一个伪对数步长。以MAX44009为例，器件采用4位指数和8位尾数表示22位动态范围，低亮度条件下的分辨率可达0.045 lux/计数，环境光亮度较高时具有更高的计数值。

　　黑玻璃效应

　　现代化电子设备的外观和质感，也就是其工业设计，与它们所提供的特性和功能同样重要。用户已经将现代化便携设备视为一种“身份”的象征。例如，环境光传感器对设备非常重要，但目前比较流行的做法是将这些传感器隐藏起来，以免影响产品的外观和质感。

　　对于玻璃面板，通常在传感器开口处加一层薄薄的黑色油墨(吸收几乎所有的入射光)，将其“遮盖”起来。少量光线透过油墨，到达光传感器，既能够进行环境光测量，同时又使面板保持有光滑、平整的黑色边框(图5)。

　　图5. 典型的平板电脑设计，LCD显示屏周围采用黑色边框面板。用户看不到隐藏在其后的环境光传感器。

　　不幸的是，这层黑色油墨在很大程度上影响了光传感器的正常工作，不仅减弱了到达传感器的光强，而且还改变了光谱。首先，讨论光衰减问题。大多数黑色油墨仅允许2%至10%的可见光穿过，5 lux的外部光源到达传感器时仅剩0.1 lux!因此，要求光传感器具备较高的灵敏度。其次，虽然只有2%至10%的可见光能够穿透油墨，但几乎全部的入射红外辐射均能够穿透油墨到达传感器，从而造成了光谱的改变(图6)。

　　图6. 上图为目前商用电子设备中黑色油墨的典型光谱特性，表示了入射光透射百分比与波长的关系。

　　不均匀的光谱透射使得大多数光传感器必须重新校准，以便在置于黑色油墨下方时仍能获得准确的环境光测量读数，需要重新调节无黑色玻璃条件下精确测量环境光的工厂设置。正因如此，MAX44007环境光传感器提供了多个内部光电二极管。这种灵活性使用户能够针对大多数应用进行调节，重新校准传感器响应特性。MAX44007的灵敏度为0.025 lux/LSB。

光传感器中断引脚的使用

　　大多数应用不需要实时改变显示屏背光强度，其目的是防止响应杂散噪声，例如掠过的阴影。相比之下，快速响应环境光的一致变化能够使用户连贯地使用设备，无需分心为了改善显示效果而调节显示屏亮度。此外，在固件中不断轮询光传感器(以检查环境光强度是否发生变化)和噪声抑制电路对应用软件资源来说也是一种负担。这会增加微控制器处理负荷，进而延缓对用户命令的响应速度，并增大功耗。

　　因此，目前的光传感器都配备了一个强大的功能—中断引脚。传感器持续比较环境光测量值与内部可编程窗口门限，并在光强超出门限时触发一个中断，向主控制器报告光照条件发生了实质性变化。通常采用一个定时器，定时器超时的情况下才向主控制器报告中断，以避免环境光信号中的噪声和短时波动引起误操作。

　　中断引脚使传感器应用更加智能化，只有在需要操作时才向主控制器发出请求。这样一来，主控制器的资源可以分配给其它任务，或将微控制器维持在低功耗等待状态，从而延长电池寿命。典型应用电路(图7)给出了中断引脚的使用方法。需要注意的是，该引脚的开漏连接允许“线或”连接多个器件和信号源。

　　图7. 多点I2C总线上的环境光传感器典型应用电路，显示了中断引脚与主控制器的连接方式。

　　总结

　　本文概述了目前便携设备的光传感器设计中常见的问题。在开发早期确定方案，与IC供应商紧密合作，可确保系统的灵活性和可靠性。