環(huán)境光傳感器和接近傳感器向復(fù)合產(chǎn)品演進

編者按：模擬器件種類繁多，市場應(yīng)用廣泛，技術(shù)演進趨勢多樣化。本報從本期開始推出“熱點模擬產(chǎn)品技術(shù)系列報道”，選擇近兩年市場上的亮點模擬產(chǎn)品進行分析，重點介紹它們的熱門應(yīng)用，技術(shù)革新以及未來演進趨勢。

經(jīng)過兩年多的推廣，接近傳感器和環(huán)境光傳感器已從原先的工業(yè)和航空航天等領(lǐng)域成功介入消費電子市場。未來，兩種傳感器要想進一步擴大市場的應(yīng)用范圍，一方面要改善產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，創(chuàng)造延伸型應(yīng)用;另一方面，兩者要集成在一起，形成復(fù)合型產(chǎn)品，提供綜合性應(yīng)用。

成功拓展消費電子市場

兩年前，iPhone手機融合了一種新功能：當(dāng)人們將手機貼近耳部開始打電話時，手機會自動檢測到這個貼近的動作，并自動關(guān)閉手機背光和觸摸屏鍵盤，達到節(jié)電和防止誤操作的目的。為了實現(xiàn)這一設(shè)計，iPhone中采用了一種名為“接近傳感器”的光傳感器產(chǎn)品，它對接近其他物體的動作有“感知”能力，過去在航空航天和工業(yè)領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用。在實現(xiàn)了小型化和低功耗化之后，它成功進入了消費電子領(lǐng)域。除了手機之外，筆記本也開始采用這種傳感器來開發(fā)新應(yīng)用。例如，當(dāng)筆記本的翻蓋被打開一定的角度之后，背光會自動打開。“以前這種應(yīng)用都采用霍爾傳感器，但霍爾傳感器只能獲得開關(guān)量，即打開還是沒打開。”Intersil北京代表處資深應(yīng)用工程師陳偉對《中國電子報》記者說，“但由于接近傳感器可以檢測距離，因此可以知道筆記本翻蓋打開了多大的幅度。這樣，有可能設(shè)計出更多的應(yīng)用。”

與此同時，另一種光傳感器——— 環(huán)境光傳感器也在近兩年介入液晶電視、手機、筆記本以及汽車等產(chǎn)品領(lǐng)域。環(huán)境光傳感器并不是一個創(chuàng)新產(chǎn)品。在幾十年前，人們就開始利用光敏電阻和光電二極管來實現(xiàn)對環(huán)境光的檢測。但隨著這些年人們對綠色節(jié)能以及產(chǎn)品智能化的關(guān)注，環(huán)境光傳感器獲得了越來越多的應(yīng)用。環(huán)境光傳感器在消費電子中起到兩個作用：一方面，它可以根據(jù)周圍光線情況自動調(diào)節(jié)顯示器背光亮度，降低產(chǎn)品的功耗。例如，在手機等移動應(yīng)用中，顯示器消耗的電量高達電池總電量的30%，采用環(huán)境光傳感器可以最大限度地延長電池的工作時間。另一方面，環(huán)境光傳感器有助于顯示器提供柔和的畫面。當(dāng)環(huán)境亮度較高時，使用環(huán)境光傳感器的液晶顯示器會自動調(diào)成高亮度。當(dāng)外界環(huán)境較暗時，顯示器就會調(diào)成低亮度。“目前，國內(nèi)37英寸以上的大尺寸液晶電視都配備了環(huán)境光傳感器。”青島海信電器股份有限公司副總經(jīng)理劉衛(wèi)東對《中國電子報》記者說，“這個器件并不貴。它所實現(xiàn)的功能已經(jīng)成為液晶電視的一個普通功能。”據(jù)悉，國內(nèi)主流液晶電視廠商都已經(jīng)在產(chǎn)品中加入了這個功能。海信帶有這個功能的產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)兩年多了，康佳和TCL的產(chǎn)品量產(chǎn)了一年多，海爾和長虹也量產(chǎn)了半年多了。除了液晶電視以外，蘋果、戴爾也都推出了帶有環(huán)境光傳感器的筆記本電腦。諾基亞等國際品牌手機也采用了這個技術(shù)。此外，環(huán)境光傳感器還進入了汽車領(lǐng)域。“目前，我們的客戶正在做商用測試。他們利用環(huán)境光傳感器檢測到汽車駛進黑暗的地方，如橋下，就自動開啟前車燈;駛出黑暗的地方，再把車燈自動關(guān)閉。”陳偉說，“其他的應(yīng)用包括根據(jù)后面車輛的車燈亮度，來調(diào)整后視鏡;或是把它放在尾燈上，檢測尾燈是否壞了。”可以看出，這些應(yīng)用與車輛的智能化和舒適化有關(guān)。

技術(shù)革新適應(yīng)消費電子應(yīng)用

接近傳感器和環(huán)境光傳感器要拓展消費電子市場，就需要克服幾個主要的技術(shù)挑戰(zhàn)。

首先是解決系統(tǒng)產(chǎn)品開孔的問題。接近傳感器和環(huán)境光傳感器都要通過把接收的光轉(zhuǎn)換成電量來實現(xiàn)傳感器的功能，這就需要在系統(tǒng)產(chǎn)品上開孔，使光線可以射入傳感器。而開孔會給系統(tǒng)產(chǎn)品帶來一系列問題，如手機或電視的模具要重新設(shè)計，影響產(chǎn)品的美觀等，這也多少阻礙了兩種傳感器的推廣。目前，市場上主流供應(yīng)商采用不同的方式來解決這個問題。Intersil通過提高產(chǎn)品的檢測靈敏度和抗干擾能力，提供不需要系統(tǒng)產(chǎn)品開孔就可以實現(xiàn)光線檢測功能的傳感器產(chǎn)品。iPhone上采用的就是這種不開孔的產(chǎn)品。羅姆則通過自己的評估團隊，為客戶的產(chǎn)品開孔設(shè)計提供咨詢，減少客戶在開孔方面的設(shè)計難度和工作量。

其次是在提高檢測靈敏度和抗干擾能力的同時，降低光傳感器的功耗。這些指標(biāo)相互關(guān)聯(lián)甚至對立，因此很難被同時改善。以接近傳感器為例，它的工作原理是先利用紅外LED發(fā)出光線，當(dāng)光線照到人臉之后，反射回去，傳感器接收到反射的紅外光來檢測距離。反射光是很弱的，容易與人體自身發(fā)出的紅外光產(chǎn)生干擾。為了實現(xiàn)應(yīng)用產(chǎn)品不開孔的目標(biāo)，就需要提高傳感器的檢測靈敏度和抗干擾能力。但光傳感器檢測靈敏度提高了，就意味著它的抗干擾能力被減弱了，這兩者本身是對立的。而且，提高靈敏度需要提高紅外LED的發(fā)射功率，這也提高了產(chǎn)品的功耗。陳偉說:“我們通過為傳感器設(shè)定很窄的紅外光譜來解決這個問題。”

再次是環(huán)境光傳感器的檢測值接近人眼的感受。環(huán)境光傳感器基于的原理有三種，光敏電阻、光電二極管和光電三極管。目前，市場上的環(huán)境光傳感器主要基于光電二極管和光電三極管。但它們的測定結(jié)果可能與人眼的實際感受存在差異。主流供應(yīng)商Intersil和羅姆都設(shè)計推出了近似人眼感應(yīng)的環(huán)境光傳感器。“人眼對550nm的光的感應(yīng)最為靈敏。”陳偉說，“Intersil把產(chǎn)品的中心點設(shè)定在550nm，實現(xiàn)了檢測結(jié)果與人眼感應(yīng)相類似的目標(biāo)。”

此外，業(yè)界還要降低傳感器產(chǎn)品的尺寸以適應(yīng)手持設(shè)備的要求。目前，很多供應(yīng)商都在設(shè)法提供高集成度和小尺寸產(chǎn)品。美信MAX9954環(huán)境光傳感器采用OFDN封裝技術(shù)，尺寸為2.0mm×2.0mm。它集成了帶有光過濾器的光電二極管、16位ADC、數(shù)字信號處理以及I2C接口。光靈敏度范圍從0.1勒克斯到10萬勒克斯。Intersil的ISL29015也采用OFDN封裝技術(shù)，尺寸為2.0mm×2.1mm。但業(yè)界人士也表示，目前，光傳感器的封裝材料多采用透明的樹脂，很難承受無鉛焊料再流焊的高溫，因此，封裝技術(shù)仍然需要進一步完善。

復(fù)合產(chǎn)品成演進趨勢

在過去兩年多的推廣中，接近傳感器和環(huán)境光傳感器在市場上也遇到了一些問題。接近傳感器在消費電子市場上的應(yīng)用主要集中在手機上。由于目前它檢測的距離比較短，在20厘米以內(nèi)，很難在更大應(yīng)用范圍中推廣。而環(huán)境光傳感器在國產(chǎn)手機上的推廣過程也并不順利。起初，由于它不太貴，還能給手機增加新功能，手機設(shè)計公司的接受度較高。但經(jīng)過兩年多的應(yīng)用，手機設(shè)計公司認(rèn)為它的應(yīng)用效果并不理想，再加上手機有手動調(diào)光功能，大的國產(chǎn)手機企業(yè)就不愿意采用了。

為此，目前供應(yīng)商正在設(shè)法提高接近傳感器的檢測距離，希望將檢測距離提高到1米到2米。這樣，它就可以被安裝到電視等產(chǎn)品中，創(chuàng)造出一些新的應(yīng)用。例如，在機場的電視，當(dāng)有人進入檢測范圍時，電視會自動開機，以此實現(xiàn)節(jié)電的目的。與此同時，環(huán)境光傳感器要在應(yīng)用上多開發(fā)一些延伸型應(yīng)用，而不僅僅局限在根據(jù)環(huán)境光來調(diào)整背光這一單一的功能上。“羅姆今年提出了‘揮手靜音’的應(yīng)用，就是來電時揮動手機，手機就進入靜音狀態(tài)。”羅姆北京代表處Gray說，“這一創(chuàng)新應(yīng)用在市場上獲得了較好的反饋。”

目前，一些手機中既集成了接近傳感器，又集成了環(huán)境光傳感器。而將環(huán)境光傳感器和接近傳感器集成在一起的復(fù)合型產(chǎn)品正成為未來的演進趨勢。Intersil和臺灣凌耀科技都推出了集成化的產(chǎn)品。Intersil的ISL29015能夠檢測環(huán)境光和紅外光。臺灣凌耀科技的CM3612也是二合一產(chǎn)品。羅姆公司也將在今年內(nèi)推出復(fù)合型產(chǎn)品。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，將接近傳感器和環(huán)境光傳感器集成在一起可以進一步降低產(chǎn)品的成本，縮小尺寸，并有助于系統(tǒng)開發(fā)綜合控制方案。