紅外接近傳感器Si1141設(shè)計方案簡析

世強代理的芯科紅外接近和環(huán)境光傳感器Si1141因功耗低、體積小、成本低，以及優(yōu)異的測感功能在掃地機器人防碰撞應(yīng)用中使用率較高。

隨著技術(shù)的進步以及人們對生活水平的追求越來越高，智能家居的發(fā)展日新月異，而掃地機器人就是重要的一員。它不僅是人們生活的重要幫手，更能給使用者帶來快樂的使用體驗。也正因為如此，掃地機器人的市場規(guī)模正迅猛增加！

在掃地工作中，為了保護掃地機器人本身和家具在清掃時不受到損害，市場上的掃地機器人都帶有防碰撞功能。目前可實現(xiàn)防碰撞功能的技術(shù)有以下幾種：超聲波仿生探測技術(shù)、紅外距離感應(yīng)技術(shù)、防撞桿設(shè)計，這幾種技術(shù)各有其優(yōu)點。其中，紅外距離感應(yīng)技術(shù)以其小體積、低功耗、低成本、設(shè)計靈活、功能豐富，在掃地機器人的防碰撞應(yīng)用中占有非常大的比例。而在這種應(yīng)用中，世強代理的美國Silicon Labs，作為世界精密混合信號器件供應(yīng)商，其推出的紅外接近傳感器Si1141，以其優(yōu)異的性能，正得到廣泛的應(yīng)用。

Si1141簡介：

圖1：世強代理的SI1141內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

Si1141是基于反射的低功率紅外線接近和環(huán)境光傳感器，帶有 I2C 數(shù)字接口，并具有可編程門限中斷事件輸出。如圖1，該傳感器包括模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器、集成高靈敏度可見和紅外線光電二極管 、數(shù)字信號處理器和一個具有十五種可選驅(qū)動電平的集成紅外線 LED 驅(qū)動器。Si1141在廣泛的動態(tài)范圍和包括陽光直射在內(nèi)的各種光源下，可提供優(yōu)異性能。Si1141還可以在深色玻璃蓋下工作。光電二極管響應(yīng)和關(guān)聯(lián)的數(shù)字轉(zhuǎn)換電路對人造光閃爍噪聲和自然光顫動噪聲具有優(yōu)異的抗擾性。

圖2：世強代理的Si1141引腳定義圖

Si1141在掃地機器人防撞應(yīng)用中的優(yōu)勢：

?感測距離性能優(yōu)異：可感測0~50CM范圍內(nèi)的物體；

設(shè)計簡單、靈活、易用：如圖3，應(yīng)用電路簡單，成本低廉。通過IIC口連接，操作方便。

另外還帶可編程門限的中斷事件輸出功能，更給設(shè)計帶來諸多方便；

成本低：Si1141本身價格不高，外圍電路簡單，因此，至使整個方案成本；

體積?。篠i1141元件電路結(jié)構(gòu)簡單，因此體積僅2*2MM，發(fā)射管可以用小體積的M3的IR-LED；

功耗低：Si1141采用的是脈沖驅(qū)動技術(shù)，平均工作電流僅9uA，待機電流更低至500nA。

另外，Si1141還具備環(huán)境光檢測功能，而且檢測環(huán)境光范圍寬，100mlk--128klx；17位的分辨率，精度很高，此功能可以給掃地機器人帶來其他的功能亮點！

圖3：世強代理的SI1141基本應(yīng)用原理圖

Si1141在光路設(shè)計上要注意的問題：

在掃地機器人防碰撞設(shè)計中，主要檢測的是近距離的物體，因此，在Si1141紅外接近傳感光路上，需要注意的是：

1）不能讓紅外LED發(fā)射的紅外線直接照射到Si1141上；

2）不能讓紅外LED發(fā)射的紅外線經(jīng)“蓋子”反射到Si1141上；

3）不能讓紅外LED發(fā)射的紅外線經(jīng)“蓋子”先折射、再反射到Si1141上；

因此，為穩(wěn)妥器件，推薦用圖4 的（c）光學(xué)結(jié)構(gòu)模式，可有效避免這種自帶的光干擾。在此，需要強調(diào)的是，Si1141對環(huán)境光具有一定抗干擾能力。

圖4：光學(xué)結(jié)構(gòu)模式

下面把Si1141的其他特點優(yōu)勢，及其典型應(yīng)用也羅列于此以供大家對這款芯片進行深入的了解。

Si1141在集成的紅外接近檢測器上，所體現(xiàn)的特性：

一個獨立LED驅(qū)動器

每個LED驅(qū)動器的15 mA電流設(shè)置從6 mA到416 mA

25.6μs LED驅(qū)動器脈沖寬度

500 mm接近范圍，單脈沖（《2.5 kLx）

150 mm接近范圍，單脈沖（》 2.5 kLx）

可在陽光直射下操作

最小反射靈敏度《1μW/ cm2

無屏蔽封裝的高抗EMI性能

Si1141在集成的環(huán)境光傳感器上，所體現(xiàn)的特性：

1到128 kLx動態(tài)范圍

17位分辨率

使用IR校正軟件可以得到標準光源的精確勒克斯測量值

紅外校正能力

優(yōu)異的紫外線抑制

25.6μs測量周期保持總功耗占空比低，而不會影響性能或噪聲抗擾度

業(yè)界最低功耗

1.8至3.6 V電源電壓

9.7μA平均直流電流汲取

假設(shè)單個PS通道，ALS可見+ ALS IR每800ms，傳感器和內(nèi)部電路的平均電流為3μA，和6.7μA外部LED的平均電流（假設(shè)209 mA為25.6μs每800 ms）

掉電時《20 nA

《500 nA待機電流

內(nèi)部和外部喚醒支持

內(nèi)置電壓監(jiān)控器和上電復(fù)位控制器

串行通信

SMBus（I2C兼容），高達3.4 Mbps數(shù)據(jù)速率

從模式硬件地址識別

小外形10引腳2x2 mm QFN封裝

溫度范圍：-40至+85°C

世強代理的Si1141其他典型應(yīng)用：

手機

心率監(jiān)控

脈搏血氧計

可穿戴

閥門控制

煙霧探測器

非接觸開關(guān)

非接觸滑動器

消費類電子設(shè)備

工業(yè)自動化

顯示屏背光控制