摘要：介紹了一種能實(shí)現(xiàn)人眼仿真的集成化可見(jiàn)光亮度傳感器LX1970，給出了LX1970芯片的性能特點(diǎn)、工作原理及典型應(yīng)用電路。LX1970適用于平板顯示器的亮度監(jiān)控系統(tǒng)，可用在筆記本電腦、平板電視及新型手機(jī)中。

１　主要特點(diǎn)

目前，筆記本電腦、個(gè)人數(shù)字助理（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉ-ｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ，簡(jiǎn)稱ＰＤＡ）、平板電視和手機(jī)均采用液晶顯示器（ＬＣＤ）。但ＬＣＤ本身并不發(fā)光，它只反射或透射外界光線。為便于在光線較暗的環(huán)境中或夜間觀察屏幕，就必須給ＬＣＤ加背光源以增強(qiáng)對(duì)比度。利用可見(jiàn)光亮度傳感器就可根據(jù)環(huán)境亮度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)背光源（一般為白色發(fā)光二極管）的亮度，這樣不僅能獲得最佳顯示效果，還能降低背光源的功耗。

圖1

    美國(guó)微型半導(dǎo)體（Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ）公司推出了一種能實(shí)現(xiàn)人眼仿真的集成化可見(jiàn)光亮度傳感器ＬＸ１９７０，利用該器件可構(gòu)成平板顯示器的亮度監(jiān)控系統(tǒng)。此外，它還可用做戶外照明燈（例如路燈）控制器，以使照明燈能在黃昏時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟，清晨時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。

ＬＸ１９７０型可見(jiàn)光亮度傳感器的性能特點(diǎn)如下：

●內(nèi)含ＰＩＮ型光電二極管、高增益放大器和兩個(gè)互補(bǔ)式電流輸出端?該光電二極管陣列的光譜特性及靈敏度都與人眼十分相似，因而能代替人眼去感受環(huán)境亮度的明暗程度，并將接收到的可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，進(jìn)而對(duì)背光源的亮度進(jìn)行控制。

●峰值發(fā)光波長(zhǎng)為５２０ｎｍ，電流靈敏度為０．３８μＡ／ｌｘ，暗電流為１０ｎＡ。

●非線性誤差小，重復(fù)性好。兩個(gè)互補(bǔ)輸出端的電流不對(duì)稱度僅為±０．５％，可任選一端作為輸出。

●外圍電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便。無(wú)須使用濾光片即可有效衰減紫外光及紅外光。

●微功耗，低壓供電。采用２～５．５Ｖ電源，電源電流可低至８５μＡ（典型值）。工作溫度范圍為－４０℃～＋８５℃。其外形尺寸僅為２．９５ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ。

２　ＬＸ１９７０的工作原理

ＬＸ１９７０采用ＭＳＯＰ－８表貼塑料封裝，其引腳排列和內(nèi)部框圖如圖１所示。

ＬＸ１９７０芯片正面有一個(gè)面積為０．３６９ｍｍ２的受光區(qū)。ＵＤＤ和ＵＳＳ分別接電源的正、負(fù)極。ＳＮＫ為電流接收器的引出端，ＳＲＣ為輸出電流源的引出端。其余ＮＣ均為空腳。芯片工作時(shí)?由光電二極管產(chǎn)生的光電流經(jīng)過(guò)高增益放大器送至兩個(gè)電流輸出端，其中一個(gè)是電流吸收器的引腳ＳＮＫ，另一個(gè)是輸出電流源的引腳ＳＲＣ，二者的電流分別為ＩＳＮＫ 和ＩＳＲＣ。其中ＩＳＮＫ為灌入芯片中的電流，簡(jiǎn)稱灌電流。這兩種電流信號(hào)通過(guò)Ｒ１、Ｒ２可分別轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)ＵＳＮＫ、ＵＳＲＣ。改變Ｒ１（或Ｒ２）的電阻值可調(diào)整電壓增益，電阻值允許范圍是１０ｋΩ～５０ｋΩ。Ｃ１和Ｃ２為濾波電容，可用來(lái)決定傳感器的響應(yīng)時(shí)間。輸出ＵＳＮＫ與環(huán)境亮度成反比，ＵＳＲＣ與環(huán)境亮度成正比，二者呈互補(bǔ)輸出特性，可任選一路信號(hào)作為輸出電壓ＵＯ。

ＬＸ１９７０的相對(duì)靈敏度與波長(zhǎng)的響應(yīng)曲線如圖２中的粗線所示，細(xì)線是人眼的響應(yīng)曲線（峰值波長(zhǎng)為５５０ｎｍ）。由圖可見(jiàn)，ＬＸ１９７０接收光的波段與人眼非常相近，并且也象人眼一樣靈敏。其峰值波長(zhǎng)λＰ為５２０ｎｍ，波段大約為３５０ｎｍ～８００ｎｍ，能覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光波段（４００ｎｍ～７００ｎｍ），而紫外光波段（＜４００ｎｍ?和紅外光波段（＞７００ｎｍ）都很窄，這表明它對(duì)可見(jiàn)光的接收靈敏度最高。ＬＸ１９７０在峰值波長(zhǎng)為５２０ｎｍ時(shí)的靈敏度Ｋ為０．３８μＡ／ｌｘ，即照度每變化１ｌｘ（勒克斯），輸出電流變化０．３８μＡ。將照度轉(zhuǎn)換成亮度Ｌ（其單位是ｃｄ／ｍ２）時(shí)，可假定光線照射在一個(gè)能滿足全反射條件的理想平面上，然后根據(jù)１ｌｘ＝０．３１４ ｃｄ／ｍ２進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可得到亮度值。通常，可用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定亮度與照度的比例系數(shù)。

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３．１ 白光亮度測(cè)量電路

測(cè)量白光亮度的電路如圖３所示。該電路在工作時(shí)?先由ＲＣＣ、電流源和白光ＬＥＤ組成的光源發(fā)射出可見(jiàn)光，再由ＬＸ１９７０接收該可見(jiàn)光并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。接下來(lái)在ＳＮＫ端、ＳＲＣ端各串聯(lián)一塊微安表以分別測(cè)量光電流ＩＳＮＫ和ＩＳＲＣ，這樣?微安表的讀數(shù)值就反映了亮度的高低。

３．２ ＬＣＤ背光源亮度自動(dòng)控制電路

當(dāng)環(huán)境亮度明顯變暗時(shí)，ＬＸ１９７０能自動(dòng)開(kāi)啟ＬＣＤ的背光源以使白色ＬＥＤ發(fā)光。其亮度自動(dòng)控制電路如圖４所示。圖中?電阻Ｒ１和Ｒ２用于設(shè)定控制亮度的最小值與最大值。改變電容器Ｃ的容值可調(diào)整響應(yīng)時(shí)間并能濾除５０Ｈｚ電網(wǎng)干擾。ＬＸ１９７０采用＋３．３Ｖ～＋５Ｖ電源。若只使用ＳＲＣ端，則ＳＮＫ端應(yīng)懸空。假定需用０．２５Ｖ～１．２５Ｖ的輸出電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)白光ＬＥＤ，０．２５Ｖ代表ＬＥＤ的亮度最小值，１．２５Ｖ代表亮度最大值?那么，可由下式確定Ｒ１與Ｒ２的比例關(guān)系?

Ｒ１＝[(３／０．２５）－１]Ｒ２＝１１Ｒ２

可根據(jù)ＬＸ１９７０在給定亮度下的輸出電流最大值（ＩＳＲＣｍａｘ）來(lái)計(jì)算Ｒ２值。實(shí)際上?在ＩＳＲＣｍａｘ為５０μＡ?xí)r?Ｒ２為２５ｋΩ，這樣?代入上式即可得到２７５ｋΩ的Ｒ１值。

３．３ ＬＸ１９７０評(píng)估板的設(shè)計(jì)

利用ＬＸ１９７０評(píng)估板（Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｂｏａｒｄ）不僅能檢查出ＬＸ１９７０的質(zhì)量好壞，還可對(duì)ＬＣＤ背光源亮度控制電路進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，以便為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品提供依據(jù)。此外，評(píng)估板上的元器件布局以及印制電路的設(shè)計(jì)也具有參考價(jià)值。ＬＸ１９７０的評(píng)估板電路如圖５所示。它具有以下特點(diǎn)：

第一，可利用一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)（上面開(kāi)著７個(gè)不同孔徑的小孔）來(lái)改變ＬＸ１９７０入射光窗口的大小，轉(zhuǎn)盤(pán)與傳感器一同裝在機(jī)殼內(nèi)；

第二，通過(guò)電位器ＲＰ１～ＲＰ３調(diào)整放大器的增益，再經(jīng)過(guò)ＬＸ１９７０驅(qū)動(dòng)兩只白色發(fā)光二極管（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）發(fā)光，以實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)不同的環(huán)境亮度條件；

第三，分別改變跳線器Ｊ１～Ｊ４的接線方式，以對(duì)不同電路進(jìn)行隔離或偏置；

第四，該電路有４個(gè)可選擇的控制端口，包括ＳＲＣ的分壓二極管引出端口（Ａ）、ＳＲＣ的電壓調(diào)整端口（Ｂ）、ＳＲＣ的固定電壓端口（Ｃ）和ＳＮＫ的電壓調(diào)整端口（Ｄ）。此外，還有兩個(gè)輸出端（ＳＲＣ、ＳＮＫ）?其中，端口Ａ為下拉端（經(jīng)外部電位器接地，可代替ＬＸ１９７０手動(dòng)調(diào)整亮度）。端口Ｂ、Ｃ、Ｄ均為上拉端（經(jīng)外部電路接正電源或其它正電壓）。端口Ｂ和端口Ｃ用于設(shè)置最低輸出電壓（將ＲＰ１調(diào)至最?。┗蛘{(diào)節(jié)ＳＲＣ端的輸出。端口Ｄ用來(lái)設(shè)置最高輸出電壓（將ＲＰ２調(diào)至最大）或調(diào)節(jié)ＳＮＫ端的輸出。

跳線器Ｊ１用來(lái)選擇電源，當(dāng)Ｊ１連到“ＬＸ１９７０”位置時(shí)，系統(tǒng)只給ＬＸ１９７０供電；Ｊ１連至“ＬＥＤ驅(qū)動(dòng)”位置時(shí)，則可同時(shí)給ＬＸ１９９０供電，ＬＸ１９９０為ＬＥＤ的驅(qū)動(dòng)控制器。Ｊ２置于“ＳＲＣ開(kāi)路”位置時(shí)，將斷開(kāi)ＳＲＣ引腳的外圍電路；Ｊ２置于“分壓”位置時(shí)，則將接通ＳＲＣ引腳的外圍電路。Ｊ３置于“ＶＤ２輸入”位置，可將隔離二極管ＶＤ２短路；而Ｊ３置于“ＶＤ２輸出”位置時(shí)，ＶＤ２則不被短路。Ｊ４置于“驅(qū)動(dòng)”位置時(shí)將ＳＮＫ端的輸出接到ＬＸ１９９０的輸入端ＩＳＥＴ；Ｊ４置于“ＳＮＫ上拉”位置時(shí)， ＳＮＫ端的輸出將經(jīng)過(guò)端口Ｄ接高電平。

需要說(shuō)明的是：第一，使用端口Ｂ時(shí)?允許將外部ＰＷＭ信號(hào)加至由（ＲＰ１＋Ｒ１）和（ＲＰ２＋Ｒ３）構(gòu)成的分壓器的高端，然后通過(guò)調(diào)節(jié)ＲＰ１和ＲＰ２的值來(lái)控制分壓比；第二，使用端口Ｃ時(shí)?可用直流電壓來(lái)控制亮度；第三，利用Ｃ１和Ｃ３可降低ＬＸ１９７０的響應(yīng)速度，以避免傳感器受外部５０Ｈｚ光源頻率的影響。