本應(yīng)用筆記討論了Maxim MAX44000接近檢測傳感器在手持式觸摸屏應(yīng)用中的優(yōu)勢，介紹了設(shè)計中的注意事項。包括如何降低系統(tǒng)中的串?dāng)_、改善噪聲抑制、減輕應(yīng)用處理器的負荷。
為什么使用接近檢測傳感器?
觸摸屏已普遍用于各種手持式電子設(shè)備，不僅僅局限于智能手機。觸摸屏在大大改善設(shè)備功能性的同時，也帶來了諸多新的挑戰(zhàn)，包括知道如何以及何時響應(yīng)觸摸屏操作。例如，當(dāng)手機靠近用戶臉頰時，屏幕必須了解如何對其做出反應(yīng);否則，觸摸屏無意接觸到人耳或臉頰時，可能會被錯誤地解析成用戶輸入。
為了避免這一問題，最常見的方法是在手機上集成一個接近檢測傳感器(同時也增加了設(shè)備功能)。當(dāng)接近檢測傳感器的讀數(shù)達到一定的門限要求，而且用戶正在通電話時，傳感器可以關(guān)閉觸摸屏。
相對于分立式解決方案，提供數(shù)字輸出的紅外接近檢測傳感器芯片(例如MAX44000)大大簡化了這一功能的實施。
Maxim接近檢測傳感器的關(guān)鍵優(yōu)勢
Maxim的接近檢測傳感器具有眾多優(yōu)勢。舉例來說，紅外發(fā)射器配置為吸電流，而非源出電流。便于用戶合理選擇LED的供電電壓，優(yōu)化LED性能和功耗(圖1)。
圖1. MAX44000典型電路，包括LED。
由于MAX44000系列產(chǎn)品提供I²C接口，可以方便地通過這一靈活的總線將傳感器集成到多數(shù)嵌入式系統(tǒng)。此外，器件支持硬件中斷。這兩項功能可確保傳感器無縫集成到大多數(shù)手持設(shè)備，同時也將傳感器信息處理所占用的處理器資源降至最少。
不僅如此，Maxim的接近檢測傳感器還內(nèi)置了更多功能。例如，MAX44000在6引腳單芯片內(nèi)集成了環(huán)境光檢測傳感器和接近檢測傳感器。諸如此類的解決方案避免了在實現(xiàn)全部光傳感器功能是使用多個傳感器。
設(shè)計考慮
MAX44000采用小尺寸、2mm x 2mm x 0.6mm、UDFN-Opto封裝，有助于用戶節(jié)省尺寸敏感應(yīng)用的空間。此外，傳感器提供LED驅(qū)動電路，但需要用戶提供發(fā)射二極管的供電電源。吸電流配置下，該電路可驅(qū)動0mA至110mA電流流過發(fā)射二極管，無需外部電路既可完成這一任務(wù)。
圖2. MAX44000典型電路，帶有發(fā)射器旁路。
使用該功能時需要謹慎設(shè)計，特別是當(dāng)驅(qū)動電流較大時。短時間的大電流驅(qū)動脈沖使得電源上出現(xiàn)尖峰電流，可能在MAX44000周圍產(chǎn)生噪聲。有兩種方式解決這一問題：對發(fā)射二極管進行去耦，或?qū)AX44000的電源與發(fā)射二極管電源隔離開。去耦電容的優(yōu)點是價格便宜，但缺點是必須非常靠近MAX44000和發(fā)射二極管安裝。由于這一方式多數(shù)情況下足以解決上述問題，終端用戶應(yīng)首先嘗試這一方案，然后再考慮采用替代方案。圖2所示電路同時采用了兩種方案，當(dāng)然，實際應(yīng)用中并不需要這樣。
設(shè)計者必須仔細考慮玻璃對接近檢測傳感器的影響。絕大多數(shù)智能手機屏幕上都帶有一個玻璃罩，而且有些手機使用的是黑色玻璃。玻璃對光傳感器的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：首先，應(yīng)該考慮入射到IC環(huán)境光傳感器的光強有所衰減;其次，LED的發(fā)射光經(jīng)過玻璃反射后重新回到傳感器，由此可能引入一定串?dāng)_(圖3)。
圖3. 串?dāng)_示意圖—無擋光板。
圖4. 簡單擋光板的例子。
緩解這一問題的方法有許多種，一種方式是在發(fā)射器和接收器之間安裝擋光板(圖4)，可大幅降低反射后注入傳感器的光強;另一種方式是使發(fā)射器和接收器盡量靠近玻璃，確保電路板沒有反射。
開/關(guān)門限的設(shè)置
將接近檢測傳感器集成到系統(tǒng)后，一個經(jīng)常遇到的問題是如何正確選擇接近檢測的門限，以便在用戶通話期間打開或關(guān)閉屏幕。門限設(shè)置須確保出現(xiàn)錯誤判斷的幾率非常低，而且能夠支持絕大多數(shù)使用者的情況。例如，對于淺色頭發(fā)的用戶，當(dāng)手機的接近檢測傳感器面向頭發(fā)的方向靠近時，所反射的信號強度要遠遠高于深色頭發(fā)。
MAX44000的接近檢測傳感器對于標(biāo)準(zhǔn)的850nm IR發(fā)射器具有出色的靈敏度(2.7nW/cm²/LSB)。這意味著MAX44000不僅可以在黑色玻璃的下方有效檢測信號，對于深色頭發(fā)的用戶同樣可以保持有效的信號檢測。此外，MAX44000的接近檢測傳感器能夠抑制高達100,000 lux的直射太陽光強，確保室外環(huán)境下的工作性能。
最后一項需要考慮的因素是對傳感器增加一個滯回，采取這一措施的原因與在比較器電路增加滯回的原因相同。當(dāng)輸入信號恰好位于門限附近時，任何噪聲都會造成輸出信號的隨機切換，這是我們不希望發(fā)生的現(xiàn)象。接近檢測傳感器也是如此。
一種簡單(但功耗較大)的軟件實施方案是定期輪詢傳感器，如果超出門限的計數(shù)值達到一定限值，而且屏幕是打開的，則關(guān)閉屏幕;否則，如果屏幕已關(guān)閉，則將其打開。初看起來這種方式是可行的，但用戶握持設(shè)備的方式可能造成計數(shù)值在門限附近波動，導(dǎo)致屏幕錯誤地打開或關(guān)閉。
解決問題的一種方法是在軟件中設(shè)置滯回。例如，如果計數(shù)值達到150次(假設(shè)接近檢測傳感器工作于8位模式)或以上時，控制觸摸屏從“開”至“關(guān)”;那么，只有當(dāng)計數(shù)值下降到135次或以下時，才控制觸摸屏從“關(guān)”至“開”。此外，在一段時間保持這種電平的相關(guān)性非常有用，其作用相當(dāng)于一個低通濾波器，可以降低噪聲引起的誤操作。
如果已經(jīng)使能中斷(對于接近檢測和ALS，寄存器0x01，1:0位)，這些寄存器可以設(shè)置芯片使其無需通過I²C不斷輪詢傳感器。如上所述，可利用寄存器0x0A的第2位和第3位設(shè)置中斷之前的延遲。延遲可以是通過門限后的1、4、8或16個連續(xù)采樣。寄存器0x0B和0x0C設(shè)置門限，以及觸發(fā)中斷的計數(shù)值為高于門限的數(shù)值還是低于門限的數(shù)值。
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