Известная поговорка «лень – двигатель прогресса» верна лишь отчасти. Многие приборы и инструменты были созданы человеком для компенсации его естественных либо приобретённых недостатков. Например, рычаги, полиспаст и паровая машина стали заменой слабых мышц, подзорные трубы и бинокли – дополнением несовершенных глаз, а арифмометры и электронные вычислительные машины помогают выполнять сложнейшие расчёты, которые не в состоянии удержать в памяти человеческий мозг. Со временем машины настолько превзошли человека, что при создании человеко-машинных интерфейсов приходится учитывать особенности человеческого восприятия и действий, вводя в петли управления задержки и преобразуя информацию в понятный для человека вид.
Современные электронные устройства – это сложные системы, оснащённые множеством датчиков и сенсоров. Не очевидной, но важной задачей разработчика высокотехнологичных изделий стала необходимость сделать так, чтобы у человека и электроники не возникало разногласий по поводу восприятия окружающей действительности. Например, матрицам фотокамер не обязательно воспринимать инфракрасное излучение, так как их задача – получать то изображение, которое видит человек – не больше и не меньше.
То же самое, только в меньшей мере, справедливо и в отношении датчиков окружающего освещения. Согласитесь, ведь не очень хорошо будет, если такой датчик будет воспринимать инфракрасное излучение или слабый синий свет как полноценное дневное освещение и давать команду увеличить яркость экрана смартфона до максимума. Поэтому наилучшим выбором станут сенсоры с фотопическим, то есть максимально приближенным к человеческому дневному зрению, откликом (рис.1). Например, это может быть сенсор окружающего освещения TSL2584TSV компании ams, сочетающий несколько очень интересных технических находок.
Рис.1. Спектральная чувствительность человеческого глаза при дневном (красная линия) и ночном (синяя линия) освещении
Микросхема TSL2584TSV – интегрированный датчик видимого и ИК-излучения с цифровым выходом. На единственном кристалле сенсора реализованы два фотодиода, инфракрасный и широкополосный, и интерференционный фильтр, отсекающий ИК-излучение для широкополосного фотоприёмника (рис.2). Так удалось достичь небывалой степени интеграции, уместив сенсор в корпус размерами всего 1,145x1,66 мм и высотой всего 0,32 мм!
Рис.2. Структура микросхемы TSL2584TSV
Благодаря фильтру широкополосный фотодиод воспринимает только видимый свет, благодаря чему отклик датчика близок к фотопическому – то есть дневному зрению человека. И при этом, благодаря второму фотодиоду, сенсор при необходимости может работать и в ИК-диапазоне. Такое решение позволяет сохранить широкую полосу пропускания сенсора вместе с избирательностью по отношению к ИК-излучению и видимому свету, а очень высокие чувствительность и динамический диапазон обеспечивают высокую точность измерений.
Сигналы с сенсоров поступают на два АЦП, где они преобразовываются в цифровую форму и по интерфейсу I2C передаются в микроконтроллер устройства. Интересно, что из-за столь малого размера корпуса в нем не осталось места для проволочных соединений – шариковые выводы соединены напрямую с кристаллом.
Основные области применения микросхемы TSL2584TSV – это, конечно, носимая малогабаритная электроника – умные часы, смартфоны, планшетные компьютеры, а также изделия медицинского и спортивного назначений.
Технические характеристики датчика окружающего освещения TSL2584TSV
- напряжение питания: 2,7–3,6 В;
- интерфейс: I2C – 1,8;
- максимальная освещённость: 33000 Лк;
- динамический диапазон: 1М:1;
- диапазон рабочих температур: от –40 до 85°С;
- корпус: шестивыводный TSV;
- дополнительно: неограниченный срок хранения, уровень чувствительности к влаге (MSL) – 1.
О компании
Компания ams – разработчик и изготовитель высокопроизводительных аналоговых полупроводниковых приборов. Продукция компании отличается высокими точностью, динамическим диапазоном, чувствительностью и малым потреблением и поставляется по всему миру, в том числе через глобальных дистрибьюторов Mouser, Digikey и Future Electronics. Головной офис ams находится неподалёку от города Грац (Австрия), филиалы расположены в Австрии и США.
