环境光传感器(ALS)背光控制系统解决方案

引言

环境光传感器(ALS)为了节约电能，改善用户体验，集成电路越来越多地用于各种显示善用户体验。借助ALS解决方案，系统设计师可根据环境光强度，自动调节显示屏的亮度。由于背光照明的功耗占系统总功耗的很大比例，动态背光亮度控制可以节省大量电能。此外，它还可以改善用户体验，根据环境光条件将显示亮度调整到最佳状态。引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/330322.htm

实现系统需要三个部分：光传感器、数据处理装置（通常是微控制器）和控制背光输入电流的执行器。

背光控制：环境光传感器

图1是实施背光控制的系统示范框图。光传感器是该组合的关键组成部分，因为它必须为系统的其他模块提供环境光强度信息。光传感器必须有一个信号转换器（如光电二极管或CdS信号放大和/或调节装置和模/数转换器(ADC)。

图1. 实施背光控制的系统框图

图2显示了单独的光电二极管电路。从图中可以看出，该电路需要一个或多个操作放大器：电流到电压的转换也可能需要一级放大以提供额外的好处。它还包括一些供电的分支电路，以确保高度可靠的信号链。在极其宝贵的空间应用中，过多的元件可能会导致空间有限的问题。

图2. 光电二极管电路分立设计

这里还存在一个更细微的问题。具体而言，理想情况下，应确保环境光的测量模拟了人眼对光线的响应机制。这通常借助CIE视觉亮度曲线(图3)。然而，光电二极管很少能够完全模拟这种响应机制，因为它们通常具有很高的红外(IR)灵敏度。在IR这种红外灵敏度照条件下(如白炽灯或阳光)，这种红外灵敏度会导致对光强度的误判。

解决上述问题的方法之一是使用两个光电二极管：一个是对可见光和红外光非常敏感的元件，另一个是只对红外光敏感的元件。最后，将前者的响应值减去后者的响应值，尽量减少红外干扰，获得准确的可见光响应。

虽然解决方案虽然有效，但增加了分立电路的占用空间。为了消除红外干扰，通常很难甚至不可能使两个分立的光电二极管紧密配合。如果没有精密放大器(如对数放大器)，动态范围可能很小。换句话说，这种组合很难获得可重复的结果。

图3. CIE曲线和典型的光电二极管

高集成解决方案不仅可以获得比人眼光学系统更真实的光强数据，还可以节省大量空间MAX环境光传感器，如44009，可以将所有信号调中集成所有信号调节和模/数转换器(2)mm x 2mm UTDFN在空间有限的应用中，有效节省电路板面积。

图4提供了MAX44009功能框图，采用I2C通信协议使其与微控制器的连接更简单，数据传输更快。此外，该解决方案的高集成特性使其能够放置在柔性电缆中，并安装在离主电路板的适当位置。

图4. MAX44009功能框图

背光控制：调节显示屏亮度

控制方案的第二部分是调整显示屏的背光亮度。这取决于设备中的显示模块。有两种最简单的方法，一种是通过脉冲宽度来调节(PWM)方案的直接调整，另一种是显示控制器的间接调整。

现在很多显示模块都配备了集成控制器，用户可以通过向控制器发送串行命令，直接设置背光亮度。如果显示模块没有配备集成控制器，也可以安装一个简单的背光控制执行器来控制背光照明的白光LED灯的输入电流。实现这种控制的一种简单办法是：直接给LED串联一个场效应晶体管(FET)，使用PWM快速打开和关闭信号FET (图5)。但也可以使用单芯片(用于LED控制的MAX准确可靠地调整1698升压转换器(图6)，请参考应用笔记3866Low-power PWM output controls LED brightness获取详细信息。