本文介紹了一種能實現(xiàn)人眼仿真的集成化可見光亮度傳感器LX1970，給出了LX1970芯片的性能特點、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中。
１ 主要特點
目前，筆記本電腦、個人數(shù)字助理（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉ-ｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ，簡稱ＰＤＡ）、平板電視和手機均采用液晶顯示器（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加背光源以增強對比度。利用可見光亮度傳感器就可根據(jù)環(huán)境亮度來自動調(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。
美國微型半導(dǎo)體（Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ）公司推出了一種能實現(xiàn)人眼仿真的集成化可見光亮度傳感器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自動開啟，清晨時自動關(guān)閉。
ＬＸ１９７０型可見光亮度傳感器的性能特點如下：
●內(nèi)含ＰＩＮ型光電二極管、高增益放大器和兩個互補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，并將接收到的可見光轉(zhuǎn)換成電流信號，進(jìn)而對背光源的亮度進(jìn)行控制。
●峰值發(fā)光波長為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。兩個互補輸出端的電流不對稱度僅為±０．５％，可任選一端作為輸出。
●外圍電路簡單，價格低廉，使用方便。無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。芯片工作時由光電二極管產(chǎn)生的光電流經(jīng)過高增益放大器送至兩個電流輸出端，其中一個是電流吸收器的引腳ＳＮＫ，另一個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，簡稱灌電流。這兩種電流信號通過Ｒ１、Ｒ２可分別轉(zhuǎn)換成電壓信號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，可用來決定傳感器的響應(yīng)時間。輸出ＵＳＮＫ與環(huán)境亮度成反比，ＵＳＲＣ與環(huán)境亮度成正比，二者呈互補輸出特性，可任選一路信號作為輸出電壓ＵＯ。
ＬＸ１９７０的相對靈敏度與波長的響應(yīng)曲線如圖２中的粗線所示，細(xì)線是人眼的響應(yīng)曲線（峰值波長為５５０ｎｍ）。由圖可見，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λＰ為５２０ｎｍ，波段大約為３５０ｎｍ～８００ｎｍ，能覆蓋整個可見光波段（４００ｎｍ～７００ｎｍ），而紫外光波段（＜４００ｎｍ 和紅外光波段（＞７００ｎｍ）都很窄，這表明它對可見光的接收靈敏度最高。ＬＸ１９７０在峰值波長為５２０ｎｍ時的靈敏度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，可假定光線照射在一個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，可用實驗的方法來測定亮度與照度的比例系數(shù)。
３ ＬＸ１９７０的典型應(yīng)用
３．１ 白光亮度測量電路
測量白光亮度的電路如圖３所示。該電路在工作時先由ＲＣＣ、電流源和白光ＬＥＤ組成的光源發(fā)射出可見光，再由ＬＸ１９７０接收該可見光并轉(zhuǎn)換成電流信號。接下來在ＳＮＫ端、ＳＲＣ端各串聯(lián)一塊微安表以分別測量光電流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背光源亮度自動控制電路
當(dāng)環(huán)境亮度明顯變暗時，ＬＸ１９７０能自動開啟ＬＣＤ的背光源以使白色ＬＥＤ發(fā)光。其亮度自動控制電路如圖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的輸出電壓來驅(qū)動白光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）來計算Ｒ２值。實際上在ＩＳＲＣｍａｘ為５０μＡ?xí)rＲ２為２５ｋΩ，這樣代入上式即可得到２７５ｋΩ的Ｒ１值。
３．３ ＬＸ１９７０評估板的設(shè)計
利用ＬＸ１９７０評估板（Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｂｏａｒｄ）不僅能檢查出ＬＸ１９７０的質(zhì)量好壞，還可對ＬＣＤ背光源亮度控制電路進(jìn)行各種實驗，以便為開發(fā)新產(chǎn)品提供依據(jù)。此外，評估板上的元器件布局以及印制電路的設(shè)計也具有參考價值。ＬＸ１９７０的評估板電路如圖５所示。它具有以下特點：
第一，可利用一個轉(zhuǎn)盤（上面開著７個不同孔徑的小孔）來改變ＬＸ１９７０入射光窗口的大小，轉(zhuǎn)盤與傳感器一同裝在機殼內(nèi)；
第二，通過電位器ＲＰ１～ＲＰ３調(diào)整放大器的增益，再經(jīng)過ＬＸ１９７０驅(qū)動兩只白色發(fā)光二極管（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）發(fā)光，以實現(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，以對不同電路進(jìn)行隔離或偏置；
第四，該電路有４個可選擇的控制端口，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)至最小）或調(diào)節(jié)ＳＲＣ端的輸出。端口Ｄ用來設(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用來選擇電源，當(dāng)Ｊ１連到“ＬＸ１９７０”位置時，系統(tǒng)只給ＬＸ１９７０供電；Ｊ１連至“ＬＥＤ驅(qū)動”位置時，則可同時給ＬＸ１９９０供電，ＬＸ１９９０為ＬＥＤ的驅(qū)動控制器。Ｊ２置于“ＳＲＣ開路”位置時，將斷開ＳＲＣ引腳的外圍電路；Ｊ２置于“分壓”位置時，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，ＶＤ２則不被短路。Ｊ４置于“驅(qū)動”位置時將ＳＮＫ端的輸出接到ＬＸ１９９０的輸入端ＩＳＥＴ；Ｊ４置于“ＳＮＫ上拉”位置時， ＳＮＫ端的輸出將經(jīng)過端口Ｄ接高電平。
需要說明的是：第一，使用端口Ｂ時允許將外部ＰＷＭ信號加至由（ＲＰ１＋Ｒ１）和（ＲＰ２＋Ｒ３）構(gòu)成的分壓器的高端，然后通過調(diào)節(jié)ＲＰ１和ＲＰ２的值來控制分壓比；第二，使用端口Ｃ時可用直流電壓來控制亮度；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。
