LTR-X1503 دیتاشیت سنسور نوری - حسگر یکپارچه نور محیط و مجاورت - رابط I2C - 3.0-3.6V - سند فنی

1. مرور کلی محصول

LTR-X1503 یک سنسور نوری با ولتاژ پایین و یکپارچگی بالا است که سنسور نور محیط، سنسور مجاورت و یک فرستنده مادون قرمز داخلی را در یک بسته‌بندی سطحی مینیاتوری، در سطح تراشه و بدون سرب ادغام می‌کند. این طراحی یکپارچه، طراحی مدار را ساده کرده و فضای باارزش برد را برای دستگاه‌های الکترونیکی فشرده ذخیره می‌کند.

مزیت اصلی این سنسور در عملکرد دوگانه آن است. سنسور نور محیطی پاسخ نوری خطی در محدوده دینامیکی وسیعی ارائه می‌دهد که آن را برای شرایط نوری محیطی متنوع، از بسیار تاریک تا بسیار روشن، مناسب می‌سازد. همزمان، سنسور مجاورت داخلی می‌تواند وجود یا عدم وجود اشیاء را در فاصله قابل پیکربندی توسط کاربر تشخیص دهد و امکان عملکردهایی مانند خاموش شدن صفحه نمایش در هنگام مکالمه یا غیرفعال شدن صفحه لمسی را فراهم می‌کند.

این قطعه عمدتاً برای بازار دستگاه‌های همراه، دستگاه‌های محاسباتی و الکترونیک مصرفی هدف‌گیری شده است. اندازه فوق‌العاده کوچک، ویژگی مصرف توان پایین همراه با حالت خواب (Sleep Mode) و رابط دیجیتال I2C، آن را به انتخابی ایده‌آل برای گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها، دستگاه‌های پوشیدنی و دستگاه‌های اینترنت اشیا تبدیل می‌کند؛ جایی که مدیریت کارآمد انرژی و استفاده بهینه از فضا از عوامل محدودکننده کلیدی هستند.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

• حسگر دوگانه در یک بسته‌بندی:مجتمع‌سازی حسگر نور محیط و حسگر مجاورت، کاهش تعداد قطعات و فضای اشغالی روی PCB.
• رابط دیجیتال I2C:پشتیبانی از حالت استاندارد (100 کیلوهرتز) و حالت سریع (400 کیلوهرتز) برای ارتباط آسان با میکروکنترلر اصلی.
• عملکرد با مصرف توان فوق‌العاده پایین:دارای حالت‌های کاری و آماده‌به‌کار. جریان تغذیه معمولی برای کار همزمان دو حسگر 160 میکروآمپر است، در حالی که جریان حالت آماده‌به‌کار می‌تواند تا تنها 1 میکروآمپر کاهش یابد و به طور قابل توجهی طول عمر باتری را افزایش دهد.
• قابلیت وقفه قابل برنامه‌ریزی:حسگر مجاورتی شامل یک سیستم وقفه با آستانه‌های بالا و پایین قابل برنامه‌ریزی و عملکرد هیسترزیس است. این نیاز پردازنده اصلی به نظارت مداوم بر حسگر را از بین می‌برد و در نتیجه کارایی کلی سیستم و صرفه‌جویی در انرژی را بهبود می‌بخشد.
• حسگر نور محیطی با عملکرد بالا:ارائه‌ی وضوح مؤثر ۱۶ بیتی با پاسخ خطی در محدوده‌ی گسترده و پاسخ طیفی نزدیک به چشم انسان. شامل قابلیت سرکوب خودکار سوسو‌زن ۵۰Hz/60Hz برای اطمینان از قرائت‌های پایدار تحت نورهای مصنوعی.
• حس‌گری مجاورتی مقاوم:شامل درایور LED داخلی، قابلیت سرکوب نور محیطی بالا (تا ۱۰ کیلولاکس)، وضوح ۱۶ بیتی و الگوریتم حذف تداخل برای تشخیص قابل‌اعتماد شیء.
• کالیبراسیون کارخانه:تنظیم یکباره در کارخانه، تفاوت‌های بین قطعات را به حداقل می‌رساند، عملکرد یکنواخت را تضمین می‌کند و نیاز به کالیبراسیون ساخت مشتری نهایی را کاهش می‌دهد.
• محدوده کاری گسترده:محدوده ولتاژ کاری از 3.0V تا 3.6V و محدوده دمایی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است و دارای مدار جبران‌کننده دمای داخلی برای اطمینان از عملکرد پایدار می‌باشد.

2. شرح دقیق مشخصات فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

اعمال فشار فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است منجر به آسیب دائمی قطعه شود.

• ولتاژ منبع تغذیه (VDD):3.6 V
• پین‌های دیجیتال I/O (SCL, SDA, INT):برای عملکرد عادی دستگاه مناسب است.
• ولتاژ آند LED (V_LED):-0.5 V تا 4.6 V
• ولتاژ پایه درایور LED (V_LDR):-0.5 V تا 3.6 V
• دمای ذخیره‌سازی:۴۰- درجه سانتی‌گراد تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد
• حفاظت ESD (HBM):۲۰۰۰ ولت

2.2 شرایط کاری توصیه‌شده

برای عملکرد عادی دستگاه.

• ولتاژ منبع تغذیه (VDD):3.0 V تا 3.6 V
• ولتاژ تغذیه LED (V_LED):2.8 V تا 4.0 V
• دمای کاری:40- درجه سانتی‌گراد تا 85 درجه سانتی‌گراد
• ورودی سطح بالا I2C:1.5 V تا VDD
• ورودی سطح پایین I2C:0 ولت تا 0.4 ولت

2.3 مشخصات الکتریکی و نوری

مشخصات معمولاً در شرایط VDD = 1.8V و Ta = 25°C ارائه می‌شوند.

2.3.1 ویژگی‌های مصرف توان

• جریان تغذیه (هر دو ALS و PS فعال هستند):160 uA (مقدار معمولی، با نرخ تکرار اندازه‌گیری 100ms).
• جریان کاری ALS:160 uA (مقدار معمول).
• جریان کاری PS:57 uA (مقدار معمول، 8 پالس، چرخه کاری 100%، عرض پالس 32 میکروثانیه).
• جریان حالت آماده‌باش:1 uA (مقدار معمول).
• زمان بیدار شدن از حالت آماده‌باش:0.25 ms (مقدار معمول).

2.3.2 ویژگی‌های حسگر نور محیط

• وضوح:قابل برنامه‌ریزی به‌عنوان وضوح مؤثر 13، 14، 15 یا 16 بیتی.
• دقت لوکس:±10% (مقدار معمول، تحت نورپردازی LED سفید).
• شمارش سطح تاریک:0 تا 5 شمارش (در 0 لوکس، وضوح 16 بیتی، گین 512 برابر، زمان انتگرال‌گیری 100 میلی‌ثانیه).
• زمان انتگرال‌گیری:قابل برنامه‌ریزی، محدوده از 0.2 میلی‌ثانیه تا 200 میلی‌ثانیه.
• سرکوب نویز چشمک‌زن:برای روشنایی 50Hz/60Hz، خطا ±5% است.
• پاسخ طیفی:نزدیک به پاسخ بینایی روشن چشم انسان.

2.3.3 ویژگی‌های حسگر مجاورتی

• وضوح:وضوح مؤثر 16 بیتی.
• طول موج اوج حساسیت:940 نانومتر (مقدار معمول، برای فرستنده مادون قرمز مجتمع).
• فاصله تشخیص:حداکثر تا 20 سانتیمتر (مقدار معمول، قابل پیکربندی بر اساس تعداد پالس، بهره و تنظیمات جریان).
• جریان پالس LED:قابل برنامه‌ریزی، حداکثر تا 186 میلی‌آمپر (مقدار معمول).
• عرض پالس LED:قابل برنامه‌ریزی: 8، 16، 32 یا 64 میکروثانیه.
• تعداد پالس‌های LED:قابل برنامه‌ریزی، از 1 تا 256 پالس در هر اندازه‌گیری.
• سرکوب نور محیطی:تا 10 کیلولاکس (نور مستقیم خورشید). هنگامی که از این سطح فراتر رود، عملکرد ایمنی در برابر خرابی از فعال‌سازی اشتباه جلوگیری می‌کند.

3. تحلیل منحنی عملکرد

3.1 پاسخ طیفی ALS

فوتودیود نور محیطی این سنسور با فیلتری طراحی شده است که با تابع درخشندگی بینایی CIE مطابقت دارد. این تابع پاسخ استاندارد چشم انسان به نور را تعریف می‌کند. این امر تضمین می‌کند که قرائت لوکس گزارش شده توسط سنسور، به طور دقیق روشنایی درک شده توسط انسان را نشان می‌دهد و نه صرفاً انرژی تابشی خام. این برای دستیابی به کنترل روشنایی خودکار نمایشگر که برای کاربر طبیعی به نظر می‌رسد، حیاتی است.

3.2 رابطه عملکرد PS با فاصله

مشخصه‌های عملکرد سنسور مجاورتی به‌عنوان تابعی از شدت سیگنال بازتاب‌شده و فاصله تا جسم بازتاب‌دهنده استاندارد (معمولاً با بازتاب‌پذیری 88%) نشان داده می‌شود. این رابطه غیرخطی است و از قانون مربع معکوس پیروی می‌کند. نمودار نشان می‌دهد که در تنظیمات معمول (مثلاً VDD=1.8V، جریان LED برابر 104mA، 16 پالس)، می‌توان سیگنال واضح و قابل اندازه‌گیری‌ای به‌دست آورد، که امکان تعیین آستانه تشخیص قابل اطمینان برای فاصله کاربری خاص (مثلاً 5cm برای تشخیص دهانه گوشی تلفن) را فراهم می‌کند.

3.3 پاسخ زاویه‌ای ALS

传感器的角度响应图（针对X轴和Y轴）显示了测量光强如何随入射角变化。对于大多数环境光传感应用，完美的余弦（朗伯）响应是理想的。LTR-X1503表现出接近这种理想的响应，确保无论主光源相对于传感器的方向如何，都能获得准确的读数。在极端角度（> ±60度）下与理想余弦响应的偏差，由于封装和光学设计的限制，在大多数传感器中是典型的。

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LTR-X1503 در یک بسته‌بندی سطح‌نصب بسیار کوچک 8 پین در سطح تراشه ارائه می‌شود. ابعاد دقیق پروفیل در نمودار ابعاد برگه داده ارائه شده است که شامل نمای بالا، نمای جانبی و نمای پایین است و ابعاد کلیدی مانند طول بسته، عرض، ارتفاع، فاصله پایه‌ها و ابعاد پد لحیم‌کاری مشخص شده است. این اطلاعات برای طراحی بسته‌بندی PCB و اطمینان از تناسب مکانیکی مناسب در محصول نهایی حیاتی است.

4.1 پیکربندی و عملکرد پایه‌ها

• پایه 1 (VDD):ورودی منبع تغذیه (3.0V - 3.6V).
• پایه 2 (SCL):ورودی کلاک سریال I2C.
• پایه 3 (GND):اتصال زمین.
• پایه 4 (LEDA):اتصال آند LED مادون قرمز یکپارچه. باید به ریل تغذیه LED (V_LED) متصل شود.
• پایه 5 (LDR):اتصال راننده LED. از آنجایی که راننده داخلی است، این پایه باید باز (NC) نگه داشته شود.
• پایه 6 (NC):بدون اتصال داخلی. می‌توان آن را شناور یا زمین کرد.
• پایه 7 (INT):پایه خروجی وقفه فعال-کم. این خروجی درین-باز هنگامی که یک رویداد نزدیکی (تشخیص/حذف شیء) بر اساس آستانه برنامه‌ریزی شده رخ دهد، در سطح پایین قرار می‌گیرد.
• پایه 8 (SDA):ورودی/خروجی داده سریال I2C (درین باز).

5. مدارهای کاربردی و راهنمای طراحی

5.1 مدار کاربردی توصیه‌شده

مدار کاربردی معمولی شامل حسگر، خازن‌های جداسازی ضروری و مقاومت‌های بالاکش I2C می‌باشد.

• جداسازی منبع تغذیه:یک خازن سرامیکی 1uF (C1) باید تا حد امکان نزدیک به زمین بین VDD و GND قرار گیرد. می‌توان یک خازن 0.1uF اضافی (C2) برای سرکوب نویز فرکانس بالا اضافه کرد.
• دکاپلینگ منبع تغذیه LED:توصیه می‌شود یک خازن 1uF (C3) بین پایه LEDA (و همچنین ریل تغذیه V_LED) و GND قرار داده شود.
• مقاومت‌های pull-up I2C:مقاومت‌هایی با مقدار بین 1 کیلو‌اهم تا 10 کیلو‌اهم (Rp1، Rp2) بر روی خطوط SCL و SDA مورد نیاز است. مقدار دقیق مقاومت به ظرفیت خازنی گذرگاه و زمان صعود مورد نظر بستگی دارد؛ هرچه مقدار مقاومت کمتر باشد، توانایی کشش قوی‌تر است، اما مصرف جریان افزایش می‌یابد. در صورت استفاده از خط INT، ممکن است مقاومت‌های کششی مشابهی نیز مورد نیاز باشد.

5.2 توالی منبع تغذیه

الزامات کلیدی:باید توالی صحیح منبع تغذیه رعایت شود تا از قفل‌شدگی یا آسیب احتمالی جلوگیری گردد.

• روشن‌سازی:VDD (منبع تغذیه منطقی اصلی) بایدپیش‌ترروشن کردن.
• خاموش کردن:V_LED باید در محدودهپیش‌تر VDD.

قطع برق.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

این قطعه یک دستگاه نصب سطحی است که برای فرآیند لحیم‌کاری بازجریانی طراحی شده است که در تولید انبوه الکترونیک رایج است.

6.1 پروفیل دمای لحیم‌کاری بازجریانی

• اگرچه برگه داده‌های خاص ممکن است منحنی دمایی را به تفصیل شرح ندهد، اما منحنی استاندارد لحیم‌کاری مجدد بدون سرب (مطابق با RoHS) قابل اعمال است. این معمولاً شامل موارد زیر می‌شود:پیش‌گرم/افزایش دما:
• افزایش آهسته دما (1-3 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه) تا حدود 150-200 درجه سانتی‌گراد، برای فعال‌سازی فلاکس و به حداقل رساندن شوک حرارتی.ناحیه نگهداری دما:
• حفظ یک دوره پلاتو در دمای 150-200 درجه سانتی‌گراد به مدت 60-120 ثانیه، برای اطمینان از یکنواختی دمای کل برد مدار و تبخیر مواد فرار.ناحیه ریفلو:
• گرمایش سریع تا رسیدن به دمای پیک. دمای پیک نباید از حداکثر مقدار نامی پکیج تجاوز کند (ممکن است به طور موقت 260 درجه سانتی‌گراد باشد، مثلاً 10-30 ثانیه بالای 245 درجه سانتی‌گراد).خنک‌سازی:

مرحله خنک‌سازی کنترل‌شده.

لطفاً سطح حساسیت رطوبت بسته‌بندی را بررسی کنید. اگر قطعه در معرض رطوبت محیطی بیش از حد آستانه مجاز آن قرار گرفته است، لطفاً روش‌های مناسب پخت و پردازش را دنبال کنید.

6.2 شرایط نگهداری

7. Packaging and Ordering Information

LTR-X1503 در قالب نوار رول مناسب برای ماشین‌های نصب خودکار ارائه می‌شود.

• شماره قطعه:LTR-X1503
• نوع بسته‌بندی:8-pin chip-scale package.
• بسته‌بندی:نوار رول.
• تعداد استاندارد در هر رول:3,000 عدد.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• گوشی هوشمند/تبلت:تنظیم خودکار روشنایی صفحه (ALS) و خاموش شدن صفحه/غیرفعال‌سازی لمسی (PS) هنگام نزدیک کردن دستگاه به گوش در طول تماس.
• لپ‌تاپ و مانیتور:تنظیم پویای نور پس‌زمینه بر اساس نور محیط برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و بهبود راحتی مشاهده.
• دستگاه‌های پوشیدنی:نمایش فعال‌سازی (PS) هنگام بیدار شدن با حرکت دست یا نگاه کاربر به دستگاه، و مدیریت روشنایی.
• محصولات الکترونیکی مصرفی:کنترل خودکار روشن/خاموش، کلیدهای غیرتماسی و تشخیص حضور در لوازم خانگی.

8.2 ملاحظات طراحی و بهترین روش‌ها

• مسیر نوری:اطمینان حاصل کنید که حسگر نور محیطی دارای یک مسیر نوری واضح و بدون مانع است. برای حسگر مجاورتی، یک پنجره یا روزنه طراحی کنید تا نور مادون قرمز به‌طور مؤثر خارج شده و نور بازتابی به‌طور مؤثر بازگردد. از قرار دادن حسگر در پشت مواد تیره یا جاذب مادون قرمز خودداری کنید.
• تداخل مادون قرمز:حسگر مجاورت از نور مادون قرمز 940 نانومتری استفاده می‌کند. نور خورشید و برخی منابع نور مصنوعی حاوی اجزای مادون قرمز هستند. عملکرد سرکوب نور محیطی بالا و حذف تداخل حسگر کمک‌کننده است، اما دور کردن آن از منابع نور مادون قرمز مستقیم و قوی می‌تواند عملکرد را بهبود بخشد.
• مدیریت گذرگاه I2C:با استفاده از قابلیت وقفه، MCU اصلی را به حالت خواب می‌برد و تنها در صورت وقوع رویداد نزدیکی آن را بیدار می‌کند. سنسور نور محیط را با نرخ متوسط (مثلاً یک بار در ثانیه) پرس می‌کند، مگر اینکه نیاز به ردیابی تغییرات سریع روشنایی باشد.
• کالیبراسیون آستانه:آستانه تشخیص سنسور مجاورت باید در داخل محفظه محصول نهایی کالیبره شود تا ضخامت شیشه پوشش، بازتاب‌پذیری و بازتاب داخلی (کراس‌تاک) در نظر گرفته شود. این کار معمولاً در فرآیند تولید انجام می‌شود.

9. مقایسه فنی و تمایز‌ها

LTR-X1503 در بازار راه‌حل‌های یکپارچه ALS/PS رقابت می‌کند. مزایای تمایز اصلی آن ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• یکپارچگی بالا:ادغام فرستنده مادون قرمز و حسگر در یک بسته‌بندی واحد یک مزیت قابل توجه است که در مقایسه با راه‌حل‌های نیازمند LED مادون قرمز مجزا، فهرست قطعات را کاهش و هم‌ترازی نوری را ساده می‌کند.
• عملکرد:هر دو حسگر با ویژگی‌هایی مانند وضوح 16 بیتی، سرکوب بالای نور محیط (10 کیلولاکس) و پارامترهای اندازه‌گیری قابل برنامه‌ریزی، انعطاف‌پذیری طراحی و عملکردی قوی ارائه می‌دهند.
• بهره‌وری انرژی:جریان کاری پایین و جریان حالت آماده‌باش رقابتی برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری حیاتی هستند.
• رابط دیجیتال:رابط I2C یک گذرگاه استاندارد و به‌طور گسترده پشتیبانی‌شده است که یکپارچه‌سازی را ساده و مستقیم می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 چگونه می‌توان فاصله تشخیص سنسور مجاورتی را تنظیم کرد؟

فاصله تشخیص یک پارامتر ثابت و منفرد نیست، بلکه نتیجه چندین تنظیم قابل پیکربندی است: جریان پالس LED، عرض پالس، تعداد پالس‌ها و بهره گیرنده. با افزایش جریان LED، تعداد پالس‌ها یا بهره، قدرت سیگنال بازتابی افزایش می‌یابد و در نتیجه می‌توان اجسام در فاصله دورتر یا با بازتابندگی کمتر را تشخیص داد. آستانه "تشخیص" خاص توسط کاربر در رجیستر آستانه وقفه تنظیم می‌شود، با روشی که در محصول نهایی با مشخصه‌یابی تعداد داده‌های سنسور مجاورتی در فاصله مورد نظر انجام می‌پذیرد.

10.2 چرا توالی زمانی منبع تغذیه بین VDD و V_LED مهم است؟

توالی نادرست ممکن است منجر به جریان هجومی بزرگی از طریق ساختارهای محافظ ESD داخلی یا مدارهای منطقی شود و می‌تواند باعث قفل‌شدن (latch-up) شود - حالتی با جریان بالا که ممکن است به دستگاه آسیب برساند. رعایت توالی مشخص‌شده (روشن کردن ابتدا VDD سپس V_LED؛ خاموش کردن ابتدا V_LED سپس VDD) اطمینان می‌دهد که ترانزیستورهای داخلی قبل از اعمال یا حذف منبع تغذیه با ولتاژ بالاتر LED، به درستی بایاس شده‌اند.

10.3 در سنسور مجاورتی، "حذف تداخل" به چه معناست؟

تداخل به بازتاب داخلی در ماژول دستگاه یا پوشش آن اشاره دارد، جایی که نور مادون قرمز از فرستنده بدون بازتاب از یک جسم خارجی مستقیماً به فوتودیود حسگر مجاورت می‌رسد. این امر یک افست زمینه ایجاد می‌کند که می‌تواند منجر به فعال‌سازی ناخواسته یا کاهش حساسیت شود. LTR-X1503 از یک الگوریتم (معمولاً شامل اندازه‌گیری خط پایه هنگام خاموش بودن LED) برای اندازه‌گیری و کم کردن این مؤلفه تداخل از داده‌های نهایی حسگر مجاورت استفاده می‌کند و در نتیجه دقت تشخیص شیء را بهبود می‌بخشد.

10.4 سنسور نور محیطی چگونه سرکوب سوسو زدن 50/60 هرتز را محقق می‌سازد؟

لامپ‌های رشته‌ای و فلورسنت که توسط برق شهری AC تغذیه می‌شوند، در فرکانس‌های 100 هرتز یا 120 هرتز (دو برابر فرکانس خط) نوسان شدت دارند. اگر زمان انتگرال‌گیری سنسور مضرب صحیحی از دوره سوسو زدن باشد (مثلاً 10ms، 20ms، 100ms)، یک دوره نوری کامل را میانگین می‌گیرد، در نتیجه تغییرات را خنثی کرده و یک خوانش لوکس پایدار ارائه می‌دهد. زمان انتگرال‌گیری سنسور قابل برنامه‌ریزی به عنوان مضرب صحیحی از این دوره‌ها است تا این سرکوب محقق شود.

11. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

11.1 پیاده‌سازی کنترل نمایش صرفه‌جویی انرژی در ساعت‌های هوشمند

سناریو:ساعت هوشمند نیاز به حداکثر کردن عمر باتری دارد. نمایشگر باید در فضای باز روشن، در محیط داخلی تاریک و زمانی که مشاهده نمی‌شود (مثلاً هنگامی که کاربر دست خود را پایین می‌آورد) کاملاً خاموش شود.

پیاده‌سازی با استفاده از LTR-X1503:

1. نقش ALS:سنسور نور محیطی با وضوح 16 بیت و زمان یکپارچه‌سازی 100 میلی‌ثانیه (برای سرکوب سوسو زدن) پیکربندی شده است. MCU اصلی داده‌های سنسور نور محیطی را یک بار در ثانیه از طریق I2C می‌خواند. مقدار لوکس از طریق جدول جستجو یا الگوریتم به چرخه کاری PWM مربوط به نور پس‌زمینه نمایشگر نگاشت می‌شود تا تنظیم خودکار و یکنواخت روشنایی حاصل شود.
2. نقش PS:سنسور مجاورت با جریان پالس و تعداد مناسب بر اساس فاصله مشاهده مورد انتظار (مثلاً حدود 30 سانتی‌متر) پیکربندی شده است. آستانه‌های وقفه تنظیم می‌شوند: یک آستانه پایین برای "حذف شی" (عدم مشاهده ساعت) و یک آستانه بالا برای "تشخیص شی" (بلند کردن ساعت برای مشاهده). پین INT به یک GPIO با قابلیت بیدار کردن روی MCU متصل است.
3. گردش کار صرفه‌جویی در انرژی:
   • هنگامی که کاربر دست خود را پایین می‌آورد، شمارش حسگر مجاورت به زیر آستانه حد پایین می‌رسد و وقفه را فعال می‌کند.
   • MCU از حالت خواب بیدار می‌شود، وضعیت وقفه را می‌خواند و به نمایشگر دستور می‌دهد تا به حالت خاموش با مصرف انرژی پایین وارد شود.
   • سپس MCU می‌تواند خود و حسگرها (به جز احتمالاً حالت نظارت حسگر مجاورتی کم‌مصرف) را مجدداً به حالت خواب بازگرداند.
   • هنگامی که کاربر دست خود را برای مشاهده ساعت بلند می‌کند، حسگر مجاورتی جسم را تشخیص داده، وقفه ایجاد می‌کند، MCU را بیدار می‌کند و سپس MCU به طور کامل نمایشگر و حسگر نور محیط را روشن کرده تا زمان صحیح را با روشنایی مناسب نشان دهد.

در مقایسه با نمایشگرهای همیشه روشن یا کنترل‌شده صرفاً با زمان، این ترکیب به طور قابل توجهی میانگین مصرف توان سیستم را کاهش می‌دهد.

12. مقدمه‌ای بر نحوه عملکرد

12.1 اصل حسگر نور محیط

عملکرد حس‌گر نور محیطی بر اساس فوتودیود است که یک قطعه نیمه‌هادی است و جریان کوچکی تولید می‌کند که با شدت نور تابیده شده بر آن متناسب است. در LTR-X1503، این فوتودیود با فیلتری پوشانده شده است که حساسیت چشم انسان را در کل طیف مرئی تقلید می‌کند. جریان نوری تولید شده بسیار کوچک است (در محدوده پیکوآمپر تا نانوآمپر). یک تقویت‌کننده ترانس‌امپدانس مجتمع این جریان را به ولتاژ تبدیل می‌کند که سپس توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال با وضوح بالا دیجیتالی می‌شود. مقدار دیجیتال پردازش شده و از طریق رجیسترهای I2C ارائه می‌شود که نمایان‌گر روشنایی بر حسب شمارش است و می‌توان آن را با استفاده از یک فرمول کالیبراسیون به واحد لوکس تبدیل کرد.

12.2 اصول حسگری مجاورت

حسگر مجاورت بر اساس اصل بازتاب فعال مادون قرمز کار می‌کند. LED مادون قرمز مجتمع، پالس‌های نوری کوتاه 940 نانومتری نامرئی برای چشم انسان ساطع می‌کند. یک فوتودیود مستقل و اختصاصی (متفاوت از فوتودیود حسگر نور محیطی) به عنوان گیرنده عمل می‌کند. هنگامی که یک شی در محدوده باشد، بخشی از نور مادون قرمز ساطع شده از شی بازتابیده و به فوتودیود گیرنده بازمی‌گردد. حسگر میزان نور بازتابیده دریافت شده را در طول و پس از هر پالس LED اندازه‌گیری می‌کند. با مقایسه این سیگنال با سطح مادون قرمز محیطی (اندازه‌گیری شده هنگامی که LED خاموش است) و پس از حذف تداخل متقابل، حسگر یک شمارش داده مجاورت محاسبه می‌کند. شمارش بالاتر نشان‌دهنده نزدیک‌تر بودن یا بازتابندگی بیشتر شی است. این شمارش با آستانه برنامه‌ریزی شده توسط کاربر مقایسه می‌شود تا وقفه ایجاد کند.

13. روندهای فناوری

بازار سنسورهای نوری مجتمع مانند LTR-X1503 توسط چندین روند آشکار در صنعت الکترونیک به پیش رانده می‌شود:

• مینیاتوری‌سازی:نیاز مداوم به اندازه‌های بسته‌بندی کوچکتر (مانند اندازه تراشه) برای تطبیق با دستگاه‌هایی که روز به روز باریک‌تر، با صفحه نمایش بزرگتر و باتری بزرگتر می‌شوند.
• افزایش سطح یکپارچگی:روند فراتر از تنها ترکیب حسگر نور محیط و حسگر مجاورت است. حسگرهای آینده ممکن است حسگرهای محیطی بیشتری (رنگ، ژست، زمان پرواز) را یکپارچه کنند و پیچیدگی سیستم را بیشتر کاهش دهند.
• هوشمندی لبه‌ای:حسگرها در حال کسب توان پردازشی بیشتر روی تراشه هستند. نسخه‌های آینده ممکن است نه تنها داده‌های خام، بلکه محاسبات لوکس، منطق ماشین حالت مجاورت و تشخیص ژست را نیز به صورت داخلی اجرا کنند و تنها اعلان‌های رویداد سطح بالا را به پردازنده اصلی ارسال کنند که در نتیجه باعث صرفه‌جویی بیشتر در مصرف انرژی سیستم می‌شود.
• بهبود عملکرد:انتظارات برای دقت، محدوده دینامیکی و مصرف توان به طور مداوم در حال افزایش است. پیشرفت‌های فرآیندهای نیمه‌هادی و طراحی نوری، ADCهای با نویز کمتر، وضوح بالاتر و LEDهای کارآمدتر را ممکن ساخته‌اند.
• استانداردسازی و پشتیبانی نرم‌افزاری:درایورهای نرم‌افزاری قوی و استاندارد (مانند موارد برای Android، Linux) به اندازه عملکرد سخت‌افزاری در حال اهمیت یافتن هستند و زمان عرضه محصول را برای تولیدکنندگان دستگاه کاهش می‌دهند.