LTR-X130P Optical Sensor Datasheet - Integrated Proximity & Ambient Light Sensor - I2C Interface - 1.7V to 3.6V - English Technical Document

1. उत्पाद अवलोकन

LTR-X130P एक अत्यधिक एकीकृत, कम वोल्टेज वाला ऑप्टिकल सेंसर है जो प्रॉक्सिमिटी सेंसिंग (PS) और एंबिएंट लाइट सेंसिंग (ALS) कार्यक्षमताओं को एकल, लघु, लीड-मुक्त सरफेस-माउंट ChipLED पैकेज के भीतर संयोजित करता है। इसका मूल डिज़ाइन दर्शन स्थान-सीमित, बैटरी-संचालित अनुप्रयोगों में परिष्कृत वस्तु पहचान और प्रकाश मापन को सक्षम बनाने पर केंद्रित है।

सेंसर का प्राथमिक लाभ इसके सिस्टम-स्तरीय एकीकरण में निहित है। इसमें एक अंतर्निहित इन्फ्रारेड एमिटर (LED), दृश्यमान और इन्फ्रारेड फोटोडायोड, एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स (ADCs), एक प्रोग्रामेबल इंटरप्ट कंट्रोलर और एक पूर्ण I2C डिजिटल इंटरफेस शामिल हैं। यह एकीकरण बाहरी घटकों की संख्या को काफी कम कर देता है और PCB लेआउट को सरल बनाता है। एक प्रमुख प्रदर्शन विशेषता इसका उत्कृष्ट एंबिएंट लाइट दमन है, जो 100,000 लक्स तक की सीधी धूप की स्थिति में सटीक रूप से कार्य करने में सक्षम है, जिससे यह बाहरी या तेज रोशनी वाले इनडोर वातावरण के लिए उपयुक्त है। प्रोग्रामेबल इंटरप्ट फ़ंक्शन होस्ट माइक्रोकंट्रोलर को कम-शक्ति स्लीप मोड में प्रवेश करने की अनुमति देता है, केवल तभी जागृत होता है जब विशिष्ट प्रॉक्सिमिटी सीमाएं पार होती हैं, जिससे समग्र सिस्टम शक्ति दक्षता अनुकूलित होती है—मोबाइल और पोर्टेबल उपकरणों के लिए एक महत्वपूर्ण कारक।

लक्षित बाजार में उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटिंग उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल है। इसके प्राथमिक अनुप्रयोगों में स्मार्टफोन, टैबलेट, लैपटॉप और मॉनिटर में स्वचालित डिस्प्ले बैकलाइट डिमिंग और चमक नियंत्रण शामिल है, जहां यह उपयोगकर्ता अनुभव को बढ़ाता है और बिजली बचाता है। इसके अलावा, 10 सेमी तक की इसकी वस्तु पहचान क्षमता का उपयोग टचलेस जेस्चर कंट्रोल, उपस्थिति पहचान (जैसे, जब उपयोगकर्ता दूर चला जाता है तो डिस्प्ले बंद करना), और विभिन्न उपकरणों में साधारण बाधा परिहार जैसी सुविधाओं के लिए किया जाता है।

2. In-Depth Technical Parameter Analysis

2.1 Electrical & Optical Specifications

All specifications are typically measured at VDD = 2.8V and an operating temperature (T_ope) 25°C का, जब तक अन्यथा निर्दिष्ट न हो।

शक्ति विशेषताएँ:
सेंसर 1.7V से 3.6V तक की एक विस्तृत आपूर्ति वोल्टेज सीमा से संचालित होता है, जो सामान्य बैटरी आउटपुट और विनियमित पावर रेल के साथ संगत है। सक्रिय माप के दौरान अधिकतम ड्यूटी साइकल पर विशिष्ट आपूर्ति धारा 95 µA है। बिजली बचत के लिए एक महत्वपूर्ण विशेषता स्टैंडबाय (शटडाउन) मोड है, जो केवल 1 µA खींचता है। इस स्टैंडबाय मोड से सक्रिय माप की तत्परता तक जागने का समय आमतौर पर 10 ms है, जो बहुत कम औसत बिजली खपत बनाए रखते हुए त्वरित प्रतिक्रिया की अनुमति देता है।

Proximity Sensor (PS) Characteristics:
PS फ़ंक्शन अत्यधिक कॉन्फ़िगरेबल है। प्रभावी रिज़ॉल्यूशन 8, 9, 10 और 11 बिट्स के बीच चयन योग्य है, जो डिज़ाइनरों को रूपांतरण गति के लिए मापन सटीकता का व्यापार करने की अनुमति देता है। एकीकृत IR एमिटर 940 nm की शिखर तरंगदैर्ध्य पर कार्य करता है। LED ड्राइव करंट चरणों में प्रोग्राम योग्य है: 2.5, 5, 10, 25, 50, 75, 100, और 125 mA, जो पहचान सीमा और बिजली उपयोग के समायोजन को सक्षम बनाता है। LED 60 kHz से 100 kHz की आवृत्ति पर 50% ड्यूटी साइकिल के साथ स्पंदित होता है। प्रति मापन चक्र स्पंदों की संख्या 1 से 255 तक कॉन्फ़िगरेबल है, जो सीधे एकीकरण समय और संवेदनशीलता को प्रभावित करती है। विशिष्ट परिस्थितियों (32 स्पंद, 60 kHz, 100 mA ड्राइव, 18% ग्रे कार्ड लक्ष्य) के तहत, सेंसर 10 cm तक की दूरी पर वस्तुओं का पता लगा सकता है। इसकी परिवेश प्रकाश अस्वीकृति प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश के 100 klux तक के लिए निर्दिष्ट है।

2.2 Absolute Maximum Ratings and Operating Conditions

Absolute Maximum Ratings: ये तनाव सीमाएँ हैं जिन्हें क्षणिक रूप से भी पार नहीं किया जाना चाहिए, अन्यथा स्थायी क्षति हो सकती है। आपूर्ति वोल्टेज (VDD) 4.0V से अधिक नहीं होना चाहिए। डिजिटल I/O पिन (SCL, SDA, INT) और LDR पिन का वोल्टेज रेंज -0.5V से +4.0V है। डिवाइस को -40°C से +100°C के बीच तापमान पर संग्रहित किया जा सकता है।

अनुशंसित संचालन स्थितियाँ: ये विश्वसनीय प्रदर्शन के लिए सामान्य संचालन वातावरण को परिभाषित करती हैं। VDD को 1.7V और 3.6V के बीच बनाए रखना चाहिए। LED एनोड आपूर्ति (VLED) के लिए एक अलग 3.0V से 4.5V स्रोत की आवश्यकता होती है। I2C इंटरफ़ेस एक लॉजिक हाई (V_I2Chigh) at ≥1.5V and a logic low (V_I2Clow) ≤0.4V पर। पूर्ण कार्यशील तापमान सीमा -40°C से +85°C है, जो कठोर वातावरण में कार्यक्षमता सुनिश्चित करती है।

2.3 AC विद्युत विशेषताएँ (I2C इंटरफ़ेस)

सेंसर Standard mode (100 kHz) और Fast mode (400 kHz) दोनों I2C संचार का समर्थन करता है। प्रमुख समयन पैरामीटर में शामिल हैं: SCL क्लॉक आवृत्ति (f_SCL) 0 से 400 kHz तक, बस मुक्त समय (t_BUF) न्यूनतम 1.3 µs, SCL निम्न अवधि (t_LOW) minimum of 1.3 µs, SCL high period (t_HIGH) न्यूनतम 0.6 µs, और डेटा सेटअप समय (t_SU:DAT) न्यूनतम 100 ns. SDA और SCL दोनों सिग्नलों के उदय और पतन समय 300 ns से कम होने चाहिए। एक इनपुट फ़िल्टर 50 ns से कम अवधि के शोर स्पाइक्स को दबाता है।

3. Performance Curve Analysis

डेटाशीट डिज़ाइन के लिए आवश्यक विशिष्ट प्रदर्शन ग्राफ प्रदान करती है।

PS Count vs. Distance: यह वक्र सेंसर से प्राप्त कच्चे डिजिटल आउटपुट (PS काउंट) और एक मानक 18% परावर्तकता ग्रे कार्ड की दूरी के बीच संबंध को दर्शाता है। यह वक्र आमतौर पर गैर-रैखिक होता है, जो सेंसर के बहुत करीब दूरी कम होने पर काउंट में तेज वृद्धि दिखाता है, और फिर दूरी बढ़ने पर अधिक क्रमिक गिरावट दिखाता है। यह ग्राफ सेंसर को कैलिब्रेट करने और किसी एप्लिकेशन में विशिष्ट पहचान सीमाओं के लिए उपयुक्त इंटरप्ट थ्रेशोल्ड सेट करने के लिए महत्वपूर्ण है।

Emitter Angular Response: यह आरेख अंतर्निहित अवरक्त एलईडी के स्थानिक विकिरण पैटर्न को दर्शाता है। यह उत्सर्जित आईआर प्रकाश की तीव्रता को केंद्रीय अक्ष से कोण के फलन के रूप में दिखाता है (आमतौर पर एक ध्रुवीय आलेख)। इस पैकेज के लिए एक विशिष्ट पैटर्न एक व्यापक, लैम्बर्टियन-जैसा वितरण दिखा सकता है। इस पैटर्न को समझना यांत्रिक डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह प्रॉक्सिमिटी सेंसर के प्रभावी दृश्य क्षेत्र और संसूचन क्षेत्र को प्रभावित करता है। निर्दिष्ट 10 सेमी सीमा प्राप्त करने के लिए किसी भी कवर विंडो या लेंस का इस पैटर्न के साथ उचित संरेखण आवश्यक है।

4. Mechanical and Package Information

LTR-X130P एक 8-पिन ChipLED सतह-माउंट पैकेज में रखा गया है। आउटलाइन आयाम डेटाशीट में प्रदान किए गए हैं जिनमें सभी माप मिलीमीटर में हैं। अनिर्दिष्ट सुविधाओं के लिए आयामी सहनशीलता ±0.2 मिमी है। यह पैकेज उच्च-मात्रा इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण में सामान्य मानक स्वचालित पिक-एंड-प्लेस और रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियाओं के लिए डिज़ाइन किया गया है।

5. सोल्डरिंग और असेंबली दिशानिर्देश

हालांकि प्रदत्त अंश में विशिष्ट रीफ्लो प्रोफाइल्स का विस्तार से वर्णन नहीं किया गया है, यह डिवाइस मानक सरफेस-माउंट टेक्नोलॉजी (SMT) असेंबली के लिए अभिप्रेत है। लीड-फ्री रीफ्लो सोल्डरिंग प्रोफाइल्स के लिए JEDEC J-STD-020 दिशानिर्देशों का पालन करने की सिफारिश की जाती है। नमी संवेदनशीलता स्तर (MSL) की पूर्ण पैकेज विशिष्टता से पुष्टि की जानी चाहिए। डिवाइस आमतौर पर एक ड्राई-बैग में डिसिकेंट के साथ आपूर्ति किए जाते हैं और उपयोग से पहले यदि बैग का आर्द्रता संकेतक कार्ड अत्यधिक नमी के संपर्क को दर्शाता है, तो मानक प्रक्रियाओं के अनुसार उन्हें बेक किया जाना चाहिए।

6. पैकेजिंग और ऑर्डरिंग जानकारी

LTR-X130P का मानक पैकेजिंग टेप और रील है, जो स्वचालित असेंबली उपकरणों के साथ संगत है। प्रत्येक रील में 8000 यूनिट होते हैं। पार्ट नंबर LTR-X130P है।

7. एप्लिकेशन डिज़ाइन सिफारिशें

7.1 टिपिकल एप्लिकेशन सर्किट

अनुशंसित अनुप्रयोग सर्किट महत्वपूर्ण डिज़ाइन विचारों को उजागर करता है। एक मौलिक आवश्यकता डिजिटल आपूर्ति (VDD, 1.7-3.6V) और LED एनोड आपूर्ति (VLED, 3.0-4.5V) का पृथक्करण है। स्थिर LED ड्राइव करंट सुनिश्चित करने और LED पल्स से उत्पन्न शोर को संवेदनशील एनालॉग और डिजिटल आपूर्ति रेल में युग्मित होने से रोकने के लिए यह पृथक्करण अनिवार्य है। सर्किट में SDA, SCL और INT लाइनों पर पुल-अप रेसिस्टर्स (Rp1, Rp2, Rp3) शामिल हैं। उनका मान (1 kΩ से 10 kΩ) कुल बस कैपेसिटेंस और वांछित राइज़ टाइम के आधार पर I2C विनिर्देशों को पूरा करने के लिए चुना जाना चाहिए। डिकपलिंग कैपेसिटर आवश्यक हैं: एक 1 µF ±20% X7R/X5R सिरेमिक कैपेसिटर (C1) VDD पिन के यथासंभव निकट रखा जाना चाहिए, और एक 0.1 µF कैपेसिटर (C2) की भी अनुशंसा की जाती है। VLED लाइन पर एक समान 1 µF कैपेसिटर (C3) का उपयोग किया जाता है।

7.2 पिन कॉन्फ़िगरेशन और फ़ंक्शन

• पिन 1 (SDA): I2C serial data line (bidirectional).
• Pin 2 (INT): Active-low interrupt output. Asserts when a programmable proximity event occurs.
• Pin 3 (LDR): LED के कैथोड से जुड़ता है। आंतरिक ड्राइवर का उपयोग करते समय, यह पिन Pin 4 (LEDK) से जुड़ा होता है।
• Pin 4 (LEDK): LED कैथोड कनेक्शन।
• पिन 5 (LEDA): LED एनोड कनेक्शन। इसे अलग VLED रेल (3.0-4.5V) से सप्लाई किया जाना चाहिए।
• पिन 6 (GND): System ground.
• Pin 7 (SCL): I2C serial clock input.
• Pin 8 (VDD): डिजिटल पावर सप्लाई इनपुट (1.7-3.6V).

8. Technical Comparison and Differentiation

LTR-X130P अपने आप को चुनौतीपूर्ण परिस्थितियों में उच्च एकीकरण और मजबूत प्रदर्शन के माध्यम से अलग करता है। असतत समाधानों (अलग IR LED, फोटोडायोड, और सिग्नल कंडीशनिंग IC) की तुलना में, यह काफी छोटा फुटप्रिंट, सरलीकृत डिज़ाइन-इन प्रक्रिया और कम बिल ऑफ मटेरियल (BOM) प्रदान करता है। अन्य एकीकृत प्रॉक्सिमिटी सेंसरों के मुकाबले, इसके प्रमुख लाभों में 100 klux का बहुत उच्च परिवेश प्रकाश प्रतिरक्षण शामिल है, जो कई प्रतिस्पर्धियों से बेहतर है, और लचीली, प्रोग्रामेबल LED करंट तथा पल्स काउंट सेटिंग्स शामिल हैं जो विशिष्ट रेंज, शक्ति और प्रतिक्रिया समय आवश्यकताओं के लिए सूक्ष्म समायोजन की अनुमति देती हैं। फैक्टरी ट्रिमिंग यूनिट-टू-यूनिट भिन्नता को न्यूनतम सुनिश्चित करती है, जिससे विनिर्माण उपज और अंतिम उत्पादों में स्थिरता में सुधार होता है।

9. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (तकनीकी मापदंडों के आधार पर)

प्र: VDD और VLED अलग-अलग पावर रेल क्यों होनी चाहिए?
उ: LED पल्स महत्वपूर्ण करंट (125 mA तक) खींच सकती हैं। एक आपूर्ति रेल साझा करने से VDD लाइन पर बड़े वोल्टेज ड्रॉप या नॉइज़ होगा, जो सेंसर के संवेदनशील एनालॉग फ्रंट-एंड और डिजिटल लॉजिक को अस्थिर कर सकता है, जिससे गलत रीडिंग या रीसेट इवेंट हो सकते हैं। अलग-अलग रेल इस नॉइज़ को अलग कर देती हैं।

Q: 10 सेंटीमीटर से अधिक पहचान सीमा कैसे बढ़ाएं?
A: सीमा LED करंट, पल्स की संख्या और लक्ष्य की परावर्तन क्षमता से प्रभावित होती है। सीमा बढ़ाने के लिए, आप उच्च LED करंट (125 mA तक) प्रोग्राम कर सकते हैं और/या प्रति माप पल्स की संख्या (255 तक) बढ़ा सकते हैं। ध्यान दें कि इससे प्रति माप चक्र बिजली की खपत बढ़ जाएगी।

Q: इंटरप्ट फ़ंक्शन बिजली बचाने में कैसे मदद करता है?
A> Instead of the host microcontroller constantly polling the sensor for readings (keeping the I2C bus and CPU active), the sensor can be configured with upper and lower proximity thresholds. The host puts the sensor and itself into low-power mode. Only when an object enters or leaves the defined proximity zone does the sensor assert the INT line, waking the host to take action. This minimizes system activity.

Q: क्रॉसटॉक कैंसिलेशन सुविधा का उद्देश्य क्या है?
A: एक कॉम्पैक्ट पैकेज में, आंतरिक एमिटर से कुछ IR प्रकाश सीधे लीक हो सकता है या आंतरिक रूप से फोटोडायोड पर परावर्तित हो सकता है बिना किसी बाहरी वस्तु से टकराए। इससे एक स्थायी ऑफ़सेट या "क्रॉसटॉक" सिग्नल बनता है। सेंसर में इस ऑफ़सेट को मापने और डिजिटल रूप से घटाने के लिए सर्किट्री शामिल होती है, यह सुनिश्चित करते हुए कि निकटता काउंट वास्तव में बाहरी वस्तु से परावर्तित प्रकाश का प्रतिनिधित्व करता है।

10. Design and Usage Case Studies

केस स्टडी 1: स्मार्टफोन डिस्प्ले प्रबंधन: एक स्मार्टफोन में, LTR-X130P को ईयरपीस के पास रखा जाता है। जब उपयोगकर्ता कॉल के दौरान फोन को अपने कान के पास लाता है, तो सेंसर सिर की निकटता (~2-5 सेमी के भीतर) का पता लगाता है। यह एप्लिकेशन प्रोसेसर को एक इंटरप्ट ट्रिगर करता है, जो तब आकस्मिक गाल के स्पर्श को रोकने के लिए डिस्प्ले टचस्क्रीन को बंद कर देता है और बिजली बचाने के लिए बैकलाइट को मंद कर देता है। जब फोन दूर ले जाया जाता है, तो डिस्प्ले पुनर्स्थापित कर दिया जाता है।

केस स्टडी 2: इंटरैक्टिव कियोस्क उपस्थिति पहचान: एक सार्वजनिक सूचना कियोस्क सेंसर का उपयोग यह पता लगाने के लिए करता है कि कोई व्यक्ति 50 सेमी के भीतर पहुंचा है। पहचान होने पर, यह कम-शक्ति नींद की स्थिति से जागता है, डिस्प्ले को सक्रिय करता है और एक आकर्षक लूप दिखाता है। यदि एक निर्धारित अवधि के लिए किसी का पता नहीं चलता है, तो यह वापस सोने की स्थिति में चला जाता है, जिससे 24/7 चलने की तुलना में ऊर्जा खपत में काफी कमी आती है।

11. संचालन के सिद्धांत

LTR-X130P सक्रिय इन्फ्रारेड प्रॉक्सिमिटी सेंसिंग और फोटोमेट्रिक परिवेश प्रकाश संवेदन के सिद्धांत पर कार्य करता है। निकटता माप के लिए, आंतरिक माइक्रोकंट्रोलर एकीकृत IR LED को 940 एनएम पर मॉड्यूलेटेड पल्स की एक श्रृंखला उत्सर्जित करने के लिए ट्रिगर करता है। सेंसर के सामने कोई भी वस्तु इस प्रकाश का एक हिस्सा वापस परावर्तित करती है। समर्पित IR-संवेदी फोटोडायोड परावर्तित प्रकाश की तीव्रता को एक छोटी फोटोकरंट में परिवर्तित करता है। इस करंट को एकीकृत किया जाता है और एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन ADC द्वारा एक डिजिटल मान में परिवर्तित किया जाता है। इस डिजिटल मान (PS काउंट) की ताकत वस्तु की परावर्तन क्षमता और निकटता के समानुपाती होती है। सेंसर एक अलग दृश्य-प्रकाश फोटोडायोड का उपयोग करके समवर्ती रूप से परिवेश प्रकाश को मापता है, जिसके आउटपुट को प्रॉक्सिमिटी सिग्नल से परिवेश IR घटक को घटाने के लिए संसाधित किया जाता है, जिससे सटीकता बढ़ती है।

I2C संचार मानक प्रोटोकॉल का पालन करता है। डिवाइस का एक निश्चित 7-बिट स्लेव एड्रेस 0x53 है। मास्टर कंट्रोलर कॉन्फ़िगरेशन रजिस्टर (जैसे, LED करंट, पल्स काउंट, इंटरप्ट थ्रेशोल्ड सेट करना) लिखने और प्रॉक्सिमिटी और एम्बिएंट लाइट डेटा वापस पढ़ने के लिए इस एड्रेस का उपयोग करता है। पढ़ने और लिखने के प्रोटोकॉल, जिसमें सिंगल राइट, सीक्वेंशियल राइट और कंबाइंड फॉर्मेट रीड (रिपीटेड START) शामिल हैं, I2C स्पेसिफिकेशन के अनुसार लागू किए गए हैं।

12. Technology Trends

LTR-X130P जैसे सेंसर का विकास कई स्पष्ट उद्योग प्रवृत्तियों का अनुसरण करता है। उच्च एकीकरण की ओर एक निरंतर प्रयास है, जिसमें पदचिह्न को कम करते हुए एकल पैकेजों में अधिक कार्यों (जैसे, रंग संवेदन, इशारा पहचान) को शामिल किया जा रहा है। शक्ति दक्षता सर्वोपरि बनी हुई है, जो कम सक्रिय और स्टैंडबाय धाराओं और अधिक चतुर जागरण योजनाओं की दिशा में प्रेरित कर रही है। चरम वातावरण में प्रदर्शन में सुधार हो रहा है, जिसमें बेहतर सूर्य प्रतिरोध और व्यापक तापमान सीमाएं शामिल हैं। इसके अलावा, एम्बेडेड एल्गोरिदम वाले "अधिक चतुर" सेंसर की ओर एक प्रवृत्ति है जो उच्च-स्तरीय, पूर्व-संसाधित डेटा (जैसे, कच्ची गणनाओं के बजाय "वस्तु उपस्थित/अनुपस्थित" फ्लैग) प्रदान करते हैं ताकि मुख्य एप्लिकेशन प्रोसेसर से प्रसंस्करण को हटाया जा सके और सॉफ्टवेयर विकास को सरल बनाया जा सके।