Spesifikasi Sensor Optik LTR-X130P - Sensor Jarak & Cahaya Sekeliling Bersepadu - Antara Muka I2C - 1.7V hingga 3.6V - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTR-X130P ialah sensor optik voltan rendah yang sangat bersepadu, menggabungkan fungsi penderia jarak (PS) dan penderia cahaya sekeliling (ALS) dalam satu pakej ChipLED permukaan tanpa plumbum yang mini. Falsafah reka bentuk terasnya berpusat pada membolehkan pengesanan objek dan pengukuran cahaya yang canggih dalam aplikasi berkuasa bateri dengan ruang terhad.

Kelebihan utama sensor ini terletak pada integrasi peringkat sistem. Ia mempunyai pemancar inframerah terbina dalam (LED), fotodiod cahaya nampak dan inframerah, penukar analog-ke-digital (ADC), pengawal gangguan boleh aturcara, dan antara muka digital I2C penuh. Integrasi ini mengurangkan bilangan komponen luaran dengan ketara dan memudahkan susun atur PCB. Ciri prestasi utama ialah penindasan cahaya sekeliling yang sangat baik, mampu beroperasi dengan tepat di bawah keadaan cahaya matahari langsung sehingga 100,000 lux, menjadikannya sesuai untuk persekitaran luar atau dalaman yang terang benderang. Fungsi gangguan boleh aturcara membolehkan pengawal mikro hos memasuki mod tidur kuasa rendah, bangun hanya apabila ambang jarak tertentu dilampaui, seterusnya mengoptimumkan kecekapan kuasa sistem keseluruhan—faktor kritikal untuk peranti mudah alih dan mudah alih.

Pasaran sasaran merangkumi pelbagai peranti elektronik pengguna dan pengkomputeran. Aplikasi utamanya termasuk pemudaran lampu latar paparan automatik dan kawalan kecerahan dalam telefon pintar, tablet, komputer riba, dan monitor, di mana ia meningkatkan pengalaman pengguna dan menjimatkan kuasa. Tambahan pula, keupayaan pengesanan objeknya sehingga 10 cm digunakan untuk ciri seperti kawalan isyarat tanpa sentuh, pengesanan kehadiran (contohnya, mematikan paparan apabila pengguna berjalan jauh), dan pengelakan halangan mudah dalam pelbagai peranti.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Spesifikasi Elektrik & Optik

Semua spesifikasi biasanya diukur pada VDD = 2.8V dan suhu operasi (T_ope) 25°C, melainkan dinyatakan sebaliknya.

Ciri Kuasa:
Sensor ini beroperasi daripada julat voltan bekalan yang luas iaitu 1.7V hingga 3.6V, serasi dengan output bateri biasa dan rel kuasa terkawal. Arus bekalan tipikal semasa pengukuran aktif ialah 95 µA pada kitaran tugas maksimum. Ciri penting untuk penjimatan kuasa ialah mod siap sedia (tutup), yang hanya menarik 1 µA. Masa bangun daripada mod siap sedia ini kepada kesediaan pengukuran aktif biasanya 10 ms, membolehkan tindak balas pantas sambil mengekalkan purata penggunaan kuasa yang sangat rendah.

Ciri Sensor Jarak (PS):
Fungsi PS boleh dikonfigurasikan dengan tinggi. Resolusi berkesan boleh dipilih antara 8, 9, 10, dan 11 bit, membolehkan pereka menukar ketepatan pengukuran untuk kelajuan penukaran. Pemancar IR bersepadu beroperasi pada panjang gelombang puncak 940 nm. Arus pacuan LED boleh diprogramkan dalam langkah: 2.5, 5, 10, 25, 50, 75, 100, dan 125 mA, membolehkan pelarasan julat pengesanan dan penggunaan kuasa. LED berdenyut pada frekuensi 60 kHz hingga 100 kHz dengan kitaran tugas 50%. Bilangan denyutan setiap kitaran pengukuran boleh dikonfigurasikan dari 1 hingga 255, secara langsung mempengaruhi masa integrasi dan kepekaan. Di bawah keadaan tipikal (32 denyutan, 60 kHz, pacuan 100 mA, sasaran kad kelabu 18%), sensor boleh mengesan objek pada jarak sehingga 10 cm. Penolakan cahaya sekelilingnya ditentukan sehingga 100 klux cahaya matahari langsung.

2.2 Penarafan Maksimum Mutlak dan Keadaan Operasi

Penarafan Maksimum Mutlak:Ini adalah had tekanan yang tidak boleh dilampaui, walaupun seketika, untuk mengelakkan kerosakan kekal. Voltan bekalan (VDD) tidak boleh melebihi 4.0V. Pin I/O digital (SCL, SDA, INT) dan pin LDR mempunyai julat voltan -0.5V hingga +4.0V. Peranti boleh disimpan pada suhu antara -40°C dan +100°C.

Keadaan Operasi Disyorkan:Ini mentakrifkan persekitaran operasi normal untuk prestasi yang boleh dipercayai. VDD harus dikekalkan antara 1.7V dan 3.6V. Bekalan anod LED (VLED) memerlukan sumber berasingan 3.0V hingga 4.5V. Antara muka I2C mengenali logik tinggi (V_I2Chigh) pada ≥1.5V dan logik rendah (V_I2Clow) pada ≤0.4V. Julat suhu operasi penuh ialah -40°C hingga +85°C, memastikan fungsi dalam persekitaran yang sukar.

2.3 Ciri Elektrik AC (Antara Muka I2C)

Sensor ini menyokong komunikasi I2C mod Piawai (100 kHz) dan mod Pantas (400 kHz). Parameter pemasaan utama termasuk: frekuensi jam SCL (f_SCL) dari 0 hingga 400 kHz, masa bas bebas (t_BUF) minimum 1.3 µs, tempoh rendah SCL (t_LOW) minimum 1.3 µs, tempoh tinggi SCL (t_HIGH) minimum 0.6 µs, dan masa persediaan data (t_SU:DAT) minimum 100 ns. Masa naik dan turun untuk isyarat SDA dan SCL mestilah kurang daripada 300 ns. Penapis input menindas lonjakan bunyi yang lebih pendek daripada 50 ns.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Spesifikasi menyediakan graf prestasi tipikal yang penting untuk reka bentuk.

Kiraan PS vs. Jarak:Lengkung ini menggambarkan hubungan antara output digital mentah (kiraan PS) dari sensor dan jarak ke kad kelabu pantulan standard 18%. Lengkung biasanya tidak linear, menunjukkan peningkatan kiraan yang cepat apabila jarak berkurangan sangat dekat dengan sensor, diikuti dengan penurunan yang lebih beransur-ansur apabila jarak meningkat. Graf ini adalah penting untuk menentukur sensor dan menetapkan ambang gangguan yang sesuai untuk julat pengesanan tertentu dalam aplikasi.

Tindak Balas Sudut Pemancar:Rajah ini menggambarkan corak sinaran ruang LED inframerah terbina dalam. Ia menunjukkan keamatan cahaya IR yang dipancarkan sebagai fungsi sudut dari paksi pusat (biasanya plot kutub). Corak tipikal untuk pakej ini mungkin menunjukkan taburan luas seperti Lambertian. Memahami corak ini adalah penting untuk reka bentuk mekanikal, kerana ia mempengaruhi medan pandangan berkesan dan zon pengesanan sensor jarak. Penjajaran yang betul mana-mana tingkap penutup atau kanta dengan corak ini adalah perlu untuk mencapai julat 10 cm yang ditentukan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

LTR-X130P ditempatkan dalam pakej permukaan ChipLED 8-pin. Dimensi garis besar disediakan dalam spesifikasi dengan semua ukuran dalam milimeter. Toleransi dimensi untuk ciri yang tidak dinyatakan ialah ±0.2 mm. Pakej direka untuk proses pematerian semula dan pemasangan automatik piawai yang biasa dalam pembuatan elektronik volum tinggi.

5. Garis Panduan Pematrian dan Pemasangan

Walaupun profil pematerian semula khusus tidak terperinci dalam petikan yang disediakan, peranti ini bertujuan untuk pemasangan teknologi permukaan (SMT) piawai. Adalah disyorkan untuk mengikuti garis panduan JEDEC J-STD-020 untuk profil pematerian semula tanpa plumbum. Tahap kepekaan kelembapan (MSL) harus disahkan daripada spesifikasi pakej penuh. Peranti biasanya dibekalkan dalam beg kering dengan penyerap lembapan dan harus dibakar mengikut prosedur piawai jika kad penunjuk kelembapan beg menunjukkan pendedahan lembapan berlebihan sebelum digunakan.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Pembungkusan piawai untuk LTR-X130P ialah Pita dan Gegelung, serasi dengan peralatan pemasangan automatik. Setiap gegelung mengandungi 8000 unit. Nombor bahagian ialah LTR-X130P.

7. Cadangan Reka Bentuk Aplikasi

7.1 Litar Aplikasi Tipikal

Litar aplikasi yang disyorkan menyerlahkan pertimbangan reka bentuk kritikal. Keperluan asas ialah pemisahan bekalan digital (VDD, 1.7-3.6V) dan bekalan anod LED (VLED, 3.0-4.5V). Pemisahan ini adalah wajib untuk memastikan arus pacuan LED yang stabil dan mengelakkan bunyi daripada denyutan LED daripada mengganding ke dalam rel bekalan analog dan digital yang sensitif. Litar termasuk perintang tarik atas (Rp1, Rp2, Rp3) pada talian SDA, SCL, dan INT. Nilainya (1 kΩ hingga 10 kΩ) harus dipilih berdasarkan jumlah kapasitans bas dan masa naik yang dikehendaki untuk memenuhi spesifikasi I2C. Kapasitor penyahgandingan adalah penting: kapasitor seramik 1 µF ±20% X7R/X5R (C1) harus diletakkan sedekat mungkin dengan pin VDD, dan kapasitor 0.1 µF (C2) juga disyorkan. Kapasitor 1 µF serupa (C3) digunakan pada talian VLED.

7.2 Konfigurasi dan Fungsi Pin

• Pin 1 (SDA):Talian data bersiri I2C (dua hala).
• Pin 2 (INT):Output gangguan aktif-rendah. Menegaskan apabila peristiwa jarak boleh aturcara berlaku.
• Pin 3 (LDR):Bersambung ke katod LED. Apabila menggunakan pemacu dalaman, pin ini disambungkan ke Pin 4 (LEDK).
• Pin 4 (LEDK):Sambungan katod LED.
• Pin 5 (LEDA):Sambungan anod LED. Mesti dibekalkan daripada rel VLED berasingan (3.0-4.5V).
• Pin 6 (GND):Tanah sistem.
• Pin 7 (SCL):Input jam bersiri I2C.
• Pin 8 (VDD):Input bekalan kuasa digital (1.7-3.6V).

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

LTR-X130P membezakan dirinya melalui integrasi tinggi dan prestasi teguh dalam keadaan mencabar. Berbanding dengan penyelesaian diskret (LED IR berasingan, fotodiod, dan IC penyelarasan isyarat), ia menawarkan jejak yang jauh lebih kecil, proses reka bentuk yang dipermudahkan, dan bil bahan (BOM) yang dikurangkan. Berbanding dengan sensor jarak bersepadu lain, kelebihan utamanya termasuk kekebalan cahaya sekeliling 100 klux yang sangat tinggi, yang lebih baik daripada banyak pesaing, dan tetapan arus LED dan kiraan denyutan yang fleksibel dan boleh aturcara yang membolehkan penalaan halus untuk keperluan julat, kuasa, dan masa tindak balas tertentu. Pemangkasan kilang memastikan variasi unit-ke-unit yang minimum, meningkatkan hasil pembuatan dan konsistensi dalam produk akhir.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Mengapa VDD dan VLED mesti menjadi rel kuasa berasingan?
J: Denyutan LED boleh menarik arus yang ketara (sehingga 125 mA). Berkongsi rel bekalan akan menyebabkan kejatuhan voltan besar atau bunyi pada talian VDD, yang boleh menggoyahkan bahagian depan analog sensitif dan logik digital sensor, membawa kepada bacaan yang tidak tepat atau peristiwa tetapan semula. Rel berasingan mengasingkan bunyi ini.

S: Bagaimana saya meningkatkan julat pengesanan melebihi 10 cm?
J: Julat dipengaruhi oleh arus LED, bilangan denyutan, dan pantulan sasaran. Untuk meningkatkan julat, anda boleh memprogramkan arus LED yang lebih tinggi (sehingga 125 mA) dan/atau meningkatkan bilangan denyutan setiap pengukuran (sehingga 255). Perhatikan bahawa ini akan meningkatkan penggunaan kuasa setiap kitaran pengukuran.

S: Bagaimana fungsi gangguan membantu menjimatkan kuasa?
J: Daripada pengawal mikro hos sentiasa menyoal sensor untuk bacaan (menjaga bas I2C dan CPU aktif), sensor boleh dikonfigurasikan dengan ambang jarak atas dan bawah. Hos meletakkan sensor dan dirinya ke dalam mod kuasa rendah. Hanya apabila objek memasuki atau meninggalkan zon jarak yang ditentukan, sensor menegaskan talian INT, membangunkan hos untuk mengambil tindakan. Ini meminimumkan aktiviti sistem.

S: Apakah tujuan ciri pembatalan silang?
J: Dalam pakej padat, beberapa cahaya IR dari pemancar dalaman boleh bocor atau memantul secara dalaman ke fotodiod tanpa mengenai objek luar. Ini mencipta isyarat ofset kekal atau "silang". Sensor termasuk litar untuk mengukur dan menolak ofset ini secara digital, memastikan kiraan jarak benar-benar mewakili cahaya yang dipantulkan dari objek luar.

10. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Kajian Kes 1: Pengurusan Paparan Telefon Pintar:Dalam telefon pintar, LTR-X130P diletakkan berhampiran pembesar suara. Apabila pengguna membawa telefon ke telinga semasa panggilan, sensor mengesan jarak kepala (dalam ~2-5 cm). Ia mencetuskan gangguan kepada pemproses aplikasi, yang kemudiannya mematikan skrin sentuh paparan untuk mengelakkan sentuhan pipi yang tidak sengaja dan memudarkan lampu latar untuk menjimatkan kuasa. Apabila telefon dialihkan, paparan dipulihkan.

Kajian Kes 2: Pengesanan Kehadiran Kiosk Interaktif:Kiosk maklumat awam menggunakan sensor untuk mengesan apabila seseorang menghampiri dalam 50 cm. Selepas pengesanan, ia bangun dari keadaan tidur kuasa rendah, mengaktifkan paparan, dan menunjukkan gelung penarik. Jika tiada siapa dikesan untuk tempoh yang ditetapkan, ia kembali tidur, mengurangkan penggunaan tenaga dengan ketara berbanding beroperasi 24/7.

11. Prinsip Operasi

LTR-X130P beroperasi berdasarkan prinsip penderiaan jarak inframerah aktif dan penderiaan cahaya sekeliling fotometrik. Untuk pengukuran jarak, pengawal mikro dalaman mencetuskan LED IR bersepadu untuk memancarkan siri denyutan termodulat pada 940 nm. Mana-mana objek di hadapan sensor memantulkan sebahagian cahaya ini kembali. Fotodiod sensitif IR khusus menukar keamatan cahaya yang dipantulkan menjadi fotocurrent kecil. Arus ini disepadukan dan ditukar menjadi nilai digital oleh ADC resolusi tinggi. Kekuatan nilai digital ini (kiraan PS) adalah berkadar dengan pantulan dan jarak objek. Sensor secara serentak mengukur cahaya sekeliling menggunakan fotodiod cahaya nampak berasingan, yang outputnya diproses untuk menolak komponen IR sekeliling daripada isyarat jarak, meningkatkan ketepatan.

Komunikasi I2C mengikuti protokol piawai. Peranti mempunyai alamat hamba 7-bit tetap 0x53. Pengawal induk menggunakan alamat ini untuk menulis daftar konfigurasi (contohnya, menetapkan arus LED, kiraan denyutan, ambang gangguan) dan untuk membaca semula data jarak dan cahaya sekeliling. Protokol baca dan tulis, termasuk tulis tunggal, tulis berurutan, dan baca format gabungan (START berulang), dilaksanakan mengikut spesifikasi I2C.

12. Trend Teknologi

Evolusi sensor seperti LTR-X130P mengikuti beberapa trend industri yang jelas. Terdapat dorongan berterusan ke arah integrasi yang lebih tinggi, menggabungkan lebih banyak fungsi (contohnya, penderiaan warna, pengecaman isyarat) ke dalam pakej tunggal sambil mengecilkan jejak. Kecekapan kuasa kekal terpenting, mendorong arus aktif dan siap sedia yang lebih rendah dan skim bangun yang lebih pintar. Prestasi dalam persekitaran melampau semakin baik, dengan kekebalan cahaya matahari yang lebih baik dan julat suhu yang lebih luas. Tambahan pula, terdapat trend ke arah sensor "lebih pintar" dengan algoritma terbenam yang menyediakan data peringkat tinggi, pra-diproses (contohnya, bendera "objek hadir/tidak hadir" dan bukannya kiraan mentah) untuk mengurangkan beban pemprosesan daripada pemproses aplikasi utama dan memudahkan pembangunan perisian.