LTR-X130P Optik Sensör Veri Sayfası - Entegre Yakınlık ve Ortam Işığı Sensörü - I2C Arayüzü - 1.7V ila 3.6V - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTR-X130P, tek bir minyatür, kurşunsuz yüzey montaj ChipLED paketi içinde yakınlık algılama (PS) ve ortam ışığı algılama (ALS) işlevlerini birleştiren, yüksek derecede entegre, düşük voltajlı bir optik sensördür. Temel tasarım felsefesi, alan kısıtlı, pil ile çalışan uygulamalarda gelişmiş nesne algılama ve ışık ölçümü sağlamaya odaklanmıştır.

Sensörün birincil avantajı, sistem seviyesindeki entegrasyonunda yatar. Dahili bir kızılötesi yayıcı (LED), görünür ve kızılötesi fotodiyotlar, analog-dijital dönüştürücüler (ADC'ler), programlanabilir bir kesme denetleyicisi ve tam bir I2C dijital arayüzü içerir. Bu entegrasyon, harici bileşen sayısını önemli ölçüde azaltır ve PCB düzenini basitleştirir. Önemli bir performans özelliği, mükemmel ortam ışığı bastırma yeteneğidir; 100.000 lüks'e kadar doğrudan güneş ışığı koşullarında doğru çalışabilir, bu da onu açık hava veya parlak aydınlatılmış iç mekan ortamları için uygun kılar. Programlanabilir kesme işlevi, ana mikrodenetleyicinin düşük güçlü uyku modlarına girmesine, yalnızca belirli yakınlık eşikleri aşıldığında uyanmasına izin vererek, mobil ve taşınabilir cihazlar için kritik bir faktör olan genel sistem güç verimliliğini optimize eder.

Hedef pazar, geniş bir tüketici elektroniği ve bilgi işlem cihazları yelpazesini kapsar. Birincil uygulamaları, kullanıcı deneyimini geliştiren ve güç tasarrufu sağlayan akıllı telefonlar, tabletler, dizüstü bilgisayarlar ve monitörlerde otomatik ekran arka ışık karartma ve parlaklık kontrolünü içerir. Ayrıca, 10 cm'ye kadar olan nesne algılama yeteneği, dokunmasız hareket kontrolü, varlık algılama (örneğin, kullanıcı uzaklaştığında bir ekranı kapatma) ve çeşitli cihazlarda basit engelden kaçınma gibi özellikler için kullanılır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Elektriksel ve Optik Özellikler

Tüm özellikler, aksi belirtilmedikçe, tipik olarak VDD = 2.8V ve 25°C çalışma sıcaklığında (T_ope) ölçülmüştür.

Güç Özellikleri:
Sensör, 1.7V ila 3.6V arasında geniş bir besleme voltajı aralığında çalışır ve yaygın pil çıkışları ve regüleli güç hatları ile uyumludur. Aktif ölçüm sırasındaki tipik besleme akımı, maksimum görev döngüsünde 95 µA'dır. Güç tasarrufu için önemli bir özellik, yalnızca 1 µA çeken bekleme (kapatma) modudur. Bu bekleme modundan aktif ölçüm hazırlığına uyanma süresi tipik olarak 10 ms'dir, bu da çok düşük ortalama güç tüketimini korurken hızlı yanıt sağlar.

Yakınlık Sensörü (PS) Özellikleri:
PS işlevi yüksek derecede yapılandırılabilir. Etkin çözünürlük 8, 9, 10 ve 11 bit arasında seçilebilir, bu da tasarımcıların ölçüm hassasiyeti ile dönüşüm hızı arasında denge kurmasına olanak tanır. Entegre IR yayıcı, 940 nm'lik bir tepe dalga boyunda çalışır. LED sürme akımı adımlarla programlanabilir: 2.5, 5, 10, 25, 50, 75, 100 ve 125 mA, bu da algılama menzili ve güç kullanımının ayarlanmasını sağlar. LED, %50 görev döngüsü ile 60 kHz ila 100 kHz frekansta darbeler üretir. Ölçüm döngüsü başına darbe sayısı 1'den 255'e kadar yapılandırılabilir, bu da entegrasyon süresini ve hassasiyeti doğrudan etkiler. Tipik koşullar altında (32 darbe, 60 kHz, 100 mA sürme, %18 gri kart hedef), sensör 10 cm'ye kadar mesafedeki nesneleri algılayabilir. Ortam ışığı reddi, 100 klüks'e kadar doğrudan güneş ışığı için belirtilmiştir.

2.2 Mutlak Maksimum Değerler ve Çalışma Koşulları

Mutlak Maksimum Değerler:Bunlar, kalıcı hasarı önlemek için anlık olarak bile aşılmaması gereken stres limitleridir. Besleme voltajı (VDD) 4.0V'u aşmamalıdır. Dijital G/Ç pinleri (SCL, SDA, INT) ve LDR pini -0.5V ila +4.0V voltaj aralığına sahiptir. Cihaz -40°C ile +100°C arasındaki sıcaklıklarda saklanabilir.

Önerilen Çalışma Koşulları:Bunlar, güvenilir performans için normal çalışma ortamını tanımlar. VDD 1.7V ile 3.6V arasında tutulmalıdır. LED anot beslemesi (VLED) ayrı bir 3.0V ila 4.5V kaynağı gerektirir. I2C arayüzü, mantık yüksek (V_I2Chigh) için ≥1.5V ve mantık düşük (V_I2Clow) için ≤0.4V'u tanır. Tam çalışma sıcaklık aralığı -40°C ila +85°C'dir, bu da zorlu ortamlarda işlevselliği garanti eder.

2.3 AC Elektriksel Özellikler (I2C Arayüzü)

Sensör, hem Standart mod (100 kHz) hem de Hızlı mod (400 kHz) I2C iletişimini destekler. Ana zamanlama parametreleri şunları içerir: SCL saat frekansı (f_SCL) 0 ila 400 kHz, bostan serbest kalma süresi (t_BUF) minimum 1.3 µs, SCL düşük periyodu (t_LOW) minimum 1.3 µs, SCL yüksek periyodu (t_HIGH) minimum 0.6 µs ve veri kurulum süresi (t_SU:DAT) minimum 100 ns. Hem SDA hem de SCL sinyallerinin yükselme ve düşme süreleri 300 ns'den az olmalıdır. Bir giriş filtresi, 50 ns'den kısa gürültü darbelerini bastırır.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, tasarım için gerekli tipik performans grafiklerini sağlar.

PS Sayısı vs. Mesafe:Bu eğri, sensörden gelen ham dijital çıktı (PS sayısı) ile standart %18 yansıtıcılık gri kartına olan mesafe arasındaki ilişkiyi gösterir. Eğri tipik olarak doğrusal değildir; sensöre çok yakın mesafelerde sayıda hızlı bir artış gösterir, ardından mesafe arttıkça daha kademeli bir düşüş gösterir. Bu grafik, sensörü kalibre etmek ve bir uygulamada belirli algılama aralıkları için uygun kesme eşiklerini ayarlamak için çok önemlidir.

Yayıcı Açısal Tepkisi:Bu diyagram, dahili kızılötesi LED'in uzaysal radyasyon modelini tasvir eder. Yayılan IR ışığın şiddetini merkez eksenden açının bir fonksiyonu olarak gösterir (genellikle bir kutupsal çizim). Bu paket için tipik bir model, geniş, Lambert benzeri bir dağılım gösterebilir. Bu modeli anlamak, mekanik tasarım için hayati önem taşır, çünkü yakınlık sensörünün etkin görüş alanını ve algılama bölgesini etkiler. Belirtilen 10 cm menzile ulaşmak için herhangi bir kapak penceresinin veya lensin bu modelle uygun şekilde hizalanması gereklidir.

4. Mekanik ve Paket Bilgisi

LTR-X130P, 8 pinli ChipLED yüzey montaj paketinde bulunur. Dış hat boyutları, tüm ölçümler milimetre cinsinden olmak üzere veri sayfasında sağlanmıştır. Belirtilmemiş özellikler için boyutsal tolerans ±0.2 mm'dir. Paket, yüksek hacimli elektronik üretiminde yaygın olan standart otomatik yerleştirme ve reflow lehimleme işlemleri için tasarlanmıştır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Sağlanan alıntıda belirli reflow profilleri detaylandırılmamış olsa da, cihaz standart yüzey montaj teknolojisi (SMT) montajı için tasarlanmıştır. Kurşunsuz reflow lehimleme profilleri için JEDEC J-STD-020 kılavuzlarının takip edilmesi önerilir. Nem hassasiyeti seviyesi (MSL) tam paket spesifikasyonundan doğrulanmalıdır. Cihazlar tipik olarak kurutucu ile birlikte kuru torbada tedarik edilir ve torbanın nem göstergesi kartı kullanımdan önce aşırı nem maruziyeti gösteriyorsa standart prosedürlere göre pişirilmelidir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

LTR-X130P için standart paketleme, otomatik montaj ekipmanları ile uyumlu olan Şerit ve Makara'dır. Her makara 8000 birim içerir. Parça numarası LTR-X130P'dir.

7. Uygulama Tasarım Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Devresi

Önerilen uygulama devresi, kritik tasarım hususlarını vurgular. Temel bir gereklilik, dijital beslemenin (VDD, 1.7-3.6V) ve LED anot beslemesinin (VLED, 3.0-4.5V) ayrılmasıdır. Bu ayrım, stabil LED sürme akımını sağlamak ve LED darbelerinden gelen gürültünün hassas analog ve dijital besleme hatlarına bağlanmasını önlemek için zorunludur. Devre, SDA, SCL ve INT hatlarında çekme dirençleri (Rp1, Rp2, Rp3) içerir. Değerleri (1 kΩ ila 10 kΩ), toplam bara kapasitansına ve I2C spesifikasyonlarını karşılamak için istenen yükselme süresine göre seçilmelidir. Ayrıştırma kapasitörleri esastır: VDD pinine mümkün olduğunca yakın bir 1 µF ±%20 X7R/X5R seramik kapasitör (C1) yerleştirilmelidir ve ayrıca 0.1 µF'lık bir kapasitör (C2) önerilir. VLED hattında da benzer bir 1 µF'lık kapasitör (C3) kullanılır.

7.2 Pin Konfigürasyonu ve İşlevi

• Pin 1 (SDA):I2C seri veri hattı (çift yönlü).
• Pin 2 (INT):Aktif düşük kesme çıkışı. Programlanabilir bir yakınlık olayı gerçekleştiğinde aktif olur.
• Pin 3 (LDR):LED katoduna bağlanır. Dahili sürücü kullanılırken, bu pin Pin 4'e (LEDK) bağlanır.
• Pin 4 (LEDK):LED katot bağlantısı.
• Pin 5 (LEDA):LED anot bağlantısı. Ayrı VLED hattından (3.0-4.5V) beslenmelidir.
• Pin 6 (GND):Sistem toprağı.
• Pin 7 (SCL):I2C seri saat girişi.
• Pin 8 (VDD):Dijital güç kaynağı girişi (1.7-3.6V).

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

LTR-X130P, yüksek entegrasyon ve zorlu koşullarda sağlam performansı ile kendini farklılaştırır. Ayrık çözümlere (ayrı IR LED, fotodiyot ve sinyal koşullandırma IC) kıyasla, önemli ölçüde daha küçük bir ayak izi, basitleştirilmiş tasarım süreci ve azaltılmış malzeme listesi (BOM) sunar. Diğer entegre yakınlık sensörlerine karşı, ana avantajları arasında, birçok rakibinden üstün olan çok yüksek 100 klüks ortam ışığı bağışıklığı ve belirli menzil, güç ve tepki süresi gereksinimleri için ince ayar yapılmasına olanak tanıyan esnek, programlanabilir LED akımı ve darbe sayısı ayarları bulunur. Fabrika ayarı, birimler arasındaki değişimi en aza indirerek, üretim verimliliğini ve nihai ürünlerdeki tutarlılığı artırır.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Neden VDD ve VLED ayrı güç hatları olmalıdır?
C: LED darbeleri önemli akım çekebilir (125 mA'ya kadar). Ortak bir besleme hattı paylaşmak, VDD hattında büyük voltaj düşüşlerine veya gürültüye neden olabilir, bu da sensörün hassas analog ön ucunu ve dijital mantığını kararsız hale getirerek yanlış okumalara veya sıfırlama olaylarına yol açabilir. Ayrı hatlar bu gürültüyü izole eder.

S: Algılama menzilini 10 cm'nin ötesine nasıl artırabilirim?
C: Menzil, LED akımı, darbe sayısı ve hedef yansıtıcılıktan etkilenir. Menzili artırmak için daha yüksek bir LED akımı (125 mA'ya kadar) programlayabilir ve/veya ölçüm başına darbe sayısını (255'e kadar) artırabilirsiniz. Bunun, ölçüm döngüsü başına güç tüketimini artıracağını unutmayın.

S: Kesme işlevi güç tasarrufuna nasıl yardımcı olur?
C: Ana mikrodenetleyicinin sürekli olarak sensörü okumalar için sorgulaması (I2C veriyolunu ve CPU'yu aktif tutması) yerine, sensör üst ve alt yakınlık eşikleri ile yapılandırılabilir. Ana işlemci, sensörü ve kendisini düşük güç moduna alır. Yalnızca bir nesne tanımlanmış yakınlık bölgesine girdiğinde veya çıktığında sensör INT hattını aktif eder ve ana işlemciyi harekete geçmek için uyandırır. Bu, sistem aktivitesini en aza indirir.

S: Çapraz konuşma iptali özelliğinin amacı nedir?
C: Kompakt bir pakette, dahili yayıcıdan gelen bazı IR ışık, harici bir nesneye çarpmadan doğrudan sızabilir veya dahili olarak fotodiyot üzerine yansıyabilir. Bu, kalıcı bir ofset veya "çapraz konuşma" sinyali oluşturur. Sensör, bu ofseti ölçmek ve dijital olarak çıkarmak için devreler içerir, böylece yakınlık sayısının gerçekten harici bir nesneden yansıyan ışığı temsil etmesini sağlar.

10. Tasarım ve Kullanım Vaka Çalışmaları

Vaka Çalışması 1: Akıllı Telefon Ekran Yönetimi:Bir akıllı telefonda, LTR-X130P kulaklık yakınına yerleştirilir. Kullanıcı arama sırasında telefonu kulağına getirdiğinde, sensör başın yakınlığını (~2-5 cm içinde) algılar. Uygulama işlemcisine bir kesme tetikler, bu da yanlışlıkla yanak dokunuşlarını önlemek için ekran dokunmatik ekranını kapatır ve güç tasarrufu için arka ışığı karartır. Telefon uzaklaştırıldığında, ekran eski haline getirilir.

Vaka Çalışması 2: Etkileşimli Kiosk Varlık Algılama:Bir kamu bilgi kiosku, bir kişinin 50 cm içine yaklaştığını algılamak için sensörü kullanır. Algılandığında, düşük güçlü uyku durumundan uyanır, ekranı etkinleştirir ve bir çekici döngü gösterir. Belirli bir süre boyunca kimse algılanmazsa, 7/24 çalışmaya kıyasla enerji tüketimini önemli ölçüde azaltarak uyku moduna geri döner.

11. Çalışma Prensipleri

LTR-X130P, aktif kızılötesi yakınlık algılama ve fotometrik ortam ışığı algılama prensibiyle çalışır. Yakınlık ölçümü için, dahili mikrodenetleyici entegre IR LED'i 940 nm'de modüle edilmiş bir dizi darbe yaymaya tetikler. Sensörün önündeki herhangi bir nesne bu ışığın bir kısmını geri yansıtır. Özel IR duyarlı fotodiyot, yansıyan ışık şiddetini küçük bir fotoelektrik akıma dönüştürür. Bu akım, yüksek çözünürlüklü bir ADC tarafından entegre edilir ve dijital bir değere dönüştürülür. Bu dijital değerin (PS sayısı) gücü, nesnenin yansıtıcılığı ve yakınlığı ile orantılıdır. Sensör aynı anda ayrı bir görünür ışık fotodiyotu kullanarak ortam ışığını ölçer, çıktısı yakınlık sinyalinden ortam IR bileşenini çıkarmak için işlenir, böylece doğruluğu artırır.

I2C iletişimi standart protokolleri takip eder. Cihazın sabit bir 7-bit köle adresi vardır: 0x53. Ana denetleyici, bu adresi yapılandırma yazmaçlarına yazmak (örneğin, LED akımı, darbe sayısı, kesme eşiklerini ayarlamak) ve yakınlık ve ortam ışığı verilerini geri okumak için kullanır. Tek yazmalar, sıralı yazmalar ve birleşik format okumaları (tekrarlanan BAŞLANGIÇ) dahil olmak üzere okuma ve yazma protokolleri, I2C spesifikasyonuna göre uygulanır.

12. Teknoloji Trendleri

LTR-X130P gibi sensörlerin evrimi, birkaç net endüstri trendini takip eder. Ayak izini küçültürken daha fazla işlevi (örneğin, renk algılama, hareket tanıma) tek paketlerde birleştirmeye yönelik sürekli bir itici güç vardır. Güç verimliliği, daha düşük aktif ve bekleme akımları ve daha akıllı uyanma şemaları için itici güç olmaya devam etmektedir. Aşırı ortamlarda performans, daha iyi güneş ışığı bağışıklığı ve daha geniş sıcaklık aralıkları ile iyileşmektedir. Ayrıca, ana uygulama işlemcisinden işlem yükünü azaltmak ve yazılım geliştirmeyi basitleştirmek için daha yüksek seviyeli, önceden işlenmiş veri (örneğin, ham sayılar yerine "nesne var/yok" bayrakları) sağlayan gömülü algoritmalara sahip "daha akıllı" sensörlere doğru bir eğilim vardır.