LTR-X130P 光学传感器规格书 - 集成接近与环境光传感器 - I2C接口 - 1.7V至3.6V - 中文技术文档

1. 产品概述

LTR-X130P是一款高度集成、低电压的光学传感器，将接近感应（PS）和环境光感应（ALS）功能集成于一个微型、无铅表面贴装的ChipLED封装内。其核心设计理念旨在为空间受限、电池供电的应用实现复杂的物体检测和光线测量。

该传感器的主要优势在于其系统级集成。它内置红外发射器（LED）、可见光和红外光电二极管、模数转换器（ADC）、可编程中断控制器以及完整的I2C数字接口。这种集成显著减少了外部元件数量并简化了PCB布局。其关键性能特点是出色的环境光抑制能力，能够在高达100,000勒克斯的直射阳光下精确工作，适用于户外或光线明亮的室内环境。可编程中断功能允许主控微控制器进入低功耗睡眠模式，仅在特定的接近阈值被触发时才唤醒，从而优化整体系统能效——这对于移动和便携设备至关重要。

目标市场涵盖广泛的消费电子和计算设备。其主要应用包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑和显示器中的自动显示背光调光和亮度控制，以提升用户体验并节省电量。此外，其高达10厘米的物体检测能力可用于非接触式手势控制、存在检测（例如，当用户离开时关闭显示器）以及各种设备中的简单避障等功能。

2. 深入技术参数分析

2.1 电气与光学规格

除非另有说明，所有规格均在VDD = 2.8V和工作温度（T_ope）为25°C的典型条件下测得。

电源特性：
传感器工作电压范围宽达1.7V至3.6V，兼容常见的电池输出和稳压电源轨。在最大占空比下，主动测量时的典型电源电流为95 µA。一个显著的省电特性是待机（关断）模式，其耗电仅为1 µA。从该待机模式唤醒至准备好进行主动测量的时间通常为10毫秒，可在保持极低平均功耗的同时实现快速响应。

接近传感器（PS）特性：
PS功能高度可配置。有效分辨率可在8、9、10和11位之间选择，允许设计者在测量精度和转换速度之间进行权衡。集成的红外发射器工作峰值波长为940纳米。LED驱动电流可编程，步进值为：2.5、5、10、25、50、75、100和125毫安，从而可调整检测范围和功耗。LED以60 kHz至100 kHz的频率、50%占空比脉冲工作。每个测量周期的脉冲数可从1到255配置，直接影响积分时间和灵敏度。在典型条件下（32个脉冲、60 kHz、100毫安驱动、18%灰卡目标），传感器可检测距离达10厘米的物体。其环境光抑制能力规定为高达100千勒克斯的直射阳光。

2.2 绝对最大额定值和工作条件

绝对最大额定值：这些是应力极限，即使瞬间也不得超过，以防止永久性损坏。电源电压（VDD）不得超过4.0V。数字I/O引脚（SCL、SDA、INT）和LDR引脚的电压范围为-0.5V至+4.0V。器件可在-40°C至+100°C的温度下存储。

推荐工作条件：这些定义了确保可靠性能的正常工作环境。VDD应保持在1.7V至3.6V之间。LED阳极电源（VLED）需要一个独立的3.0V至4.5V电源。I2C接口识别逻辑高电平（V_I2Chigh）为≥1.5V，逻辑低电平（V_I2Clow）为≤0.4V。完整的工作温度范围为-40°C至+85°C，确保在恶劣环境下也能正常工作。

2.3 交流电气特性（I2C接口）

传感器支持标准模式（100 kHz）和快速模式（400 kHz）I2C通信。关键时序参数包括：SCL时钟频率（f_SCL）从0到400 kHz，总线空闲时间（t_BUF）最小为1.3 µs，SCL低电平周期（t_LOW）最小为1.3 µs，SCL高电平周期（t_HIGH）最小为0.6 µs，以及数据建立时间（t_SU:DAT）最小为100 ns。SDA和SCL信号的上升和下降时间必须小于300 ns。输入滤波器可抑制短于50 ns的噪声尖峰。

3. 性能曲线分析

规格书提供了对设计至关重要的典型性能曲线图。

PS计数值与距离关系曲线：该曲线说明了传感器的原始数字输出（PS计数值）与到标准18%反射率灰卡距离之间的关系。该曲线通常是非线性的，显示当距离非常接近传感器时计数值迅速增加，随后随着距离增加而更平缓地下降。此图对于校准传感器以及为应用中的特定检测范围设置适当的中断阈值至关重要。

发射器角度响应图：此图描绘了内置红外LED的空间辐射模式。它显示了发射的红外光强度随中心轴角度（通常是极坐标图）的变化关系。此类封装的典型模式可能显示为宽泛的、类似朗伯分布的模式。理解此模式对于机械设计至关重要，因为它影响接近传感器的有效视场和检测区域。任何覆盖窗口或透镜与此模式的对齐对于实现规定的10厘米检测范围是必要的。

4. 机械与封装信息

LTR-X130P采用8引脚ChipLED表面贴装封装。规格书中提供了外形尺寸，所有尺寸均以毫米为单位。未指定特征的尺寸公差为±0.2毫米。该封装设计用于大批量电子制造中常见的标准自动化贴片和回流焊接工艺。

5. 焊接与组装指南

6. 包装与订购信息

LTR-X130P的标准包装为卷带式，兼容自动化组装设备。每卷包含8000个器件。部件号为LTR-X130P。

7. 应用设计建议

7.1 典型应用电路

推荐的应用电路突出了关键的设计考虑因素。一个基本要求是分离数字电源（VDD，1.7-3.6V）和LED阳极电源（VLED，3.0-4.5V）。这种分离是强制性的，以确保稳定的LED驱动电流，并防止LED脉冲的噪声耦合到敏感的模拟和数字电源轨中。电路包括SDA、SCL和INT线上的上拉电阻（Rp1、Rp2、Rp3）。其阻值（1 kΩ至10 kΩ）应根据总线总电容和所需的上升时间来选择，以满足I2C规范。去耦电容至关重要：一个1 µF ±20% X7R/X5R陶瓷电容（C1）应尽可能靠近VDD引脚放置，也建议使用一个0.1 µF电容（C2）。VLED线上使用一个类似的1 µF电容（C3）。

7.2 引脚配置与功能

引脚1（SDA）：

• I2C串行数据线（双向）。引脚2（INT）：
• 低电平有效中断输出。当发生可编程接近事件时置位。引脚3（LDR）：
• 连接至LED阴极。当使用内部驱动器时，此引脚连接到引脚4（LEDK）。引脚4（LEDK）：
• LED阴极连接。引脚5（LEDA）：
• LED阳极连接。必须由独立的VLED电源轨（3.0-4.5V）供电。引脚6（GND）：
• 系统地。引脚7（SCL）：
• I2C串行时钟输入。引脚8（VDD）：
• 数字电源输入（1.7-3.6V）。8. 技术对比与差异化

LTR-X130P通过高集成度和在苛刻条件下的稳健性能实现差异化。与分立解决方案（独立的红外LED、光电二极管和信号调理IC）相比，它提供了显著更小的占板面积、简化的设计流程并降低了物料清单（BOM）成本。与其他集成接近传感器相比，其主要优势包括高达100千勒克斯的环境光抗扰度，优于许多竞争对手，以及灵活、可编程的LED电流和脉冲计数设置，允许针对特定范围、功耗和响应时间要求进行微调。出厂校准确保了最小的单元间差异，提高了制造良率和最终产品的一致性。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：为什么VDD和VLED必须是独立的电源轨？

答：LED脉冲可能消耗相当大的电流（高达125毫安）。共享电源轨会导致VDD线上出现大的电压跌落或噪声，这可能使传感器敏感的模拟前端和数字逻辑不稳定，导致读数不准确或复位事件。独立的电源轨隔离了这种噪声。
问：如何将检测范围增加到10厘米以上？

答：检测范围受LED电流、脉冲数和目标反射率影响。要增加范围，可以编程更高的LED电流（最高125毫安）和/或增加每次测量的脉冲数（最高255个）。请注意，这将增加每个测量周期的功耗。
问：中断功能如何帮助省电？

答：无需主控微控制器不断轮询传感器读数（保持I2C总线和CPU活动），传感器可以配置上限和下限接近阈值。主控将传感器及其自身置于低功耗模式。仅当物体进入或离开定义的接近区域时，传感器才会置位INT线，唤醒主控采取行动。这最大限度地减少了系统活动。
问：串扰消除功能的目的是什么？

答：在紧凑的封装中，来自内部发射器的一些红外光可能直接泄漏或在内部反射到光电二极管上，而无需击中外部物体。这会产生一个永久性的偏移或“串扰”信号。传感器包含电路来测量并以数字方式减去此偏移，确保接近计数值真正代表来自外部物体的反射光。
10. 设计与使用案例研究

案例研究1：智能手机显示管理：

在智能手机中，LTR-X130P放置在听筒附近。当用户在通话时将手机贴近耳朵时，传感器检测到头部的接近（约2-5厘米内）。它向应用处理器触发一个中断，然后应用处理器关闭显示屏触摸屏以防止意外脸颊触碰，并调暗背光以节省电量。当手机移开时，显示屏恢复。案例研究2：交互式信息亭存在检测：

公共信息亭使用该传感器检测人员何时接近到50厘米内。一旦检测到，它从低功耗睡眠状态唤醒，激活显示屏，并显示吸引循环。如果在设定的时间段内未检测到任何人，则返回睡眠状态，与24/7全天候运行相比，显著降低了能耗。11. 工作原理

LTR-X130P基于主动红外接近感应和光度环境光感应原理工作。对于接近测量，内部微控制器触发集成的红外LED发射一系列940纳米调制脉冲。传感器前方的任何物体都会反射部分光线回来。专用的红外敏感光电二极管将反射光强度转换为小的光电流。该电流被积分并由高分辨率ADC转换为数字值。该数字值（PS计数值）的强度与物体的反射率和接近程度成正比。传感器同时使用独立的可见光光电二极管测量环境光，其输出经过处理，从接近信号中减去环境红外分量，从而提高准确性。

I2C通信遵循标准协议。该器件具有固定的7位从机地址0x53。主控制器使用此地址写入配置寄存器（例如，设置LED电流、脉冲计数、中断阈值）并回读接近和环境光数据。读写协议，包括单次写入、顺序写入和组合格式读取（重复START），均按照I2C规范实现。

12. 技术趋势

像LTR-X130P这样的传感器的发展遵循几个清晰的行业趋势。持续朝着更高集成度发展，将更多功能（例如，颜色感应、手势识别）集成到单个封装中，同时缩小占板面积。能效仍然是首要任务，推动更低的主动和待机电流以及更智能的唤醒方案。极端环境下的性能正在改善，具有更好的阳光抗扰度和更宽的温度范围。此外，趋势是朝着“更智能”的传感器发展，这些传感器嵌入算法，提供更高级别的预处理数据（例如，“物体存在/不存在”标志，而不是原始计数值），以减轻主应用处理器的处理负担并简化软件开发。

The evolution of sensors like the LTR-X130P follows several clear industry trends. There is a continuous drive towards higher integration, combining more functions (e.g., color sensing, gesture recognition) into single packages while shrinking the footprint. Power efficiency remains paramount, pushing for lower active and standby currents and smarter wake-up schemes. Performance in extreme environments is improving, with better sunlight immunity and wider temperature ranges. Furthermore, there is a trend towards "smarter" sensors with embedded algorithms that provide higher-level, pre-processed data (e.g., "object present/absent" flags instead of raw counts) to offload processing from the main application processor and simplify software development.