環(huán)境光傳感器主要由光敏元件組成。目前光敏元件發(fā)展迅速、品種繁多、應(yīng)用廣泛。市場(chǎng)出售的有光敏電阻、光敏二極管、光電三極管、硅光電池等。環(huán)境光傳感器可以感知周圍光線情況，并告知處理芯片自動(dòng)調(diào)節(jié)顯示器背光亮度，降低產(chǎn)品的功耗。例如，在手機(jī)、筆記本，GPS等移動(dòng)等手持設(shè)備應(yīng)用中，顯示器消耗的電量高達(dá)電池總電量的30%，采用環(huán)境光傳感器可以最大限度地延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間。另一方面，環(huán)境光傳感器有助于顯示器提供柔和的畫面。當(dāng)環(huán)境亮度較高時(shí)，使用環(huán)境光傳感器的液晶顯示器會(huì)自動(dòng)調(diào)成高亮度。當(dāng)外界環(huán)境較暗時(shí)，顯示器就會(huì)調(diào)成低亮度。環(huán)境光傳感器需要在在芯片上貼一個(gè)紅外截止膜，甚至直接在硅片上鍍制圖形化的紅外截止膜。

二、光傳感器的電氣特性

  環(huán)境光傳感器具有暗電流小，低照度響應(yīng)，靈敏度高，電流隨光照度增強(qiáng)呈線性變化；內(nèi)置雙敏感元，自動(dòng)衰減近紅外，光譜響應(yīng)接近人眼函數(shù)曲線（如圖，黑：人眼響應(yīng)曲線，藍(lán)：光敏電阻響應(yīng)曲線，綠：環(huán)境光響應(yīng)曲線）；在選擇適當(dāng)?shù)墓鈧鞲衅鲿r(shí)的另一個(gè)考慮因素是選擇一個(gè)帶有理想光譜響應(yīng)的傳感器。普通PIN光敏二極管或光敏電阻(無源或者有源)本身具有非常寬的光譜響應(yīng)范圍，包括IR射線乃至UV射線。從理論上來說，用戶需要選擇一個(gè)僅能感應(yīng)可見光(380~770nm)并削弱無用的IR、UV信號(hào)的光傳感器，有些傳感器中還內(nèi)置微信號(hào)CMOS放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，工作電壓范圍寬，溫度穩(wěn)定性好；可選光學(xué)納米材料封裝，可見光透過，紫外線截止、近紅外相對(duì)衰減，增強(qiáng)了光學(xué)濾波效果；符合歐盟RoHS指令，無鉛、無鎘，目前市面上的光敏電阻達(dá)不到以上標(biāo)準(zhǔn)。

三、 選擇光傳感器的考慮因素

  通常有幾種方法能夠?qū)膺M(jìn)行檢測(cè)，例如通過使用光電晶體管、光敏電阻或光敏二極管來實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于當(dāng)今應(yīng)用的總的光感要求而言，基于IC的單片光電二極管是最好的選擇之一。光電二極管是用于探測(cè)光并生成電流的半導(dǎo)體，它基于單晶硅片構(gòu)造而成，與用于生產(chǎn)集成電路的晶體硅片類似。一個(gè)典型的傳感器應(yīng)用框架圖包括一個(gè)光電二極管、一個(gè)電流放大器和一個(gè)無源低通濾波器，以檢測(cè)并處理光輸入引起的輸出電壓信號(hào)。能夠?qū)⑺羞@些器件集成并采用小型封裝對(duì)于終端用戶而言是非常有益的，而且這恰恰就是當(dāng)前的市場(chǎng)需求。

為應(yīng)用選擇適當(dāng)光傳感器時(shí)的另一個(gè)重要方面，是要理解對(duì)于應(yīng)用而言，哪項(xiàng)重要規(guī)格是最為關(guān)鍵的，最需要關(guān)注哪一項(xiàng)。一般來說，在選擇一個(gè)光傳感器時(shí)，需要著重考慮的因素如下：

   （1）光譜響應(yīng)/IR抑制：環(huán)境光傳感器應(yīng)該僅對(duì)400nm至700nm的范圍有感應(yīng)。

   （2）Lux的最大范圍：直射陽光可以多達(dá)130,000Lux，但是大多數(shù)應(yīng)用要求最大范圍為僅為10,000Lux。

   （3）低Lux光敏度：根據(jù)光傳感器位于頂端的鏡片的類別，光衰減可以為25-50%。如果低光敏度非常關(guān)鍵(<5Lux)，必須注意選擇可以在這個(gè)范圍內(nèi)工作的光傳感器。

集成的信號(hào)調(diào)節(jié)(即放大器和ADC)：一些傳感器可能提供非常小的封裝，但是卻需要一個(gè)外部放大器或無源元件來獲取所需的輸出信號(hào)。具有更高集成性的光傳感器省去了對(duì)于外部元件(ADC、放大器、電阻器、電容器等)的需求。

   （4）功耗：對(duì)于要承受高Lux級(jí)(>10,000Lux)的光傳感器來說，最好采用一個(gè)非線性光到模擬輸出光傳感器，或一個(gè)光到數(shù)字輸出的光傳感器。接下來還將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說明。

   （5）封裝大?。簩?duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說，封裝都是越小越好。一旦確定了上述重要規(guī)格，需要考慮的下一個(gè)問題就是哪類輸出信號(hào)最有助于目標(biāo)應(yīng)用。對(duì)于大多數(shù)光傳感器，最常見的輸出為線性輸出電流。雖然這適用于一些應(yīng)用，但現(xiàn)在有更多的可選項(xiàng)，其中包括線性電壓輸出、數(shù)字輸出(通過I2C接口)或者非線性電流或電壓輸出。每種都具有它們的優(yōu)勢(shì)，如下圖所列。

   （6）線性模擬輸出—電流或電壓輸出：更常見的感應(yīng)器輸出，快速響應(yīng)時(shí)間(數(shù)字輸出受限于積分時(shí)間)，在控制器中集成ADC轉(zhuǎn)換器，電壓輸出省去了對(duì)于外加電阻(將電流轉(zhuǎn)換為電壓)的需要并提供一個(gè)低阻抗輸出。電流輸出需要在輸出添加無源元件來將電流轉(zhuǎn)換為電壓、設(shè)置傳感器的增益范圍并根據(jù)需要增加低通或高通濾波器。

   （7）非線性模擬輸出——電流或電壓輸出：允許極弱光敏感度和最大動(dòng)態(tài)范圍(高達(dá)100 ,000Lux)，感測(cè)光與人類察覺光的方式更加類似(非線性與線性)，電壓或電流非線性輸出的選擇，電壓輸出為低阻抗而電流輸出為高阻抗。

   （8）數(shù)字輸出：輸出可以直接與控制器相連接(無需ADC)，數(shù)字輸出本身比模擬輸出更具有噪聲免疫性，允許傳感器具有更多的數(shù)字功能(即更加智能的光傳感器)，更易于在通用I²C總線上的網(wǎng)絡(luò)工作，更易于允許將多個(gè)光傳感器置于同一個(gè)I²C總線上(地址選擇引腳)，恒定功耗(模擬輸出電路損耗與入射光密度成正比)。并且對(duì)不同光源的光線響應(yīng)比較相近，不會(huì)因不同光線而造成響應(yīng)出現(xiàn)差異化，如下圖所示（黑色為熒光燈響應(yīng)曲線，紅色為白熾燈響應(yīng)曲線），可以看出環(huán)境光傳感相對(duì)其它的光敏器件具有很好的光譜響應(yīng)。

3.2工作流程圖 

   讓我們看一看環(huán)境光傳感器是如何在一個(gè)自動(dòng)的白光LED背光控制電路中工作的，在手機(jī)背光應(yīng)用中通常可以看到控制流程。如下圖