高速運算放大器支持紅外接近檢測

這種簡單的IR收發(fā)器產(chǎn)生10kHz調(diào)制的IR，然后用單通道運算放大器（MAX4230）放大反射信號，該運算放大器也配置為二階帶通濾波器，用于解調(diào)10kHz IR信號。

紅外接近傳感器廣泛用于感測物體的存在、物體與參考的距離或兩者兼而有之。應(yīng)用包括速度檢測、自動水龍頭中的手感測、傳送帶上物體的自動計數(shù)或檢測、打印機中的紙張邊緣檢測等。例如，最新一代的智能手機可以關(guān)閉LCD觸摸屏，以防止在屏幕按在下巴或耳朵上時意外激活按鈕。

為了感測物體，接近傳感器向物體發(fā)送 IR（紅外）脈沖，然后“偵聽”以檢測反射回來的任何脈沖（圖 1）。紅外 LED 傳輸紅外信號，任何反射信號都由紅外光電探測器檢測。該反射信號的強度與物體與紅外收發(fā)器的距離成反比。由于物體靠近時反射的紅外信號更強，因此您可以校準(zhǔn)光電二極管檢測器的輸出，以確定物體的確切觸發(fā)距離（用于決定物體是否存在的閾值距離）。

圖1.紅外接近傳感器的基本原理。

光電二極管檢測從物體反射的紅外，但它也檢測環(huán)境條件產(chǎn)生的紅外。您必須濾除此 IR 噪聲以防止錯誤檢測。一種常見的方法是以方便的頻率調(diào)制LED的IR信號，然后僅檢測具有該調(diào)制的IR，從而將其識別為已被物體反射。

圖2所示的紅外接近傳感器具有簡單的發(fā)射器和接收器部分。發(fā)射器由一個 940nm 紅外 LED （IR11-21C） 組成，該 LED 使用 10kHz 振蕩器頻率打開和關(guān)閉。通過改變LED電流，您可以控制發(fā)射功率的水平，從而控制檢測范圍。為了節(jié)省功耗，發(fā)射脈沖具有較小的占空比（通常為10%）。

圖2.這種簡單的紅外收發(fā)器檢測物體的存在，并提供與收發(fā)器的大致距離。

接收器電路解調(diào)并放大光電二極管（PD15-22C）檢測到的紅外信號，其峰值靈敏度出現(xiàn)在940nm處。光電二極管輸出交流耦合至運算放大器的同相輸入。交流耦合允許10kHz信號通過，但耦合電容設(shè)置的300Hz截止頻率可防止直流噪聲和背景IR到達放大器。

低噪聲、高帶寬和軌到軌輸入/輸出能力使所示運算放大器（MAX4230）成為本電路解調(diào)和放大的理想選擇。此外，其出色的射頻抗擾度可防止GSM手機中常見的煩人的217Hz音頻嗡嗡聲。對于 IR 接收器，運算放大器配置為增益 100， 2德·- 以10kHz為中心的階帶通濾波器。因此，在放大輸入的IR信號的同時，運算放大器還使用其帶通濾波器對其進行解調(diào)。

在沒有輸入IR信號的情況下，運算放大器偏置在2.5V。對于 10kHz IR 信號入射，其輸出在 2.5V 左右變化，動態(tài)范圍為 5V。輸出驅(qū)動一個簡單的二極管檢波器，該檢波器整流10kHz信號并提供與其幅度成比例的直流信號。該模擬信號（OUT）與物體與紅外發(fā)射器的距離成正比。它可以直接使用，也可以饋送到ADC進行進一步處理。 電路工作情況由電路中各個節(jié)點的波形（距離紅外收發(fā)器1.2英寸和1.4英寸的物體）來說明（圖3）。請注意，這些波形按數(shù)字鍵控到各個電路節(jié)點。

圖3.圖2電路中的這些波形表示距離IR收發(fā)器1.2英寸和1.4英寸的物體。

審核編輯：郭婷