將接近傳感器設計到手持式觸摸屏應用中

本應用筆記討論了在手持觸摸屏應用中使用Maxim MAX44000接近傳感器的優(yōu)勢。然后，它解決了幾個應用程序注意事項。這些措施包括減少串擾、提高抗噪性以及減少系統(tǒng)中應用處理器的負載。附錄中提供了閾值滯后的示例 C 代碼。

為什么使用接近傳感器？

觸摸屏可以在各種手持電子設備中找到，其中最重要的是智能手機。雖然觸摸屏極大地改善了設備的功能，但它們也帶來了一些新的挑戰(zhàn)。這包括知道如何以及何時解釋與觸摸屏的交互。例如，屏幕必須解釋當手機貼著用戶的臉時如何反應;無意中接觸耳朵或臉頰可能會被錯誤地解釋為所需的用戶輸入。

解決此問題并同時增加設備功能的最流行方法是將接近傳感器集成到手機中。當接近讀數(shù)足夠大且用戶在電話上時，此傳感器可以關閉觸摸屏。

與分立方案相比，包含帶數(shù)字輸出的紅外接近傳感器的器件（如MAX44000）使這項任務相對簡單。

Maxim接近傳感器的主要優(yōu)勢

Maxim的接近傳感器具有多種優(yōu)勢。首先，紅外發(fā)射器設置為吸電流配置，而不是電流源配置。因此，用戶可以在合理的范圍內(nèi)選擇LED上使用的電源電壓，從而在LED性能和功耗之間進行優(yōu)化（圖1）。

圖1.MAX44000為帶LED的芯片。

因為MAX44000系列是2具有C功能，通過這種多功能總線將傳感器集成到大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)中非常容易。此外，這些設備還支持硬件中斷線。這兩個特性可確保傳感器可以無縫地放置在大多數(shù)手持設備中，同時最大限度地減少為來自傳感器的信息提供服務所需的處理器資源量。

此外，Maxim的接近傳感器還內(nèi)置了額外的功能。例如，MAX44000將環(huán)境光傳感器和接近感應集成到單個6引腳IC中。諸如此類的解決方案消除了對多個傳感器來完成所有光傳感器任務的需求。

應用注意事項

MAX44000采用纖巧的2mm×2mm×0.6mm UDFN-Opto封裝，允許用戶在空間敏感型應用中節(jié)省空間。此外，傳感器提供驅動LED的電路，但最終用戶最終必須提供發(fā)射極二極管。該電路可在灌電流配置中通過發(fā)射極二極管從0mA驅動至110mA，從而節(jié)省了執(zhí)行此任務所需的外部電路。

圖2.MAX44000具有旁路發(fā)射極。

應注意此功能，尤其是在較高的驅動電流下。具體而言，由于電源線中的電流尖峰，這些短而大電流脈沖可能會在MAX44000周圍產(chǎn)生一些噪聲。有兩種方法可以解決這個問題：要么使用發(fā)射極二極管的去耦電容，要么將MAX44000的電源與發(fā)射極二極管的電源完全隔離。去耦電容的優(yōu)點是價格便宜，但缺點是必須非?？拷麺AX44000和發(fā)射極二極管。最終用戶應先嘗試此解決方案，然后再轉到替代方案，因為它通常運行良好。圖 2 同時顯示了這兩種解決方案，盡管這可能被證明是矯枉過正。

還必須仔細考慮玻璃對接近傳感器的影響。大多數(shù)（如果不是全部）智能手機的正面都有玻璃覆蓋。在某些手機中，這種玻璃是黑色的。這種玻璃對光傳感器有兩個關鍵影響。首先，入射光到IC環(huán)境光傳感器部分的強度衰減，這是應該考慮的。其次，可能會引入一些串擾，因為LED發(fā)出的光從玻璃部分反射回傳感器（圖3）。

圖3.串擾圖解——無擋板

圖4.簡單光學擋板的示例。

這可以通過多種方式緩解。一種選擇是在發(fā)射器和接收器之間放置一個光學擋板（圖 4），這將大大減少可以到達傳感器的光功率量。另一種方法是使發(fā)射器和接收器盡可能靠近玻璃，并確保電路板不反射。

開/關閾值的注意事項

將接近傳感器集成到系統(tǒng)中的一個常見挑戰(zhàn)是正確選擇在通話期間打開或關閉屏幕的接近閾值。必須設置“觸發(fā)點”以確保它不會有很多誤報，同時最大化它可以支持的用例數(shù)量。例如，頭發(fā)為淺色的用戶，如果以接近傳感器面向頭發(fā)的方式握住手機，則反射的信號將比深色頭發(fā)的用戶多得多。

MAX44000的接近傳感器具有優(yōu)異的靈敏度（2.7nW/cm2/LSB） 表示標準的 850nm 紅外發(fā)射器。這意味著MAX44000不僅可以在黑色玻璃后面表現(xiàn)良好，還可以檢測黑發(fā)用戶。除此之外，MAX44000的接近傳感器可抑制高達100，000 lux的直流陽光，改善其在戶外條件下的性能。

最后要考慮的是遲滯對該傳感器的應用。人們想要這樣做的原因與在比較器電路中添加遲滯的原因相同。也就是說，如果輸入信號徘徊在閾值附近，則任何噪聲都可能導致輸出信號發(fā)生不必要的隨機切換。這同樣適用于接近傳感器。

考慮簡單（且功耗低下）的情況，我們會定期在軟件中輪詢傳感器。如果計數(shù)高于某個值并且屏幕已打開，則屏幕將關閉。否則，如果屏幕已經(jīng)關閉，則會重新打開。乍一看，這似乎是可以接受的，但用戶可能會以這樣的方式握住設備，使計數(shù)將徘徊在此閾值附近，從而導致屏幕不受歡迎地打開和關閉。

解決此問題的一種方法是在軟件中設置遲滯。例如，如果觸摸屏從“開”到“關”的轉換發(fā)生在 150 個計數(shù)或更高時（假設接近傳感器在 8 位模式下運行），則只有在計數(shù)降至或低于 135 后，才應從“關閉”轉換回“打開”。此外，確保這些各自的水平持續(xù)一段時間是有用的。這進一步降低了噪聲通過充當一種粗糙的低通濾波器觸發(fā)不良行為的機會。

MAX44000在其內(nèi)部寄存器中支持這樣的方案：

如果啟用了中斷（寄存器0x01，接近和ALS的位1：0），則這些寄存器可以設置芯片，使其可以運行，而無需不斷輪詢傳感器。2C. 如前所述，使用寄存器0x0A中的位 2 和 3 設置中斷前的延遲。此延遲可以是超過閾值的 1、4、8 或 16 個連續(xù)樣本。寄存器0x0B和0x0C設置閾值，以及中斷是由計數(shù)高于還是低于閾值觸發(fā)的。

附錄中提供了一些實現(xiàn)遲滯方案和此中斷方法的示例代碼。在 I 上進行讀取或寫入時2C總線，應該注意的是，在多個讀/寫的情況下，該特定部分不會自動遞增寄存器地址。這應該在軟件中手動完成，盡管這通常是一個微不足道的實現(xiàn)。在I中跨多個寄存器讀取數(shù)據(jù)時要小心，這一點至關重要。2C 兼容設備，這樣就不會發(fā)生錯誤。更多信息參見應用筆記5033。

審核編輯：郭婷