實(shí)現(xiàn)接近傳感器可以檢測(cè)的高速運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)

IR（紅外）接近傳感器可以檢測(cè)一個(gè)物體的存在，物體與一個(gè)基準(zhǔn)的距離，或兩者均可檢測(cè)。其應(yīng)用包括速度探測(cè)、自動(dòng)水龍頭的人手探測(cè)、傳送帶上物體的自動(dòng)計(jì)數(shù)或檢查，以及打印機(jī)的紙邊緣檢測(cè)等。例如，最新一代的智能手機(jī)可以在屏幕接觸到臉頰或耳朵時(shí)，關(guān)閉LCD觸摸屏，防止對(duì)某些鍵的誤操作。

在檢測(cè)物體時(shí)，接近傳感器會(huì)向物體發(fā)射IR脈沖，然后“聆聽”反射回來(lái)的任何脈沖。一只IR LED負(fù)責(zé)發(fā)射IR信號(hào)，而一只IR光電探測(cè)管則負(fù)責(zé)探測(cè)反射信號(hào)。反射信號(hào)的強(qiáng)度與物體距離IR收發(fā)器的距離成反比。當(dāng)物體距離較近時(shí)，反射的IR信號(hào)較強(qiáng)，因此可以校準(zhǔn)光電二極管探測(cè)器的輸出，確定一個(gè)物體的精確觸發(fā)距離。觸發(fā)距離是用于確定一個(gè)物體是否存在的閾值。

光電二極管探測(cè)到的不僅有物體反射IR，也包括來(lái)自環(huán)境中的IR。必須將這種IR噪聲過(guò)濾掉，以防止虛假探測(cè)。一般的方法是用一個(gè)合適的頻率去調(diào)制LED的IR信號(hào)，然后只探測(cè)有調(diào)制的IR信號(hào)，認(rèn)為它才是物體反射回來(lái)的信號(hào)。

圖1，IR接近傳感器通過(guò)接收反射光，探測(cè)一個(gè)物體。

本設(shè)計(jì)實(shí)例描述了一種采用簡(jiǎn)單發(fā)射與接收的IR接近傳感器（圖1）。發(fā)射器包括一只Everlight的940 nm IR11-21C IR LED，它以10 kHz振蕩頻率作開和關(guān)。通過(guò)改變LED的電流，就可以控制發(fā)射功率等級(jí)，因此控制了探測(cè)范圍。為節(jié)省功耗，發(fā)射脈沖的典型占空比只有10%。

Everlight PD15-22C光電二極管探測(cè)到的IR信號(hào)經(jīng)接收電路作解調(diào)與放大；光電二極管的峰值靈敏度出現(xiàn)在940 nm。光電二極管的輸出交流耦合到運(yùn)算放大器的非反相輸入端。這種耦合允許10 kHz信號(hào)通過(guò)，但耦合電容設(shè)定了一個(gè)300 Hz的截止頻率，以阻止直流噪聲以及背景IR到達(dá)放大器。

運(yùn)算放大器具有低噪聲、高帶寬和軌至軌I/O能力，因此是本電路中解調(diào)與放大的很好選擇。另外，它的RF抑制能力可防止GSM手機(jī)中經(jīng)常出現(xiàn)的煩人的 217 Hz嘟嘟聲。對(duì)于IR接收器，運(yùn)算放大器是作為一個(gè)增益為100的二階帶通濾波器，中心頻率為10 kHz。因此，運(yùn)算放大器對(duì)進(jìn)入的IR信號(hào)作放大，并作為一個(gè)帶通濾波器作解調(diào)。

當(dāng)沒(méi)有輸入IR信號(hào)時(shí)，運(yùn)算放大器偏置在2.5V。當(dāng)有一個(gè)10 kHz IR信號(hào)進(jìn)入時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出圍繞2.5V變化，動(dòng)態(tài)范圍為5V。運(yùn)放輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管檢波器，它對(duì)10 kHz信號(hào)作整流，產(chǎn)生一個(gè)與其振幅成正比的直流信號(hào)。這種模擬輸出信號(hào)與物體到IR發(fā)射器的距離成正比。可以直接使用它，或?qū)⑵渌腿胍粋€(gè)ADC作進(jìn)一步處理。

圖2給出了物體距離IR發(fā)射器1.2英寸和1.4英寸的三結(jié)點(diǎn)電路工作情況。圖2中圈出的號(hào)碼對(duì)應(yīng)于圖3中的示波器波形。

圖2，IR收發(fā)器探測(cè)一個(gè)物體的存在，并提供物體距收發(fā)器的距離。

圖3，不同距離提供了不同幅度的接收波形。