Електротехника, електроника и автоматика

Analog vs Digital

Първите са с твърде ограничено приложение, относителният им дял
продължава да намалява и няма да бъдат разглеждани. Същевременно в
наименованието на цифровите думата Digital често липсва, което трябва да
се има предвид при ползването на каталози.

Цифровите сензори за околна светлина (Ambient Light Sensor) ALS ползват PIN фотодиод за преобразуване на интензитета й в ток, следван от усилвател за преобразуването му в напрежение, което практически е линейна функция на интензитета. Това позволява непосредственото му превръщане в число чрез АЦП, обикновено последван от блок за формирането му в съответствие с някой от популярните интерфейси, най-често I2C. Фотодиодът и оптичния филтър пред него се подбират за получаване на характеристика, максимално близка до тази на човешкото око (вкл. потискане на инфрачервените лъчи), което е важно за приложенията. https://www.rohm.com/documents/11303/41217/CNA09016_wp.pdf/65cafa78-92ee-
4d06-b2b6-289ddcd70eda?t=1459534857327

Специфични параметри са нежеланата относителна промяна на изходното число
(Light Source Variation) LSV поради светлина от други източници и линейността
(Linearity) Lin
– относителното отклонение от идеалната линейна характеристика.
Токът на фотодиода намалява при отклоняване на източника на светлина от перпендикуляра към повърхността на сензора. Максималният ъгъл на това отклонение при запазване на практически неизменна точността на измерване е
Half-power-
Angle (HPA). Важно практическо качество на сензорите са работата им с постоянно захранващо напрежение от няколко V, консумираният ток до няколко uA и времето за преобразуване на светлината до няколко десети от s.
Сред характерните примери е ОРТ3001 на Texas Instruments, който работи с I2C и
SMBus и може да се адресира чрез тях. Сензорът може да измерва интензитет между 10 mlx и 83865 lx с разрешаваща способност (негова промяна, водеща до изменение на числото с 1) 10 mlx, типична Lin от 2% и максимален ъгъл 47 градуса.
С вграден бърз I2C (400 kbps) за изходните 16 b числа и същите размери е APDS-
9309 на Avago Technologies. Съдържа канали за видимия и инфрачервения спектър и само за инфрачервения, при едновременната обработка на чиито данни от микропроцесор се получават точни стойности само за видимия. Също с 16b числа и I2C е BH1780GLI на Rohm за измерване на интензитет между 1 lx и 65535 lx със стъпка 1 lx и работа без никакви външни елементи, което го прави особено подходящ за преносими апаратури.
С много голям обхват (45 mlx - 188000 lx) е сензорът МАХ44009 на Maxim
Integrated с 16-битов изход и I2C, чиито фотодиоди (един за видимата светлина и част от инфрачервения спектър и втори инфрачервен) осигуряват максимално близка спектрална характеристика до тази на човешкото око. Малките му размери и консумирания ток 0,65 uA от захранващо напрежение 1,7-3,6 V го правят особено подходящ за преносими устройства. http://www.electronics.ru/files/article_pdf/3/article_3333_156.pdf

Съществуват сензори (Ambient Light and Proximity Sensor) с допълнителна възможност за регистриране на приближаването до предмет на определено разстояние. Съдържат допълнителни инфрачервен светодиод и фотодиод, като излъчената светлина от първия се отразява от обекта и приема от втория.
Обхватът на действие (Detection Range) е максималното разстояние, при което интензитетът на отразения лъч е достатъчен за регистрирането му. Сензорът
SFH7776 на OSRAM Opto Semiconductors e с обхват 10 cm, а вграденият ALS измерва интензитет между 2,2 mlx и 73 000 lx, като изходните числа се предават чрез I2C.
Освен интензитета на светлината в много практически случаи е важно точно да се определи и нейния цвят, което се прави с втората разновидност на сензорите, формиращи поотделно двоични числа за трите основни цвята (R, G, В), придружени обикновено от допълнителен в зависимост от областите на приложение. В сензора VEML6040 на Vishay Semiconductors този канал е за бяла светлина (регистрира и инфрачервена до 920 nm), което определя наименованието RGBW Color Sensor. Управлението е чрез I2C, но може да се използва и SMBus.
Всеки от каналите формира 16 b число, като може да се задават 6 обхвата – най- малкият е за максимална интензивност 515,4 lx с 0,007865 lx на 1 разред, а всеки от следващите е с 2 пъти по-голяма интензивност от предния. Към тази разновидност спадат и сензорите с IR канал към трите за основните цветове, всеки от които също формира двоични числа. Такъв е APDS-9250 на Avago с отделни фотодиоди и АЦП за всеки от каналите, ползване на I2C и отношение на максималния и минималния интензитет на светлината (динамичен обхват) от
18.106. Сериозно предимство е малката постояннотокова консумация на сензора от 130 uA.

Третата и по-малка разновидност са за измерване на интензитета на инфрачервените лъчи в слънчевата светлина, например метеорологични станции и в постепенно добиващите популярност прибори за вграждане в облекло
(Wearable Devices). Сред последните новости е UVIS525 на STMicroelectronics за измерване всяка секунда на биологическия индекс на ултравиолетова радиация
(UV Index) в границите от 0 до 15 със стъпка 1 (според международните стандарти индексът е между 1 и 11 със същата стъпка), като резултатите се предават чрез
I2C и SPI.
Сред оптичните сензори са и тези за изображения (Image Sensor), част от които е групата за четене на баркод. Такъв е TCD1254GFG на Toshiba Electronics с разположени в една линия 2500 елемента, всеки с размери 64 x 5,25 микрометра.
Нараства популярността на оптични сензорни модули с размери, аналогични на интегралните схеми. Типичен пример е цифровият модул Si1143-AAGX на Silicon
Labs с корпус 4,9х2,85х1,2 mm, предназначен за измерители на сърдечната честота, поставяни на китката – напр. “умни” часовници и фитнес ленти.
Използвани материали: https://www.engineering-review.bg/bg/novosti-v-integralnite-senzori/2/3242/
http://www.esa-control.com/bg/z0901_optichni-datchici-opisanie_bg.html https://bg.hoboetc.com/obrazovanie/24633-lazery-poluprovodnikovye-vidy-ustroystvo- princip-raboty-primenenie.html