摘要：介紹了一種能實現人眼仿真的集成化可見光亮度傳感器LX1970，給出了LX1970芯片的性能特點、工作原理及典型應用電路。LX1970適用于平板顯示器的亮度監控系統，可用在筆記本電腦、平板電視及新型手機中。

１　主要特點

目前，筆記本電腦、個人數字助理（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉ-ｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ，簡稱ＰＤＡ）、平板電視和手機均采用液晶顯示器（ＬＣＤ）。但ＬＣＤ本身并不發光，它只反射或透射外界光線。為便于在光線較暗的環境中或夜間觀察屏幕，就必須給ＬＣＤ加背光源以增強對比度。利用可見光亮度傳感器就可根據環境亮度來自動調節背光源（一般為白色發光二極管）的亮度，這樣不僅能獲得最佳顯示效果，還能降低背光源的功耗。

圖1

    美國微型半導體（Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ）公司推出了一種能實現人眼仿真的集成化可見光亮度傳感器ＬＸ１９７０，利用該器件可構成平板顯示器的亮度監控系統。此外，它還可用做戶外照明燈（例如路燈）控制器，以使照明燈能在黃昏時自動開啟，清晨時自動關閉。

ＬＸ１９７０型可見光亮度傳感器的性能特點如下：

●內含ＰＩＮ型光電二極管、高增益放大器和兩個互補式電流輸出端?該光電二極管陣列的光譜特性及靈敏度都與人眼十分相似，因而能代替人眼去感受環境亮度的明暗程度，并將接收到的可見光轉換成電流信號，進而對背光源的亮度進行控制。

●峰值發光波長為５２０ｎｍ，電流靈敏度為０．３８μＡ／ｌｘ，暗電流為１０ｎＡ。

●非線性誤差小，重復性好。兩個互補輸出端的電流不對稱度僅為±０．５％，可任選一端作為輸出。

●外圍電路簡單，價格低廉，使用方便。無須使用濾光片即可有效衰減紫外光及紅外光。

●微功耗，低壓供電。采用２～５．５Ｖ電源，電源電流可低至８５μＡ（典型值）。工作溫度范圍為－４０℃～＋８５℃。其外形尺寸僅為２．９５ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ。

２　ＬＸ１９７０的工作原理

ＬＸ１９７０采用ＭＳＯＰ－８表貼塑料封裝，其引腳排列和內部框圖如圖１所示。

ＬＸ１９７０芯片正面有一個面積為０．３６９ｍｍ２的受光區。ＵＤＤ和ＵＳＳ分別接電源的正、負極。ＳＮＫ為電流接收器的引出端，ＳＲＣ為輸出電流源的引出端。其余ＮＣ均為空腳。芯片工作時?由光電二極管產生的光電流經過高增益放大器送至兩個電流輸出端，其中一個是電流吸收器的引腳ＳＮＫ，另一個是輸出電流源的引腳ＳＲＣ，二者的電流分別為ＩＳＮＫ 和ＩＳＲＣ。其中ＩＳＮＫ為灌入芯片中的電流，簡稱灌電流。這兩種電流信號通過Ｒ１、Ｒ２可分別轉換成電壓信號ＵＳＮＫ、ＵＳＲＣ。改變Ｒ１（或Ｒ２）的電阻值可調整電壓增益，電阻值允許范圍是１０ｋΩ～５０ｋΩ。Ｃ１和Ｃ２為濾波電容，可用來決定傳感器的響應時間。輸出ＵＳＮＫ與環境亮度成反比，ＵＳＲＣ與環境亮度成正比，二者呈互補輸出特性，可任選一路信號作為輸出電壓ＵＯ。

ＬＸ１９７０的相對靈敏度與波長的響應曲線如圖２中的粗線所示，細線是人眼的響應曲線（峰值波長為５５０ｎｍ）。由圖可見，ＬＸ１９７０接收光的波段與人眼非常相近，并且也象人眼一樣靈敏。其峰值波長λＰ為５２０ｎｍ，波段大約為３５０ｎｍ～８００ｎｍ，能覆蓋整個可見光波段（４００ｎｍ～７００ｎｍ），而紫外光波段（＜４００ｎｍ?和紅外光波段（＞７００ｎｍ）都很窄，這表明它對可見光的接收靈敏度最高。ＬＸ１９７０在峰值波長為５２０ｎｍ時的靈敏度Ｋ為０．３８μＡ／ｌｘ，即照度每變化１ｌｘ（勒克斯），輸出電流變化０．３８μＡ。將照度轉換成亮度Ｌ（其單位是ｃｄ／ｍ２）時，可假定光線照射在一個能滿足全反射條件的理想平面上，然后根據１ｌｘ＝０．３１４ ｃｄ／ｍ２進行轉換即可得到亮度值。通常，可用實驗的方法來測定亮度與照度的比例系數。

３　ＬＸ１９７０的典型應用

３．１ 白光亮度測量電路

測量白光亮度的電路如圖３所示。該電路在工作時?先由ＲＣＣ、電流源和白光ＬＥＤ組成的光源發射出可見光，再由ＬＸ１９７０接收該可見光并轉換成電流信號。接下來在ＳＮＫ端、ＳＲＣ端各串聯一塊微安表以分別測量光電流ＩＳＮＫ和ＩＳＲＣ，這樣?微安表的讀數值就反映了亮度的高低。

３．２ ＬＣＤ背光源亮度自動控制電路

當環境亮度明顯變暗時，ＬＸ１９７０能自動開啟ＬＣＤ的背光源以使白色ＬＥＤ發光。其亮度自動控制電路如圖４所示。圖中?電阻Ｒ１和Ｒ２用于設定控制亮度的最小值與最大值。改變電容器Ｃ的容值可調整響應時間并能濾除５０Ｈｚ電網干擾。ＬＸ１９７０采用＋３．３Ｖ～＋５Ｖ電源。若只使用ＳＲＣ端，則ＳＮＫ端應懸空。假定需用０．２５Ｖ～１．２５Ｖ的輸出電壓來驅動白光ＬＥＤ，０．２５Ｖ代表ＬＥＤ的亮度最小值，１．２５Ｖ代表亮度最大值?那么，可由下式確定Ｒ１與Ｒ２的比例關系?

Ｒ１＝[(３／０．２５）－１]Ｒ２＝１１Ｒ２

可根據ＬＸ１９７０在給定亮度下的輸出電流最大值（ＩＳＲＣｍａｘ）來計算Ｒ２值。實際上?在ＩＳＲＣｍａｘ為５０μＡ時?Ｒ２為２５ｋΩ，這樣?代入上式即可得到２７５ｋΩ的Ｒ１值。

３．３ ＬＸ１９７０評估板的設計

利用ＬＸ１９７０評估板（Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｂｏａｒｄ）不僅能檢查出ＬＸ１９７０的質量好壞，還可對ＬＣＤ背光源亮度控制電路進行各種實驗，以便為開發新產品提供依據。此外，評估板上的元器件布局以及印制電路的設計也具有參考價值。ＬＸ１９７０的評估板電路如圖５所示。它具有以下特點：

第一，可利用一個轉盤（上面開著７個不同孔徑的小孔）來改變ＬＸ１９７０入射光窗口的大小，轉盤與傳感器一同裝在機殼內；

第二，通過電位器ＲＰ１～ＲＰ３調整放大器的增益，再經過ＬＸ１９７０驅動兩只白色發光二極管（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）發光，以實現亮度調節，從而適應不同的環境亮度條件；

第三，分別改變跳線器Ｊ１～Ｊ４的接線方式，以對不同電路進行隔離或偏置；

第四，該電路有４個可選擇的控制端口，包括ＳＲＣ的分壓二極管引出端口（Ａ）、ＳＲＣ的電壓調整端口（Ｂ）、ＳＲＣ的固定電壓端口（Ｃ）和ＳＮＫ的電壓調整端口（Ｄ）。此外，還有兩個輸出端（ＳＲＣ、ＳＮＫ）?其中，端口Ａ為下拉端（經外部電位器接地，可代替ＬＸ１９７０手動調整亮度）。端口Ｂ、Ｃ、Ｄ均為上拉端（經外部電路接正電源或其它正電壓）。端口Ｂ和端口Ｃ用于設置最低輸出電壓（將ＲＰ１調至最小）或調節ＳＲＣ端的輸出。端口Ｄ用來設置最高輸出電壓（將ＲＰ２調至最大）或調節ＳＮＫ端的輸出。

跳線器Ｊ１用來選擇電源，當Ｊ１連到“ＬＸ１９７０”位置時，系統只給ＬＸ１９７０供電；Ｊ１連至“ＬＥＤ驅動”位置時，則可同時給ＬＸ１９９０供電，ＬＸ１９９０為ＬＥＤ的驅動控制器。Ｊ２置于“ＳＲＣ開路”位置時，將斷開ＳＲＣ引腳的外圍電路；Ｊ２置于“分壓”位置時，則將接通ＳＲＣ引腳的外圍電路。Ｊ３置于“ＶＤ２輸入”位置，可將隔離二極管ＶＤ２短路；而Ｊ３置于“ＶＤ２輸出”位置時，ＶＤ２則不被短路。Ｊ４置于“驅動”位置時將ＳＮＫ端的輸出接到ＬＸ１９９０的輸入端ＩＳＥＴ；Ｊ４置于“ＳＮＫ上拉”位置時， ＳＮＫ端的輸出將經過端口Ｄ接高電平。

需要說明的是：第一，使用端口Ｂ時?允許將外部ＰＷＭ信號加至由（ＲＰ１＋Ｒ１）和（ＲＰ２＋Ｒ３）構成的分壓器的高端，然后通過調節ＲＰ１和ＲＰ２的值來控制分壓比；第二，使用端口Ｃ時?可用直流電壓來控制亮度；第三，利用Ｃ１和Ｃ３可降低ＬＸ１９７０的響應速度，以避免傳感器受外部５０Ｈｚ光源頻率的影響。