应用笔记 1909

耗电不到10µA、带有逻辑输出的微型光传感器


摘要 : 该应用笔记讨论如何利用低功耗光传感器(带逻辑输出)改善自动背光检测器的设计,与利用逻辑门电路、施密特触发器构建的方案相比,可有效改善便携式仪表的性能。

在便携式仪表中,一种耗电极低的光检测电路可用来自动监测背景光。该功能可以很容易地通过一个逻辑门或施密特触发器实现,但这种方法会消耗可观的电源电流。IC1电路(图1)提供了另一种更好的方案。

图1. 这个光传感器在光强超过由R1取值决定的水平时给出一个由低到高的输出跳变
图1. 这个光传感器在光强超过由R1取值决定的水平时给出一个由低到高的输出跳变。

电源电流随电压变化的对数曲线(图2)可以说明问题。正如所预期的,CMOS电路如74HC04反相器和74HC14施密特触发器,当它们的输入接近电源端(电源电压或地)时仅消耗极小的电流(< 1µA)。然而,在中间值时,5V工作的74HC04将消耗大于10mA的电流! 74HC14稍好一些,但在中间值时仍要消耗超过0.5mA的电流。这样大的电流给使用带来问题,因为在光检测电路中中间状态会持续很长时间。

图2. 这些曲线对图1中IC1所吸取的电源电流(最下面的曲线,标有MAX837,3.6V)和其它器件进行了对比
图2. 这些曲线对图1中IC1所吸取的电源电流(最下面的曲线,标有MAX837,3.6V)和其它器件进行了对比。

+3V供电将降低大约3倍的电源电流,但是工作电流仍很显著。加入滞回也能有所帮助,但仍留有一点(或者高于或者低于切换门限),在该点CMOS器件还是要吸收过多的A类电源电流。

最下面的曲线代表IC1的电源电流,在整个信号范围内电流发生轻微的变化,且未超过7µA。外部光传感器和偏置电阻在+5V供电时最多消耗3µA电流,这样电路的总电源电流小于10µA且于光强无关。不同于其它方法,本电路将光强(由R1上的电压表示)和一个固定基准电压比较,而非无严格规定的逻辑门限。

电源电压介于+2.5V至+11V之间,且在+11V时测得的电源电流仅为几个微安。IC1也可用漏极开路的型号(MAX836),其输出(接一个上拉电阻)在混合电压系统中可以超出电源电压。如果降低功耗比体积更重要,可选择MAX931比较器/基准IC。它采用缩小的SO-8封装,称作µMAX® (相比之下MAX837则为SOT封装),但其最大电源电流仅3µA。MAX837内置滞回电路省去了外部滞回电阻。

类似观点的文章发表于1998年4月6日的Electronic Design