EVERLIGHT 類比輸出環境光感應器ALS 系列應明

1. 簡介：

環境光感應器(Ambient light sensor; ALS)可以感測到和人眼接收感覺類似的光源，並讓相關的應 用產品根據感測到的光源資訊做相應的開、關及自動調整控制，以達到省電及安全等應用目的。而 類比環境光感應器的基本元件可分為四種：光電晶體(Photo Transistor)、光電二極體(Photo Diode) 、 光達靈頓電晶體(Photo Darlington Transistor)，以及整合了 PD 加放大電路的 PDIC。      

2. 基本應用電路電阻及電容選用：

類比環境光感應器的輸出為隨光照度變化的光電流，最簡單把輸出光電流轉換成環境照度值的 方式是利用圖1 的電路把光電流轉換成輸出電壓，然後利用輸出電壓的變化換算成環境光照度
Lux。電路中負載電阻 RL 的選用會影響到適用的最大環境光範圍，而 RL 和搭配的電容 CL 則是可組成 降低環境光閃爍漣波(ripple)的積分器。 

 

   一般來說會建議參考圖2 把 RL 放在 Vout 端，原因為有些 PDIC 有含運算放大器，若把 RL 放在 VDD 及 Vcc 中間，當光電流變化時，其負載電阻上的壓降會影響到 IC 內放大器的供電穩定性。 

圖2 PDIC 內部方塊圖及建議接線方式 

 

建議的負載電阻 RL 的選用方式如下： 

• 準備接近規格書中光電流標準值的 ALS 樣品。(註 1)、照度計及欲操作的最大光源 Lmax。選定RL 前 CL 可先用 4.7uF，選定 RL 後再調整 CL 值。若無加 CL 則量測 Vout 時請讀取示波器的高 值，避免用電表或取平均值。
• 使用 150% Lmax 的光源照射 ALS。(註 2)
• 改變 RL 值(註 3)找出輸出飽和電壓 Vo(sat) 。(註 4)
• 逐步降低光源至 0 Lux 並記錄 Vout 變化。
• 畫出類似圖三的輸出電壓(Vout)V.S. 照度( Lux)的光、電轉換曲線圖，即可藉由輸出電壓值得到照度值。
• 讓 ALS 操作在線性區(接近飽和輸出電壓前，會有一小段輸出電壓曲線不線性)。

 
註 1：每顆 ALS 單體在同樣照度下，輸出的光電流都會有差異，其差異範圍可參考規格書 Light  Current 欄位。 
註 2：若實際應用時 ALS 前有加 cover lens，表示 ALS 接收到的照度會依 cover lens 的透光度衰 減，量測時請將 ALS 裝入實際機構量測。 
註 3：若 RL 大於 500kΩ還未飽和，建議換較大輸出光電流型號的 ALS。 
註 4：ALS 的最大輸出飽和電壓 Vo(sat)，其值可參考規格書中的 Saturation Output Voltage。 

 
以下圖3  RL = 7.5k ohm 曲線為例，適合最大操作環境光 1100Lux 以下。請注意 0 Lux 時會有極小 的暗電流(Dark current)輸出使得最小輸出電壓不是 0 V，此暗電流會隨著溫度上升而增加(此趨勢可參考規格書)，故一般在低照度(10Lux 以下) (註 5)且高溫(60℃以上)的情況下，照度的判斷跟 25℃時相 比會有誤差。ALS 輸出飽和電壓 Vo(sat)小於供應電源 VCC。 

圖3 Vout VS Lux 曲線圖

待選定了負載電阻後，接著選擇電容值 CL。一般螢光燈(fluorescent lamps)的常用操作頻率為供電 頻率的兩倍也就是 100Hz 或是 120Hz，這就表示其週期為 10ms 或是 8.33ms。為了降低其產生的
ripple，其 RC 電路組成的放電時間需大於此週期時間許多，一般建議放電時間至少大於 200ms，而最 大值則依客戶需求速度而定。CL 建議的選定方式如下： 
CL ≧ 200m / RL

3. 其他應用說明

     圖4 為較常見的三種光轉電應用流程，前面介紹的應用屬於最簡單的一種，優點為電路設計簡 單，但因為每顆 ALS 單體的光轉電曲線都有差異，故只適合不須太精準的光控電路應用。 
     改善方式為將 ALS Vout 接至類比數位轉換腳位(Analog to digital converter; ADC)，將電壓訊號以 數位資料表示。 
     假設 ADC 為 10 bit，則每階的變化量為輸入 ADC 電壓飽和時的照度/1023。 
     若有更精確的需求，建議使用 digital ALS (有 16 bit 的解析度)，可利用內部暫存器(register)及程式演算法做增益、積分時間、光源校正、多變化點控制及中斷等應用。 

 

EVERLIGHT 類比輸出環境光感應器ALS 系列應用問答：

Q/A 1 問: 什麼是環境光感應器？
           答: 環境光感應器是一種裝置或元件，用於測量周圍環境的光照強度。它可以檢測光線的強度變化並將其轉換為電信號。

Q/A 2 問: 環境光感應器的工作原理是什麼？
           答: 環境光感應器使用光敏元件（例如光敏電阻或光敏二極體）來感應周圍的光照強度。當光照強度變化時，光敏元件的電阻或電流也會相應地變化。
                 環境光感應器將這些變化轉換為電信號，以供其他系統使用。

Q/A 3 問: 環境光感應器有哪些應用？
           答: 環境光感應器廣泛應用於各種設備和系統中，例如：
                -自動調節室內照明系統：根據周圍光照水平調節室內燈光的亮度。
                -自動亮度調節顯示屏：根據環境光照強度調整手機、電腦等顯示屏的亮度。

Q/A 4 問: 環境光感應器的精度如何？
           答: 環境光感應器的精度取決於其設計和製造質量。優質的環境光感應器通常具有較高的準確性和靈敏度，能夠準確地檢測和量測光強度的變化。
                然而，環境光感應器可能會受到外部因素的影響，如遮擋物或反射光等，這可能會導致一些誤差。

Q/A 5 問: 環境光感應器的安裝和使用要注意哪些事項？
           答: 在安裝和使用環境光感應器時，需要注意以下事項：
                 -避免遮擋：確保環境光感應器能夠正確地暴露在周圍環境的光線下，避免任何遮擋物阻礙光線的進入。
                 -測量單位：瞭解環境光感應器所使用的測量單位，例如勒克斯（lux）或輝度（cd/m²），以便正確評估光強度的變化。
                 -校準和校對：某些環境光感應器可能需要進行定期校準，以確保其精確性和準確性。
                 -環境因素：注意環境因素對環境光感應器的影響，例如光線反射、陽光直射或其他光源可能導致讀數變化。
                 -故障檢測：監控環境光感應器的運作情況，如有任何異常讀數或功能失效，可能需要進行檢修或更換。