本文介紹了一個簡單的IR收發(fā)器設(shè)計,，所產(chǎn)生的IR信號調(diào)制在10kHz載頻，然后用單運(yùn)放(MAX4230)放大反射信號,，該運(yùn)放同時還配置成二階帶通濾波器,，解調(diào)10kHz的IR接收信號。
<-- ======================================================================= --><-- CONTENT: DB HTML --><-- ======================================================================= -->該設(shè)計思路同時發(fā)表在2009年8月6日的EDN雜志,。
IR接近檢測傳感器廣泛用于檢測物體是否存在,、與參照物之間的距離，或同時檢測兩者,。具體應(yīng)用包括：測速,、自控式水龍頭、自動計數(shù)器或傳送帶物體檢測、打印機(jī)紙張邊緣檢測及其它應(yīng)用,。新一代智能手機(jī)中同樣采用了接近檢測技術(shù),，當(dāng)手機(jī)被壓在人的下顎或耳朵下方時，可自動關(guān)閉LCD觸摸屏,，避免對觸摸屏的誤操作,。
檢測物體時，接近檢測傳感器首先向目標(biāo)發(fā)射IR (紅外)脈沖,，然后“偵聽”反射信號,，探測是否存在任何反射脈沖(圖1)。IR LED發(fā)射IR信號,，任何反射信號可以由IR光電檢測器捕獲,。反射信號強(qiáng)度反比于目標(biāo)和IR收發(fā)器之間的距離，距離越近IR反射信號越強(qiáng),，可以校準(zhǔn)光電檢測器的輸出,，由此判斷目標(biāo)的準(zhǔn)確距離(設(shè)定一個距離檢測門限可以判定目標(biāo)是否存在)。
圖1. IR接近檢測傳感器的基本原理
光電二極管探測目標(biāo)反射回來的IR信號,，也可以檢測到周圍環(huán)境產(chǎn)生的IR信號,。設(shè)計人員需要濾除這些IR噪聲，以避免失效檢測,。通用的解決方案是將LED發(fā)射的IR信號調(diào)制到一個適當(dāng)頻率,，接收器只檢測經(jīng)過調(diào)制的IR信號，確保實際檢測到的信號只來自目標(biāo)物體的反射,。
圖2所示IR接近檢測傳感器具有簡單的發(fā)射和接收電路,，發(fā)射電路包括一個波長為940nm的IR LED (IR11-21C)，按照10kHz的振蕩頻率閉合,、斷開,。通過調(diào)整LED電流控制發(fā)射功率，從而控制檢測范圍,。為降低功耗,，發(fā)射電路通常采用占空比較小(典型值為10%)的發(fā)射脈沖。
圖2. 簡單的IR收發(fā)器，檢測物體是否存在以及物體與收發(fā)器之間的距離,。
接收機(jī)電路解調(diào)并放大光電二極管(PD15-22C)探測到的IR信號，檢測信號的峰值出現(xiàn)在940nm波長,。光電二極管輸出交流耦合到運(yùn)算放大器的同相輸入端,。交流耦合允許通過10kHz信號，而由耦合電容建立的300Hz截止頻率將在運(yùn)算放大器的輸入端抑制直流噪聲和IR背景噪聲,。
這類電路設(shè)計中最好選擇低噪聲,、帶寬,、滿擺幅輸入/輸出運(yùn)算放大器(MAX4230)進(jìn)行信號解調(diào)和放大。另外,，運(yùn)算放大器優(yōu)異的RF抑制有助于避免GSM手機(jī)中常見的217Hz蜂鳴噪聲,。在IR接收器中，運(yùn)放電路配置成增益為100,、中心頻率在10kHz的二階帶通濾波器,，使得運(yùn)算放大器在放大輸入IR信號的同時可以利用其帶通濾波器對輸入IR信號進(jìn)行解調(diào)。
沒有IR信號輸入時,，運(yùn)算放大器偏置在2.5V,。輸入端出現(xiàn)10kHz IR信號時，輸出在2.5V上下變化,，動態(tài)范圍為5V,。運(yùn)算放大器的輸出驅(qū)動簡單的二極管檢波器，檢波電路對10kHz信號整流并提供與信號幅度成比例的直流信號,。模擬輸出信號(OUT)的幅度與目標(biāo)距離IR發(fā)射器的遠(yuǎn)近成比例,。可以直接利用該輸出信號進(jìn)行檢測,，也可以將其送入ADC作進(jìn)一步處理,。在電路的不同節(jié)點處測量信號波形，可以清楚地描述電路的運(yùn)行狀況,，圖3給出了距離IR收發(fā)器1.2英寸和1.4英寸情況下的信號波形,。注意，這些標(biāo)注了具體編號的波形分別對應(yīng)于電路的不同節(jié)點,。
圖3. 圖中波形由圖2電路產(chǎn)生,，分別代表距離IR收發(fā)器1.2英寸和1.4英寸的物體的反射信號,。
