人體傳感器設計秘籍

人體傳感器是設計用于檢測人體靠近或離開(kāi)等特征的電子設備。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的興起，其在消費電子、汽車(chē)、醫療設備、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)設備等領(lǐng)域掀起了熱浪。在智能手機和可穿戴設備上幾乎都能見(jiàn)到它的身影，用來(lái)檢測人體移動(dòng)過(guò)程或者跌倒告警是當今一種重要的技術(shù)手段。同時(shí)，在家庭和企業(yè)安全系統中也得了廣泛的應用，例如人體探測器燈、移動(dòng)探測警報器、無(wú)線(xiàn)門(mén)鈴、智能沖水設備上都是基于此原理實(shí)現的。

市場(chǎng)上有各種各樣的人體傳感器，但都可歸類(lèi)為這兩種：主動(dòng)人體傳感器（有源傳感器）和被動(dòng)人體傳感器（無(wú)源傳感器），且分為電池供電的人體檢測器以及線(xiàn)路供電的人體檢測器。而我們今天主要講述的是來(lái)自東芝半導體關(guān)于被動(dòng)紅外（PIR）傳感器的線(xiàn)路供電人體檢測器設計方案。

圖1. 人體檢測器總方框圖

首先是電源電路部分需要使用一顆TVS管來(lái)抑制瞬態(tài)電壓、保護電路，再通過(guò)整流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，最后通過(guò)LDO器件穩定輸出電壓。在此電路中，東芝提供DF2B29FU／DF2S23P2FU／DF2S23P2CTC三顆典型的TVS二極管，這些與傳統產(chǎn)品相比，具備低阻容特色，提高了靜電吸收能力，保證了高信號保護性能和信號質(zhì)量。而對于LDO的選擇，東芝選用了TAR5S50U／TAR5S50／TAR5SB50三款LDO表貼調節元器件，它們都具備低壓差、高電源抑制比等特點(diǎn)，可以保證穩定的電源供給下一級用電設備。

其次是紅外傳感電路。運算放大器與紅外傳感器相連接將電信號進(jìn)行整理。這里東芝提供兩款低壓工作運算放大器，分別為低電流消耗運算放大器TC75S102F和低噪聲運算放大器TC75S67TU。其中，TC75S102F的漏極電流典型值低至0.27uA，TC75S67TU經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化能達到6nV/√Hz，支持客戶(hù)在不同的環(huán)境中選擇適配。整理后的信號再經(jīng)過(guò)電壓檢測器進(jìn)行比對后傳入微控制處理器，就完成了一次對紅外信號的捕捉分析。

告警電路是接收的MCU的控制信號傳達并做出動(dòng)作響應的控制電路。其中MOSFET作為開(kāi)關(guān)元器件，應具備接受MCU輸出的微小信號來(lái)控制門(mén)電路的打開(kāi)/關(guān)閉以及快速響應的能力。對此東芝半導體推薦使用旗下的SSM3K15ACTC／SSM3K16CTC／SSM3K35AFS／SSM3K35AMFV產(chǎn)品，其特點(diǎn)是具有CST3C、SSM、VESM三種不同的微小封裝，材料選用低阻材料，在低壓高速開(kāi)關(guān)電路上有著(zhù)不俗的表現。最后在光繼電器的選型上，電路需要具有抗噪聲，低電流消耗的特性。此方面推薦采用東芝TLP170AM／TLP171A／TLP240A／TLP241B的4款擁有3中不同封裝格式的低阻性光電繼電器，能夠很好地適配人體探測器輸出端。