高速運放支持紅外接近檢測設計

　　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(shí)檢測兩者。 具體應用包括：測速、自控式水龍頭、自動(dòng)計數器或傳送帶物體檢測、打印機紙張邊緣檢測等其它應用。新一代智能手機中同樣采用了接近檢測技術(shù)，當手機被壓在人的下顎或耳朵下方時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉LCD觸摸屏，避免對觸摸屏的誤操作。

　　檢測物體時(shí)，接近檢測傳感器首先向目標發(fā)射IR(紅外)脈沖，然后“偵聽(tīng)”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。反射信號強度反比于目標和IR收發(fā)器之間的距離，距離越近IR反射信號越強，可以校準光電檢測器的輸出，由此判斷目標的準確距離(設定一個(gè)距離檢測門(mén)限可以判定目標是否存在)。

　　光電二極管探測目標反射回來(lái)的IR信號，也可以檢測到周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的IR信號。設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信號調制到一個(gè)適當頻率，接收器只檢測經(jīng)過(guò)調制的IR信號，確保實(shí)際檢測到的信號只來(lái)自目標物體的反射。圖2所示IR接近檢測傳感器具有簡(jiǎn)單的發(fā)射和接收電路，發(fā)射電路包括一個(gè)波長(cháng)為940nm的IR LED (IR11-21C)，按照10kHz的振蕩頻率閉合、斷開(kāi)。通過(guò)調整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。

　　接收機電路解調并放大光電二極管(PD15-22C)探測到的IR信號，檢測信號的峰值出現在940nm波長(cháng)。光電二極管輸出交流耦合到運算放大器的同相輸入端。交流耦合允許通過(guò)10kHz信號，而由耦合電容建立的300Hz截止頻率將在運算放大器的輸入端抑制直流噪聲和IR背景噪聲。

　　這類(lèi)電路設計中最好選擇低噪聲、帶寬、滿(mǎn)擺幅輸入/輸出運算放大器(MAX4230)進(jìn)行信號解調和放大。另外，運算放大器優(yōu)異的RF抑制有助于避免GSM手機中常見(jiàn)的217Hz 蜂鳴噪聲。在IR接收器中，運放電路配置成增益為100、中心頻率在10kHz的二階帶通濾波器，使得運算放大器在放大輸入IR信號的同時(shí)可以利用其帶通濾波器對輸入IR信號進(jìn)行解調。

　　沒(méi)有IR信號輸入時(shí)，運算放大器偏置在2.5V。輸入端出現10kHz IR信號時(shí)，輸出在2.5V上下變化，動(dòng)態(tài)范圍為5V。運算放大器的輸出驅動(dòng)簡(jiǎn)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。模擬輸出信號的幅度與目標距離發(fā)射器的遠近成比例?？梢灾苯永迷撦敵鲂盘栠M(jìn)行檢測，也可以將其送入ADC作進(jìn)一步處理。在電路的不同節點(diǎn)處測量信號波形，可以清楚地描述電路的運行狀況，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，這些標注了具體編號的波形分別對應于電路的不同節點(diǎn)。