博通ezPyro? SMD I2C熱釋電紅外寬帶傳感器：設計與應用解析

在電子設計領域，傳感器的性能和特性對整個系統的表現起著至關重要的作用。今天，我們來深入了解一下博通（Broadcom）的ezPyro? SMD I2C熱釋電紅外寬帶傳感器，看看它在設計和應用方面有哪些獨特之處。

文件下載：Broadcom AFBR-S6EPY eZPyro?熱釋電紅外傳感器.pdf

一、產品概述

博通的ezPyro?薄膜數字熱釋電紅外傳感器將高質量傳感器與高度可配置的電子集成相結合，封裝在小巧的SMD（表面貼裝器件）中。其高靈敏度和快速響應時間能夠確保對目標氣體進行快速而準確的檢測。

該傳感器集成了數字電流模式讀出功能，這一特性使得紅外發射器的占空比降低，在保持高信噪比（SNR）的同時，顯著節省了系統級的功耗。此外，可編程增益和濾波功能為系統設計提供了極大的靈活性，而行業標準的I2C通信則實現了與微控制器的即插即用連接，便于進行調諧和校準。而且，該傳感器具有出色的長期穩定性，保證了長壽命且無需維護的運行。

為了方便客戶使用自己的光學帶通濾波器，博通提供了配備2.5 - 6μm或6 - 14μm寬帶濾波器的傳感器，并且可以在這些寬帶濾波器前應用光學帶通濾波器。

二、傳感器特性

1. 電氣特性

   • 物理參數：濾波器孔徑為d = 1.65mm，元件尺寸為0.64x 0.64 mm2，SMD封裝尺寸為5.65x3.7x1.55mm。
   • 性能參數：探測率D*（典型值）為2.5x10? cm√Hz/W，噪聲等效功率NEP（典型值）為2.7x10?1? W/√Hz，時間常數約為10ms（10 - 20 Hz峰值），視野約為90°。
   • 電氣參數：供電電壓范圍為1.75至3.6V，典型供電電流為1至23 μA，數字輸出VO為C(FM + 兼容)，ADC為15位，采樣率為1ksp，工作溫度范圍為 - 40至 + 85℃，存儲溫度范圍為 - 40至 + 110℃，傳感器讀出采用電流模式，并且增益、數字濾波、采樣率和功率模式均可配置。

2. 訂購信息	產品編號	標記	濾波器	濾波帶寬	封裝尺寸
   AFBR - S6EPY12121B	Y12121	2.2 um長通	2.5 - 6 um	焊接在PCB轉接板上的傳感器
   AFBR - S6EPY12121R	Y12121	2.2 um長通	2.5 - 6 um	7英寸帶盤裝800個
   AFBR - S6EPY12111B	Y12111	5.0 um長通	5 - 14 um	焊接在PCB轉接板上的傳感器
   AFBR - S6EPY12111R	Y12111	5.0 um長通	5 - 14 um	7英寸帶盤裝800個

三、信號濾波與功率模式

該傳感器提供了多種信號濾波和功率模式選擇，以滿足不同的應用需求。

1. 信號濾波模式
   • 固定模擬濾波：在不同的功率模式下，設置了不同的高通濾波器和低通濾波器參數。
   • 固定數字濾波：同樣在不同功率模式下，具有不同的數字低通濾波器參數。

信號濾波模式在熱釋電紅外傳感器中起著至關重要的作用。從搜索到的資料可知，熱釋電紅外傳感器輸出的信號通常較為微弱且包含多種干擾成分。通過設置不同的濾波參數，如高通濾波器和低通濾波器，可以有效地篩選出我們所需要的信號頻率范圍。例如，在被動式紅外報警器中，傳感器輸出的信號經過帶通濾波器處理，其上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0.16Hz，這樣可以去除一些不必要的高頻和低頻干擾，使后續的信號處理更加準確。

2. 功率模式
   • 正常功率模式：正常功耗，最大采樣率為1kHz，典型電流消耗為22 μA。在這種模式下，傳感器能夠以較高的采樣率工作，適用于對數據采集速度要求較高的應用場景。
   • 低功率模式：低功耗，最大采樣率為166Hz，典型電流消耗為3.5 μA。當系統對功耗有嚴格要求，而對采樣率要求相對較低時，可以選擇此模式，以延長設備的續航時間。
   • 正常操作模式：通過I2C進行傳感器信號讀出，典型電流消耗為22 μA。
   • 睡眠模式：在紅外觸發時產生硬件中斷，正常模式下電流消耗為21 μA，低功率模式下為3.5 μA。這種模式可以在不使用傳感器時降低功耗，當有紅外信號觸發時再迅速喚醒傳感器進行工作。
   • 掉電模式：傳感器禁用，電流消耗僅為1.1 μA，可在系統長時間不使用傳感器時采用，以最大限度地節省能量。

四、電路原理圖

文檔中給出了兩種電路原理圖：

1. 單設備框圖：展示了單個傳感器的電路結構，方便工程師了解傳感器內部的信號處理流程和各個模塊之間的連接關系。
2. 三個設備同步采樣圖：適用于需要多個傳感器同步工作的應用場景，通過這種同步采樣方式，可以提高系統的檢測精度和可靠性。

五、頻率特性與濾波傳輸曲線

1. 紅外頻率特性：文檔中給出了傳感器在不同功率模式下的典型頻率響應曲線，包括正常功率模式、低功率模式以及不同增益設置下的頻率響應。這些曲線可以幫助工程師了解傳感器在不同工作條件下對不同頻率紅外信號的響應特性，從而根據實際應用需求選擇合適的工作模式和增益設置。
2. 濾波傳輸曲線：展示了典型的2.2um和5.0um長通濾波器的傳輸曲線，通過這些曲線可以直觀地看到濾波器對不同波長紅外信號的透過率，有助于工程師選擇合適的濾波器來滿足特定的應用要求。

綜上所述，博通的ezPyro? SMD I2C熱釋電紅外寬帶傳感器具有豐富的特性和靈活的配置選項，能夠滿足不同應用場景的需求。在實際設計中，電子工程師可以根據具體的系統要求，合理選擇傳感器的型號、工作模式、濾波參數等，以實現最佳的性能和功耗平衡。大家在使用這款傳感器的過程中，有沒有遇到過一些獨特的應用場景或者問題呢？歡迎在評論區分享交流。