博通ezPyro? SMD I2C熱釋電紅外寬帶傳感器：設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，傳感器的性能和特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。今天，我們來(lái)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(shè)計(jì)和應(yīng)用方面有哪些獨(dú)特之處。

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

一、產(chǎn)品概述

博通的ezPyro?薄膜數(shù)字熱釋電紅外傳感器將高質(zhì)量傳感器與高度可配置的電子集成相結(jié)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(yīng)時(shí)間能夠確保對(duì)目標(biāo)氣體進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的檢測(cè)。

該傳感器集成了數(shù)字電流模式讀出功能，這一特性使得紅外發(fā)射器的占空比降低，在保持高信噪比（SNR）的同時(shí)，顯著節(jié)省了系統(tǒng)級(jí)的功耗。此外，可編程增益和濾波功能為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性，而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C通信則實(shí)現(xiàn)了與微控制器的即插即用連接，便于進(jìn)行調(diào)諧和校準(zhǔn)。而且，該傳感器具有出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，保證了長(zhǎng)壽命且無(wú)需維護(hù)的運(yùn)行。

為了方便客戶使用自己的光學(xué)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(yīng)用光學(xué)帶通濾波器。

二、傳感器特性

1. 電氣特性

   • 物理參數(shù)：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(shù)：探測(cè)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(shí)間常數(shù)約為10ms（10 - 20 Hz峰值），視野約為90°。
   • 電氣參數(shù)：供電電壓范圍為1.75至3.6V，典型供電電流為1至23 μA，數(shù)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(chǔ)溫度范圍為 - 40至 + 110℃，傳感器讀出采用電流模式，并且增益、數(shù)字濾波、采樣率和功率模式均可配置。

2. 訂購(gòu)信息	產(chǎn)品編號(hào)	標(biāo)記	濾波器	濾波帶寬	封裝尺寸
   AFBR - S6EPY12121B	Y12121	2.2 um長(zhǎng)通	2.5 - 6 um	焊接在PCB轉(zhuǎn)接板上的傳感器
   AFBR - S6EPY12121R	Y12121	2.2 um長(zhǎng)通	2.5 - 6 um	7英寸帶盤裝800個(gè)
   AFBR - S6EPY12111B	Y12111	5.0 um長(zhǎng)通	5 - 14 um	焊接在PCB轉(zhuǎn)接板上的傳感器
   AFBR - S6EPY12111R	Y12111	5.0 um長(zhǎng)通	5 - 14 um	7英寸帶盤裝800個(gè)

三、信號(hào)濾波與功率模式

該傳感器提供了多種信號(hào)濾波和功率模式選擇，以滿足不同的應(yīng)用需求。

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

信號(hào)濾波模式在熱釋電紅外傳感器中起著至關(guān)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(hào)通常較為微弱且包含多種干擾成分。通過(guò)設(shè)置不同的濾波參數(shù)，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(hào)頻率范圍。例如，在被動(dòng)式紅外報(bào)警器中，傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)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(xù)的信號(hào)處理更加準(zhǔn)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(duì)數(shù)據(jù)采集速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)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(dāng)系統(tǒng)對(duì)功耗有嚴(yán)格要求，而對(duì)采樣率要求相對(duì)較低時(shí)，可以選擇此模式，以延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。
   • 正常操作模式：通過(guò)I2C進(jìn)行傳感器信號(hào)讀出，典型電流消耗為22 μA。
   • 睡眠模式：在紅外觸發(fā)時(shí)產(chǎn)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(shí)降低功耗，當(dāng)有紅外信號(hào)觸發(fā)時(shí)再迅速喚醒傳感器進(jìn)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(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不使用傳感器時(shí)采用，以最大限度地節(jié)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(shè)備框圖：展示了單個(gè)傳感器的電路結(jié)構(gòu)，方便工程師了解傳感器內(nèi)部的信號(hào)處理流程和各個(gè)模塊之間的連接關(guān)系。
2. 三個(gè)設(shè)備同步采樣圖：適用于需要多個(gè)傳感器同步工作的應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)這種同步采樣方式，可以提高系統(tǒng)的檢測(cè)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(yīng)曲線，包括正常功率模式、低功率模式以及不同增益設(shè)置下的頻率響應(yīng)。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(duì)不同頻率紅外信號(hào)的響應(yīng)特性，從而根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇合適的工作模式和增益設(shè)置。
2. 濾波傳輸曲線：展示了典型的2.2um和5.0um長(zhǎng)通濾波器的傳輸曲線，通過(guò)這些曲線可以直觀地看到濾波器對(duì)不同波長(zhǎng)紅外信號(hào)的透過(guò)率，有助于工程師選擇合適的濾波器來(lái)滿足特定的應(yīng)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(xiàng)，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師可以根據(jù)具體的系統(tǒng)要求，合理選擇傳感器的型號(hào)、工作模式、濾波參數(shù)等，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和功耗平衡。大家在使用這款傳感器的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)一些獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景或者問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。