【導讀】本文介紹了一個簡單的 IR 收發器設計，所產生的 IR 信號調制在 10kHz 載頻，然后用單運放(MAX4230)放大反射信號，該運放同時還配置成二階帶通濾波器，解調 10kHz 的 IR 接收信號。
本文介紹了一個簡單的 IR 收發器設計，所產生的 IR 信號調制在 10kHz 載頻，然后用單運放(MAX4230)放大反射信號，該運放同時還配置成二階帶通濾波器，解調 10kHz 的 IR 接收信號。
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。具體應用包括：測速、自控式水龍頭、自動計數器或傳送帶物體檢測、打印機紙張邊緣檢測及其它應用。新一代智能手機中同樣采用了接近檢測技術，當手機被壓在人的下顎或耳朵下方時，可自動關閉 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發射 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(設定一個距離檢測門限可以判定目標是否存在)。
圖 1. IR 接近檢測傳感器的基本原理
光電二極管探測目標反射回來的 IR 信號，也可以檢測到周圍環境產生的 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 發射的 IR 信號調制到一個適當頻率，接收器只檢測經過調制的 IR 信號，確保實際檢測到的信號只來自目標物體的反射。
圖 2 所示 IR 接近檢測傳感器具有簡單的發射和接收電路，發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。通過調整 LED 電流控制發射功率，從而控制檢測范圍。為降低功耗，發射電路通常采用占空比較小(典型值為 10%)的發射脈沖。
圖 2. 簡單的 IR 收發器，檢測物體是否存在以及物體與收發器之間的距離。
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。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 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。
這類電路設計中最好選擇低噪聲、帶寬、滿擺幅輸入 / 輸出運算放大器(MAX4230)進行信號解調和放大。另外，運算放大器優異的 RF 抑制有助于避免 GSM 手機中常見的 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 信號的同時可以利用其帶通濾波器對輸入 IR 信號進行解調。
沒有 IR 信號輸入時，運算放大器偏置在 2.5V。輸入端出現 10kHz IR 信號時，輸出在 2.5V 上下變化，動態范圍為 5V。運算放大器的輸出驅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)的幅度與目標距離 IR 發射器的遠近成比例。可以直接利用該輸出信號進行檢測，也可以將其送入 ADC 作進一步處理。在電路的不同節點處測量信號波形，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。
圖 3. 圖中波形由圖 2 電路產生，分別代表距離 IR 收發器 1.2 英寸和 1.4 英寸的物體的反射信號。
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