【导读】本文介绍了一个简单的 IR 收发器设计，所产生的 IR 信号调制在 10kHz 载频，然后用单运放(MAX4230)放大反射信号，该运放同时还配置成二阶带通滤波器，解调 10kHz 的 IR 接收信号。
本文介绍了一个简单的 IR 收发器设计，所产生的 IR 信号调制在 10kHz 载频，然后用单运放(MAX4230)放大反射信号，该运放同时还配置成二阶带通滤波器，解调 10kHz 的 IR 接收信号。
IR 接近检测传感器广泛用于检测物体是否存在、与参照物之间的距离，或同时检测两者。具体应用包括：测速、自控式水龙头、自动计数器或传送带物体检测、打印机纸张边缘检测及其它应用。新一代智能手机中同样采用了接近检测技术，当手机被压在人的下颚或耳朵下方时，可自动关闭 LCD 触摸屏，避免对触摸屏的误操作。
检测物体时，接近检测传感器首先向目标发射 IR (红外)脉冲，然后“侦听”反射信号，探测是否存在任何反射脉冲(图 1)。IR LED 发射 IR 信号，任何反射信号可以由 IR 光电检测器捕获。反射信号强度反比于目标和 IR 收发器之间的距离，距离越近 IR 反射信号越强，可以校准光电检测器的输出，由此判断目标的准确距离(设定一个距离检测门限可以判定目标是否存在)。
图 1. IR 接近检测传感器的基本原理
光电二极管探测目标反射回来的 IR 信号，也可以检测到周围环境产生的 IR 信号。设计人员需要滤除这些 IR 噪声，以避免失效检测。通用的解决方案是将 LED 发射的 IR 信号调制到一个适当频率，接收器只检测经过调制的 IR 信号，确保实际检测到的信号只来自目标物体的反射。
图 2 所示 IR 接近检测传感器具有简单的发射和接收电路，发射电路包括一个波长为 940nm 的 IR LED (IR11-21C)，按照 10kHz 的振荡频率闭合、断开。通过调整 LED 电流控制发射功率，从而控制检测范围。为降低功耗，发射电路通常采用占空比较小(典型值为 10%)的发射脉冲。
图 2. 简单的 IR 收发器，检测物体是否存在以及物体与收发器之间的距离。
接收机电路解调并放大光电二极管(PD15-22C)探测到的 IR 信号，检测信号的峰值出现在 940nm 波长。光电二极管输出交流耦合到运算放大器的同相输入端。交流耦合允许通过 10kHz 信号，而由耦合电容建立的 300Hz 截止频率将在运算放大器的输入端抑制直流噪声和 IR 背景噪声。
这类电路设计中最好选择低噪声、带宽、满摆幅输入 / 输出运算放大器(MAX4230)进行信号解调和放大。另外，运算放大器优异的 RF 抑制有助于避免 GSM 手机中常见的 217Hz 蜂鸣噪声。在 IR 接收器中，运放电路配置成增益为 100、中心频率在 10kHz 的二阶带通滤波器，使得运算放大器在放大输入 IR 信号的同时可以利用其带通滤波器对输入 IR 信号进行解调。
没有 IR 信号输入时，运算放大器偏置在 2.5V。输入端出现 10kHz IR 信号时，输出在 2.5V 上下变化，动态范围为 5V。运算放大器的输出驱动简单的二极管检波器，检波电路对 10kHz 信号整流并提供与信号幅度成比例的直流信号。模拟输出信号(OUT)的幅度与目标距离 IR 发射器的远近成比例。可以直接利用该输出信号进行检测，也可以将其送入 ADC 作进一步处理。在电路的不同节点处测量信号波形，可以清楚地描述电路的运行状况，图 3 给出了距离 IR 收发器 1.2 英寸和 1.4 英寸情况下的信号波形。注意，这些标注了具体编号的波形分别对应于电路的不同节点。
图 3. 图中波形由图 2 电路产生，分别代表距离 IR 收发器 1.2 英寸和 1.4 英寸的物体的反射信号。
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