博通ezPyro™ SMD I2C热释电红外宽带传感器：设计与应用解析

博通ezPyro™ SMD I2C热释电红外宽带传感器：设计与应用解析

在电子设计领域，传感器的性能和特性对整个系统的表现起着至关重要的作用。今天，我们来深入了解一下博通（Broadcom）的ezPyro™ SMD I2C热释电红外宽带传感器，看看它在设计和应用方面有哪些独特之处。

文件下载：Broadcom AFBR-S6EPY eZPyro™热释电红外传感器.pdf

一、产品概述

博通的ezPyro™薄膜数字热释电红外传感器将高质量传感器与高度可配置的电子集成相结合，封装在小巧的SMD（表面贴装器件）中。其高灵敏度和快速响应时间能够确保对目标气体进行快速而准确的检测。

该传感器集成了数字电流模式读出功能，这一特性使得红外发射器的占空比降低，在保持高信噪比（SNR）的同时，显著节省了系统级的功耗。此外，可编程增益和滤波功能为系统设计提供了极大的灵活性，而行业标准的I2C通信则实现了与微控制器的即插即用连接，便于进行调谐和校准。而且，该传感器具有出色的长期稳定性，保证了长寿命且无需维护的运行。

为了方便客户使用自己的光学带通滤波器，博通提供了配备2.5 - 6μm或6 - 14μm宽带滤波器的传感器，并且可以在这些宽带滤波器前应用光学带通滤波器。

二、传感器特性

1. 电气特性

   • 物理参数：滤波器孔径为d = 1.65mm，元件尺寸为0.64x 0.64 mm²，SMD封装尺寸为5.65x3.7x1.55mm。
   • 性能参数：探测率D*（典型值）为2.5x10⁸ cm√Hz/W，噪声等效功率NEP（典型值）为2.7x10⁻¹⁰ W/√Hz，时间常数约为10ms（10 - 20 Hz峰值），视野约为90°。
   • 电气参数：供电电压范围为1.75至3.6V，典型供电电流为1至23 μA，数字输出VO为C(FM + 兼容)，ADC为15位，采样率为1ksp，工作温度范围为 - 40至 + 85℃，存储温度范围为 - 40至 + 110℃，传感器读出采用电流模式，并且增益、数字滤波、采样率和功率模式均可配置。

2. 订购信息	产品编号	标记	滤波器	滤波带宽	封装尺寸
   AFBR - S6EPY12121B	Y12121	2.2 um长通	2.5 - 6 um	焊接在PCB转接板上的传感器
   AFBR - S6EPY12121R	Y12121	2.2 um长通	2.5 - 6 um	7英寸带盘装800个
   AFBR - S6EPY12111B	Y12111	5.0 um长通	5 - 14 um	焊接在PCB转接板上的传感器
   AFBR - S6EPY12111R	Y12111	5.0 um长通	5 - 14 um	7英寸带盘装800个

三、信号滤波与功率模式

该传感器提供了多种信号滤波和功率模式选择，以满足不同的应用需求。

1. 信号滤波模式
   • 固定模拟滤波：在不同的功率模式下，设置了不同的高通滤波器和低通滤波器参数。
   • 固定数字滤波：同样在不同功率模式下，具有不同的数字低通滤波器参数。

信号滤波模式在热释电红外传感器中起着至关重要的作用。从搜索到的资料可知，热释电红外传感器输出的信号通常较为微弱且包含多种干扰成分。通过设置不同的滤波参数，如高通滤波器和低通滤波器，可以有效地筛选出我们所需要的信号频率范围。例如，在被动式红外报警器中，传感器输出的信号经过带通滤波器处理，其上限截止频率为16Hz，下限截止频率为0.16Hz，这样可以去除一些不必要的高频和低频干扰，使后续的信号处理更加准确。

2. 功率模式
   • 正常功率模式：正常功耗，最大采样率为1kHz，典型电流消耗为22 μA。在这种模式下，传感器能够以较高的采样率工作，适用于对数据采集速度要求较高的应用场景。
   • 低功率模式：低功耗，最大采样率为166Hz，典型电流消耗为3.5 μA。当系统对功耗有严格要求，而对采样率要求相对较低时，可以选择此模式，以延长设备的续航时间。
   • 正常操作模式：通过I2C进行传感器信号读出，典型电流消耗为22 μA。
   • 睡眠模式：在红外触发时产生硬件中断，正常模式下电流消耗为21 μA，低功率模式下为3.5 μA。这种模式可以在不使用传感器时降低功耗，当有红外信号触发时再迅速唤醒传感器进行工作。
   • 掉电模式：传感器禁用，电流消耗仅为1.1 μA，可在系统长时间不使用传感器时采用，以最大限度地节省能量。

四、电路原理图

文档中给出了两种电路原理图：

1. 单设备框图：展示了单个传感器的电路结构，方便工程师了解传感器内部的信号处理流程和各个模块之间的连接关系。
2. 三个设备同步采样图：适用于需要多个传感器同步工作的应用场景，通过这种同步采样方式，可以提高系统的检测精度和可靠性。

五、频率特性与滤波传输曲线

1. 红外频率特性：文档中给出了传感器在不同功率模式下的典型频率响应曲线，包括正常功率模式、低功率模式以及不同增益设置下的频率响应。这些曲线可以帮助工程师了解传感器在不同工作条件下对不同频率红外信号的响应特性，从而根据实际应用需求选择合适的工作模式和增益设置。
2. 滤波传输曲线：展示了典型的2.2um和5.0um长通滤波器的传输曲线，通过这些曲线可以直观地看到滤波器对不同波长红外信号的透过率，有助于工程师选择合适的滤波器来满足特定的应用要求。

综上所述，博通的ezPyro™ SMD I2C热释电红外宽带传感器具有丰富的特性和灵活的配置选项，能够满足不同应用场景的需求。在实际设计中，电子工程师可以根据具体的系统要求，合理选择传感器的型号、工作模式、滤波参数等，以实现最佳的性能和功耗平衡。大家在使用这款传感器的过程中，有没有遇到过一些独特的应用场景或者问题呢？欢迎在评论区分享交流。