顏色傳感器TCS230及顏色識別電路(2)

2011-03-02

                    顏色傳感器TCS230及顏色識別電路(2)

       聯連接，工作時通過可編程的引腳來動態選擇色彩，以此來增加精確度和簡化光學電路。該芯片采用８引腳ＳＯＩＣ表面貼封裝，適用于色度計的測量應用。
 
ＴＣＳ２３０的主要特點如下：
●可完成高分辨率的光照度／頻率轉換；
●色彩和滿度輸出頻率可編程調整；
●可直接與微處理器通訊；
●單電源工作，工作電壓范圍：２．７Ｖ～５．５Ｖ；
●具備掉電恢復功能；
●５０ｋＨｚ時非線性誤差的典型值為０．２％；
●穩定的２００ｐｐｍ／℃的溫度系數。
２ ＴＣＳ２３０的引腳功能
ＴＣＳ２３０的引腳排列如圖２所示，各管腳的功能描述見表１所列。
 
表1 TCS230管腳功能
引 腳 號 符  號 類  型 功 能 說 明
1 S0 I 輸出頻率分頻系數選擇輸入端
2 S1 I 
3 OE I 輸入頻率使能端。低電平有效
4 GND  電源地

5 VDD  電源電壓

6 OUT O 輸出頻率（fo）
7 S2 I 光電二極管類型選擇輸入端

8 S3 I 
３ ＴＣＳ２３０的主要參數
３．１ 電學特性參數
ＴＣＳ２３０在ＴＡ ＝２５℃?ＶＤＤ＝５Ｖ條件下的電學特性如表２所列。其中，滿度輸出頻率是指傳感器在沒有飽和時的大輸出頻率。
表2 TCS230的電學特性參數
參    數  測  試  條  件   小  典 型   大  單 位
VOH高電平輸出電壓  IOH=-4mA  4  4.5  　 V
VOL低電平輸出電壓  IOL=4mA  　 0.25  0.4  V
IIH高電平輸入電流  　 　 　 5  μA
IIL低電平輸入電流  　 　 　 5  μA
IDD電源電流
上電模式  　 2  3  mA
 掉電模式  　 7  15  μA
滿度輸出頻率  S0=H，S1=H  500  600  　 kHz
 S0=H，S1=L  100  120  　 kHz
 S0=L，S1=H  10  12  　 kHz
輸出頻率的溫度系數  λ≤700nm，-25℃≤TA≤70℃  　 ±200  　 ppm/℃
KSVS電源電壓靈敏度
VDD=5V±10%  　 ±0.5  　 %/V
３．２ 工作特性參數
ＴＣＳ２３０的工作特性參數如表３所列。其中，飽和度是指滿度輸出頻率與光靈敏度之比；照明響應度Ｒｖ可通過發光功率值由光靈敏度計算得出；非線性度定義為輸出頻率ｆＯ偏離０和滿度頻率之間直線的程度，可表示為滿度頻率的百分比。所有測試均采用發光二極管做光源，以小角度入射輻射光進行測量。
表3 TCS230的工作特性參數
參數  測試條件  清除光信息光電二極管S2=H，S3=L  藍色光電二極管S2=L，S3=H  綠色光電二極管S2=H，S3=H  紅色光電二極管S2=L，S3=L  單  位
  小  典型  大  小  典型  大  小  典型  大  小  典型  大  
fo輸出頻率  Ee=47.2μW/cm2 λp=470nm  16  20  24  11.2  16.4  21.6  　 　 　 　 　 　 kHz
 Ee=40.4μW/cm2 λp=524nm  16  20  24  　 　 　 8  13.6  19.2  　 　 　 kHz
 Ee=36.6μW/cm2 λp=640nm  16  20  24  　 　 　 　 　 　 14  19  24  kHz
fD暗頻率  Ee=0  　 2  12  　 2  12  　 2  12  　 2  12  Hz
Re光靈敏度  λp=470nm  　 424  　 　 348  　 　 81  　 　 26  　 Hz/
(μW/
cm2)
 λp=524nm  　 495  　 　 163  　 　 337  　 　 35  　 　
 λp=565nm  　 532  　 　 37  　 　 309  　 　 91  　 　
 λp=640nm  　 578  　 　 17  　 　 29  　 　 550  　 　
光飽和度 λp=470nm  　 1410  　 　 1720  　 　 　 　 　 　 　 μW/cm2
 λp=524nm  　 1210  　 　 　 　 　 1780  　 　 　 　 　
 λp=565nm  　 1130  　 　 　 　 　 1940  　 　 　 　 　
 λp=640nm  　 1040  　 　 　 　 　 　 　 　 1090  　 　
Rv照明響應度  λp=470nm  　 565  　 　 464  　 　 108  　 　 35  　 Hz/lx
 λp=524nm  　 95  　 　 31  　 　 65  　 　 7  　 　
 λp=565nm  　 89  　 　 6  　 　 52  　 　 15  　 　
 λp=640nm  　 373  　 　 11  　 　 19  　 　 355  　 　
非線性  fo=0～5kHz  　 ±0.1%  　 　 ±0.1%  　 　 ±0.1%  　 　 ±0.1%  　 %F.S
 f0=0～50kHz  　 ±0.2%  　 　 ±0.2%  　 　 ±0.2%  　 　 ±0.2%  　 %F.S
 f0=0～50kHz  　 ±0.5%  　 　 ±0.5%  　 　 ±0.5%  　 　 ±0.5%  　 %F.S
掉電恢復  　 　 100  　 　 100  　 　 100  　 　 100  　 μs
輸出使能響應時間  　 　 100  　 　 100  　 　 100  　 　 100  　 ns
４　應用設計
４．１ 光電二極管的選擇
光電二極管的類型（藍色、綠色、紅色、清除）選擇可通過控制兩個邏輯輸入Ｓ２ 和Ｓ３來實現，具體方法如表４所列。
表4 光電二極管類型選擇
S2  S3  光電二極管類型

L  L  紅色
L  H  藍色
H  L  清除（無濾波器）
H  H  綠色
表5 輸出頻率分頻比例選擇
S0  S1  輸出頻率分頻比例
L  L  掉電
L  H  2%
H  L  20%
H  H  100%
４．２ 輸出頻率分頻設定
輸出頻率分頻比由兩個邏輯輸入Ｓ０和Ｓ１控制，如表５所列。內部光／頻率轉換器產生一個固定脈沖寬度的脈沖串。輸出頻率的分頻通過將轉換器脈沖串輸出連接到一連串的分頻器來實現，從而使輸出為占空比５０％?相應頻率值為１００％，２０％和２％的方波。由于輸出頻率的分頻由主內部計數器的計數脈沖來完成，所以輸出周期為多個主頻率周期的平均值。
在任一Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３和ＯＥ線轉換之后，輸出分頻計數寄存器都將在下一個主頻率脈沖出現時被清零。隨后在主頻率脈沖上輸出變為高電平，以開始新的有效周期。這樣一來將縮小輸入線上變換之間的時間延遲，并產生新的輸出周期。一個輸入編程變化或一個光階變化的響應時間等于一個新的頻率周期加１ μｓ。分頻輸出通過選定的分頻系數來改變滿度頻率和暗頻率。傳感器對輸出頻率的分頻功能使輸出范圍在采用多種測量方法時都可達到更佳。采用小分頻系數的輸出可用于僅需低頻計數的場合（如低成本微處理器）或使用周期測量技術的場合。
４．３ 頻率測量
在設計頻率測量電路時，接口和測量技術的選擇取決于期望的分辨率和數據采集速率。采用周期測量技術可獲得大的數據采集速率。輸出數據以兩倍輸出頻率的速率進行采集，對滿量程輸出可以每毫秒一個數據點的速率進行采集。周期測量要求使用快速參考時鐘，此參考時鐘帶有與其速率直接相關的可用分辨率。對于特定的時鐘速率，輸出分頻可用于提高分辨率，或在光輸入改變時使分辨率大化。周期測量用于快速測量變化的光電平或進行連續光源的測量。
使用頻率測量、脈沖計數或綜合技術可獲得大的分辨率和精度。頻率測量具有更多的優點，如對平均隨機輸出和光信號中的噪聲與電源噪聲導致的高頻變化的測量。分辨率主要受可用計數寄存器和允許測量時間的限制。頻率測量非常適于緩慢變化或連續的光信息，并且適于讀取超過短周期定時的平均光信息。綜合技術用于測量暴露物和出現在超過給定定時周期區域的光脈沖的數量。
選用ＴＳＣ２３０光／頻轉換器與微控制器組成的光子計數器電路連接圖如圖３所示。圖中將彩色光／頻轉換器與微控制器連接在一起，其光電二極管類型（藍色、綠色、紅色、清除）的選擇與分頻輸出則可由微控制器編程設定。
４．４ 應用中需注意的問題
（１）電源線必須采用０．０１μＦ～０．１μＦ的電容退耦，且電容應盡可能靠近芯片。
（２）芯片的ＯＥ引腳和ＧＮＤ引腳之間需采用低阻抗連接，以提高抗噪聲能力。
（３）芯片的輸出設計為短距離驅動標準ＴＴＬ 或ＣＭＯＳ邏輯輸入電平。若輸出線超過１２英寸，則建議使用緩沖器或線驅動器。
５　結束語
ＴＣＳ２３０使用硅光電二極管來測量光強，因而具有響應快、重復性和穩定性好等特點，特別適用于彩色打印機、醫療診斷、計算機彩色監視器校正、過程控制以及顏料、紡織品、化裝品和印刷材料的配色等應用方面。

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