LTF技术简化了光传感

光-频率转换器(LTF)测量光强并产生频率与光强成正比的方波信号。方波的振幅不随光强变化;只是频率变了。光电二极管电流到微控制器可以使用的信号的模数转换在LTF转换器内进行。使用平均技术，LTF转换器可以实现16位的真实分辨率。

LTF转换器是产生方波输出的半导体器件，其频率随光级增加多达6个数量级。光越亮，频率越高，波周期越长。

该转换器由一个光电二极管组成，将光强度转换为电流，随后是一个电流-频率转换器，产生频率输出。方波可以直接输入到单片机的定时器/计数器端口进行数字处理。

使用LTF转换器的测量技术的选择取决于所需的分辨率和数据采集速率。为了获得最大的数据采集速率，使用了周期测量技术。周期测量需要使用与参考时钟速率直接相关的可用分辨率的快速参考时钟。该技术测量快速变化的光级或恒定光源的快速测量。

高分辨率和精度可以通过频率测量、脉冲累积或积分技术来获得。频率测量提供了平均光信号噪声引起的随机或高频变化(抖动)的额外好处。分辨率主要受可用计数器寄存器和允许的测量时间的限制。频率测量非常适合于缓慢变化或恒定的光照水平，以及在短时间内读取平均光照水平。积分，即脉冲在很长一段时间内的累积，可以用来测量曝光量——在给定时间内一个区域内存在的光量。

LTF转换器测量光强，并以数字格式将数据直接提供给微控制器。另一种光传感解决方案将包括一个光电二极管，一个跨阻放大器，无源组件和一个模数转换器。

好与坏

LTF转换器为许多应用提供了相当大的优势:

大动态范围-例如，德州先进光电解决方案公司(TAOS)的TAOS TSL237 LTF转换器的动态范围为5,000,000:1。暗频率一般为0.1 Hz ~ 2hz。最大输出频率通常从500 KHz到1 MHz。

平均噪声和闪烁荧光灯闪烁频率是交流电源频率的两倍，在美国是120赫兹，在许多其他国家是100赫兹。这种闪烁会产生频率“抖动”。用微控制器在一段时间内计数脉冲并计算平均频率可以消除交流闪烁和测量中的任何其他噪声。

LTF转换器芯片取代了几个分立元件。

对噪声的低敏感性- LTF信号在其整个路径上是数字的。在传统的解决方案中，来自光电二极管的电流非常小(微安)，使其容易受到噪声的影响，特别是当跨阻放大器与光电二极管相隔相当远时。在某些应用中，需要在光电二极管周围添加屏蔽，以防止电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)对信号的干扰。然而，只要提供足够的电源去耦，LTF转换器就不需要额外的屏蔽。

直接接口到微控制器定时器/计数器端口额外的组件，如运算放大器，或模数转换器不需要耦合到微控制器。这就节省了电路板空间，而且由于整个电路都在一个单片设备上，EMI和RFI干扰测量结果的机会就更少了。

然而，LTF转换器确实有一些缺点:

在一段延长的时间内计算脉冲平均LTF输出频率，抑制光信号中的任何噪声。

对突然光强变化的缓慢响应- TAOS TSL230R对光强变化的阶跃响应为新输出频率的一个周期加上1微秒。由于输出信号的周期与光强成正比，这种效应在低光水平下被夸大了。

在极弱的光线下缓慢测量-在极弱光下测量需要相对较长的时间，因为输出频率较低。输出周期长意味着在给定的时间内可以采集更少的样本。这就留下了慢测量时间与分辨率和噪声平均之间的权衡。

LTF转换器不是一个好的选择，因此，应用在非常低的光水平，除非测量时间不是主要问题。此外，LTF转换器对于需要快速测量的光传感应用、测量快速光变化或需要快速测量的低光级应用(如货币检测器)也不是一个很好的选择。

然而，它们非常适合于需要宽动态范围的应用，例如汽车照明传感器和其他需要测量照明的应用，从昏暗的月光到明亮的阳光。

LTF转换器擅长的另一个领域是精度和分辨率比速度更重要，例如脉搏血氧仪和心率监测器。在脉搏血氧测量中，LTF转换器具有高抗干扰性的额外好处。

LTF转换器在商业应用中也很有用，例如监控办公室照明，利用它们消除交流闪烁的能力和洗碗机的浊度传感器来确定盘子何时干净。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。