高速运算放大器支持红外接近检测

这种简单的IR收发器产生10kHz调制的IR，然后用单通道运算放大器（MAX4230）放大反射信号，该运算放大器也配置为二阶带通滤波器，用于解调10kHz IR信号。

红外接近传感器广泛用于感测物体的存在、物体与参考的距离或两者兼而有之。应用包括速度检测、自动水龙头中的手感测、传送带上物体的自动计数或检测、打印机中的纸张边缘检测等。例如，最新一代的智能手机可以关闭LCD触摸屏，以防止在屏幕按在下巴或耳朵上时意外激活按钮。

为了感测物体，接近传感器向物体发送 IR（红外）脉冲，然后“侦听”以检测反射回来的任何脉冲（图 1）。红外 LED 传输红外信号，任何反射信号都由红外光电探测器检测。该反射信号的强度与物体与红外收发器的距离成反比。由于物体靠近时反射的红外信号更强，因此您可以校准光电二极管检测器的输出，以确定物体的确切触发距离（用于决定物体是否存在的阈值距离）。

图1.红外接近传感器的基本原理。

光电二极管检测从物体反射的红外，但它也检测环境条件产生的红外。您必须滤除此 IR 噪声以防止错误检测。一种常见的方法是以方便的频率调制LED的IR信号，然后仅检测具有该调制的IR，从而将其识别为已被物体反射。

图2所示的红外接近传感器具有简单的发射器和接收器部分。发射器由一个 940nm 红外 LED （IR11-21C） 组成，该 LED 使用 10kHz 振荡器频率打开和关闭。通过改变LED电流，您可以控制发射功率的水平，从而控制检测范围。为了节省功耗，发射脉冲具有较小的占空比（通常为10%）。

图2.这种简单的红外收发器检测物体的存在，并提供与收发器的大致距离。

接收器电路解调并放大光电二极管（PD15-22C）检测到的红外信号，其峰值灵敏度出现在940nm处。光电二极管输出交流耦合至运算放大器的同相输入。交流耦合允许10kHz信号通过，但耦合电容设置的300Hz截止频率可防止直流噪声和背景IR到达放大器。

低噪声、高带宽和轨到轨输入/输出能力使所示运算放大器（MAX4230）成为本电路解调和放大的理想选择。此外，其出色的射频抗扰度可防止GSM手机中常见的烦人的217Hz音频嗡嗡声。对于 IR 接收器，运算放大器配置为增益 100， 2德·- 以10kHz为中心的阶带通滤波器。因此，在放大输入的IR信号的同时，运算放大器还使用其带通滤波器对其进行解调。

在没有输入IR信号的情况下，运算放大器偏置在2.5V。对于 10kHz IR 信号入射，其输出在 2.5V 左右变化，动态范围为 5V。输出驱动一个简单的二极管检波器，该检波器整流10kHz信号并提供与其幅度成比例的直流信号。该模拟信号（OUT）与物体与红外发射器的距离成正比。它可以直接使用，也可以馈送到ADC进行进一步处理。 电路工作情况由电路中各个节点的波形（距离红外收发器1.2英寸和1.4英寸的物体）来说明（图3）。请注意，这些波形按数字键控到各个电路节点。

图3.图2电路中的这些波形表示距离IR收发器1.2英寸和1.4英寸的物体。

审核编辑：郭婷