人體傳感器設計秘籍

人體傳感器是設計用于檢測人體靠近或離開等特征的電子設備。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，其在消費電子、汽車、醫(yī)療設備、樓宇自動化、工業(yè)設備等領(lǐng)域掀起了熱浪。在智能手機和可穿戴設備上幾乎都能見到它的身影，用來檢測人體移動過程或者跌倒告警是當今一種重要的技術(shù)手段。同時，在家庭和企業(yè)安全系統(tǒng)中也得了廣泛的應用，例如人體探測器燈、移動探測警報器、無線門鈴、智能沖水設備上都是基于此原理實現(xiàn)的。

市場上有各種各樣的人體傳感器，但都可歸類為這兩種：主動人體傳感器（有源傳感器）和被動人體傳感器（無源傳感器），且分為電池供電的人體檢測器以及線路供電的人體檢測器。而我們今天主要講述的是來自東芝半導體關(guān)于被動紅外（PIR）傳感器的線路供電人體檢測器設計方案。

圖1. 人體檢測器總方框圖

首先是電源電路部分需要使用一顆TVS管來抑制瞬態(tài)電壓、保護電路，再通過整流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，最后通過LDO器件穩(wěn)定輸出電壓。在此電路中，東芝提供DF2B29FU／DF2S23P2FU／DF2S23P2CTC三顆典型的TVS二極管，這些與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，具備低阻容特色，提高了靜電吸收能力，保證了高信號保護性能和信號質(zhì)量。而對于LDO的選擇，東芝選用了TAR5S50U／TAR5S50／TAR5SB50三款LDO表貼調(diào)節(jié)元器件，它們都具備低壓差、高電源抑制比等特點，可以保證穩(wěn)定的電源供給下一級用電設備。

其次是紅外傳感電路。運算放大器與紅外傳感器相連接將電信號進行整理。這里東芝提供兩款低壓工作運算放大器，分別為低電流消耗運算放大器TC75S102F和低噪聲運算放大器TC75S67TU。其中，TC75S102F的漏極電流典型值低至0.27uA，TC75S67TU經(jīng)過工藝優(yōu)化能達到6nV/√Hz，支持客戶在不同的環(huán)境中選擇適配。整理后的信號再經(jīng)過電壓檢測器進行比對后傳入微控制處理器，就完成了一次對紅外信號的捕捉分析。

告警電路是接收的MCU的控制信號傳達并做出動作響應的控制電路。其中MOSFET作為開關(guān)元器件，應具備接受MCU輸出的微小信號來控制門電路的打開/關(guān)閉以及快速響應的能力。對此東芝半導體推薦使用旗下的SSM3K15ACTC／SSM3K16CTC／SSM3K35AFS／SSM3K35AMFV產(chǎn)品，其特點是具有CST3C、SSM、VESM三種不同的微小封裝，材料選用低阻材料，在低壓高速開關(guān)電路上有著不俗的表現(xiàn)。最后在光繼電器的選型上，電路需要具有抗噪聲，低電流消耗的特性。此方面推薦采用東芝TLP170AM／TLP171A／TLP240A／TLP241B的4款擁有3中不同封裝格式的低阻性光電繼電器，能夠很好地適配人體探測器輸出端。