數位環境光感應器 Everlight ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 應用手冊

一、  簡介： 

環境光感應器(Ambient light sensor; ALS)可以感測到和人眼接收感覺類似的光源，並讓相關的 應用產品根據感測到的光源資訊做相應的開，關及自動調整控制，以達到省電及安全的應用目的。  類比環境光感應器靠調整負載電阻來改變切換門檻值且精確度較差，微處理器(MCU)可經由 I2C 介 面對數位 ALS 的暫存器做讀、寫控制，藉此達到較準確的控制。而億光的 ALS-DPDIC17- 78C/L749/TR8 數位環境光感測器，因封裝內有兩組不同頻譜的光二極體(PD)感測元件，故可區分 出不同的光源，以達到更高的準確度。 

二、  機構開孔建議： 

不管是在室內或室外使用 ALS，環境光通常都是從上方或是斜上方照下。故會建議開孔的方向 朝上為最佳，朝前次之，盡量讓環境光直接照射到 ALS，一般來說較高的進光量可以得到較高的精 確度也可加快量測速度，但須注意若在中午太陽光直射的情況下有可能會造成 ALS 飽和。有些時候 為了 ID 設計美觀會讓開孔朝下，利用反射方式偵測環境光，但此種方式會受到反射物的反射率影響

造成 ALS 的準確度下降。底下圖一是開孔朝上的建議開孔方式。 

       圖一、朝上開孔建議 

基於進光量的考量 

• l  θ1 建議大於 35°且 D1 建議小於 2.6mm。 
• l  可參考建議開孔公式 DLENS= tanθ1 x D1 x 2 + Package Width。 
• l  假設 D1= 1mm, θ1= 35°，則 DLENS= tan35° x 1mm x 2 + 2.0 =3.4mm。 
• l  增加開孔大小或是縮短 D1 的距離都可以增加進光量，使 ALS 量測更準確。 

若開孔是朝前方的話，由於環境光多由斜上方照射，故可參考底下圖二，在同樣開孔大小下，讓 θ1 的角度大於 θ2。   

       圖二、朝前開孔建議 

另一般 ID 設計不會想讓使用者直接看到 ALS，所以通常會在 ALS 上方加半透明的 cover  lens， Lens 透光度越高越好，最好不要低於 30%。 

三、  照度(Illuminance)轉換方式： 

地球上充滿了各種波長的電磁波，依波長從短到長可分為紫外線(Ultraviolet; UV)、可見光 (Visible Light)及紅外線(Infrared; IR)，而照度定義的可見光為人眼可見的電磁頻譜，其波長為 380~770nm，而 ALS 主要就是偵測此段波長的電磁波強度。 

                                                                                  
       圖三、電磁波波長分類 

     在 380~770nm 的可見光波段中，在較明亮環境中人眼對 555nm 波長的綠色光最為敏感，假 設其他可見光波長跟 555nm 的光產生同樣亮度感覺所需的光通量為 X(λ)，則 555nm 的光通量和其

他 X(λ)的比值可描出所謂的視見函數(visual sensitivity function)。照度的定義是參考視見函數，因 不同的光源在不同的波長會有不同的輻射強度，而 ALS 的鍍膜無法做到跟視見函數一模一樣，故 ALS 得到的 Count 值並不能直接換算成照度值(Lux)。 

ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 內部有兩種不同鍍膜的 PD，如下圖四，此兩顆 PD 對不同光譜 的光會有不同響應，利用此特性可區分出不同的光源並給予相應的換算公式， 如此可解決上述相同 照度下，不同光譜的光源得到不同換算照度值的問題。 

       圖四、ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 雙 PD 及人眼光譜響應圖 

   把 ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 讀到的 count 值轉換成照度流程如下， 

2. 準備不同的光源，例如：白光 LED、螢光燈、白熾燈及標準光源 D65…等，及標準件(標準照度計)。 
3. 使用第一種光源照射 ALS 及照度計，紀錄照度計的讀值 Ev，並適當調整暫存器ALS_GAIN(0x04)及 ALS_TIME(0x05)的設定，同時記錄 ALS CH0(0x1C, 0x1D)及 CH1(0x1E, 0x1F)的讀值。調整時，需考量最大使用環境照度，設計當 ALS 的輸出飽和時的 處理。 
4. 把 CH0/CH1 的比值當成 R(1)。
5. 計算係數 K(1) = Ev/CH0。
6. 此光源的照度 Lux = CH0 * K(1)
7. 切換不同光源並重複上述步驟 1~5，可得到不同的比值 R(n)及係數 K(n)。
8. 把相對應的光源與其比值 R(n)及係數 K(n)搭配，可得到不同光源的 Lux 轉換公式。

• l  計算係數 K(n)時，建議讓 K 值小於 2，若 K 值過大，可回到第 2 步調整暫存器

            ALS_GAIN(0x04)及 ALS_TIME(0x05)的設定。 

          表一為 ALS 裸測得到的數據(無 cover lens)，參考表一可得以下的公式。 

• l  If CH0/CH1 <= 0.42, Lux = CH0/GAIN_value x 64/(ALS_TIME+1) x 0.41 
• l If 0.42 < CH0/CH1 < 0.66, Lux = CH0/GAIN_value x 64/(ALS_TIME+1) x 0.57 

• l If CH0/CH1 >= 0.66, Lux = CH0/GAIN_value x 64/(ALS_TIME+1) x 1.58 

注意：每顆 ALS 鍍膜及製程都會有些微差異，換算出的 Lux 也會有誤差，故若要求精確度較高需再 自行校正並修正公式。 

       表一、ALS 實際裸測(無 cover lens)數據 

       ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 讀值轉換成照度的流程，請參考圖五。 

       圖五、ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 讀值轉換成照度流程圖 

四、  基本暫存器說明及 Firmware 流程圖： 

       ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 的 I2C 位址為 0x38，而初始化步驟如下 

1. 在系統開機穩定後可先讀 0xBC 及 0xBD 的值是否為 0x14 及 0x16，藉此判斷 I2C 是否有正常動作且打件的 ALS 是否正確。 

2. 設定 0x02 的 bit7 INT_POR = 0，此 bit 在開機後、電壓不穩或 ALS 重設時會被設為 1，所以在後續每次讀值前都須確認此 bit 是否為 0，若為 1 則表示 ALS 被重設回預設值，此時就 須重新初始化 ALS。  

3. 設定 0x00 的 bit 0 EN_ALS=1 將 ALS 致能。
4. 寫入 0x04 的 ALS_GAIN 及 0x05 ALS_TIME 的初始設定。
5. 等待 ALS_TIME + WTIME ms 後，確認 INT_POR 是否為 0；若為 0 即可去讀取 0x1C~0x1F的值來計算 Lux 值。 

• l    ALS_TIME(暫存器 0x05)是 ALS 的 ADC 轉換時間，此暫存器值設越大表示積分時間越長，而輸出的解析度也會越高，此值最大為 0xFF，但只要設到 0x3F 就可得到 16 bit(0~65535)的最大輸出解析度。除非要量測非常低亮度的情況或       是受限 ID 設計造成 ALS 進光量太少才須把值設超過 0x3F，此值越大 ALS 的量測時間也越久，詳細數字可參考規格 書。 

• l    要啟用 WTIME 功能需先把暫存器 0x00 的 bit 6 (EN_WAIT)設為 1，此功能為在非偵測時間將 IC 進入省電模式，藉此降低使用平均功耗。 

• l    ALS_GAIN(暫存器 0x04)則是調整 ALS 內部放大器的增益值(一般設定為 0x00 即可，除非進光量較小可設為 0x01)，此值越大，在同光源下的輸出值越大，此設定並不會增加 ALS 的量測時間。 

• l    ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 也有中斷觸發功能，若有需要使用，詳細的使用方式及暫存器設定方式可參考規格書。 

• l    若 ALS 的應用是只抓幾個切換點，直接改變受控端的亮度(或其他動作)的話，建議加上debounce 機制，避免當光源剛好落在切換點附近變化，會有抖動(閃爍)現象發生。

       底下圖六為 ALS-DPDIC17-78C/L749/TR8 的 Firmware 流程圖。 

       圖六、Firmware 流程圖