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红外接收头是什么

日期:2019-09-05

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红外:在弄懂红外接收头之前,我们先了解一下什么是“红外”。红外其实是红外线的简称,它是一种光谱(电磁波)里在0。75至 1000微米之间肉眼不可见的光线。如下图:

红外接收头

红外接收头就是一种用来接收红外线的东西。红外接收头,简称接收头,还可以叫红外接收器,红外接收管,红外接收模块,遥控接收头,也可以红外后加个“线”字,如红外线接收头。红外接收头英文名字叫 Infrared Receiver Module,简称 IRM。


外观:按外观可以分两类的:鼻梁型,圆球型(圆点型)。而鼻梁型里可以细分为大鼻梁,标准鼻梁,小鼻梁。除此之外还有其他特殊的,如超薄型,迷你型,草帽型,贴片型,带线接收头。


分类:除了从外观上分类之外,还可以按封装方式分类,这样比较准确。  目前市场上能买到的红外接收头从封装方式上分主要有两大类:压模型和灌胶型。一般来说,鼻梁型属于灌胶型,圆球型属于压模型。从两种封装工艺上来说,压模型设备投资较大,所用胶饼价格较贵,所以整体价格要贵些,当然其抗光干扰能力要强,接收角度要大(圆型 360 度接收);灌胶型设备投资小,现在国内厂所作的大多是灌胶型产品,优点是价格便宜,缺点是抗光干扰能力差,接收角度要小(270 度接收)。当然还存在假压模型,利用灌胶方式做出圆球型,类似压模方式做出来的外形,  但是性能方面肯定没压模的好。有时候,接收头外面还穿个铁马甲,所 以又可以把接收头又分成塑封和铁壳两种,多个铁壳的好处是多了层外 屏蔽,对抗光和电源干扰能力有一定的屏蔽作用,相对来说接收性能要稳定些。当然如果产品设计 OK,同等条个件下用塑封的接收距离要稍远一些。当然带不带铁壳价格上也会有一些差异,所以在选择接收头时  具体要不要带铁壳要根据设计来定。一般情况下用在玩具类的产品上使  用塑封的,用在家电类产品上用带铁壳的较多。


组成:红外接收头主要由 4 大部分:光电二极管(PD)、芯片(IC)、支架、胶体(色素、环氧树脂)共同组合封装而成。


PD主要功能是接收光信号。有大、中、小之分,尺寸越大,在其他原物料相同的情况下,其接收距离越远,接收角度越大。


IC 是红外接收头的处理元件,主要由硅晶和电路组成,是一个高度集成的器件、主要功能有滤波、整形、解码、放大等功能,决定红外接收头性能的主要原料,关系到产品的抗光干扰能力、抗电源干扰能力、接收距离、解码能力、产品稳定性等多种因素。


支架是红外接收头的引脚部分,将IC 功能脚外接,固定芯片等作用。


胶体是由色素和环氧树脂混合一起的黑色物,其中环氧树脂起包含 PD 和 IC 的作用, 色素对产品的抗光干扰能力有较大作用,好的色素如日本的  2245,价格较贵,但滤光性能较好,可滤除 850nm 以下的可见光,另一种压模型封装的用的是胶饼,这种抗光干扰能力最好。


所以从外型上看一样的红外接收头,由于组成的东西不一样造成市场上同种外型的产品价格从0.4~1 元价格不等。因为 IC 是影响价格的最大因素,所以在选择产品的时候要注意性价比, 不能只看价格而忘记了质量。


参数:红外接收头有几个主要的参数 ,在这里简单介绍一下:


工作电压:现在市场上接收头 IC 设计的工作电压主要有以下几种:2.0V~6.5V,(此种为低电压,主要用于电池供电的红外接收头上);2.7V~6.5V(是市场上大部分 IC 的设计,此种主要用于 3V 或 5V 供用的电子类产品),4.5V~6.5V(主要用于家用电器类产品)


中心频率32.7KHZ(33KHZ),36.7KHZ(36KHZ),37.9KHZ(38KHZ),40KHZ,


56.7KHZ(56KHZ),    遥控器的中心频率要与接收头所用的频率一致,这样才能达到最好的接收效果。38KHZ 的最为常用。


工作电流:静态电流 0.1~0.6mA(为低功耗产品),一般产品的静态电流在 0.8~1.5mA


接收距离:这个一般都是生产厂家依自已的测试来进行标识的 ,无实际对比意义,最主要还是看是否在自已机台上测试效果。


引脚:接收头一般有三种脚位。


从左至右:1.Vout(信号输出)2.GND(接地)3.Vcc(供电)

从左至右:1.GND(接地) 2.Vcc(供电) 3.Vout(信号输出)


工作原理:红外接收头一般可以接收 850~1100nm 波段的红外光,其中主要以接收 940nm 为主(因此配套红外发射管的时候最好选择 940 的发射管)。PD 将红外发射管发射出来的光信号转换为微弱的电信号,此信号经由 IC 内部放大器进行放大,然后通过自动增益控制、带通滤波、解调变、波形整形后还原为遥控器发射出的原始编码,经由接收头的信号输出脚输入到电器上的编码识别电路。


红外遥控系统主要分为调制、发射   和接收三部分,如下图所示:

调制:红外遥控发射数据时采用调制的方式,即把数据和一定频率的载波进行“与”操作,这样可以提高发射效率和降低电源功耗。调制载波频率一般在 30khz 到 60khz 之间,大多数使用的是 38kHz,占空比 1/3 的方波,


这是由发射端所使用的 455kHz  晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频,分频系数一般12,所以 455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。


发射系统:目前有很多种芯片可以实现红外发射,可以根据选择发出不同种类的编码。   由于发射系统一般用电池供电,这就要求芯片的功耗要很低,芯片大多都设计成可以处于休眠状态,当有按键按下时才工作,这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力,不能选用普通的石英晶体,一般是选用陶瓷共鸣器,陶瓷共鸣器准确性没有石英晶   体高,但通常一点误差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去,红外发  光二极管内部材料和普通发光二极管不同,在其两端施加一定电压时,它发出的是红外线而不是可见光。


简单驱动电路射击输出驱动电路最简单电路,选用元件时要注意三极管的开关速度要快,还要考虑到 LED 的正向电流和反向漏电流,一般流过 LED 的最大正向电流为 100mA,电流越大,其发射的波形强度越大。这个电路有一点缺陷,当电池电压下降时,流过 LED 的电流会降低,发射波形强度降低,遥控距离就会变小。


而射极输出电路可以解决这个问题,两个二极管把三级管基极电压钳位在 1.2V 左右,因此三级管发射极电压固定在 0.6V 左右,发射极电流 IE 基本不变,根据 IE≈IC,所以流过 LED 的电流也基本不变,这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥控距离。


接收:红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中,成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管,放大器,限副器,带通滤波器,积分电路,比较器等。红外监测二极管监测到红外信号,然后把信号送到放大器和限幅器,限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平,   而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器,带通滤波器可以通过


30khz  到 60khz  的负载波,通过解调电路和积分电路进入比较器,比较器输出高低电平,还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的,这样的目的是为了提高接收的灵敏度。


生产过程:整体的生产工艺流程分为 4 个环节,分别是固晶、邦定、封装(压模)、后处理(后工序)。各工序都有不同的功能,都是必不可少的。


固晶工序又叫 DIE BOND,就是将芯片(IC、PD)固定到支架上面。本工序所使用的材料有 IC、PD、支架、银胶。支架是接收头的引脚部分,将 IC 功能脚外接,固定芯片等作用。银胶的组成主要是银粉和环氧树脂以及其他的原料,主要作用是导电和固定。


焊线工序又叫 WIRE BOND,是将 IC 和 PD 各功能点用金线连起来,本工序涉及到的材料主要是金线。本工序的好坏直接关系到产品的成品质量,以及产品的稳定性。


封装工序是固定外形的,一种是灌胶鼻梁型,二是模压球形,三是灌胶球形。三种模式   各有利弊,主要以灌胶鼻梁进行生产。该工序是产品成形关键,一经封装,就不容许再进行   返工,所以在封装之前应对固焊工序进行严格的检验。主要用到的材料有液态环氧树脂、固   态环氧树脂、04 色素、08 色素等。颜料 04 的滤光范围是 830-1050,08 色素的滤光范围是750-1150,范围越宽,接收头的接收灵敏度越好,但抗干扰越差,滤光范围越窄,抗干扰越好,但接收效果会稍差,为了满足不同客户的需求,对该两种色素进行不同比例的搭配,以满足客户要求。


后处理:主要有装壳、焊壳、冲筋、测试、二切、包装等环节,除装壳是根据客户要求作业之外,其他都必须要完成。目前的测试只是单纯对接收距离进行测试,其他参数没有进行检测,有一定风险性,正在进行改善。高危工序是冲筋工序,切记要按照作业指导进行检查和作业。本工序涉及到的模具都是简单的冲筋模具,重点关注模具的公差范围。涉及到的


材料主要有铁壳,铁壳的原料是 0。3mm 马口铁,这种不需要电镀,但裸露的存放时间比较短,一般不超过 1 个月,另外还有普通 0。3mm 的铁材,需要进行镀锡,这种工艺的存放时间很长也不会生锈,考虑到成本的因素,普通的铁壳均用马口铁制成。可靠性试验主要有冷、热、冷热循环、电老化、镀锡等另外有的客户还要做电击试验。冷冻试验的条件是-25 度、-45 度,一般存放 1 个小时左右再进行测试,或在试验温度下进行测试,批量测试时,不用在试验温度下测试,可以上机台测试。试验温度下测试适用于试样或抽检。热试验,试验条件灌胶产品是 140-150 度,模压 150-160 度,一般采用整体测试,在高温箱内的带机器测试问题一般在 75-80 度,还要兼顾其他材料的耐温特性。冷热循环,主要是对产品进行冷热冲击,骤冷骤热来检测产品胶体、焊接等对其耐荷性,这是判断产品


优劣的关键试验项目。电老化试验是对红外接收头进行超过 48 小时的通电,主要检测焊线工序的可靠性,通常有些虚焊、或其他的存在隐患的焊接不良品是经不住考验的。镀锡实验,是对红外接收头进行模拟客户现场使用条件进行的实验,来验证产品对焊接条件的适应性。常规实验条件是 280 度 10 秒。


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