光学论文
摘 要： 本文介绍了IR遥控工作原理, 结合OLED电视内部结构, 从机构构件、硬件电路、环境干扰、物理光学等方面进行全面分析, 找出影响OLED电视IR遥控接收距离的隐形因素, 提出增加Lens引导结构、增加红光LED限流电阻等科学有效的OLED IR遥控设计优化措施, 大大增加IR遥控接收距离 (灵敏度) , 提升用户使用的舒适性。
关键词： OLED电视; IR遥控; 灵敏度; 优化设计;
1. 引言
随着改革开放的发展, 人们的生活水平日益提高, 对所购买的电视要求也越来越高, OLED电视已经是未来的发展趋势, 它给人带来时尚超薄的外观, 以及绚烂HDR画质, 但大部分还是使用IR遥控, 这种遥控系统是一种点对点的传输方式, 不能离的太远, 要对准方向, 且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过。因此, 需要优化OLED IR遥控设计, 提升遥控器的接收距离 (灵敏度) , 以提升用户使用的舒适性。
2. IR遥控工作原理
如图1, IR (Infrared Radiation) 遥控装置系统主要由红外遥控信号发射器和红外遥控信号接收射器两部分组成。
图1 IR遥控系统工作原理
作为红外遥控信号发射器的遥控器, 核心元器件是编码芯片, 它将需要实现的操作指令例如选台、快进等事先编码。当按下遥控器按键时, 编码IC将按键对应的编码, 通过三极管进行放大调变, 然后, 再将电信号 (脉冲波) 经由红外发射管转变为红外光信号 (波长:840nm到960nm) 发射出去。其中, 调制载波频率一般在30khz到60khz之间, 大多数使用的是38k Hz, 这是由发射端所使用的455k Hz晶振决定的。发射端要对晶振进行整数分频, 而分频系数一般取12, 所以455k Hz÷12≈37.9 k Hz≈38k Hz。
作为红外遥控信号接收器的接收头功能模块, 核心元器件是IR接收头, 它主要由光电二极管和红外接收IC组成。光电二极管将接收到的遥控器发射出的光信号转换为电信号 (为微安级的电流) , 电信号再输入到接收IC内部, 经过放大、增益、滤波、解调变、整形后, 还原出遥控器原始编码, 最后, 通过接收头的OUT引脚, 将还原出来的遥控器原始编码, 输送给代码识别电路, 由其作出相应的响应。
因此, IR遥控有着电路简单, 容易编码和解码, 功耗小, 成本低的优点, 广泛应用于各种电器遥控系统。但因遥控接收距离有限, 容易受干扰, 在OLED电视IR遥控系统中需要进行设计优化。
3. OLED电视IR遥控设计优化
OLED IR遥控主要由IR Lens和IR遥控接收电路两部分组成, 以下将结合工作原理和电视内部结构, 对OLED IR Lens和电路优化设计, 增加OLED电视IR遥控接收距离。
3.1 Lens设计优化
如引言所描述缺点, IR遥控器与IR接收头之间, 不能有障碍物, 因此, OLED前框需要一个能透红外光的lens。它既能保证透过红外光, 又能过滤部分外界环境光线对IR接收头的影响。
设计时, OLED IR接收头的接收面要足够大, 除了要考量Lens材质透光性、尺寸大小外, 还需考量Lens上IR Board的Holder (支撑柱) 位置, 尽量将IR接收头靠近电视前框Lens。如果IR接收头无法完全朝向接收方向, 还需通过在IR lens上, 加引导结构, 来增加IR接收头的接收面。
3.2 IR遥控接收电路设计优化
目前, IR接收头已经高度集成化, 接收到的遥控器信号, 经其IC内部处理, 就可以直接解调成电视Scaller IC能识别的代码, 不需要增加解码回路, 使OLED IR遥控接收电路就变得简单。整个OLED电视遥控模块电路就由IR接收头和LED指示灯回路两部分组成。
3.2.1 IR接收头电路
在选择型号时, 除了通常关心的光谱图, 还需要考量环境光线的干扰。如环境光线为电子镇流器日光灯 (频率:约36k HZ) , 遥控器的载波频率也为36k HZ, IR信号将比较容易被干扰后衰减, 所以尽量不要选择36k HZ的IR接收头和遥控器。另外, 当IR信号载波频率与接收头固有频率相同时, IR接收头对IR信号最灵敏, 即遥控器和接收头选择相同载波频率, 可以增加IR遥控灵敏性。
在电路设计时, 由于IR接收头内部放大器的增益很大, 很容易引起干扰, 因此, 在接收头的供电脚上须加上滤波电容, 一般在22uf以上, 如果在供电脚和电源之间接入电阻, 将可以进一步降低电源干扰 (如图2) 。
图2 OLED电视IR模块电路图
3.2.2 LED指示灯回路
LED指示灯, 用来表明OLED电视的不同工作状态, 一般采用双LED灯设计。如图2, 当OLED电视处于待机状态时, 电视主板Scaler IC定义为LED_B控制的引脚一直保持高电平, 蓝灯不亮;而LED_R控制引脚一直保持低电平, 红灯亮, 发红光;反之, OLED电视处于开机状态, 对应的控制引脚输出的电平刚好相反, 这时红灯不亮, 蓝灯亮, 发蓝光。
其中, R202/R203分别为红光LED和蓝光LED的限流电阻, 通过改变限流电阻阻值, 可以改变流过LED灯的电流, 从而, 改变LED的辐射强度 (注1) 。
目前, 市场上纯色的红光LED都比较贵, 而常用的比较便宜的红光LED, 不仅发射红色可见光, 经常还带有微量的寄生红外光 (注2) , 它将干扰IR遥控信号, 影响OLED电视IR遥控接收距离。选择这类LED时, 可以通过增加红光LED限流电阻阻值 (参考表1) , 降低红光LED的红外光辐射强度, 避免寄生红外光的干扰, 从而增加OLED电视IR遥控接收距离。
表1 LED_R限流电阻VS遥控距离
4. 总结
IR接收头集成了信号接收、放大、增益、滤波、解调变等功能, 把原本复杂的OLED IR遥控模块电路变得越来越简单, 大大方便电路设计, 但也正因为IC高度集成和应用电路简单, 导致设计者容易忽视环境干扰等隐形影响因素。
本文通过IR遥控工作原理, 结合OLED电视IR遥控模块结构以及控制回路分析, 找出环境干扰、指示灯光线干扰等隐形影响因素, 并基于应用案例, 提出如下OLED IR遥控设计优化措施:
(1) Lens结构优化, 尽量增加接收头接收面, 如果IR接收头无法完全朝向接收方向, 可以在IR lens增加引导结构。
(2) 合理选择接收头, 减少外界环境光线干扰;
(3) 增加红光LED限流电阻, 减少红光LED产生的寄生红外辐射强度, 避免其对IR信号的干扰。
参考文献：
[1]国家技术监督局.电视广播接收机用红外遥控发射器技术要求和测量方法[M].中国标准出版社, 1994-9.
[2]俞斯乐.电视原理[M].国防工业出版社, 2005-8.
[3]郭浩中, 赖芳仪, 郭守义.LED原理与应用[M].化学工业出版社, 2013-5.
注释：
1注1:辐射强度指的是在给定方向上包含该方向的立体角元内辐射源所发出的辐射通量dφ除以该立体角元dΩ, 单位为W/Sr, 主要用于描述点源特性的辐射量。
2注2:红外光是介于可见光与微波之间的一种电磁波, 对应波长为780 nM~1OOO000n M, 其中, 波长800-1000nm, 常用于红外遥控器。