影响遥控接收性能的几个因数

叶敬昌

（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070）

影响遥控接收性能的几个因数

叶敬昌

（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070）

红外遥控接收由于其成本低、简单易用、操作方便、干扰小等特点，广泛应用在家电产品上，如：电视机、空调、风扇、DVD、机顶盒等。由于红外光的特点，发射端和接收端需要保证一定的距离和角度才能可靠通信。本文阐述了影响红外通信性能的几大因数，并简述如何提高红外遥控接收性能。

红外通信；影响因素；遥控接收

1 概述

红外通信，顾名思义就是通过红外线载波实现数据通信。一般情况下通信过程如下：遥控器MCU将数据包发送给发射管，发射管内部编码器将信号编码后加载在红外光载波上，通过空间传播给接收端（接收头）。接收头上的感光二极管接收到特定波长的光信号后，发出电子信号给解码芯片，解码芯片将电子信号放大、滤波后送解调器，解调器解调去除载波还原信号后输出有用的数据包。

从上面的通信过程可知，红外无线通信的关键路径是：发射端——空间传播——接收端。提高红外遥控接收性能，可以从这三个关键点着手，但从开发者角度考虑，由于发射端一般情况下是可移动设备，受限于电池寿命、容量等其发射功率一般不会太大，提高也有限；而设备的安装和使用一般情况下不随设计者的意愿而改变，故空间传播基本上是恒定值，设计者无法从设备上改进；因而提高接收端灵敏度是改善红外遥控通信比较理想的方案。

2 接收端关键参数

接收端一般情况下就是接收头，其内部电路如图1所示。

其关键参数有：

（1）载波频率：载波频率的大小决定了传输的数据包大小、传输速率及其频率；

（2）电源电压：接收头工作电压；

（3）电源电流：接收头允许的工作电流；

（4）输出电压：输出端输出的电压，有高电平输出电压和低电平输出电压两种；

（5）输出电流：输出端输出的电流；

（6）工作温度：接收头能可靠工作的温度范围；

（7）功耗：接收头所消耗的功率，有待机功耗、解码（最大）功耗两种；

（8）峰值波长：光敏芯片最敏感的光的波长；

（9）输出脉冲误差：接收头输出脉冲宽度与输入信号脉冲宽度的误差范围；

图1 接收头内部电路

图2 遥控接收模型

（10）接收距离：在一定的光强、电压下接收头能可靠接收并解码的最远距离。

3 接收距离计算

理想情况下，红外遥控接收距离可以使用图2的模型计算。

遥控接收距离按照以下公式计算：

d2= Ie / Ee （1）

其中：

d：接收距离，单为m；

Ie：发射头辐射光强，单位为mw/sr；

Ee：接收头可靠解码时，需要的红外光强，单位mw/m2；

注：当接收头接收的光强达到30w/m2以上，即Ie/d2＞30w/m2时接收头处于饱和状态，无法解码。

4 遥控接收角度计算

遥控接收角度如图3所示，接收头能可靠接收的角度按照以下公式计算：

a=2d×tan(Φ/2) （2）

其中：

a：窗口大小，单位m；

d：接收头本体和窗口的距离，单位m；

Φ：可靠接收的角度，单位度；

由于实际使用中，受环境、制造工艺、接收距离等影响，a的距离往往需要加上一个修正值T（一般取5mm～10mm）。T值取多小，取决于加工工艺、使用环境、接收距离。即公式（2）修正后如下：

a=T+2d×tan(Φ/2) （3）

5 影响接收性能的因数

影响遥控接收性能的因数有以下几个：

（1）接收距离；

（2）接收角度；

（3）红外光强；

（4）接收头感光元件灵敏度；

（5）接收头解码芯片性能；

（6）外部干扰。

5.1 接收距离

通常所说的接收距离是指在一定的电压、红外光强、可见光强下的水平接收距离。该距离表示该款接收头可靠接收的最大距离（非极限距离）。根据公式（1）可知：遥控接收距离与发射光强、接收头感光光强有关。发射光强越强，感光光强越小（越灵敏），接收距离越远；反之越短。

图3 遥控接收角度

图4 接收头光敏特性（绿色线：接收头感光特性曲线；蓝色线：红外发射管发射的红外曲线；紫色线：普通白

在发射光强一定的情况下，只能通过改善感光光强来提高接收距离。根据感光光强的定义：单位面积光的强度（能量）（mw/m2），可知在接收头解码时需要的光强（能量）一定时，增大感光元件（光敏二极管）的面积，可有效增加遥控接收距离。但感光元件的面积过大会不可避免地增加受干扰的几率。由于感光元件属于敏感部件，受成本、加工工艺、可靠性等影响，感光元件不会做的很大（也就是过于灵敏）。

5.2 感光元件的特性

感光元件产生的电信号大小正比于感光元件所受的光强。光强越强，电信号越大。也就是说只要有足够的光强均可以让感光元件产生电信号，而不管产生这个光强的光属于什么光（可见光、红外、紫外等）。但每种型号的感光元件对不同波长的光的反应是不尽相同的，也就是光敏特性有所差异。下图为某型号接收头的光敏特性曲线。

科学家将红外光谱分为3个区域，即：

（1）近红外波段，其能量和波长接近可见光，波长在750nm～1300nm之间；

（2）中红外波段，波长在1300nm～3000nm之间；

（3）远红外波段，波长在3000nm～14000nm之间。

常用的红外通信波长在750nm～1300nm之间，也就是近红外波段，其能量和波长接近可见光，因此易受可见光干扰。由于红外发射管发射的光谱集中在950nm波长附近，因此对于红外通信而言，有用信号集中在950nm波长附近。为了避免接收头因接收了其他波长的光谱（包括可见光）而产生干扰信号，导致主控无法解码，厂家往往会将感光元件和解码芯片一起塑封在具有滤波性能的环氧树脂里。塑封的环氧树脂滤波性能如何，取决于厂家的加工工艺及环氧树脂的配方，而非颜色的深浅。

5.3 接收角度

由于红外线也是一种光，因此不同的接收角度会造成红外线不同程度的反射，达到接收头感光芯片的有效光强也就不一样了，因此接受距离会受到不同程度的影响。

5.4 红外光强

由于感光芯片及解码芯片塑封在具有滤波特性的环氧树脂里，一般情况下只有950nm波长的红外光才能达到感光芯片，因而只有波长在950nm附近的光才能让接收头接收并解码。在红外光强一定的情况下，红外（波长在950nm附近）穿透率越高，遥控接收效果越好。

5.5 接收头感光芯片的灵敏度

接收头感光芯片的灵敏度越高，接收距离越远。但过高的灵敏度会不可避免地被可见光、低频电磁波所干扰。为了解决灵敏度和干扰之间的矛盾，常常通过以下措施解决：

（1）改善环氧树脂的配方，以提升其滤波特性，将无用的可见光滤除，让950nm附近的红外光通过；

（2）增加屏蔽外壳抑制低频电磁（10KHz～100KHz）干扰。

5.6 接收头解码芯片性能

解码芯片的性能决定了该接收头的抗干扰能力、误码率、脉宽误差、有效脉宽、滤波性能、灵敏度、接收距离、功耗等。不同的解码芯片其性能有着天壤之别。

虽然解码芯片塑封在环氧树脂里，但其仍然是易受干扰部件，特别是高频电磁干扰对其影响尤为明显。对于高频电磁干扰，只能通过芯片内部设计解决。

常见的解码芯片失效有以下几点：

（1）ADC滤波失效，导致解调器误解码；

（2）内部放大电路失效，导致解调器无有效电平解码；

（3）内部振荡电路起振不良，该故障表现为接收头“休眠”、“假死”、“死机”；

（4）解调器失效，该故障表现为解码脉宽误差大、误码；

（5）自动控制电路上电复位失效，该故障表现为接收头“近距离”，即需要近距离大电流触发后（冲开门槛电压）才能正常工作，断电上电后故障依旧。

5.7 外部干扰

外部干扰分为光、电磁干扰、电源纹波干扰等。不同的干扰源，接收头表现出来的现象会有所差异。

（1）外部光干扰

强烈的外部干扰源（光频在接收头工作频率附近干扰最为严重），用示波器测试接收头输出引脚，表现为低电平且一直维持低。但仍可遥控接收，只是接收距离相当近。

（2）电磁干扰

强烈的电磁干扰会造成接收头解码脉宽误差、掉码甚至不解码。依据不同频率的电磁干扰，接收头表现也有所差异。低频电磁干扰，示波器显示接收头输出脚有很宽的干扰毛刺，该干扰毛刺会造成解调器解出来的码变形。高频的电磁干扰，会造成接收头不解码，只有近距离用非常强的遥控信号才能触发，让其解码。

（3）电源纹波干扰

电源纹波干扰，会使接收头处于非稳定工作状态，内部模拟放大电路不能正常工作，会导致接收头误码、脉宽变差。用示波器观察接收头输出脚，在不遥控的状态下输出的是具有大量纹波的电平。在电源纹波干扰下，接收头表现为接受距离近且容易丢码。

6 总结

红外通信以其低成本、简单易用的特点，广泛应用在家电领域。本文通过阐述影响红外通信的几大关键因数，并揭示了如何提高红外通信距离及其可靠性。设计时需要从多方面入手改善提高。

[1]Vishay．IR Receiver Module [J]．Germany，2011．

Factors of the infrared remote correspondence function

YE Jingchang
(Gree Electric Appliances, Inc. of Zhuhai Zhuhai 519070)

Infrared remote controller receives as to be low cost, use in brief and easily, operation convenience, interference less characteristics etc. extensively applied at home appliances realm. Such as: the television, air condition, fan, DVD, the TV box etc. product. Because of the characteristics of the infrared light, the Transmitter and the Receiver need to be promise the certain distance and angle then it can dependable correspondence. This article mainly introduced several factors of the infrared remote correspondence function, and simplify explain how raise infrared remote controller receive function.

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