3. 发射端电路设计：红外LED驱动电路、恒流源设计、PWM调光控制、散热设计
发射端电路，说白了就是让红外LED稳定发光的那套东西。很多人觉得这有什么难的？给电就亮呗。但实际做触控产品时你会发现，LED的亮度波动、温度漂移、EMI干扰，哪个都能让你调试到怀疑人生。
我个人习惯把发射端电路拆成四个模块来看：驱动拓扑、恒流控制、调光策略、散热处理。咱们一个一个说。
3.1 红外LED驱动电路拓扑
红外LED的驱动方式，常见的有三种：
| 拓扑类型 | 适用场景 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 电阻限流式 | 小尺寸、低功率 | 成本极低、电路简单 | 电流随温度变化大、效率低 |
| 线性恒流式 | 中小尺寸、中等功率 | 纹波小、无开关噪声 | 效率偏低、发热较大 |
| 开关恒流式 | 大尺寸、高功率 | 效率高、适合多路驱动 | 电路复杂、有EMI风险 |
我在项目中遇到过最坑的事，就是选了电阻限流式，结果夏天和冬天测出来的光功率差了30%。红外LED的VF温度系数大约是-2mV/℃，温度一上来，电流就往上蹿，LED寿命直接打折。
3.2 恒流源设计要点
恒流源是发射端的核心。我常用的方案有两种：
3.2.1 基于运放的精密恒流源
这种方案适合对电流精度要求高的场景。基本结构是：运放+采样电阻+MOS管。
// 典型电路参数计算
// 目标电流：I_LED = 100mA
// 采样电阻：R_sense = 0.5Ω
// 参考电压：V_ref = I_LED × R_sense = 50mV
// 运放选型建议：
// - Vos < 1mV（否则电流误差大）
// - 带宽 > 1MHz（应对PWM调光）
// - 轨到轨输出（低压差工作）嗯，这里要注意采样电阻的功率。100mA流过0.5Ω，功耗才5mW，但如果你用多个LED串联，电压高了，采样电阻上的压降也得重新算。
3.2.2 基于专用LED驱动IC的方案
量产产品我建议用专用IC。比如TI的TPS61165、ADI的LT3476，这些芯片内部集成了恒流控制、过温保护、软启动。省心。
你想想看，自己搭运放电路，PCB布局稍微差一点，反馈环路就振荡。我有一回调试一个四路发射板，运放输出端和采样电阻的走线长了5mm，结果100kHz的PWM调光时，电流波形上全是振铃。
3.3 PWM调光控制策略
红外触控里为什么要调光？两个原因：一是适应不同反射率的物体（手指 vs 白纸），二是降低功耗。
PWM调光的核心参数有三个：
- 频率： 我一般选1kHz~10kHz。太低会被人眼感知（虽然红外看不见，但电路会发出啸叫），太高则开关损耗增大。
- 占空比： 从1%到99%可调，对应LED的平均电流。
- 分辨率： 至少8位（256级），高端产品用10位或12位。
实际调光时，有个坑很多人会踩——PWM的上升沿和下降沿时间。如果MOS管开关速度太快，会产生高频辐射干扰，影响触摸检测的ADC采样。我习惯在栅极串联一个10Ω~100Ω的电阻，把边沿时间控制在50ns~200ns。
// PWM调光与ADC采样的时序配合
// 发射LED亮起后，需要等待光路稳定再采样
// 典型延时：LED开启 → 等待10μs → ADC采样 → LED关闭
void pwm_led_control(uint8_t duty) {
LED_ON();
delay_us(10); // 等待光路稳定
adc_start_conversion();
while(!adc_is_complete());
uint16_t value = adc_get_value();
LED_OFF();
// 根据value调整duty，形成闭环控制
}3.4 散热设计
红外LED的发光效率其实不高，大概只有20%~30%的电能转成红外光，剩下的全变成热。散热做不好，LED的寿命和光功率都会急剧下降。
散热设计我遵循三个原则：
- 热阻路径要短： LED的散热焊盘直接连到PCB的铜皮，铜皮面积越大越好。我一般保证每颗LED至少有100mm²的铜皮散热。
- 避免热集中： 多颗LED不要挤在一起。间距至少5mm，否则热叠加效应会让中心温度飙升。
- 必要时加散热器： 当总功率超过1W时，PCB铜皮已经不够了。我会在PCB背面贴铝基板或加小型散热片。
我曾经做过一个项目，12颗LED排成一排，间距只有3mm。连续工作10分钟后，中间几颗LED的温度到了85℃，光功率下降了40%。后来把间距拉到6mm，并在PCB背面加了一块2mm厚的铝板，温度才压到55℃。
| 散热方案 | 适用功率 | 热阻（℃/W） | 成本 |
|---|---|---|---|
| PCB铜皮散热 | < 0.5W | 50~80 | 低 |
| 铝基板 | 0.5W~2W | 20~40 | 中 |
| 外加散热片+风扇 | > 2W | < 10 | 高 |
3.5 发射端电路设计知识体系
下面这张图把发射端电路设计的核心逻辑串起来了。从驱动拓扑到恒流控制，再到PWM调光和散热，每一步都相互关联。
这张图把四个模块的关系理清楚了。你设计时，从驱动拓扑入手，然后确定恒流方案，再配上PWM调光，最后别忘了散热。每一步都有坑，但每一步也都有成熟的解法。