探秘手机距离传感器工作背后的那些事儿

探秘手机距离传感器工作背后的那些事儿

01

介绍

今天我们就来说说智能手机中的P-，也就是距离传感器。 简单来说就是可以感应手机与物体的距离，从而实现对手机屏幕的开关控制。

当用户拨打电话时，距离传感器采集手机与用户耳朵之间的距离。 如果手机距离用户耳朵的距离超过一个临界值，则屏幕关闭，不再接收用户的触屏事件，防止不小心挂断电话等误操作。 . 有很多人在通话过程中会用脸触碰挂断键，这样会导致通话中断吗？ ^_^

人眼看不到红外线。 你可以拿出手机拨打10086之类的电话让距离感应器工作，然后用另一部手机的摄像头对准距离感应器观看，可以发现这个p-设备一直在闪亮亮（若亮屏不明显，可按电源键熄屏，用另一部手机观看），表示距离传感器的红外二极管IRLED正在以脉冲形式发射红外光。

手机屏幕开关原理

通话时，当手机与人耳的距离小于一定的熄屏阈值时，会触发中断，软件会按照逻辑熄屏，防止误触。

打电话时，当手机与人耳的距离大于一定的亮屏阈值时，会触发中断，软件会按照逻辑点亮屏幕。

02

工作准则

我们用一块TAOS的芯片来说明p-的工作原理。

下面是功能结构图：

如图所示，该传感器主要由红外发射、光接收、模数转换、I2C接口组成。

传感器模块的工作原理

芯片的基本工作原理如上图所示：红外二极管IRLED以脉冲形式发射红外光。 当有障碍物挡住红外光时，红外光会反射回来，反射回来的红外光会被CH0和CH0捕获。 CH1的两个光电二极管接收，接收到信号后，进行AD转换得到光强值，结果存入数据寄存器，显示物体离边p-的距离手机光线感应传感器，根据距离障碍物和手机，反射的红外光的能量也不一样，所以物体近了，得到的数据就大，物体远了，得到的数据就小。 当然，这个过程中会受到环境背景光的影响。 在这种情况下，采用过滤等方法来减少背景光的影响。

两个光电二极管收集光的强度，然后通过转换，将结果保存在寄存器中。 传感器对红外线非常敏感，但人眼看不到红外线。 如果周围光线中红外光的比例比较大，可能会造成误差。 判断。 因此，使用两个光电二极管ch0和ch1，其中ch0对可见光和红外线敏感，ch1对红外线敏感。 然后，通过对两者进行差值计算，可以得到最接近人眼对光的感知的值。

采光示意图

IR LED发出的红外光如下图所示

如图所示，IRLED在每次测距时会发射多次红外波，周期为16us。 发射红外波的数量由0x0E寄存器控制，发射红外波的数量为1~255。 发射红外波的强度由驱动电流控制，驱动电流的强度也可以通过编程相应的寄存器来设置。

0x18 和 0x19 寄存器是上限和下限阈值寄存器。 当AD采样的数据超过上限阈值或低于下限阈值时，芯片会产生中断。 通知我们物体正在接近或离开。 下图是一个工作循环的状态变化：

芯片一开始处于休眠状态。 当它接收到I2C启动信号时，立即进入idle模式，然后根据信号，可能进入prox、wait、als其中一种状态，然后在特定状态下，初始化后，adc等步骤，每步所需时间可通过寄存器设置。

03

校准

是一种容易受结构影响的装置。 它的功能和结构密切相关。 表面开孔、有无（胶套）、设计、tp距离、表面油墨厚度、透光率、贴膜等都会对其产生影响。 性能，所以我们需要进行校准，而校准一般分为出厂或开机例行校准和拨号校准。

校准的目的是初始化并设置合适的寄存器值，特别是上下限阈值、设计发射功率的发射脉冲数和驱动电流值，使p-能正常工作并通过标准测试，并在量产手机的性能可以更加统一。

p面开孔最好采用圆形跑道开孔形式。 的引入是为了隔离发射和接收，降低衍射值，增加p数据的稳定性，提升探测距离。

TP（触摸屏）的距离也是有要求的。 如果没有距离，如果tp的距离很长，衍射值会增加，从而降低性能。 如果tp距离太远，应通过增加tp来隔离，从而降低衍射值。 设计时需要注意开孔和中间分隔槽的尺寸。 中间的槽是为了解决黑头发的问题。 至于透光率，要求红外光至少要有70%的通过率。

p调试过程中，最容易出问题的就是衍射值过大，黑毛不起作用的问题。 那么什么是衍射值呢？ 我们知道p-是通过反射红外光的强弱来判断物体的远近，但是由于我们表面的tp以及发射和接收之间的隔离等问题，即使没有物体手机光线感应传感器，发射红外线的路径light On，p-也可以读出一定的光强值，也就是衍射值。 而我们的数据采集有饱和的可能，如果衍射值过大或者已经饱和，p-的性能就会受到影响或者失去作用。 影响衍射值大小的因素有：

1）TP的厚度。

2）TP距离的距离。

3）表面油墨的透光率。

结构完成后，需要对p-进行软件调试。 调试的关键是设置合理的发射功率，解决黑发和远近检测的一致性问题。

P-的校准有两种方式：一种是开机常规校准，一种是打电话时校准。

例行校准

定期校准是开机校准，开机校准是手机开机后校准一次，以后不再校准。

例行校准

2. 刻度盘校准

拨号校准就是每次打电话都要对p-进行一次校准。 显然，通话校准比开机校准更合理，因为用户可能长时间不关机，开机后手机表面会被油渍、汗水等物质损坏在。 一定程度上影响了p-data的读取。 如果校准动作放在出厂时或开机时，手机在实际通话时的状态与校准时的状态不同，可能会出现关闭动作失败的问题。 表盘校准可以全面分析手机当前状态，避免开关屏功能失效。 当然，如果你发现自己的手机在打电话时总是黑屏，那很可能是接近传感器的结构或器件损坏了。

具体软件流程：

1：在没有遮挡的情况下读取n次ps值，取平均值。 注意去掉0值。 0值的存在可能是芯片没有初始化造成的。

2：根据ps值的大小，划分出若干个区间，根据ps值的范围，分别乘以不同的系数作为上限阈值和下限阈值。

3：当计算出的ps值大于多个样本的预测值（如700）时，认为结构有问题，上下限值采用默认值，默认值比较大，解决手机在结构有缺陷的情况下还是可以用的，但是需要注意的是前提是手机的ps值没有饱和。 如果饱和了，默认值也解决不了问题。

在手机校准过程中，采样的数量必须控制在一定范围内。 要求是必须在人把手机放到耳边之前完成校准，否则校准数据不准确，影响p-的性能。 这个时间需要根据spec进行测试，一般为几百毫秒，以便设计合理的测试次数。

校准完成后，当有物体接近或远离时，将此时的ps值与校准时设置的开关屏阈值（即上下限阈值）进行比较，以控制开关屏的手机。

04

资深司机经验

在整个调试过程中，主要存在以下问题：

1）黑发失败问题。

2) 手机屏幕黑屏。

3) 屏幕闪烁问题。

4）不能满足开关屏距离标准的问题（比如3cm必须关，9cm必须开，开关距离至少保持1cm）。

关于黑发问题，除了结构上的处理，软件能解决的解决办法就是增加发射功率，也就是加大驱动电流，增加发射脉冲数等来解决黑发问题. 增加脉冲数的方法可能会导致衍射值过大。 因此，需要多次测试才能找到合适的脉冲数值。

打电话黑屏的问题是因为下限阈值太低，在没有被遮挡的情况下ps值不能降到下限阈值以下，导致屏幕不亮。 解决办法是调高下限，但要注意上下限的距离，否则可能达不到标准，甚至会导致屏幕不断闪烁。

画面闪烁的问题是上下限值距离太紧太低，ps的跳跃范围覆盖了上下限值，导致画面闪烁。

至于达不到标准的问题，唯一的解决办法就是不断调试。 但在调试过程中要注意不要引入上述问题。 比如为了满足3cm必须off，就把下限设置的比较高，但是为了满足距离至少要保持1cm，上限值就会相应增加，这样就可能会出现黑发问题。

好了，今天的课就到这里。 两只眼皮不停地打架。 都说早睡有益身心健康。 下次码农讲座见。