[原创] 接近传感器如何促进TWS耳机的发展
2019-11-19
14:00:24
来源: 半导体行业观察
2016年，苹果推出了第一代AirPods，TWS耳机就此登场。在过去的3年中，TWS耳机在技术上已经进行了很大的革新。众所周知，TWS耳机非常轻便，而这就要求相关传感器能够满足小型化的需求。ams作为致力于传感器发展中的佼佼者，也推出了多款用于TWS耳机领域的传感器。2019年，ams又为TWS耳机带来了新的技术，推出了红外接近传感器模块TMD2635。
接近传感器也被称为距离传感器，是一种无需接触而能侦测附近存在物体的传感器，被众多领域所采用。ams将红外技术与接近传感器相结合，将新产品用于TWS耳机。新的应用场景，产生了新的挑战，对于TWS来说，需要接近传感器在满足小型化的同时，也要满足高精度的市场需求。
艾迈斯半导体先进光学传感器事业部总经理及执行副总裁Jennifer Zhao表示：“在TWS方面，我们认为最重要的是要做的传感器体积要小，另外一点是近距离的优化。TWS耳机主要是来测耳机位置是否佩戴正确，所以它的测试距离要非常近，精度要求非常高。”
这种需求也让TWS耳机中的接近传感器分化出来了两个主要功能。一是可以利用接近传感器实现无线耳机入耳/出耳检测，帮助延长电池单次充电后的使用时间。二是可以与另一个TMD2635一起使用，可以通过光学滑块来进行音量调整，从而实现基本的无触摸手势控制。
目前，ams所推出的TMD2635主要是面向入耳/出耳检测功能而设计的产品。据其官方介绍，TMD2635是一款红外接近传感器模块，该
传感器模块是一个完整的光
-数字传感器模块，集成了低功率红外VCSEL（垂直腔面发射激光器）发射器、两个用于近场和远场传感的传感器像素，以及数字快速模式I
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C接口，全部纳入微型连接网格阵列(LGA)封装中。
据Jennifer介绍：“TMD2635优势在于体积非常小，功耗非常低，在工作模式下，它的平均功耗为70µA，在睡眠模式下，则为0.7µA。TMD2635另外一个优势是封装小，其体积小于1平方毫米，非常适合TWS市场的需求。除此之外，ams还提供一条备用的I2C地址所以可以在12C的总线上交换CLK/SDA，让客户的设计更加灵活方便。”
在这里需要指出的是，TMD2635是如何延长TWS耳机的使用时长的。据ams
大中华区市场应用工程总监Spencer Bai介绍：“通常，在普通蓝牙耳机的系统里只有一个蓝牙芯片，但是采用TWS耳机后，因为两只耳机是分开的，也使得其系统里面要包含两个蓝牙芯片。这也说明了一个问题，伴随着TWS耳机的发展，其系统会集成更多的器件，而这也会导致功耗也越来越大。在这种情况下，就需要TWS耳机能够及时地区分工作时间和非工作时间，减少非必要的电量损耗，从而达到延长单次充点电后的使用时长。”
据悉，TMD2635自从推出以后，就受到了高端、中端TWS市场的欢迎。
除了TWS耳机对智能手机产生了巨大改变以外，近年来，智能手机对拍照的要求也是越来越高。而随着LED的广泛使用，手机摄影越来越受到光源闪变的困扰。对此，ams最新推出了TCS3408颜色传感器具备更高的准确度和灵敏度，不仅可用于测量环境光的色温和光强，还可以检测光学的物理闪烁，使得手机摄像头图像增强系统能够消除人造光源导致的缺陷伪影。
据Jennifer介绍：“TCS3408是目前在市场上已经量产的TCS3701的增强版，在结构光的灵敏度，以及在光源闪变控制的灵敏度上都有提高。具体来看，TCS3408在环境光和颜色检测的灵敏度比TCS3701增强了10倍的灵敏度，闪变的灵敏度也比上一代增强了3倍。”
在颜色检测上灵敏度的提升，主要是TCS3408可以支持片上Flicker检测。一般使用基本的三通道红/绿/蓝(RGB)传感器来估算图像增强系统中的颜色均衡，并没有实施Flicker检测。TCS3408支持片上Flicker检测，并发读取五个环境光感测通道（除了RGB通道之外，增加了额外的宽谱带通道和作为参考的全谱带通道）来准确测量光的颜色和强度。
利用手机进行摄影，不仅要还原应有的色彩，如何消除伪影也是能否拍出高质量照片的另一关键要素？据
Spencer介绍：“摄影的快门和光源闪变没有同步，就会有这种条纹的出现，也就是条带伪影。”
针对产生伪影的本质，ams从光源闪变灵敏度上进行入手，消除了手机摄影的伪影。具体来看，其闪变灵敏度上的提高，也取决于TCS3408中的Flicker检测引擎，利用Flicker检测引擎可以检测通常由白炽灯或荧光灯产生的50Hz或60Hz光源闪变。检测到光源闪变时，由器件的内部状态寄存器捕捉和报告，数字I
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C接口则通过外部处理快速报告输出信息。
既知存在光源闪变，摄像头的视频处理器将快门与场景中相对环境光输出的“开启”部分同步。利用TCS3408提供的额外信息，视频处理器可以消除失真的条带。
除上述两点以外，ams针对全面屏的发展趋势，着力发展屏下传感器。
在OLED屏上的管理，如果想把传感器放在OLED屏下，就需要考虑如何避免对屏下射光会的影响，如何得到非失真的真实传感、红外的抑制等问题。Jennifer表示：“在这些方面，我们的产品跟友商相比有更大的优势。”
除此之外，ams还致力于研发智能手机上的3D人脸识别技术。众所周知，实现3D人脸识别可以采用三种不同的解决方案，即
结构光、主动立体视觉以及ToF。具体来看，结构光的安全系数最高，但成本较高。立体视觉的优势是适合中距离，ToF则是更易用。据悉，ams可以提供上述所有解决方案。
ams除了推进传感器硬件外，还可以提供包括软件解决方案和其他的生态系统等，来帮助合作伙伴提升产品性能，从而为市场带来性能更优的终端产品。
*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。
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