-SAR Sensor-
awinic
隐形安全卫士 | 辐射保护伞
作者：大洋芋、饼饼、东宝、黑白键
手机辐射已经是老生常谈的话题了，为了人体的健康，各个国家对辐射相关的SAR值都有提出了相应的标准：
相较欧盟的CE和北美的FCC认证标准，我国之前在SAR安全认证方面要求相对宽松一些，但随着强制性国家标准GB21288-2022《移动通信终端电磁辐射暴露限值》正式发布（戳此回顾：强制性国家标准发布！艾为芯助力落实新国标），这也表明我国也在逐步提高SAR安规方面的标准。
有一类传感器，它和手机的辐射量息息相关，却少有人知，这就是小为今天要给大家科普的主角—— SAR Sensor（传感器）。
什么是SAR Sensor?
SAR的英文全称为Specific Absorption Rate，其有如下定义：
☆手机或无线产品的电磁波能量吸收比值
☆单位时间内单位质量的人体组织所吸收或消耗功率（W/kg）
☆SAR值越低，辐射被人体吸收的量越少
SAR Sensor可以通过检测电容的方式，判断用户与电子设备的接触状态。当人体靠近电子设备时，SAR Sensor会通知主控降低RF功率以降低射频辐射，辅助电子设备通过SAR标准认证，从而保护人体健康。
SAR Sensor 相关原理
接近检测原理
SAR通过检测人体接近电容来实现。
其中，人体等效电容可模拟为平行板电容器：
SAR SensorAFE原理
AFE电路检测的电容包括环境电容CENV和人体接近感应电容CPROX。其中，CENV被Offset Compensation模块抵消，CPROX通过Cap-to-Voltage模块转化为电压Vx，再通过 ADC模块进行量化，数字处理单元根据量化结果来判断接近状态。
算法处理
电容检测算法主要包括数据滤波、温度补偿、基线跟踪、状态判断四部分。
低通滤波可以有效降低电容信号噪声，提高信噪比；而中值滤波则可以有效过滤单点异常值，避免对信号的错误响应。另一方面，电容大小会受到环境因素影响，尤其是温度。通过不同条件的检测获取采样数据，加上自适应补偿算法，可以输出稳定的电容数据，不会随温度变化而波动。
基线跟踪也是消除环境因素的手段，电容数据的缓慢变化通常由环境变化导致，而电容数据快速变化且超过接近阈值时通常由人体接近导致，根据这个特征，可以制定不同的基线跟踪策略，确保基线能够正确反映环境变化，并在计算最终Diff（差值）数据时将环境因素减除。
得到最终Diff数据后，就可判断接近状态。最简单的办法就是设定一个接近阈值，当Diff大于该阈值时接近状态置位，当Diff小于该阈值时接近状态清零。但是为了避免Diff刚好处在阈值附近波动，通常会设置迟滞Hyst（迟滞），让接近和远离判断时阈值不一致，以确保接近状态稳定。
艾为SAR Sensor
为了给SAR安规事业贡献出艾为芯的一份力量，从2019年开始，艾为就开始积极布局SAR Sensor产品线，并自主研发了一系列高性能的SAR Sensor，其采用自互容一体电容检测技术，可实现稳定的高灵敏度人体接近检测。艾为的SAR Sensor芯片都是SOC架构，可见下方框图：
艾为SAR Sensor功能框图
在SAR Sensor应用中，针对5G天线尺寸越来越小、寄生电容越来越大、温漂严重等痛点问题，艾为团队逐个击破。艾为SAR Sensor的增益可根据应用场景灵活配置，灵敏度高达0.52aF（1aF = 10-6pF），自动补偿电容高达600pF。此外，艾为自研自适应温度补偿算法并获得专利授权，实现了较理想的温补效果，保证了人体接近检测的准确性、可靠性、一致性。
艾为SAR Sensor特性一览
☆3/5/8/10/12通道 高性能SAR Sensor
☆检测原理：自互容一体检测（业界友商普遍采用自容原理）
☆电容分辨率：0.52aF（在业界占据较大优势）
☆最大补偿电容：600pF（满足SAR应用需求）
☆高信噪比：SNR>5@d=20mm
☆测量范围：±0.55pF~±9.9pF
☆电源供电：1.7V~3.6V
☆通讯接口：400kHz I²C，12.5MHz I³C
☆IO电平：1.2V~3.6V IO电平（平台的趋势化需求）
☆支持自适应温补算法（发明专利CN202210077211.X）
☆支持程序定制化设计，支持在线升级
☆先进工艺，12寸晶圆（性能强、产能足）
☆低功耗
☆架构：MCU+12kB RAM
艾为SAR Sensor应用场景
SAR Sensor 芯片的主要功能是实现高精度电容检测。SAR Sensor 芯片通过走线与手机天线相连。天线作为传感器，芯片通过检测天线电容变化判断是否有人体接近。如果检测到电容偏大，则降低手机天线功率，以满足法规中 SAR 的要求。
下面是SAR Sensor的几种典型的应用图：
SAR Sensor 除了常用于以检测手机与人体的接近程度外，还可用于瀑布屏边缘误触检测以及可穿戴产品的佩戴检测、TWS耳机的滑动手势识别等，具体如下：
1.握姿检测应用——用来减小曲面屏边缘误触；
2.手机游戏肩键应用——增强用户的游戏体验；
3.手机上手势触控识别—— 如调节音量、唤醒APP、自动聚焦等。
图片来源：edn.com
在SAR Sensor方面，艾为已拥有多款高品质产品，同时，艾为还在不断创新中，未来将有众多应用陆续面市，敬请期待！
扫一扫
436
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
