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手機(jī)輻射已經(jīng)是老生常談的話題了，為了人體的健康，各個(gè)國(guó)家對(duì)輻射相關(guān)的SAR值都有提出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)：
相較歐盟的CE和北美的FCC認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)之前在SAR安全認(rèn)證方面要求相對(duì)寬松一些，但隨著強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB21288-2022《移動(dòng)通信終端電磁輻射暴露限值》正式發(fā)布（戳此回顧：強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布！艾為芯助力落實(shí)新國(guó)標(biāo)），這也表明我國(guó)也在逐步提高SAR安規(guī)方面的標(biāo)準(zhǔn)。
有一類傳感器，它和手機(jī)的輻射量息息相關(guān)，卻少有人知，這就是小為今天要給大家科普的主角—— SAR Sensor（傳感器）。
什么是SAR Sensor?
SAR的英文全稱為Specific Absorption Rate，其有如下定義：
☆單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量的人體組織所吸收或消耗功率（W/kg）
☆SAR值越低，輻射被人體吸收的量越少
SAR Sensor可以通過(guò)檢測(cè)電容的方式，判斷用戶與電子設(shè)備的接觸狀態(tài)。當(dāng)人體靠近電子設(shè)備時(shí)，SAR Sensor會(huì)通知主控降低RF功率以降低射頻輻射，輔助電子設(shè)備通過(guò)SAR標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，從而保護(hù)人體健康。
SAR Sensor 相關(guān)原理
接近檢測(cè)原理
SAR通過(guò)檢測(cè)人體接近電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。
其中，人體等效電容可模擬為平行板電容器：
SAR SensorAFE原理
AFE電路檢測(cè)的電容包括環(huán)境電容CENV和人體接近感應(yīng)電容CPROX。其中，CENV被Offset Compensation模塊抵消，CPROX通過(guò)Cap-to-Voltage模塊轉(zhuǎn)化為電壓Vx，再通過(guò) ADC模塊進(jìn)行量化，數(shù)字處理單元根據(jù)量化結(jié)果來(lái)判斷接近狀態(tài)。
算法處理
電容檢測(cè)算法主要包括數(shù)據(jù)濾波、溫度補(bǔ)償、基線跟蹤、狀態(tài)判斷四部分。
低通濾波可以有效降低電容信號(hào)噪聲，提高信噪比；而中值濾波則可以有效過(guò)濾單點(diǎn)異常值，避免對(duì)信號(hào)的錯(cuò)誤響應(yīng)。另一方面，電容大小會(huì)受到環(huán)境因素影響，尤其是溫度。通過(guò)不同條件的檢測(cè)獲取采樣數(shù)據(jù)，加上自適應(yīng)補(bǔ)償算法，可以輸出穩(wěn)定的電容數(shù)據(jù)，不會(huì)隨溫度變化而波動(dòng)。
基線跟蹤也是消除環(huán)境因素的手段，電容數(shù)據(jù)的緩慢變化通常由環(huán)境變化導(dǎo)致，而電容數(shù)據(jù)快速變化且超過(guò)接近閾值時(shí)通常由人體接近導(dǎo)致，根據(jù)這個(gè)特征，可以制定不同的基線跟蹤策略，確?；€能夠正確反映環(huán)境變化，并在計(jì)算最終Diff（差值）數(shù)據(jù)時(shí)將環(huán)境因素減除。
得到最終Diff數(shù)據(jù)后，就可判斷接近狀態(tài)。最簡(jiǎn)單的辦法就是設(shè)定一個(gè)接近閾值，當(dāng)Diff大于該閾值時(shí)接近狀態(tài)置位，當(dāng)Diff小于該閾值時(shí)接近狀態(tài)清零。但是為了避免Diff剛好處在閾值附近波動(dòng)，通常會(huì)設(shè)置遲滯Hyst（遲滯），讓接近和遠(yuǎn)離判斷時(shí)閾值不一致，以確保接近狀態(tài)穩(wěn)定。
艾為SAR Sensor
為了給SAR安規(guī)事業(yè)貢獻(xiàn)出艾為芯的一份力量，從2019年開(kāi)始，艾為就開(kāi)始積極布局SAR Sensor產(chǎn)品線，并自主研發(fā)了一系列高性能的SAR Sensor，其采用自互容一體電容檢測(cè)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高靈敏度人體接近檢測(cè)。艾為的SAR Sensor芯片都是SOC架構(gòu)，可見(jiàn)下方框圖：
艾為SAR Sensor功能框圖
在SAR Sensor應(yīng)用中，針對(duì)5G天線尺寸越來(lái)越小、寄生電容越來(lái)越大、溫漂嚴(yán)重等痛點(diǎn)問(wèn)題，艾為團(tuán)隊(duì)逐個(gè)擊破。艾為SAR Sensor的增益可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景靈活配置，靈敏度高達(dá)0.52aF（1aF = 10-6pF），自動(dòng)補(bǔ)償電容高達(dá)600pF。此外，艾為自研自適應(yīng)溫度補(bǔ)償算法并獲得專利授權(quán)，實(shí)現(xiàn)了較理想的溫補(bǔ)效果，保證了人體接近檢測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性、一致性。
艾為SAR Sensor特性一覽
☆3/5/8/10/12通道 高性能SAR Sensor
☆檢測(cè)原理：自互容一體檢測(cè)（業(yè)界友商普遍采用自容原理）
☆電容分辨率：0.52aF（在業(yè)界占據(jù)較大優(yōu)勢(shì)）
☆最大補(bǔ)償電容：600pF（滿足SAR應(yīng)用需求）
☆高信噪比：SNR>5@d=20mm
☆測(cè)量范圍：±0.55pF~±9.9pF
☆電源供電：1.7V~3.6V
☆通訊接口：400kHz I2C，12.5MHz I3C
☆I(lǐng)O電平：1.2V~3.6V IO電平（平臺(tái)的趨勢(shì)化需求）
☆支持自適應(yīng)溫補(bǔ)算法（發(fā)明專利CN202210077211.X）
☆支持程序定制化設(shè)計(jì)，支持在線升級(jí)
☆先進(jìn)工藝，12寸晶圓（性能強(qiáng)、產(chǎn)能足）
☆低功耗
☆架構(gòu)：MCU+12kB RAM
艾為SAR Sensor應(yīng)用場(chǎng)景
SAR Sensor 芯片的主要功能是實(shí)現(xiàn)高精度電容檢測(cè)。SAR Sensor 芯片通過(guò)走線與手機(jī)天線相連。天線作為傳感器，芯片通過(guò)檢測(cè)天線電容變化判斷是否有人體接近。如果檢測(cè)到電容偏大，則降低手機(jī)天線功率，以滿足法規(guī)中 SAR 的要求。
下面是SAR Sensor的幾種典型的應(yīng)用圖：
SAR Sensor 除了常用于以檢測(cè)手機(jī)與人體的接近程度外，還可用于瀑布屏邊緣誤觸檢測(cè)以及可穿戴產(chǎn)品的佩戴檢測(cè)、TWS耳機(jī)的滑動(dòng)手勢(shì)識(shí)別等，具體如下：
1.握姿檢測(cè)應(yīng)用——用來(lái)減小曲面屏邊緣誤觸；
2.手機(jī)游戲肩鍵應(yīng)用——增強(qiáng)用戶的游戲體驗(yàn)；
3.手機(jī)上手勢(shì)觸控識(shí)別—— 如調(diào)節(jié)音量、喚醒APP、自動(dòng)聚焦等。
在SAR Sensor方面，艾為已擁有多款高品質(zhì)產(chǎn)品，同時(shí)，艾為還在不斷創(chuàng)新中，未來(lái)將有眾多應(yīng)用陸續(xù)面市，敬請(qǐng)期待！
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