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[导读]将大小如同一粒“砂”的传感器置入手机/TWS耳机内,就可轻松获得百倍的用户体验。

5G真的来了,手机也将陆续更换为5G手机,那么用户除了需要更快、更低延迟的网络以外,还需要什么?更好的摄影性能、无边框的全面屏、更好音质的TWS耳机,若想实现这种性能,就不得不提到传感器了。将大小如同一粒“砂”的传感器置入手机/TWS耳机内,就可轻松获得百倍的用户体验。

2019年11月13日,艾迈斯半导体(ams AG)开展了先进光学传感器新品发布会,21ic中国电子网受邀参加此次发布会。

现场,ams为记者展示了TMD2635数字接近传感器模块、TCS3408颜色传感器及针对移动和消费市场的相关先进光学传感解决方案。

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,大中华区市场应用工程总监Spencer Bai现场为记者解答相关问题。

艾迈斯半导体先进光学传感器新品发布会现场

图1:艾迈斯半导体先进光学传感器新品发布会现场

 

TWS耳机的硬核竞争力:增强音质体验的TMD2635

 

据IDC数据显示,2019年Q2,TWS耳机占中国耳机市场出货量的66%,连续多个季度同比增速超过100%。自16年9月airpods发布至今已有三年,据预测airpods今年销量5000万台左右,明年8000万-1亿台,更有1999的airpods pro也打开了价格的天花板,真贵但也真香。当然,“安卓阵营”方面,络达推出的MCSync、高通推出的TWS+、华为推出的FreeBuds 3解决了安卓长期的蓝牙连接技术难题,越来越多的老牌音频厂商也已开始布局相关市场。

从市场方面分析,目前行业当下正处于品牌野蛮生长的阶段,正因TWS诞生于“智能手机”,围绕智能手机生态及产业链的发展,是当下TWS的发展必行之路。

然而,对于竞争激烈的市场,除了更优质的价格、良好的性能、科学的设计以外,真正核心的竞争力便是对于音质方面的提升。众所周知,TWS耳机全称真无线立体声玩耳机,正如字面之意,此种类型的耳机佩戴是非常影响音质的,为了更好在耳中固定,除了外形设计有些厂商也尽量采取入耳式。但即便如此,使用者仍然难以判断耳机是否处于完美的状态。

这样的背景下,就不得不提到ams今年主推的产品——TMD2635。据Jennifer Zhao介绍,TMD2635是一款数字红外接近传感器模块,主要用于TWS耳机的入耳检测。这款产品的原理是利用红外(IR)发射器和接近传感器利用红外能量来检测对象(或目标)是否存在。

用于入耳检测的TMD2635

图2:用于入耳检测的TMD2635

提及传感器,行业的技术关键点普遍在于“低功耗、小型化”。Jennifer Zhao告诉记者,在功耗方面,这款产品在正常工作模式下功耗为<100µA(均值),而在睡眠模式下为0.7µA,所以也使得待机时间更长。在小型化方面,超小型光学基板栅格阵列(OLGA)封装,封装大小仅为2.0mm x 1.0mm x 0.5mm,体积仅为1 mm³,可谓是真的是放入耳机一粒“砂”。

不仅如此,正因TWS耳机左右耳是分离的状态,Spencer Bai介绍表示,这款传感器,为用户提供一条备用的可在I2C地址,可在12C的总线上交换CLK/SDA,因此对于设计方来说无需额外成本进行配置。同时,产品拥有2个1.5mm圆孔开口或者1mm x 2mm椭圆形的ID开孔,使得可满足消费者对于更小、更舒适的佩戴产品需求。

TMD2635详细特性

图3:TMD2635详细特性

此前,艾迈斯半导体集成光学传感器业务部高级产品营销经理Dave Moon表示:TMD2635帮助艾迈斯半导体奠定了在消费电子市场的领先接近传感地位。这款最新产品仅占用1mm3空间,相比之前的2合1红外接近传感器模块,体积缩小6倍。因为分离近/远光电二极管失调发射器和检测器的放置位置,无线耳塞和其他可穿戴和可便携设备的设计人员可以更灵活地优化工业设计所需传感器孔径的大小和形状,以及优化产品的舒适性和性能——采用1.5mm直径圆孔或1mmx2mm椭圆孔。

目前来说,降噪技术、续航能力仍然是TWS耳机发展的拦路虎。当然,ams在此方面,还拥有数字增强听觉方案AS3460,支持半入耳式耳塞主动降噪;另外,ams独特的创新接口技术POW:COM是业内少见的创新接口技术,用于TWS耳机和配套充电盒之间。

 

手机拍照的画质守护者:消除闪变效应的TCS3408

 

现如今,只带 “一部手机”出门也可畅游无阻,特别是在拍照方面,很多时候手机就可完成这项任务。当然,手机的摄像头也越来越多,就拿最新推出的mate 30 pro来说,已完成“浴霸四摄”的成就,而iPhone 11也进化为“浴霸三摄”。可以说,智能手机摄制占据大众的大多场景。

然而,无论是在会议大屏幕拍照还是出游中式古典建筑摄制之时,总会产生一些恼人的条纹。Jennifer Zhao为记者解释表示,这是因为许多光源设计是通过快速切换打开和关闭状态,这会产生闪变的效果,该效果对于人眼来说太快,无法识别,但对于相机成像系统来说,能够检测到。

她表示,灯在交流电系统上运行,并在120Hz(或100Hz)频率下产生光源闪变,是60Hz(或50Hz)电力线频率的两倍。另外,闪变的严重程度取决于增益的强度和电压波动的规律性、光源类型(例如卤素、CFL、混合光源)和环境光水平。如果相机快门测量与照明亮度“开”和“关”光状态不同步,则光源闪变会破坏相机的曝光图像,导致图像或视频出现条带伪影。

闪变效应产生的条带伪影

图4:闪变效应产生的条带伪影

为应对这种问题,此前ams已量产了一款产品TCS3701,目前ams拥有这款产品的下一代产品TCS3708。据介绍,现今的手机摄像头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,并没有实施闪烁检测。

TCS3408支持片上闪烁检测,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。

另外,TCS3408还提供将一系列闪变测量数据存储在内部存储器的选项,使智能手机摄像头的视频处理器可以检测高阶闪变频率(最高2kHz)。这些闪变频率在现代的以脉宽调制(PWM) 为基础的LED光源无处不在,在可见的未来LED光源会越来越普及。

值得注意的是,这款产品内部包含RGB检测、色温检测、自动白平衡功能多合一,并不是单纯只拥有光源闪变检测,可用于管理手机显示屏的颜色和强度,增强摄像头的图像处理功能。

TCS3408的详细特性

图5:TCS3408的详细特性

现场,Spencer Bai为记者演示了实机对比。同款手机,在启用相机闪变和校正后,有明显的区别。当然,此款产品目前来说主要针对的是手机后置的主摄像头,在面对摄像头越做越多的手机,目前来说ams也拥有解决方案使得多摄像头同时应用。

值得一提的是,对于闪变来说,在软件处理也许也可实现,不过从硬件功耗和处理方面分析,不仅成本极大并且还不确定可真正满足应用要求。而使用这款芯片是从硬件处理,不仅能满足要求还拥有超低功耗。

使用TCS3408的同款手机

图6:使用TCS3408的同款手机

目前来说,TCS3408已实现量产,并已推出适用于TCS3408颜色传感器的评估模块。

 

创新精神的艾迈斯半导体:提升用户体验简化设计

 

据Jennifer Zhao介绍,ams专注于传感器需求旺盛的细分市场,显著推动年同比收入的增长。ams传感器的三大主轴是光学传感器、图像传感器和声学传感器。涵盖通信、消费电子、计算、汽车、工业与医疗市场,业务领域包括传感器解决方案、传感器IC/传感器接口、相关算法和应用软件。

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

图7: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

据了解,ams公司在创新方面每年都投很多人力和物力,以保持持续创新。主要体现在以下方面:

1、OLED屏上管理方面,如若想把传感器放在OLED屏下,如何在屏下获得ALS的最好性能,就需要考虑如何避免对屏下射光的影响,如何得到非失真的真实传感、红外的抑制。在这些方面,ams的产品与友商相比具有更大的优势。

2、窄边框/无边框LCD显示屏方面,目前很多产品的边框是非常窄的,则需要考虑如何既把传感器做的很小还保持一样的敏感度。

3、TWS耳机方面,Spencer Bai表示ams认为最重要的是要做的传感器体积要小,另外在距离上的优化也尤其重要,因为TWS耳机主要是来测耳机位置是否佩戴正确,所以测试距离要非常近。

4、在前置应用方面,主要针对3D人脸识别技术的应用。市场上主要有三种不同的方案,包括结构光、主动立体视觉、飞行时间,各个方案有不同的优势,像结构光的安全系数是最高的,但是价位也是最高的;立体视觉则比较适合中距离;ToF较容易应用,但是安全性没有结构光这么强。而ams这三种解决方案则全部提供。

在后置方面,包括精准测量、红外抑制,主要应用是接近技术传感。Jennifer Zhao表示,最新开发的TMF8801可做到2.5米的检测,更远的距离检测,就会拥有更广泛的应用。另外,这款产品的最新方案是测量商场展架前有多少顾客经过,而在下一步的产品上,将会研发更远的距离检测,预计可以达到5米左右。

5、在医学和健康保健方面,主要包括生物传感器、体液监测、药物鉴定、心率和血压、医疗显示器校准。

创新精神根植于艾迈斯半导体的DNA

图8:创新精神根植于艾迈斯半导体的DNA

而在本次主要介绍的光学传感方面,拥有两个产品线——集成光学传感器、颜色和光谱传感器。

先进光学传感—深入研究光学和颜色光谱传感技术

图9:先进光学传感—深入研究光学和颜色光谱传感技术

总体来说,全球智能手机如今已进入下半场,在此方面的契机便是从底层技术创新入手,因此创新传感器就成为了制胜的关键。ams作为一家持续创新的企业,将为市场带来更具竞争力的新产品。

大中华区市场应用工程总监Spencer Bai

图10:大中华区市场应用工程总监Spencer Bai

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