仅有1mm3的光学传感器再次搅动TWS行业市场风云

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2019-11-19

手机市场的竞争一直很激烈，目前市场的热点主要集中在三个方面，一个是显示屏，比如全面屏、曲面屏手机等。另一个是手机拍照功能。再就是耳机，其中，真正无线立体声（TWS）耳机则是近期市场上的大热门。

将尺寸做到极致，超小型光学传感器为TWS的小型化设计铺平道路

随着用户进一步接纳和融入现代化的生活方式，消费型音频无线耳机的使用率不断增长。市场分析机构预计，到2023年耳机市场将保持27%的年复合增长率，届时无线耳机将会超过所有其他无线和有线产品类别，从而成为业界最受欢迎的耳机类型。

艾迈斯半导体公司（ams）一直专注于传感器需求旺盛的细分市场，光学传感器是其重要的业务之一。最近，随着一款体积仅为1mm3的全球最小数字红外接近传感器模块TMD2635的面世，再次让业界见证了艾迈斯半导体在传感器技术上的实力。该红外接近传感器主要应用在TWS耳机中，它可以实现无线耳机入耳/出耳检测，有助于延长电池单次充电后的使用时间，还可以与另一个TMD2635一起使用，实现基本的无触摸手势控制，且无需采用任何按钮。

图1  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在发布会现场

TMD2635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，以及数字快速模式I2C接口，所有这些功能模块全部纳入到仅有1mm3的微型连接网格阵列(LGA)封装中。

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女士在介绍这款产品时表示：“在TWS方面，我们认为最重要的一点是传感器的体积要尽可能小。再就是近距离的优化，因为TWS耳机需要测量耳机的佩戴位置是不是正确，所以它的测试距离要非常近。”

实际上，TMD2635之所以能够做到1mm3的小尺寸，与它的低功耗有密切关系。在工作模式下，TMD2635的平均功耗仅为70µA，在睡眠模式下，则为0.7µA。

图2  超小型数字红外接近传感器模块TMD2635助力TWS设计更加小型化

得益于艾迈斯半导体先进的光学设计和高性能激光发射器设计生产能力，TMD2635具备出色的串音抑制性能和高环境光干扰抗性，且算法非常高效，可以将红外光测量数据转化为准确的接近检测结果。TMD2635的接近监测性能可与领先的智能手机制造商早先使用的大型模块媲美，而体积远小于这些模块，非常适合用于空间很小的可穿戴设备。

众所周知，TWS包含很多技术应用，不过尺寸永远是最核心的要素之一，即如何在更小的尺寸里搭载尽可能多的应用，实现更多的功能。TMD2635模块相比之前的2合1红外接近传感器模块体积缩小了6倍，因为分离了近/远光电二极管失调发射器和检测器的放置位置，使得无线耳机和其他可穿戴和可便携设备的设计人员能够更灵活地优化工业设计所需传感器孔径的大小和形状，并优化产品的舒适性和性能，将产品做成1.5mm直径圆孔或1x2mm椭圆孔。

无惧光源干扰，智能手机也能拍出无闪烁无失真的照片

随着LED的广泛使用，手机摄影越来越受到光源闪变的困扰。在推出1mm3数字红外接近传感器模块TMD2635的同时，艾迈斯半导体还同步推出了一款颜色传感器TCS3408，因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有效消除人造光源导致的缺陷伪影，解决了存在多年的老大难问题。TCS3408所提供的业内最高水平的片上光源闪烁检测灵敏度比上一代TCS3707高出三倍。

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（Flicker）检测。TCS3408是一款多合一的芯片，支持片上Flicker检测，并发读取五个环境光感测通道，即除了RGB通道之外，还增加了额外的宽谱带通道和作为参考的全谱带通道，以此来准确测量光的颜色和强度。此外，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，使得智能手机摄像头的视频处理器能够检测最高2kHz的高阶闪变频率。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光源也会越来越普及。而这些都将为智能手机的摄影带来极大困扰。

高分辨率智能手机相机的像素数量不断增加，然而图片和视频经常会由于人造光源的闪烁而出现难看的条纹和失真效果。TCS3408高灵敏度光源闪变传感器可以让智能手机在所有光源条件下，拍摄到不受光源闪烁和伪影干扰、且细节细腻的图像，还原真实的颜色世界。

那么，TCS3408是如何减少光源闪变伪影，让智能手机顺利拍出一张干净的照片呢？艾迈斯半导体大中华区市场应用工程总监Spencer Bai表示，在相机的滚动快门工作期间，如果捕捉到闪变光源导致的可见光调制，那么拍摄的图像或视频会带有导致失真的条带伪影。TCS3408器件包含一个Flicker检测引擎，用于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I2C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伪影，真实还原出用户眼中看到的图像。

TCS3408主要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，同时提供超高的颜色检测灵敏度、10倍ALS灵敏度和仅为一半的功耗。产品目前主要适用于50Hz或60Hz光源场景，对于光源闪变是硬件处理，功耗很低。相比软件处理方法，不仅成本更低，还能做到及时响应。