手机中地主要传感器,详细版

《手机中地主要传感器,详细版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《手机中地主要传感器,详细版（29页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、word第六章 手机中的传感器第一节 手机中的磁控传感器一、手机中的干簧管传感器二、手机中的霍尔传感器第二节 手机中的光线传感器一、光敏三极管的外形与符号二、光敏三极管的工作原理三、光敏三极管在手机中的应用四、手机光线传感器电路详解第三节 手机中的触摸传感器一、电阻式触摸屏二、电容式触摸屏第四节 手机中的摄像头一、手机摄像头的工作原理二、手机摄像头的结构三、图像传感器四、手机摄像头电路详解第五节 手机中的电子指南针一、电子指南针工作原理二、电子指南针电路第六节 手机中的三轴陀螺仪一、三轴陀螺仪工作原理二、三轴陀螺仪的应用三、iphone手机中的三轴陀螺仪手机中的重力传感器补充：重力传感器距离传

2、感器温度传感器本章导读随着技术的进步，手机已经不再是一个简单的通信工具，而是具有综合功能的便携式的电子设备。你可以用手机听音乐，看电影，拍照等。手机变得无所不能。在这种情况下，各种传感器在手机中的应用应运而生。本章主要介绍了几种典型的传感器与其在手机中的应用，如磁控传感器、光线传感器、触摸传感器触摸屏的典型应用、图像传感器手机摄像头的应用、磁阻传感器电子指南针、加速传感器iphone4的三轴陀螺仪等。这些传感器的应用为智能手机增加感知能力，使手机能够知道自己做什么，甚至做什么的动作。知识目标1、 了解各种传感器的工作原理；2、 掌握各种传感器功能的熟练使用；3、 了解传感器电路的功能、特点；4

3、、 能够识别手机中使用的各种传感器电路。技能目标1、 能简单判断各传感器电路的故障；2、 了解传感器的特性与性能；3、 能够识别传感器实物并排除简单故障。第一节 手机中的磁控传感器在手机中磁控传感器主要包括干簧管和霍尔元件，干簧管和霍尔元件都是通过磁信号来控制线路通断的传感器，主要用在翻盖、滑盖手机的控制电路中。由于干簧管易碎等原因，现在手机中很少见到干簧管传感器了，使用最多的是霍尔传感器也叫霍尔元件。一、手机中的干簧管传感器由于干簧管传感器主要应用于老式的手机中，在新型手机中已经很少采用了，所以只对干簧管传感器进展简单介绍。1、干簧管传感器的外形特征 干簧管传感器就是一个密闭的玻璃管有两个簧

4、片，干簧管传感器分为常开型和常闭型，如下图是干簧管传感器的常见外形。三个引线的干簧管两个引线的干簧管干簧管传感器的常见外形 2、干簧管传感器的工作原理干簧管传感器是利用磁场信号来控制的一种线路开关器件。干簧管传感器又被称为磁控管传感器。干簧管传感器的外壳一般是一根密封的玻璃管，在玻璃管中装有两个铁质的弹性簧片电极，玻璃管中充有某种惰性气体。平时玻璃管中的两个簧片是分开的，当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管的两个簧片被磁化而互相吸引接触，使两个引脚所接的电路连通。外磁场消失后，两个簧片由本身的弹性而分开，线路就断开。干簧管传感器的工作原理如下列图。干簧管传感器的工作原理在实际运用

5、中，通常使用磁铁采控制这两根金属片的接通与否，所以，又称其为磁控管传感器。磁控管传感器在手机中常常被用于翻盖手机、折叠式手机电路中，特别是早期的摩托罗拉、爱立信、三星手机使用最多。通过翻盖的动作，使翻盖上磁铁控制磁控管传感器闭合或断开，从而挂断或接听等。在采用干簧管传感器结构的手机中，除有一个干簧管传感器外，还有有一个辅助磁铁，手机在通话时，磁铁应远离干簧管传感器，故这类手机有个共同的特点，就是磁铁在翻盖上(翻盖式手机)或听筒旁(折叠式手机)。如果手机既不是折叠式，又不是翻盖式，如此不需采用干簧管传感器。3、干簧管传感器的故障特征干簧管传感器本身是一种玻璃管，而玻璃易碎，所以干簧管传感器很容易

6、损坏，特别是摔过的手机尤其如此，因此，目前一些新式的折叠式和翻盖式手机已不再采用干簧管传感器，而采用了原理与干簧管传感器类似的霍尔传感器。当干簧管传感器损坏时，手机会出现一些很复杂的故障，如局部或全部按键失灵、开机困难、不显示等。因此，在检修手机开机困难、按键失灵、不显示等故障时，不可忘记对干簧管传感器的检查。二、手机中的霍尔传感器霍尔传感器一个使用非常广泛的电子器件，在录像机、电动车、汽车、电脑散热风扇中都有应用。在手机中主要应用在翻盖或滑盖的控制电路中，通过翻盖或滑盖的动作来控制挂掉或接听、锁定键盘与解除键盘锁等。 1、霍尔传感器的外形特征霍尔传感器的作用与干簧管传感器一样，工作原理非常相

7、似的，都是在磁场作用下直接产生通与断的动作。霍尔传感器是一种电子元件，其外型封装很似三极管，但看起来比三极管更胖一些。手机中霍尔传感器的外形如下列图。在手机中，霍尔传感器的封装有3个引脚的，也有4个引脚的。手机中霍尔传感器的外形 2、霍尔效应所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，假如在垂直于电流的方向施加磁场，如此金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。由于通

8、电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。 如果把霍尔传感器集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。假如测出单位时间发出的脉冲数，如此可以确定其运动速度。3、霍尔传感器利用霍尔效应做成的半导体元件就是霍尔元件霍尔传感器。霍尔传感器可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、I

9、nAsP以与多层半导体异质结构量子阱材料等等。霍尔传感器具有许多优点，它们的结构结实，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高可达1MHZ，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽与盐雾等的污染或腐蚀。相对于干簧管传感器来说，霍尔传感器寿命较长，不易损坏。且对振动，加速度不敏感。作用时开关时间较快，一般为0.12ms，较干簧管传感器的13ms快得多。 4、霍尔传感器分类霍尔传感器分为线性型霍尔传感器件和开关型霍尔传感器两种。1线性霍尔传感器线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。2开关型霍尔传感器开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成

10、，它输出数字量。手机中使用的霍尔传感器是微功耗开关型霍尔传感器。5、手机霍尔传感器电路详解如下图是NOKIA N73滑盖手机的霍尔传感器电路，当磁场作用于霍尔元件时产生一微小的电压，经放大器放大与施密特电路后使三极管导通输出低电平；当无磁场作用时三极管截止，输出为高电平。在滑盖手机中，霍尔传感器件在上盖对应的方向有一个磁铁，用磁铁来控制霍尔传感器传感信号的输出，当合上滑盖的时候，霍尔传感器输出低电平做为中断信号到CPU，强制手机退出正在运行的程序例如正在通话的，并且锁定键盘、关闭LCD背景灯，当打开滑盖的时候，霍尔传感器输出1.8V高电平，手机解锁、背景灯发光、接通正在打入的。在翻盖或滑盖手机

11、中霍尔传感器也比拟容易找，它的位置一般在磁铁对应的主板的正面或反面，只要找到磁铁就一定能找到霍尔传感器。直板手机中没有这个电路。当磁铁靠近霍尔传感器的时候输出低电平0V，当磁铁离开的时候输出高电平1.8V。供电电压NOKIA N73滑盖手机的霍尔传感器电路第二节 手机中的光线传感器从2002年，NOKIA 7650手机开始使用光线传感器，到最新款的iphone手机中使用光线传感器。光线传感器在手机中的使用给人们增加了更多的便利。在手机中使用的光线传感器件一般是光敏三极管，也叫光电三极管，光敏三极管有电流放大作用，所以比光敏电阻和光敏二极管应用更广泛。 一、光敏三极管的外形与符号光敏三极管有2个

12、PN结，其根本原理与光敏二极管一样，但是它把光信号变成电信号的同时，还放大了信号电流，因此具有更高的灵敏度，一般光敏三极管的基极已在管连接，只有C和E两根引线引出也有将基极引出的。在使用光敏三极管时，不能从外形来区分是光敏二极管还是光敏三极管，只能从型号来进展区分。光敏三极管的外形与符号如下列图，一般只有两个引脚引出，样子非常像普通的发光二极管。手机中的光敏三极管与符号 二、光敏三极管的工作原理光敏三极管与普通半导体三极管一样，是采用半导体制作工艺制成的具有NPN 或PNP 结构的半导体管。它在结构上与半导体三极管相似，它的引出电极通常只有两个，也有三个的。光敏三极管的结构如下列图。为适应光电

13、转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做得较小，入射光主要被基区吸收。和光敏二极管一样，管子的芯片被装在带有玻璃透镜金属管壳，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片上。光敏三极管的芯片结构示意图将光敏三极管接在图所示的电路中，光敏三极管的集电极接正电位，其发射极接负电位。当无光照射时，流过光敏三极管的电流，就是正常情况下光敏三极管集电极与发射极之间的穿透电流Iceo 它也是光敏三极管的暗电流，其大小为：Iceo =(1 + hFE) I式中: Icbo-集电极与基极间的饱和电流;hFE -共发射极直流放大系数。光敏三极管等效电路图当有光照射在基区时，激发产生的电子-空穴对增加了少数载流子

14、的浓度，使集电结反向饱和电流大大增加，这就是光敏三极管集电结的光生电流。该电流注入发射结进展放大，成为光敏三极管集电极与发射极间电流，它就是光敏三极管的光电流。可以看出，光敏三极管利用普通半导体三极管的放大作用，将光敏二极管的光电流放大了( I + hFE) 倍。所以，光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度。三、光敏三极管在手机中的应用光敏三极管在手机上应用主要是根据环境光线明暗来判断用户的使用条件，从而对手机进展智能调节，达到节能和方便用户使用的目的。黑暗环境下自动降低背光亮度，以免背光太亮刺眼。太阳下自动增加屏幕亮度，使显示更清楚。手机移动到耳边打时，自动关闭屏幕和背光，可以延长手机的续航

15、时间，同时关闭触屏，又可以达到防止打过程中误触屏幕挂断的误操作。甚至还有手机设计成利用光线亮度控制铃声音量的功能，即通过外界光线的强弱，来控制铃声的大小，如手机装在衣服口袋或是皮包里时，就大声振铃，而取出时，环境光线改变了，振铃就随着减小，这个功能很有意思，一方面可以防止铃声过小误接，一方面又可以适应环境的需要，防止影响他人，同时还能节省电量。以NOKIA N73手机为例，光敏三极管位于前摄像头旁边，如果在光线充足的情况下室外或者是灯光充足的室，大概在2-3秒之后，键盘灯会自动熄灭， 即使你再操作手机，键盘灯也不会亮，除非到了光线比拟暗的地方，键盘灯才会自动的亮起来；如果在光线充足的情况下，你

16、试着用手将光线感应器遮上2-3秒之后，键盘灯会自动亮起来，这个就是光线感应器的作用。 四、手机光线传感器电路详解 NOKIA N73手机的光线传感器电路如下列图，光敏三极管V6501将感应到的光线变成电信号送到电源管理/音频IC中的检测电路中，然后输出控制信号，控制LCD背光灯，使之能够随环境光线的强弱变换亮度，以达到节省电量满足视觉需要的目的。NOKIA N73手机的光线传感器电路第三节 手机中的触摸传感器在手机中使用的触摸传感器touch sensor就是平时我们俗称的触摸屏Touch panel,又称为触控面板，触摸传感器的使用使人机交互更加方便和直观，增加了人机交流的乐趣。触摸传感器的

17、使用减少了手机菜单按键，操作更加简单、便捷。在手机中使用的触摸传感器分为两类，第一类是电阻式触摸传感器，其代表就是国产大局部手机采用；第二类是电容式触摸传感器，其代表就是iphone手机等采用。 一、电阻式触摸屏电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点(X,Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压。很多LCD模块都采用了电阻式触摸屏，这种屏幕可以用四线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压，同时读回触摸点的电压。电阻式触摸屏根本上是薄膜加上玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO(纳米铟锡金属氧化物)涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃

18、上层的ITO，经由感应器传出相应的电信号，经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。 1、电阻式触摸屏的工作原理触摸屏包含上下叠合的两个透明层，四线和八线触摸屏由两层具有一样外表电阻的透明阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻性层和一个导电层组成，通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。触摸屏的结构如下列图。触摸屏的结构当触摸屏外表受到的压力(如通过笔尖或手指进展按压)足够大时，顶层与底层之间会产生接触。所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压。如图3，分压器是通过将两个电阻进展串联来实现的。上面的电阻(R1)连接正参考电压(

19、VREF)，下面的电阻(R2)接地。两个电阻连接点处的电压测量值与下面那个电阻的阻值成正比。触摸屏的分压原理为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，需要对一个阻性层进展偏置：将它的一边接VREF，另一边接地。同时，将未偏置的那一层连接到一个ADC的高阻抗输入端。当触摸屏上的压力足够大，使两层之间发生接触时，电阻性外表被分隔为两个电阻。它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电阻。因此，在未偏置层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比。2、四线电阻式触摸屏在手机中使用电阻式触摸屏几乎全部都是四线触摸屏。四线触摸屏包含两个阻性层。其中一层

20、在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线，如下列图。触摸屏管理芯片触摸屏四线电阻式触摸屏工作原理在触摸屏幕后，起到电压计作用的触摸管理芯片首先在X+点上施加电压梯度VDD，在X-点上施加接地电压GND。然后，检测Y轴电阻上的模拟电压，并把模拟电压转化成数值，用模数转换器计算X坐标。在这种情况下，Y-轴变成感应线。同样地，在Y+和Y-点分施加电压梯度，可以测量Y轴坐标。3、电阻式触摸屏的外观与结构电阻式触摸屏是覆盖在LCD上面一层玻璃结构的透明的材料，它与LCD是可以别离的，可以单独进展更换，有些手机的触摸屏和LCD做在一起，如果触摸屏损坏的时候只能一起更换。局

21、部手机会在触摸屏上面加一个屏幕面板，用来保护触摸屏和LCD。触摸屏的外形结构如下列图。电阻式触摸屏外形结构4、电阻式触摸屏电路详解如下图是是一款手机的电阻式触摸屏电路，电路由触摸检测部件、触摸屏控制芯片、CPU组成，触摸屏安装在LCD的前面，用户检测用户的触摸位置，当手指触摸图标或菜单位置时，触摸屏将检测的信息送入触摸屏控制芯片，触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏控制芯片将检测信息送入CPU，并执行。触摸屏与触摸屏接口手机的电阻式触摸屏电路 二、电容式触摸屏电容式触摸屏是在玻璃外表贴上一层透

22、明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。 1、电容式触摸屏工作原理电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层与感应器。电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例与强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体

23、与感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。电容式触摸屏电容式触摸屏工作原理 2、电容式触摸屏的特性电容式触摸屏的感应屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的外表和夹层各涂有一层导电层，最外层是一薄层矽土玻璃保护层。当我们用手指触摸在感应屏上的时候，人体的电场让手指和和触摸屏外表形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的准确计算，得出触摸点的位置。 相比传统的电阻式触

24、摸屏，电容式触摸屏的优势主要有以下几个方面： 1操作新奇。电容式触摸屏支持多点触控，操作更加直观、更具趣味性。而电阻式触摸屏只支持单点触控。 2不易误触。由于电容式触摸屏需要感应到人体的电流，只有人体才能对其进展操作，用其他物体触碰时并不会有所相应，所以根本防止了误触的可能。 3耐用度高。比起电阻式触摸屏，电容式触摸屏在防尘、防水、耐磨等方面有更好的表现。 作为目前正当红的触摸屏技术，电容式触摸屏虽然具有界面华丽、多点触控、只对人体感应等优势，但与此同时，它也有以下几个缺点： 1精度不高。由于技术原因，电容式触摸屏的精度比起电阻式触摸屏还有所欠缺。而且只能使用手指进展输入，在小屏幕上还很难实现

25、辨识比拟复杂的手写输入。 2易受环境影响。温度和湿度等环境因素发生改变时，也会引起电容式触摸屏的不稳定甚至漂移。例如用户在使用的同时将身体靠近屏幕就可能引起漂移，甚至在拥挤的人群中操作也会引起漂移。这主要是由于电容式触摸屏技术的工作原理所致，虽然用户的手指距离屏幕更近，但屏幕附近还有很多体积远大于手指的电场同时作用，这样就会影响到触摸位置的判断。 3本钱偏高。此外，当前电容式触控屏在触控板贴附到LCD面板的步骤中还存在一定的技术困难，所以无形中也增加了电容式触控屏的本钱。 3、电容式触摸屏外观结构 如下图是iphone手机的纯平触摸屏touch lens，中文俗称有“镜面式触摸屏、“纯屏触摸屏

26、的外观，iphone手机使用的电容式触摸屏，屏幕面板和触摸屏合二为一，透光率高，使用寿命长，适合手机的超薄化设计，加上可以多点触摸功能，深受iphone用户的喜爱。使用电容式触摸屏的手机电容式触摸屏Iphone手机的电容式触摸屏 触摸传感器除了以上介绍的电阻式触摸屏和电容式触摸屏，还有其他类型的触摸屏，在此不再累述。第四节 手机中的摄像头手机的摄像功能指的是手机是否可以通过置或是外接的摄像头进展拍摄静态图片或短片拍摄，作为手机的一项新的附加功能，手机的摄像功能得到了迅速的开展。手机的摄像功能离不开摄像头，摄像头是组成数码相机功能的重要部件，现在使用的手机中，没有摄像功能的可能寥寥无几。一、手机

27、摄像头的工作原理1、主要原理景物通过镜头LENS生成的光学图像投射到图像传感器外表上，然后转为电信号，经过A/D模数转换转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片DSP中加工处理，再通过CPU进展处理后，通过显示屏LCD就可以看到图像了。 摄像头工作流程图2、摄像头的分类摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。数字摄像头可以直接捕捉影像，然后通过数字信号处理芯片进展处理后，送到CPU，通过显示屏显示出来。现在手机上的摄像头根本以数字摄像头为主。手机中的数字摄像头如下列图。手机中的数字摄像头 模拟摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉

28、到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。二、手机摄像头的结构手机摄像头的结构如下列图，一般由镜头、图像传感器、接口、数字信号处理器、CPU、显示屏等组成。1、镜头LENS手机摄像头镜头通常采用钢化玻璃或PMMA(有机玻璃，也叫亚克力，镜头固定在图像传感器的上方，可以通过手动调节镜头来改变聚焦，不过大局部手机不能手动调节聚焦，手机摄像头镜头在出厂时已经调好固定。2、手机摄像头的图像传感器5、LCD将摄像头捕捉的图像显示在屏幕上。4、手机主板上的DSP芯片和CPU对图像信号进展处理。3、手机摄像头的FPC接口。1、手机摄像头镜头。手机摄像

29、头的结构 2、图像传感器SENSOR传统相机使用“胶卷作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷就是其成像感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。图像传感器是数码相机的核心，也是最关键的技术。目前手机数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD电荷藕合元件；另一种是CMOS互补金属氧化物导体器件。 3、接口手机中置的摄像头本身是一个完整的组件，一般采用排线、板对板连接器、弹簧卡式连接方式与手机主板进展连接，将图像信号送到手机主板的数字信号处理芯片中进展处理。4、数字信号处理芯片DSP数字信号处理芯片DSPDIGITAL SIGNAL PROCESSING的作用是，通过一系列复杂的

30、数学算法运算，对数字图像信号参数进展优化处理。数字信号处理芯片在手机主板上，将图像进展处理后，在CPU的控制下送到显示屏，然后就能够在显示屏上到镜头捕捉的景物了。三、图像传感器图像传感器，是组成数字摄像头的重要组成局部。根据元件的不同，可分为CCDCharge Coupled Device，电荷耦合元件和CMOSplementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件两大类。 1、CCD CCD(Charge Coupled Device)，即“电荷耦合器件，以百万像素为单位。数码相机规格中的多少百万像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一种感光半导体芯片

31、，用于捕捉图形，广泛运用于扫描仪、复印机以与无胶片相机等设备。与胶卷的原理相似，光线穿过一个镜头，将图形信息投射到CCD上。但与胶卷不同的是，CCD既没有能力记录图形数据，也没有能力永久保存下来，甚至不具备“曝光能力。所有图形数据都会不停留地送入一个“模-数转换器，一个信号处理器以与一个存储设备(比如存芯片或存卡)。CCD有各式各样的尺寸和形状，最大的有22平方英寸。2、CMOS CMOS(plementary Metal Oxide Semiconductor)，即“互补金属氧化物半导体。CMOS传感器便于大规模生产，且速度快，本钱较低，是数码相机关键器件的开展方向之一。互补性氧化金属半导体

32、CMOSplementary Metal-Oxide Semiconductor和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差异，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N带电 和 P带+电级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。四、手机摄像头电路详解如下图是MTK芯片组手机的摄像头电路，当手机进入拍照或摄像状态时，电源会分别提供2.8V和1.8V供电电压

33、给摄像头组件接口的2脚和19脚，同时CPU送出复位信号到摄像头组件接口的4脚使摄像头复位， I2C总线信号送到摄像头组件接口的9脚、10脚，摄像头的控制信号分别送到摄像头组件接口的3脚、5脚、6脚、7脚、8脚。此时摄像头组件进入工作状态，摄像头捕捉的景物在图像传感器上转化成电信号后，经过摄像头组件U500的11脚18脚数据通信接口，送至CPU MT6225部，在CPU部的数字信号处理器中处理后，送至LCD显示出摄像头捕捉的景物。摄像头数据信号，一般有8-10个。手机摄像头模块的2.8V供电电压。手机摄像头接口手机摄像头模块的1.8V供电电压。摄像头的控制信号。手机的摄像头组件。MTK芯片组手机

34、的摄像头电路第五节 手机中的电子指南针指南针是重要的导航工具，在很多领域都有广泛的应用。电子指南针将替代罗盘指南针，因为它全部采用固态元件，而且可以方便的和其他电子系统连接。电子指南针系统中磁场传感器的磁阻MR技术是最优的解决方法，它比磁通量闸门传感器和霍尔元件都更先进。 一、电子指南针工作原理电子指南针又称为电子罗盘是一种重要的导航工具，能实时提供移动物体的航向和姿态。随着半导体工艺的进步和手机操作系统的开展，集成了越来越多传感器的智能手机变得功能强大，很多手机上都实现了电子指南针的功能。而基于电子指南针的应用如Android的Skymap在各个软件平台上也流行起来。如下图是一款手机的电子指

35、南针功能。手机的电子指南针功能要实现电子指南针功能，需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器。随着微机械工艺的成熟，意法半导体推出将三轴磁力计和三轴加速计集成在一个封装里的二合一传感器模块LSM303DLH，这是一款本钱低、性能高的电子指南针模块。1、地磁场和航向角的背景知识如图1所示，地球的磁场象一个条形磁体一样由磁南极指向磁北极。在磁极点处磁场和当地的水平面垂直，在赤道磁场和当地的水平面平行，所以在北半球磁场方向倾斜指向地面。用来衡量磁感应强度大小的单位是Tesla或者Gauss1Tesla=10000Gauss。随着地理位置的不同，通常地磁场的强度是0.4-0.6 Gaus

36、s。需要注意的是，磁北极和地理上的北极并不重合，通常他们之间有11度左右的夹角。地磁场分布图地磁场是一个矢量，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。如果保持电子罗盘和当地的水平面平行，那么罗盘中磁力计的三个轴就和这三个分量对应起来，如图2所示。地磁场矢量分解示意图实际上对水平方向的两个分量来说，他们的矢量和总是指向磁北的。电子指南针中的航向角Azimuth就是当前方向和磁北的夹角。由于电子指南针保持水平，只需要用磁力计水平方向两轴通常为X轴和Y轴的检测数据就可以计算出航向角。当指南针水平旋转的时候，航向角在0- 360之间变化。2、

37、磁力计工作原理在LSM303DLH中磁力计采用各向异性磁致电阻Anisotropic Magneto-Resistance材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。在制造过程中，将一个强磁场加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图3所示。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45角倾斜排列，电流从这些导线上流过，如图4所示。由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45的夹角。图3 AMR材料示意图图4 45角排列的导线当

38、有外界磁场Ha时，AMR上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向了，那么磁场方向和电流的夹角也会发生变化，如图5所示。对于AMR材料来说，角的变化会引起AMR自身阻值的变化，并且呈线性关系，如图6所示。图5 磁场方向和电流方向的夹角图6 -R特性曲线ST利用惠斯通电桥检测AMR阻值的变化，如图7所示。R1/R2/R3/R4是初始状态一样的AMR电阻，但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性。当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加R；而R3/R4减少R。这样在没有外界磁场的情况下，电桥的输出为零；而在有外界磁场时电桥的输出为一个微小的电压V。图7 惠斯通电桥当R1=R2=R3=R4=R

39、，在外界磁场的作用下电阻变化为R时，电桥输出V正比于R。这就是磁力计的工作原理。二、电子指南针电路下面以意法半导体的LSM303DLH模块为例介绍电子指南针电路，一个传统的电子指南针系统至少需要一个三轴的磁力计以测量磁场数据，一个三轴加速计以测量指南针倾角，通过信号条理和数据采集局部将三维空间中的重力分布和磁场数据传送给处理器。处理器通过磁场数据计算出方位角，通过重力数据进展倾斜补偿。这样处理后输出的方位角不受电子指南针盘空间姿态的影响，如图9所示。图9 电子指南针结构示意图LSM303DLH将上述的加速计、磁力计、A/D转化器与信号条理电路集成在一起，仍然通过I2C总线和处理器通信。这样只用

40、一颗芯片就实现了6轴的数据检测和输出，减小了PCB板的占用面积，降低了器件本钱。LSM303DLH的应用如图10所示。它需要的周边器件很少，连接也很简单，磁力计和加速计各自有一条I2C总线和处理器通信。如果I/O接口电平为1.8V，Vdd_dig_M、Vdd_IO_A和Vdd_I2C_Bus均可接1.8V供电，Vdd使用2.5V以上供电即可；如果接口电平为2.6V，除了Vdd_dig_M要求1.8V以外，其他皆可以用2.6V。C1和C2为置位/复位电路的外部匹配电容，由于对置位脉冲和复位脉冲有一定的要求，建议用户不要随意修改C1和C2的大小。图10 LSM303DLH应用电路图对于便携式设备而

41、言，器件的功耗非常重要，直接影响其待机的时间。LSM303DLH可以分别对磁力计和加速计的供电模式进展控制，使其进入睡眠或低功耗模式。并且用户可自行调整磁力计和加速计的数据更新频率，以调整功耗水平。在磁力计数据更新频率为7.5Hz、加速计数据更新频率为50Hz时，消耗电流典型值为0.83mA。在待机模式时，消耗电流小于3uA。第六节 手机中的三轴陀螺仪每一次iPhone产品的的发布总能给我们带来一些全新的应用。iPhone 4给我们带来了什么呢？三轴陀螺仪应该是iPhone 4在硬件配置方面的一大亮点了。一、三轴陀螺仪工作原理三轴陀螺仪：同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。 单轴的只能测量

42、一个方向的量，也就是一个系统需要三个陀螺仪，而3轴的一个就能替代三个单轴的。3轴的体积小、重量轻、结构简单、可靠性好，是激光陀螺的开展趋势。 三轴陀螺仪原理如下列图。三轴陀螺仪原理在最新款的iPhone 4手机中置三轴陀螺仪，它可以与加速器和指南针一起工作，可以实现6轴方向感应，三轴陀螺仪更多的用途会表现在GPS和游戏效果上。一般来说，使用三轴陀螺仪后，导航软件就可以参加精准的速度显示，对于现有的GPS导航来说是个强大的冲击，同时游戏方面的重力感应特性更加强悍和直观，游戏效果将大大提升。这个功能可以让手机在进入隧道丢失GPS信号的时候，凭借陀螺仪感知的加速度方向和大小继续为用户导航。而三轴陀螺

43、仪将会与iPhone原有的距离感应器、光线感应器、方向感应器结合起来让iPhone 4的人机交互功能达到了一个新的高度。二、三轴陀螺仪的应用在工程上，陀螺仪是一种能够准确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的开展对一个国家的工业，国防和其它高科技的开展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的开展已经进入了一个全新的阶段。1976年美国Utah大学的Vali和Shorthill提出了现代光纤陀螺仪的根本

44、设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的开展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的开展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时开展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的开展方向。 现代光纤陀螺仪包括干预式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种，它们都是根据塞格尼克的理论开展起来的。塞格尼克理论的要点是这样的：当光束在一个环形的通道中前进时，如果环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿

45、着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。也就是说当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光之间产生干预来测量环路的转动速度，这样就可以制造出干预式光纤陀螺仪，如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干预，也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。从这个简单的介绍可以看出，干预式陀螺仪在实现干预时的光程差小，所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度，而谐振式的陀螺仪在实现干预时，它的光程差较大，所

46、以它所要求的光源必须有很好的单色性。 2010年，苹果公司创新性地在新产品iPhone 4 中置入“三轴陀螺仪，让iPhone的方向感应变得更加智能，从此手机也有了像飞机一样的“感应，能够知道自己“处在什么样的位置。 三、iphone手机中的三轴陀螺仪陀螺仪是用于测量或维持方向的设备，基于角动量守恒原理。这句话的要点是测量或维持方向，这是 iPhone 4 为何搭载此类设备的原因。iPhone 4 采用了微型的，电子化的振动陀螺仪，也叫微机电陀螺仪。iPhone 4是世界上第一台置MEMS微机电系统三轴陀螺仪的手机，可以感知来自六个方向的运动，加速度，角度变化。Iphone4手机采用了意法半导

47、体的MEMS微电机系统陀螺仪芯片，芯片部包含有一块微型磁性体，可以在手机进展旋转运动时产生的科里奥力作用下向X,Y,Z三个方向发生位移，利用这个原理便可以测出手机的运动方向。而芯片核心中的另外一局部如此可以将有关的传感数据转换为iPhone4可以识别的数字格式。Iphone4手机采用了意法半导体的MEMS微电机系统陀螺仪芯片。苹果手机的三轴陀螺仪芯片微机电系统MEMS是一种嵌入式系统，在极小的空间集成了电子和机械构件。一个根本的 MEMS 设备由专用集成电路ASIC和微机械硅传感器组成。当用户旋转手机，在科里奥利力Coriolis force的作用下，在 X，Y 与 Z 轴产生偏移。专用集成电

48、路处理器感知到待验质量通过其下电容器板和位于边缘的指电容的偏移。补充一下重力传感器一.重力传感器1. 介绍：在手机上的重力传感器：利用压电效应实现，简单来说是测量部一片重物(重物和压电片做成一体)重力正交两个方向的分力大小，来判定水平方向。通过对力敏感的传感器，感受手机在变换姿势时，重心的变化，使手机光标变化位置从而实现选择的功能。支持摇晃切换所需的界面和功能，甩歌甩屏，翻转静音，甩动切换视频等，是一种非常具有使用乐趣的功能。重力传感器来说的简单点就是，你本来把手机拿在手里是竖着的，你将它转90度，横过来，它的页面就跟随你的重心自动反响过来，也就是说页面也转了90度，极具人性化。2工作原理：重

49、力传感器是根据压电效应的原理来工作的。所谓的压电效应就是 “对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 。重力传感器就是利用了其部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如电容效应，热气泡效应，光效应，但是其最根本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。 1、通过重力传感器测量由于重力引起的加

50、速度，可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候，你会发现光测量倾角和加速度好似不是很有用。但是，现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。2、加速度传感器可以帮助仿生学机器人了解它现在身处的环境。是在爬山，还是在走下坡，是否摔倒。或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。3、重力传感器可以用来分析发动机的振动。4、重力传感器在进入消费电子市场之前，实际上已被广泛应用于汽车电子领域，主要集中在车身操控、安全系统和导航，典型的应用如汽车安全气囊Airbag、ABS防抱死刹车系统、电子稳定程序ESP、电控悬挂系统等。29 / 29