SAR Sensor
隐形安全卫士
5月，万众期待的联想YOGA Pad Pro平板电脑发布。13英寸2K分辨率屏幕、骁龙870处理器，10000mAh电池、JBL四扬声器从视觉、听觉、触觉和性能等多维度为用户带来趋近完美的使用体验。
中兴Axon 30 Ultra和联想YOGA Pad Pro，一个是手机里的当红旗舰机、一个是平板电脑届的佼佼者，在平行的时空中，TA们因为同一颗“芯”产生了交集，一颗非常重要但又往往被忽略的“芯”——SAR Sensor。今天，小为要和大家好好唠唠手机辐射和SAR Sensor的那些事！
1.什么是SAR？
SAR的英文全称为Specific Absorption Rate，中文一般称为电磁波吸收比值或比吸收率，是手机或无线产品的电磁波能量吸收比值，其定义为：在外电磁场的作用下，人体内将产生感应电磁场，而由于人体各种器官均为有耗介质，因此体内电磁场将会产生电流，导致吸收和耗散电磁能量。简单来说，其实SAR是用于描述RF辐射吸收的剂量学术语，其表示单位为：瓦特每千克（W/Kg）。
SAR* Limit (2 W/kg)Correctly Explained
RF辐射的危害
普遍认为无线通信终端的电磁辐射会造成一定的危害，比如长期处于大量电磁辐射会使人出现身体疲惫、眼睛疲乏、头痛等症状。虽然并没有确切的科学研究表明手机辐射与身体健康之间的直接关联，但是为确保大众的身体健康，各国政府部门、电信机构等都针对电磁辐射颁布了相应的标准和法规。欧洲、美国已强制执行SAR标准多年，美国手机SAR标准是1.6W/Kg，欧洲为2.0W/Kg。大家一致认为SAR标准的执行为电信行业和消费者提供了充分的安全保障。因此，其他国家也逐步开始强制执行SAR标准。中国也公布了SAR标准意见征询。
SAR Sensor的作用
艾为SARSensor——无声安全卫士
为了给SAR安规事业贡献出艾为芯的一份力量，艾为自主设计、研发了一系列高性能的SAR Sensor，能实现高灵敏度和高可靠性的人体接近检测。艾为SAR Sensor采用的是自电容检测技术 ——测量Sensor电极相对于大地的电容变化（人体可视为一个大地）。其中，Sensor电极是一个金属片电极，在手机上通常复用手机内部的天线。相比互电容检测技术（如手机触摸屏采用的通常是该技术），自电容检测除了具有能复用手机天线的优势，还具有高灵敏度的绝对优势，更适用于降SAR应用（如FCC Head SAR测试标准中，要求头部模型距离手机10mm时SAR不大于2w/kg；对于手机厂商来说，为实现更好的效果，通常要求距离15~20mm时，SAR Sensor就能上报人体接近事件）。可以借助一个平行板电容器模型来了解自电容检测技术。
A: 人手和Sensor PAD的公共面积
空间电介常数 8.85×10-12F/m
相对介电常数
人手与Sensor PAD的距离一些常用材料的典型介电常数如下表所示：
以一个A=25mm2的平行板电容为例（介质为空气），可以推算出当极板距离每变化1mm对应的电容变化量如下图所示，可以看到距离从20mm移动到19mm时，对应的电容变化量不到1fF。艾为的SAR Sensor可以准确地识别出金属极板从20mm移动到19mm了，可见灵敏度还是棒棒的。
SAR Sensor的应用中，为了实现高灵敏度的检测，需要攻克一系列的挑战。
1. 随着5G的发展，天线尺寸越来越小，对灵敏度的挑战越来越大；
艾为SAR Sensor的增益可根据应用场景灵活配置，测量范围从±0.55pF~±9.9pF可灵活配置。
2. SAR Sensor温度对数据漂移的影响比较大，温补效果成为最大挑战
· SAR Sensor通常复用手机天线，电容寄生较大一般在60~200pF左右，电容具有温度特性，会随着温度的变化而变化；
· 5G手机天线的数量越来越多，对多通道的SAR Sensor需求增加，跨板和长的走线也越来越常见，这会形成更大的寄生电容，噪声干扰及温漂也会更严重；
·测量通道和参考通道热传导存在较大差异，线性温补效果难以满足需求；
针对SAR Sensor温补挑战，艾为自主研发了自适应温度补偿算法及专利，实现较为理想的温补效果，有效解决了温补效果达标的难题。
艾为SAR Sensor的特性介绍
☆3/5通道 高性能SAR Sensor
·21bit 高分辨率，最小分辨率 1aF
·支持最大220pF 寄生电容抵消
·电容测量范围 ±0.55pf ~ ±9.9pF
·高信噪比 （SNR >5 , 25mm2，20->19mm)
☆各通道独立配置：检测/屏蔽
☆自适应补温算法
☆支持中断上报及轮询模式
☆VCC: 宽电源范围（1.7~3.6V）
☆低功耗：
?? Active Mode：32uA
?? Doze Mode：7.5uA
?? Deep Sleep Mode：3.5uA
艾为SAR Sensor功能框图如下：
AFE（模拟检测前端）：CSx连接电容测量电极，SAR Sensor应用中一般连接到手机天线上。Step1.通过Offset Compensation模块将电路上的总寄生电容抵消掉，这样可以确保后续ADC测量的电容变化量主要是由人体的接近和远离产生的。Step2.通过Cap-to-Voltage模块将电容转为电压，同时通过一个21bit ADC将电压量化为原始数据RawData。
其中，
包含着人手接近的电容量和PCB走线等环境寄生电容的大小；
为SAR Sensor自动校准得到的补偿电容大小（最大补偿电容可达220pF），
，因此
；
是测量量程, ±0.55pF~±9.9pF，灵活可配置。DSP模块：该模块包括了32bit超低功耗MCU和固件程序，用来处理AFE模块输出的RawData，完成多重数据滤波、自适应温度补偿、高性能基线跟踪等算法，最终输出人体接近状态和中断，从而让主机能够快速的调整天线发射功率。
艾为 高性能 SAR Sensor 典型应用图
其实，SAR Sensor除了复用天线做降SAR应用外，还有其他一些丰富的应用场景，如：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。
整体来说，艾为SAR Sensor不像光线传感器，可调节屏幕亮度，也不像加速度传感器，能感知手机的倾斜状态玩游戏，更不像地磁传感器，可以在导航时为你提供方位信息。TA的角色更像一个隐形的安全卫士，在必要时，为你撑起辐射的保护伞，即用默默无闻的方式守卫你！联系我们&更多资讯
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