Для чего датчик холла в смартфоне: Что такое датчик Холла в телефоне, для чего нужен и как работает

Датчик Холла в телефоне — зачем нужен и как используется? | AndroidLime

Датчик Холла — деталь в смартфоне, которая может обнаруживать магнитное поле. В отличие от магнитных датчиков, отвечающих за работу компаса в телефоне, датчик Холла выполняет немного другие функции.

Что такое датчик Холла и как он используется?

Датчик Холла является миниатюрной деталью размером с головку спички. Его основная задача — определять наличие или отсутствие магнитного поля без привязки к осям. После определения датчик отправляет соответствующий сигнал на телефон. С помощью только датчика Холла нельзя определить стороны света, а значит и использовать телефон в качестве компаса. Однако можно приводить в действие другие важные функции.

Обычно датчик Холла работает в паре с магнитным датчиком. В этом случае его главная задача заключается в том, чтобы ускорять запуск GPS-навигатора и улучшать географическое положение.

Функции датчика Холла в смартфоне

Кроме того, что датчик Холла позволяет магнитным датчикам более точно определять стороны света и положение телефона, он выполняет и другие задачи. Одна из них — работа с умными чехлами для телефонов. В обложку умных чехлов (Smart Case) встраивают небольшую магнитную защелку. Так как датчик Холла может определять наличие или отсутствие магнитного поля, он может распознать, на каком расстоянии находится магнит. Если обложка чехла закрыта (магнит близко), датчик Холла передает эту информацию, и экран телефона гаснет. Если обложка открыта (магнит далеко), экран автоматически активируется.

Таким образом датчик Холла позволяет значительно экономить заряд батареи, деактивируя экран телефона, когда он не используется. В зависимости от чехла, дисплей может гаснуть полностью или оставлять небольшое активное окошко, в котором будут расположены часы, дата и другая минимальная информация.

По такому же принципу работают телефоны-раскладушки. Как только телефон складывается, датчик Холла определяет это и гасит экран до следующего открытия устройства.

Таким образом, главная задача датчика Холла — помогать магнитному датчику точнее определять направления, а также ускорять запуск GPS-навигатора. Также этот датчик позволяет телефону взаимодействовать с умными чехлами для экономии заряда батареи мобильного устройства.

Знаете другие функции датчика Холла? Пишите комментарии!

Датчик Холла в телефоне или планшете – что это? Какие датчики бывают в смартфонах.

Какие составляющие можно отметить, рассматривая корпус смартфона? Это, прежде всего, довольно большой дисплей, несколько клавиш под ним, микрофон и несколько окошек камеры. Кроме того, на торцах устройства наверняка найдётся порт microUSB, качелька регулировки громкости, выход для наушников и клавиша блокировки. Но заканчиваются ли на этом компоненты устройств? Конечно же, нет. Внутри него нашлось место для нескольких процессоров, многих схем и, что особенно важно, нескольких разнообразных датчиков. Какие из них можно найти в современных девайсах? Давайте узнаем.

Акселерометр

Как сообщают наши коллеги из phonearena , акселерометр является одним из наиболее распространённых датчиков. Согласно классическому определению, его задачей является расчет разности между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением.

О способах его применения вы наверняка наслышаны. Без акселерометра смартфоны вряд ли бы меняли портретную ориентацию на ландшафтную и обходились без нажатий пользователя во всевозможных симуляторах гонок.

Гироскоп

Гироскоп также предоставляет данные о положении устройства в пространстве, однако делает это со значительно большей точностью. Именно благодаря его помощи приложение Photo Sphere узнает, на сколько градусов был повёрнут смартфон, и в каком направлении это было проделано.

Магнитометр

Всё верно, магнитометр создан для определения магнитных полей. Не будь его внутри смартфона – приложению компаса вряд ли бы удалось понять, где находится северный полюс.

Данный сенсор является соединением инфракрасного диода и детектора инфракрасного излучения. Принцип его работы невероятно прост. Диод излучает невидимое для человеческого глаза излучение, а детектор пытается уловить его отражение. Смартфон блокирует дисплей именно тогда, когда луч попадает обратно.

Датчик света

Самостоятельно изменять яркость дисплея – то еще занятие, верно? То ли дело функция автояркости, которая меняет уровень яркости экрана в зависимости от окружающего излучения. Возможно это, как вы уже наверняка догадались, благодаря датчику света.
Стоит отметить, что некоторые представители линейки Galaxy от южнокорейского производителя Samsung используют обновлённый датчик света. Главной его особенностью является умение измерять долю белого, красного, зелёного и синего света для дальнейшей настройки картинки на экране.

Барометр

Нет, это не ошибка. Некоторые смартфоны действительно оснащены встроенным барометром для измерения уровня атмосферного давления. Среди первых девайсов с данной особенностью были XOOM и Samsung Galaxy Nexus.

Барометр также используется для измерения высоты над уровнем моря, что увеличивает точность работы GPS-навигатора.

Термометр

Возможно, вы удивитесь, но термометр находится практически в каждом смартфоне. Единственным отличием является лишь то, что последний предназначен для измерения температуры внутри девайса. Впрочем, случались и исключения. Galaxy S4 располагал термометром для измерения температуры за бортом.

Датчик влажности воздуха

В этом, к слову, также преуспел четвёртый представитель линейки Galaxy S. Благодаря этому датчику четвёртая «Галактика» сообщала об уровне комфорта – соотношении температуры и влажности.

Педометр

Несмотря на довольно не очевидное название, задачей педометра является определение количества пройденных пользователем шагов. Да, совсем как в большинстве умных часов и фитнес-браслетов. Одним из первых устройств с настоящим педометром стал Nexus 5.

Сканер отпечатков пальцев

Об этом вы, конечно же, слышали. Благодаря сканеру отпечатков пальцев можно не только сократить время разблокировки смартфона, но и надёжно защитить свои данные. Среди наиболее популярных девайсов с пресловутым сканером – , HTC One Max и Samsung Galaxy S5.

Датчик сердцебиения

Раз уж мы заговорили о нынешнем южнокорейском флагмане, нельзя не упомянуть и датчик сердцебиения, созданные для измерения пульса. Впрочем, многие пользователи в необходимости его внедрения откровенно сомневаются.

Датчик вредного излучения

Поверить довольно непросто, однако в этом мире действительно есть смартфон со встроенным датчиком вредного излучения. Прихвастнуть его наличием может японский Sharp Pantone 5. После запуска специального приложения последний демонстрирует окружающий уровень радиации. Неожиданно, не так ли?

В итоге получилось целых 12 датчиков. Какие из них чаще всего используете вы?

Немногие знают о том, что смартфоны оснащены многочисленными датчиками, включая средства измерения освещенности приближения и температуры, барометр, акселерометр, гироскоп и другие.

Они предназначены для того, чтобы упростить пользование устройством.

В этой статье мы поговорим о датчике Холла (магнитном датчике). Американский ученый Эдвин Холл еще около 140 лет назад открыл явление, которое было названо впоследствии эффект Холла. Он и по сей день активно используется в современной технике.

Назначение магнитного датчика

Датчик Холла в смартфоне призван обнаружить магнитное поле, что позволит определить положение самого устройства относительно сторон света. Таким образом, скачав приложение «Компас» из магазина для Андроид Google Play, ваш смартфон может выполнять функцию компаса.

Первым шагом внедрения данной технологии стало использование этого датчика в автомобилях. С помощью него проводили измерение угла распредвала и коленвала, а также момент образования искры. Позднее эффект Холла начали применять и в других технологиях, включая мобильные устройства.

Цифровой компас в телефонах используется навигационными программами для корректировки вектора движения и определения точных координат телефона. Раньше такой магнитометр был встроен только во флагманские телефоны, теперь же он распространен повсеместно. Функции такого датчика весьма обширны. Рассмотрим их более подробно.

Функции магнитометра

В телефонах-раскладушках он использовался для активации подсветки при открытии устройства. Еще одно предназначение датчика заключается в синхронизации работы смартфона с чехлом с магнитной застежкой.

Если магнит, расположенный на чехле, расположен на некотором расстоянии от устройства, то датчик реагирует следующим образом: он перестает его распознавать, давая команду на включение экрана.

При закрытии чехла, когда застежка расположена близко, дисплей телефона автоматически переводится в спящий режим. Если в чехле имеется «окошко», то незакрытое пространство, в котором располагаются различные виджеты, может продолжать быть активным. Таким образом, при закрытии чехла транслируется на заставке лишь видимая часть, при открытии – становится активным весь экран.

Также датчик позволяет бесконтактно управлять рядом функций, которые имеются в смартфоне. Магнит на чехле никаким образом не оказывает негативного влияния ни на сам сенсор, ни на комплектующие телефона.

Как активировать датчик?

Сейчас магнитометр находится во множестве мобильных устройств, но в основном его функции используются не полностью ввиду ряда причин. По финансовым причинам – в бюджетных моделях, а также в связи с конструктивными особенностями (минимальными размерами толщины корпуса) и желанием снизить расход заряда аккумулятора.

Сенсор в подавляющем большинстве случаев выполняет две функции: взаимодействие с аксессуарами и цифровой компас. Его не нужно включать и настраивать, так как датчик запускается в автоматическом режиме.

Определить же наличие сенсора в телефоне можно двумя способами: просмотрев технические характеристики смартфона или же протестировав устройство при помощи приложение «Компас», который должен начать функционировать при выключенном интернете. Также есть второй способ: приложите к дисплею магнит. Если экран погаснет, то в телефоне имеется встроенный магнитометр.

В перечне сенсоров, которыми оснащён смартфон, подчас можно встретить датчик Холла – пожалуй, самый загадочный из всех известных датчиков. Если функции, скажем, пульсометра и шагомера понятны и очевидны, то назначение датчика Холла известно отнюдь не всякому пользователю. В этой статье мы расскажем, кто же такой Холл и почему датчик, названный его именем, становится всё более популярным.

Эдвин Холл – американский учёный-физик. Своё знаменитое открытие он сделал ещё в 19-м веке. Холл обнаружил, что если проводник (например, металлическую пластину), подключенный к источнику постоянного тока, поместить в магнитное поле, то на движущиеся электроны начнёт воздействовать сила Лоренца. Как следствие, электроны станут двигаться по дуге и тяготеть к одной из граней пластины. У этой грани электроны будут накапливать отрицательный заряд, а у противоположной – положительный. Разность потенциалов на 2-х краях пластины именуется холловским напряжением .

Кратко и ёмко об эффекте Холла рассказывает этот ролик:

Практическое применение эффекту Холла нашли лишь спустя 15 лет после гибели учёного. Сейчас на этом эффекте основана работа приводов дисководов ПК, кулеров компьютерной техники, систем зажигания автомобилей, даже ионных реактивных двигателей. О том, как применить открытие Холла в смартфоностроении, разработчики догадались относительно недавно.

Для чего нужен датчик Холла в смартфоне?

Датчиком Холла (его же называют магнитным датчиком ) оснащаются многие модели популярных производителей и некоторые смартфоны малоизвестных китайских марок. Этот сенсор предназначен для того, чтобы фиксировать холловское напряжение.

Датчик не измеряет напряжение, а лишь определяет его наличие или отсутствие, после чего подаёт смартфону сигнал. Получив сигнал, гаджет выполняет некоторое запрограммированное действие.

Как правило, использование датчика Холла на телефоне сводится к решению всего 2-х задач – вот зачем этот датчик нужен гаджету:

• Сенсор ускоряет старт GPS-навигатора и улучшает геопозирование.
• Датчик Холла обеспечивает возможность взаимодействия смартфона с магнитными чехлами.

Кроме того, благодаря открытию американского учёного стало возможным управление жестами – «фишка», которую пользователи впервые встретили на Samsung Galaxy S3 .

Разумеется, потенциал эффекта Холла в смартфоностроении раскрыт не полностью. Причина тому – ряд технических ограничений. Использовать открытие Холла «по полной» не позволяют компактные размеры современных мобильных устройств и аккумуляторы недостаточной мощности.

Принцип взаимодействия датчика Холла с мобильными аксессуарами

Благодаря датчику Холла мобильные устройства могут взаимодействовать с так называемыми «умными» чехлами (Smart Case ). В крышку подобного флипа вмонтирован магнит. Как только пользователь прикрывает крышку чехла, возникает эффект Холла, датчик передаёт сигнал об этом системе смартфона – и экран гаджета автоматически блокируется. Естественно, всё это происходит за считанные доли секунды. Когда владелец смартфона открывает крышку чехла, холловское напряжение «сходит на нет». Датчик даёт команду разблокировать дисплей.

Если владелец гаджета использует чехол с окошком (как на рисунке выше), то датчик Холла даёт команду не на полное отключение дисплея, а на его переключение с одного режима на другой. При закрытой крышке на доступную область экрана могут выводиться часы, календарь, музыкальный проигрыватель или список уведомлений.

Переживать по поводу того, что магнит «умного» чехла нанесёт вред начинке смартфона, точно ни к чему. Магнитное поле не портит гаджет – это было доказано многочисленными профессиональными и любительскими тестами .

Датчик Холла позволяет экономить заряд аккумулятора гаджета – это главное преимущество, которое предоставляет данный сенсор. Активированный экран смартфона при высокой яркости потребляет внушительное количество драгоценных миллиампер.

Какие смартфоны имеют датчик Холла?

К сожалению, не все производители в списках характеристик своих гаджетов указывают, есть ли у устройства датчик Холла. В кратком перечне параметров такой информации точно не найти. Однако пользователь может быть уверен: если под смартфон выпускается оригинальный Smart Case, значит, магнитным датчиком этот девайс точно оснащён.

Вот лишь некоторые из современных моделей, которые имеют датчики Холла:

Заключение

К сожалению, «лучшие умы» отрасли мобильной электроники так и не сумели придумать (пока?), как применить открытие Холла, чтобы реализовать его потенциал полностью. Автоматическое отключение / переключение дисплея – «детский лепет» по сравнению с тем, что можно было бы сделать, если бы удалось преодолеть технические ограничения. Однако поиски способов реализации холловского наблюдения ведутся – и прогресс не стоит на месте. Об этом может свидетельствовать, например, появление очков виртуальной реальности Google Card Board , управление которыми базируется на взаимодействии магнита и датчика Холла.

Современный смартфон может быть настолько многофункциональным, что его владелец не всегда в курсе всех характеристик и возможностей своего аппарата. Например, вы знаете, что такое датчик Холла в смартфоне? Как он работает и для чего нужен? Предлагаем вам узнать об этой характеристике больше!

Что значит датчик Холла в смартфоне?

Мы уже в курсе, зачем гаджету модуль приближения или гироскоп. Но что такое датчик Холла в смартфоне? Это определитель положения, чье действие основано на эффекте Холла. Данный приборчик фиксирует как наличие магнитного поля, так и измеряет его напряженность.

Датчик и сам эффект назван по имени известного физика Э. Холла. Именно этот ученый установил, что при помещении в центр магнитного поля проводника-пластины, по которой идет переменный ток, в нем (поле) проявится холловское напряжение — поперечная разность потенциалов.

В описанном случае электроны в проводнике отклоняются строго перпендикулярно направлению самого магнитного поля. Отсюда их плотность на разных частях пластины будет отличной. Вот эту разность потенциалов и фиксирует измеритель.

А что такое датчик Холла в смартфоне? Это еще более простой прибор — он призван определять лишь наличие магнитного поля, не измеряя его напряженность. Кроме того, гаджет наверняка снабжён еще и магнитным датчиком, который позволяет использовать ваш смартфон в качестве компаса.

Где он применяется?

Мы с вами установили, что такое датчик Холла в смартфоне. Однако гаджеты — это не единственная сфера применения изобретения, которое также отличается возможностью бесконтактного управления каким-либо устройством.

Надо сказать, что эффект Холла был открыт сравнительно давно — в 1879 году. А впервые применили его на практике только спустя 75 лет после этого события. Полезен он оказался для автомобилей — датчик использовали для измерения угла расположения коленвала, распредвала. В более старых моделях машин датчик Холла определял момент образования искры.

• бесконтактные выключатели;
• системы, предназначенные для чтения магнитных кодов;
• устройства, используемые для бесконтактного определения в проводниках силы тока;
• измерители уровня жидкости;
• ионные ракетные двигатели.

Кроме того, было выяснено, что датчик Холла способен заменять магнитоуправляемые герметичные контакты — герконы. Они имеют широкую сферу применения: микроэлектроника, охранные сигнализации, клавиатуры, лифты, наушники.

Зачем датчик Холла в смартфоне?

Мы с вами выяснили, что данный прибор определяет наличие магнитного поля. Но тогда для чего нужен датчик Холла в смартфоне сегодня? Все просто — он определяет, открыт или закрыт «умный» чехол с магнитной застежкой. Если магнит далеко (датчик «не видит» его на определенном расстоянии), то дается команда на включение дисплея. Если же застежка близко (а значит, пользователь закрыл чехол), то датчик сигнализирует системе, что экран нужно перевести в спящий режим.

Полезен этот измеритель и для бамперов для смартфонов с «окошком» на дисплее. Так, например, если вы захлопнули чехол, то датчик Холла это фиксирует. Он дает сигнал системе, что нужно транслировать на экране заставку, специально предназначенную для «оконца». Чаще всего это время, дата, важные уведомления. Убрали дверку чехла — команда от датчика на отображение на дисплее полной информации.

Другие функции в смартфонах

Взаимодействие с магнитными крышками — это самое распространенное применение датчика в современных гаджетах. Однако надо отметить, что он с успехом использовался в более ранних моделях смартфонов:

• Функция «цифровой компас» действовала благодаря датчику Холла. И сегодня он используется навигационными приложениями для общего улучшения позиционирования и более высокой точности определения вектора движения.
• Активация/дезактивация подсветки при открытии/закрытии устройства-«раскладушки». Здесь действие схоже с современной ситуацией с магнитными крышками чехлов.

Есть ли в моем телефоне датчик Холла?

Чтобы ответить на вопрос в подзаголовке, проще всего обратиться к характеристике вашего гаджета на официальном сайте производителя или в инструкции к девайсу. Однако не все изготовители указывают, снабжено ли конкретное устройство датчиком Холла.

Но существует простой способ проверки. Если к модели вашего смартфона выпускаются «умные» обложки или чехлы (в т. ч. и с «окошками»), имеющие магнитную застежку, то, скорее всего, в аппарате датчик Холла есть.

Среди популярных сегодня на рынке моделей этот модуль имеют следующие:

• Lenovo Vibe S1.
• Meizu Pro5.
• Meizu M2 Mini.
• LG Nexus 5X.
• Meizu M2 Note и проч.

К сожалению, в современных смартфонах возможности датчика Холла сильно усечены. Это объясняется минимизацией толщины корпуса, желанием производителя снизить расход заряда батареи, отсутствием потребности в расширенных за счет него функциях. Сегодня задач у датчика две — взаимодействие с «умным» чехлом или обложкой и карманный компас.

Современный смартфон – это сложное высокотехнологичное вычислительное устройство, которое мощнее тысяч бортовых компьютеров, полвека назад запускавших «Аполлоны» на Луну. Датчиков на борту флагманских мобильников тоже установлено едва не больше, чем на борту этого самого «Аполлона». Каждый из них незаметно, но добросовестно выполняет свою работу. Чем же занимаются все эти датчики смартфона, и как они устроены – подробнее читайте далее.

Сенсор освещения в смартфоне расположен на передней панели, обычно возле разговорного динамика (бывают исключения). Конструкционно он представляет полупроводниковый сенсор, чувствительный к потоку фотонов. В зависимости от его интенсивности, сенсор осуществляет управление подсветкой дисплея, с целью более эффективно расходовать заряд аккумулятора. Также он может выполнять вспомогательную функцию для других задач, работая с датчиком приближения.

Датчик приближения

Это – оптический или ультразвуковой сенсор, определяющий, нет ли предметов перед экраном. Он посылает очень слабый световой или звуковой импульс, а если тот отразился – регистрирует отраженный сигнал. За счет этого осуществляется автоматическая блокировка экрана в режиме разговора или при перевороте смартфона дисплеем вниз. Традиционно сенсор приближения откалиброван таким образом, что регистрирует лишь 2 состояния: «посторонний предмет ближе N (обычно 5) сантиметров» и «посторонний предмет дальше N см».

Акселерометр

Этот сенсор смартфона расположен на плате и представляет собой миниатюрный электромеханический прибор, регистрирующий малейшие движения. В обязанности этого датчика входит переключение ориентации экрана смартфона при наклоне, управление в играх, регистрация особых жестов управления (вроде потряхивания или постукивания по корпусу), а также замер шагов (путем подсчета ритмических колебаний в процессе ходьбы).

Обычный двухосевой акселерометр в смартфоне

Бывают двухосевые и трехосевые акселерометры. Особенностью акселерометра является то, что в состоянии покоя — одна из осей всегда будет показывать значение в районе 9-10 м/с 2 (в трехосевом трехмерном акселерометре). Это связанно с тем, что сила тяжести Земли составляет в среднем 9,8 м/с 2 .

Гироскоп

Гироскоп отвечает за определение движения и ориентации смартфона в пространстве. Он тоже конструкционно представляет MEMS (микроэлектромеханическую схему), расположенную на системной плате. Сферы его применени пересекаются с таковыми у акселерометра. Основные отличия состоят в том, что гироскоп имеет заметно большую точность и измеряет движение не в м/с 2 , а радианах или градусах на секунду. За счет этого его можно использовать для отслеживания поворотов головы в VR-гарнитуре, а также более точно реализовать жестовое управление.

Гироскоп MEMS под микроскопом

Магнитометр и датчик Холла

Магнитометр измеряет величину магнитного поля окружающего мира. Он также проводит измерения в трехмерном пространстве (по трем осям декартовых координат — X, Y и Z). Основная функция магнитометра – более точное определение местоположения в ходе навигации. В этом режиме использования он выполняет функцию цифрового компаса. Благодаря тому, что одна из осей, которая расположена в плоскости с Северным полюсом Земли, регистрирует постоянно повышенный фон. Магнитометр помогает более точно определять, в какую сторону относительно севера движется смартфон.

Магнитометр смартфона

Часто магнитометр называют датчиком Холла, однако это не совсем тождественные понятия. Подробнее о датчике Холла мы писали в другой статье . Отличия состоят в том, что первый является более универсальным и чувствительным. Магнитометр способен производить замеры магнитного излучения, в то время как только регистрирует его наличие/отсутствие и уменьшение/усиление. В современных смартфонах отдельный датчик Холла обычно не ставят, так как универсальный магнитометр полностью покрывает его функциональность.

Одной из альтернативных функций магнитометра является поиск проводки в стенах. Проводник под напряжением генерирует слабое электромагнитное излучение, а чувствительность сенсора составляет единицы микротесла. Если водить смартфоном по стене, то в месте заложения кабеля магнитный фон будет повышенным.

Датчик гравитации

Измеряет силу притяжения нашей планеты в трехмерном пространстве. В состоянии покоя (когда смартфон лежит на столе), его показания должны совпадать с акселерометром: по одной из осей сила гравитации будет близка к 9,8 м/с 2 . Самостоятельно этот сенсор обычно не используется, но помогает работе других. В режиме навигации он определяет, в какой стороне земная поверхность, чтобы быстрее определить правильное положение смартфона. При использовании в VR за счет сенсора гравитации осуществляется правильное позиционирование картинки.

Датчик линейного ускорения в смартфоне

Принцип его работы практически идентичен акселерометру, единственное отличие кроется в инертности. То есть, показания этого сенсора не зависят ни от каких глобальных внешних факторов (вроде гравитации). Единственное, что он регистрирует – это скорость перемещений смартфона в пространстве относительно его прежнего положения.

Определять положение аппарата в пространстве датчик линейного ускорения не способен (нет привязки к внешним ориентирам), но это и не нужно (с данной задачей отлично справляются сенсор гравитации и акселерометр). Отсутствие привязки к внешним ориентирам позволяет поворачивать объекты на дисплее безотносительно этих ориентиров, например, в играх. Также данный сенсор, в совокупности с другими, повышает общую точность определения движений.

Датчик вращения

Он определяет направление и частоту вращения смартфона относительно одной из осей трехмерного пространства. Как и датчик ускорения, является независимым и не привязан к внешним ориентирам. Часто выполняется в составе одного модуля с сенсором линейного ускорения. Отдельно, как правило, не задействуется, но позволяет корректировать работу других сенсоров для повышения точности. Также помогает при управлении жестами, например, покрутив смартфон в кисти руки активируется камера.

Гироскоп MEMS в разрезе

Температурные датчики

Современный смартфон обильно напичкан цифровыми термометрами. Конструкционно они представляют собой термопару: резистор с двумя выводами, сопротивление между которыми меняется в зависимости от температуры. Так как он относительно примитивен, то может быть выполнен даже внутри полупроводникового чипа.

В каждом смартфоне обязательно имеется датчик температуры батареи. При ее перегреве он отключает зарядку или снижает силу тока на выходе, чтобы предотвратить закипание электролита, которое влечет возгорание или взрыв. Также распространены термометры внутри SoC (в количестве от пары штук – до десятка и более). Они измеряют температуры процессорных ядер, графического ускорителя, различных контроллеров. Иногда встречаются и датчики окружающей температуры, но они распространены слабо. Причина тому – низкая точность, так как тепло от внутренностей аппарата и рук пользователя искажает показания.

Датчик давления (барометр) в смартфоне

Барометр в смартфоне измеряет атмосферное давление (в мм ртутного столба, бар или паскалях). Он позволяет корректнее определять местоположение и высоту над уровнем моря, так как при подъеме давление снижается. Также он может использоваться в качестве альтиметра, замеряя высоту над уровнем моря, но точность оставляет желать лучшего, так как атмосферное давление меняется вместе с погодой. Еще меньше востребована функция корректировки прогноза погоды в метеорологических программах и виджетах.

Гигрометр

Гигрометр измеряет влажность воздуха. Его основное предназначение очевидно, но популярностью данный сенсор не пользуется. В теории с его помощью можно корректировать данные прогноза погоды. Зная показания, можно также управлять микроклиматом в помещении, включив увлажнитель или осушитель воздуха. Единственный из известных смартфонов с гигрометром – уже старенький Samsung Galaxy S4.

Пульсометр или датчик сердечного ритма в смартфонах

Пульсометр способен измерять частоту и ритм сердечных сокращений. В процессе занятий спортом он дает возможность наблюдать за работой сердца и корректировать нагрузки для повышения эффективности тренировок. Недостатком пульсометра является потребность в плотном контакте смартфона с частью тела, в которой кровеносные сосуды находятся близко к поверхности (например, пальцами), чтобы уловить малейшие пульсации. Из-за этого популярности в смартфонах он не приобрел, а вот в смарт-часах и фитнес трекерах встречается повсеместно.

Для чего применяется датчик Холла в смартфоне.: spayte — LiveJournal

В каждом современном смартфоне устанавливается свыше 5 вариантов датчиков: температурный (до 10 штук), оптический, G-сенсор, акселерометр, гироскоп, сканер отпечатка пальца, датчик Холла. И с предназначением именно последнего у пользователей нередко возникают вопросы.

«>

Что это за датчик

Производителями указывается, что датчик Холла в телефоне необходим для измерения параметров магнитного поля – это требуется для нормальной работы навигации и ускорения «холодного» пуска GPS. И он косвенно позволяет определять свойство ферромагнетизма окружающих материалов, как полноценный металлоискатель.

В смартфонах используется упрощённая вариация датчика, который не умеет определять напряжённость (хотя в старых смартфонах были и полнофункциональные, например, в Motorola XT894). Зато он реагирует на полярность составляющих магнитного поля Земли.

Что такое в смартфонах датчик Холла, отлично знают ещё владельцы гаджетов от Samsung – именно в устройствах данного производителя его функционал раскрывается полностью. Например, в смартфонах серии Galaxy Note сенсор дисплея меняет режимы работы в зависимости от того, вытащен ли стилус S-Pen (он снабжён магнитом).

Как работает датчик Холла

Принцип работы основан на эффекте Холла (назван в честь учёного, который и открыл данное явление).

Его ключевые особенности:

1. В проводнике, через который течёт постоянный ток, помещенный в магнитное поле, на краях возникает разница положительного и отрицательного потенциалов.
2. Процесс перемещения электронов к одной из граней проводника происходит до тех пор, пока движение заряженных частиц не компенсируется силой Лоренца (от магнитного поля).

Датчик, устанавливаемый в смартфонах, считывает следующие значения: наличие или отсутствие разницы потенциала, а также на каких краях возникает скопление электронов.

Для чего он нужен в телефоне

Итак, разберёмся, зачем необходим датчик Холла в смартфоне:

1. Для взаимодействия с магнитным чехлом. С помощью магнитного сенсора телефон «понимает», в каком сейчас положении защёлка. Если открыта, то дисплей тут же включается. Если закрыта – выключается. Помогает быстро прочитать уведомления или посмотреть время, для чего в остальных смартфонах требуется нажимать клавишу разблокировки.
2. Для навигации. В зависимости от того, на каких гранях проводника возникает разница потенциала, телефон определяет полярность магнитного поля земли. Так работает цифровой компас. По точности он не уступает аналоговому.
3. Для определения положения смартфона в пространстве. И исходя из полученных данных устройство «поворачивает» изображение на дисплее. А во флагманских моделях от Samsung эта информация используется ещё для определения оптимальных параметров ISO при включённой камере (за счёт определения положения относительно плоскости земли).

Кстати, он использовался даже в старых кнопочных «звонилках», преимущественно – в «раскладушках». Дисплей включался автоматически только при открытии такого телефона.

Принцип взаимодействия с магнитным чехлом

Взаимодействие с магнитными чехлами – самый распространённый вариант использования датчика Холла.

Работает следующим образом:

1. Когда дисплей закрыт чехлом, он отключается или переходит в режим показа времени и текущих уведомлений (если такая функция предусмотрена встроенной ОС, в самом чехле имеется вырез или «окошко»).
2. Когда дисплей не закрыт чехлом, то он работает в привычном режиме.

Магнит, на который и реагирует смартфон, размещается в лицевой защитной части чехла, прикрывающей дисплей. Когда чехол раскрывают, то магнит перемещается в сторону, что и считывает телефон. Если магнит извлечь, то смартфон реагировать на чехол не будет.

Отключение датчика

Отключить датчик с помощью настроек нельзя – такой функции ни в Андроиде, ни в iPhone не предусмотрено. В некоторых моделях ZTE производитель самостоятельно добавлял такую возможность. Ещё сделать это можно при наличии прав root (для Android-девайсов) через установку модуля Xposed. Но смысла в этом мало, так как датчик Холла потребляет мизерное количество тока (примерно 0,05% от ёмкости АКБ за весь цикл разрядки). Если нужно отключить взаимодействие с чехлом, то проще из него вытащить магнит.

Итак, датчик используется для измерения полярности магнитного поля. Применяется преимущественно для взаимодействия с фирменными аксессуарами (чехлы, стилусы, клавиатуры) и для работы цифрового компаса. Возможно, в ближайшем будущем производители найдут и иные варианты его использования. Например, в Китае предлагали с его помощью определять радиационный фон (при его воздействии тоже меняется полярность на проводнике).

В каких бюджетных смартфонах есть датчик холла. Что такое датчик Холла в смартфоне и зачем он нужен? Области применения датчиков Холла

Современный смартфон может быть настолько многофункциональным, что его владелец не всегда в курсе всех характеристик и возможностей своего аппарата. Например, вы знаете, что такое датчик Холла в смартфоне? Как он работает и для чего нужен? Предлагаем вам узнать об этой характеристике больше!

Что значит датчик Холла в смартфоне?

Мы уже в курсе, зачем гаджету модуль приближения или гироскоп. Но что такое датчик Холла в смартфоне? Это определитель положения, чье действие основано на эффекте Холла. Данный приборчик фиксирует как наличие магнитного поля, так и измеряет его напряженность.

Датчик и сам эффект назван по имени известного физика Э. Холла. Именно этот ученый установил, что при помещении в центр магнитного поля проводника-пластины, по которой идет переменный ток, в нем (поле) проявится холловское напряжение — поперечная разность потенциалов.

В описанном случае электроны в проводнике отклоняются строго перпендикулярно направлению самого магнитного поля. Отсюда их плотность на разных частях пластины будет отличной. Вот эту разность потенциалов и фиксирует измеритель.

А что такое датчик Холла в смартфоне? Это еще более простой прибор — он призван определять лишь наличие магнитного поля, не измеряя его напряженность. Кроме того, гаджет наверняка снабжён еще и магнитным датчиком, который позволяет использовать ваш смартфон в качестве компаса.

Где он применяется?

Мы с вами установили, что такое датчик Холла в смартфоне. Однако гаджеты — это не единственная сфера применения изобретения, которое также отличается возможностью бесконтактного управления каким-либо устройством.

Надо сказать, что эффект Холла был открыт сравнительно давно — в 1879 году. А впервые применили его на практике только спустя 75 лет после этого события. Полезен он оказался для автомобилей — датчик использовали для измерения угла расположения коленвала, распредвала. В более старых моделях машин датчик Холла определял момент образования искры.

• бесконтактные выключатели;
• системы, предназначенные для чтения магнитных кодов;
• устройства, используемые для бесконтактного определения в проводниках силы тока;
• измерители уровня жидкости;
• ионные ракетные двигатели.

Кроме того, было выяснено, что датчик Холла способен заменять магнитоуправляемые герметичные контакты — герконы. Они имеют широкую сферу применения: микроэлектроника, охранные сигнализации, клавиатуры, лифты, наушники.

Зачем датчик Холла в смартфоне?

Мы с вами выяснили, что данный прибор определяет наличие магнитного поля. Но тогда для чего нужен датчик Холла в смартфоне сегодня? Все просто — он определяет, открыт или закрыт «умный» чехол с магнитной застежкой. Если магнит далеко (датчик «не видит» его на определенном расстоянии), то дается команда на включение дисплея. Если же застежка близко (а значит, пользователь закрыл чехол), то датчик сигнализирует системе, что экран нужно перевести в спящий режим.

Полезен этот измеритель и для бамперов для смартфонов с «окошком» на дисплее. Так, например, если вы захлопнули чехол, то датчик Холла это фиксирует. Он дает сигнал системе, что нужно транслировать на экране заставку, специально предназначенную для «оконца». Чаще всего это время, дата, важные уведомления. Убрали дверку чехла — команда от датчика на отображение на дисплее полной информации.

Другие функции в смартфонах

Взаимодействие с магнитными крышками — это самое распространенное применение датчика в современных гаджетах. Однако надо отметить, что он с успехом использовался в более ранних моделях смартфонов:

• Функция «цифровой компас» действовала благодаря датчику Холла. И сегодня он используется навигационными приложениями для общего улучшения позиционирования и более высокой точности определения вектора движения.
• Активация/дезактивация подсветки при открытии/закрытии устройства-«раскладушки». Здесь действие схоже с современной ситуацией с магнитными крышками чехлов.

Есть ли в моем телефоне датчик Холла?

Чтобы ответить на вопрос в подзаголовке, проще всего обратиться к характеристике вашего гаджета на официальном сайте производителя или в инструкции к девайсу. Однако не все изготовители указывают, снабжено ли конкретное устройство датчиком Холла.

Но существует простой способ проверки. Если к модели вашего смартфона выпускаются «умные» обложки или чехлы (в т. ч. и с «окошками»), имеющие магнитную застежку, то, скорее всего, в аппарате датчик Холла есть.

Среди популярных сегодня на рынке моделей этот модуль имеют следующие:

• Lenovo Vibe S1.
• Meizu Pro5.
• Meizu M2 Mini.
• LG Nexus 5X.
• Meizu M2 Note и проч.

К сожалению, в современных смартфонах возможности датчика Холла сильно усечены. Это объясняется минимизацией толщины корпуса, желанием производителя снизить расход заряда батареи, отсутствием потребности в расширенных за счет него функциях. Сегодня задач у датчика две — взаимодействие с «умным» чехлом или обложкой и карманный компас.

Гаджеты оснащены множеством разнообразных датчиков, которые открывают новые функции и делают использование телефонов проще и комфортнее.

Мы уже составляли , которыми оснащены смартфоны, но не упоминали датчик Холла. Что это такое, для чего он нужен и как работает — все это можно узнать в этой статьей.

Зачем нужен датчик Холла?

Данный сенсор способен определять положение и основан на эффекте Холла, который был открыт в 1878 году. Ученому-физику удалось сделать открытие путем измерения напряжения тока в проводнике, который находился в магнитном поле.

На наших гаджетах применяется упрощенный вариант датчика Холла. Он способен определять наличие магнитного поля, но напряженность поля по разным осям не высчитывает. Вместе с ним на смартфонах часто используется магнитный сенсор, который отвечает за работу компаса.

Датчик Холла в смартфонах

Датчик Холла можно встретить преимущественно во флагманских смартфонах, для которых доступны специальные чехлы с магнитной защелкой — их часто называют умными чехлами или Smart Case. Сенсор умеет определять, закрыта или открыта крышка чехла, и в соответствии с этим включать/отключать дисплей устройства.

Стоит отметить, что не все производители указывают на наличие данного сенсора в характеристиках устройства. Точно в присутствии этого сенсора можно убедиться, если в качестве аксессуаров для гаджета доступны Smart Case.

Датчик Холла помогает навигационным программам быстрее измерять местоположение. Ранее он использовался в телефонах-раскладушках и помогал активировать экран, когда гаджет открывали, и выключать его, когда устройство закрывали.

Другое применение

Первоначально датчики Холла использовались на автомобилях, где они отвечали за измерение угла положения коленвала. Сенсор определяет момент, когда в автомобиле образовалась искра. Правда, это относится к старым машинам. Позже сенсором начали оснащать бесконтактные выключатели и измерители уровня жидкости. Еще они применялись в системах чтения магнитных кодов и даже в двигателях ракет.

Современный смартфон — это не просто звонки и SMS, а намного большее. Но сегодня мы поговорим не о том, как выходить с этих устройств в интернет, не о их гиперкоммуникационных возможностях и не о преимуществах той или иной мобильной операционной системы. Статья будет посвящена датчикам и сенсорам, которыми разработчики оснащают современные устройства, чтобы их функциональность стала еще более разнообразной. Итак, что такое датчики и сенсоры? Это микроустройства в самом смартфоне (плеере, планшете, навигаторе, ноутбуке, цифровой фотокамере, игровой консоли и т.д.), которые делают его умным, а также связывают с внешним миром. Без них смартфон не будет столь интересен и востребован, так как гаджет окажется без связи с окружающей средой. Именно с помощью датчиков и сенсоров появляется связь с миром вокруг, а значит, появляются новые удивительные функции.

Из основных датчиков и сенсоров, известных многим, и без которых сегодня не обходятся разве что совсем уж бюджетные мобильные телефоны, можно выделить следующие:

1. Proximity Sensor

2. Accelerometer

3. Light Sensor

4. Gyroscope Sensor

5. Magnetic Field Sensor (магнитный компас обычно не считают датчиком, но мы все-таки включили его в перечень)

Proximity Sensor (Датчик приближения)

Датчик приближения позволяет определить приближение объекта без физического контакта с ним. Например, датчик приближения, установленный на мобильном телефоне, позволяет отключать подсветку экрана при приближении телефона к уху пользователя во время разговора. То есть, его основная задача заключается в блокировании смартфона, чтобы пользователь не нажал случайно, скажем, щекой на отбой. Кстати, в данном случае экономится и заряд аккумуляторной батареи. Естественно, производители всячески пытаются расширить возможности этой функции. Например, год назад в Samsung Galaxy S3 появилась функция «Прямой вызов», которая при поднесении устройства к лицу позволяет звонить контакту, чьи сведения, журнал вызовов или данные о сообщениях отображаются на экране. Так же телефон с этим датчиком можно спокойно класть в карман или чехол, не боясь случайно совершить ненужный звонок.

Вообще, управление движениями — это следующий этап в общении между человеком и техникой, над чем сегодня работает масса производителей. Например, в прошлом году компания Pioneer представила модельный ряд автомобильных мультимедийно-навигационных GPS-систем, управлять которыми можно с помощью жестов. Pioneer назвала свою разработку «Air Gesture». Если пользователь подносит свою руку к передней части экрана мультимедийно-навигационной системы, она выводит окно с названием воспроизводимой в данный момент композиции и часто используемые команды управления: «Установить в качестве пункта назначения» и «Установить любимое место в качестве пункта назначения». Как только пользователь уберет руку от экрана, эти команды исчезнут, а навигационная карта снова отобразится на всем экране. Кроме того, путем перемещения рук по горизонтали, определенные функции, заданные пользователем, могут быть вызваны без нажатия кнопки. Можно установить одну из 10 функций, включая «Переключение между навигацией и AV-функциями» и «Пропуск воспроизводимой композиции / Воспроизведение предыдущей композиции». Датчик, который определяет движения руки, состоит из двух инфракрасных излучающих частей и одной приемной между ними. Когда рука движется к передней части экрана, приемный ИК-датчик обнаруживает отражения инфракрасного света. При горизонтально движущейся руке ИК-датчик определяет изменение таймингов инфракрасного излучения с правой и левой излучающих частей так, что становится понятным, в какую из сторон производится движение рукой. Кстати, производство моделей с пользовательским интерфейсом управления жестами Air Gesture уже началось.

Эта же функция реализована в новом флагмане Samsung Electronics — Galaxy S4. Кроме датчика приближения, рядом с фронтальной камерой расположен еще один датчик, который используется для распознавания жестов. Он распознает движения руки, принимая инфракрасные лучи, которые отражаются от ладони пользователя, и работает в паре с функцией Air Gesture, предоставляя пользователям возможность принять вызов, сменить музыкальную композицию или прокрутить web-страницу вверх или вниз буквально одним взмахом руки.

Accelerometer (Акселерометр)

Пожалуй, это самый распространенный датчик. G-сенсор, как его называют многие производители, сегодня можно встретить практически в каждом современном устройстве. Задача акселерометра проста — отслеживать ускорение, которое придается устройству. Вроде бы напрашивается вопрос, а зачем измерять ускорение смартфона? Но давайте задумаемся, в тот момент, когда мы переворачиваем телефон, происходит движения с ускорением. Акселерометр регистрирует его и, на основе полученных от него данных, запускает процесс, например, смены ориентации экрана. Датчик также используется для масштабирования страниц браузера при наклоне смартфона, обновление списка Bluetooth-устройств при встряске, в специфических приложениях, ну и, конечно же, в играх, особенно в симуляторах. Кроме этого, акселерометр используется в качестве карманного шагомера для подсчета количества шагов, сделанных пользователем.

В фотоаппаратах акселерометр используется для поворота отснятого кадра, а в ноутбуках — для срочной парковки головок жесткого диска, если вдруг компьютер падает. А в автомобилях он служит для срабатывания подушек безопасности при ударе. Проще говоря, акселерометр имеет дело с положением устройства в пространстве и наклоном корпуса, опираясь при этом на его ускорения при смене этого положения.

Light Sensor (Датчик освещенности)

Задачи этого датчика предельно просты и заключаются в том, чтобы определить степень наружного освещения и соответственно настроить яркость экрана. Благодаря такой автонастройке яркости, стала возможной экономия электроэнергии, особенно если вы хотите оптимизировать расход вашего аккумулятора. Пожалуй, это самый старый датчик в мобильном мире, и даже при том, что в работе этого датчика вроде бы нет никаких возможностей по улучшению функциональности, производители и в этом случае стараются сделать работу со смартфоном еще более комфортной.

Например, в мобильной операционной системе iOS 6 от Apple появилась возможность регулировки автояркости. Ранее датчик освещенности был полностью автоматизированным и регулировал яркость экрана на свое усмотрение. Теперь же пользователь получил возможность контролировать работу этого датчика. Вы можете легко определить уровень яркости, который комфортен для вас, и iOS принимает этот выбор во внимание при расчете уровня яркости для новых условий освещения. Однако для того чтобы датчик корректно функционировал, необходимо произвести небольшую настройку устройства.

Gyroscope Sensor (Гироскоп)

Если возможности акселерометра по большому счету исчерпаны, а сферы его применения четко ограничены, то устройство еще одного инерционного датчика, которым является гироскоп, в смартфонах освоены еще не до конца. История использования гироскопов берет свое начало еще в конце XIX века. Инерционные датчики на тот момент были распространены во флоте, так как с помощью гироскопа наиболее точно можно определить расположение сторон света. Позже, благодаря столь уникальной функции, гироскоп получил широкое распространение и в авиации. По своей конструкции гироскоп в мобильных телефонах напоминает классические роторные, представляющие собой быстро вращающийся диск, закрепленный на подвижных рамах. Даже при смене положения рам в пространстве ось вращения диска не изменится. Благодаря постоянному вращению диска, например, с помощью электромотора, и существует возможность постоянно определять положение объекта (в котором есть гироскоп) в пространстве, его наклоны либо крены.

Гироскопы в современных устройствах основаны на микроэлектромеханическом датчике, но принцип действия инерционного датчика остается тем же. В это же семейство входят акселерометры, магнитометрические и прочие узкоспециализированные датчики. Рынок этих миниатюрнейших элементов, также известных как MEMS, получил серьезный толчок для развития в тот момент, когда Apple начала устанавливать гироскоп в iPhone 4, а затем и в iPod Touch. Успешные продажи мобильных устройств привели к тому, что производители элементов MEMS успешно обосновались на мобильном рынке. Apple iPhone 4, где впервые был использован гироскоп и два MEMS-микрофона для подавления шума, произвел огромный эффект на индустрию телефонов. Например, в конце 2010 года менее пяти телефонов, выпущенных на рынок, могли похвастаться наличием гироскопа, а в 2011 году уже было представлено более 50 моделей телефонов и планшетов с гироскопом.

Гироскопы, встроенные в мобильные телефоны, делают качество игр наиболее высоким. С помощью данного датчика для управления игрой можно пользоваться не только обычным поворотом устройства, но и скоростью поворота, что обеспечивает более реалистичное управление. Кроме игр гироскоп используется в браузерах дополненной реальности для более точного позиционирования устройства в пространстве, а также в управляемых при помощи смартфонов на платформах iOS и Android радиомоделях летательных аппаратов.

Magnetic Field Sensor (Магнитный компас )

После прихода в наш мир GPS-приемников, появились и цифровые компасы, правда, в эпоху развития навигационных технологий от них не так много пользы. Магнитометр, как и привычный магнитный компас, отслеживает ориентацию устройства в пространстве относительно магнитных полюсов Земли.

Информация, полученная от компаса, используется в картографических и навигационных приложениях. На практике это устройство показало себя довольно хорошо и сегодня незаменимо в ряде игр и приложений, например, в браузере дополненной реальности Layar.

Прочие датчики и сенсоры

Барометр

Помогает с позиционированием и этот сенсор. Барометр стал появляться в смартфонах совсем недавно, с выходом Samsung Galaxy Nexus, и может уменьшить время подключения к сигналу GPS. Встроенный барометр измеряет атмосферное давление в текущем местоположении владельца смартфона и определяет высоту над уровнем моря. Многие флагманские смартфоны сегодня оснащаются не только приемниками GPS и ГЛОНАСС, но и барометром, благодаря чему захват сигнала от спутника и определение первоначального местоположения происходит мгновенно. Эта функция пригодится и в случае, когда пользователь передвигается по наклонным плоскостям, будь то холм или гора, потому что в зависимости от атмосферного давления и высоты, может подсчитать точное количество калорий, которые сжигаются во время прогулки. Ну и, соответственно, для определения давления и погодных условий прямо со своего смартфона.

Рассмотрим принцип работы этого датчика на примере смартфона Samsung Galaxy S III, где определение разницы давления может быть пересчитано около 25 раз в секунду. Такая скорость позволяет четко определять движение человека вверх и вниз, то есть использовать навигацию не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Таким образом, мы получаем объемную навигацию, которая полностью соответствует действительности. Например, при навигации в торговом центре вам будет недостаточно обычного GPS-навигатора, так как он укажет точку на плоскости земли, а не то, на какой высоте находится ваш маршрут. А автомобильные навигаторы могут ориентироваться в многоэтажных парковках и многоярусных дорогах.

Датчик давления позволяет это осуществить, и вы получите не только точные координаты заданного места, но и информацию, на каком этаже или высоте пролегает ваш маршрут. Обычно подобные датчики включают в себя и систему обработки данные, а их размеры находятся в пределах 3х3х1 мм. Крошечный сенсор реагирует на изменения по высоте с точностью до 50 см. Методика реализована путем сравнения внешнего атмосферного давления по отношению к вакуумной камере внутри датчика. Помимо вакуумной камеры и сенсоров, в миниатюрном корпусе устройства поместились встроенный микропроцессор, аналоговый усилитель, цифровой со-процессор и элемент энергонезависимой памяти.

Датчик температуры/влажности

Такой датчик стал новым дополнением к Samsung Galaxy S4. Он определяет уровни температуры и влажности окружающей среды через небольшое отверстие, расположенное в основании смартфона. А потом датчик определяет оптимальный уровень комфорта и отображает эту информацию на экране приложения S Health. Кроме этого, температурный датчик позволяет откорректировать погрешности давления, вызванные изменением температуры воздуха. Те же, кто хочет незамедлительно воспользоваться возможностями температурного датчика, могут обратить внимание на разработку ученых компании Robocat.

Они создали крошечный электрический термометр Thermodo, который подключается к телефону через порт наушников. Thermodo состоит из пассивных датчиков температуры, встроенных в стандартное 4-полюсное гнездо для наушников в прочном корпусе. Никакого подключения к сети не требуется, устройство получает питание от телефона и потребляет мало энергии. Когда измерение температуры не требуется, Thermodo можно повесить на ключи в виде брелока. С помощью Thermodo можно измерить температуру как в помещении, так и на открытом воздухе.

3D-сенсор

Сенсор, который постоянно сканирует окружающее пространство и создает компьютерную виртуальную модель с высокой точностью. Что-то подобное представляет из себя Kinect, но новая версия планшета Google Nexus 10 получила сенсор намного компактнее и уже есть готовые приложения, которые могут работать на планшете и продемонстрировать возможности не только самых современных игр.

Помимо прочего, сенсор Capri 3D, который был представлен в рамках конференции Google I/O 2013 компанией PrimeSense, умеет регистрировать движения и получать метрические параметры предметов. Кстати, эта развитие этой технологии доказывает предположение IBM, что в середине этого десятилетия общения с помощью приложений для видеоконференций начнут напоминать 3D-голограммы.

Безопасность

Недавно профессор Суортмор колледжа (штат Пенсильвания, США) Адам Дж. Авив продемонстрировал возможность осуществления атак, используя данные, полученные акселерометром смартфона. Оказалось, что данные, полученные сенсорами смартфона, могут помочь злоумышленникам получить доступ к кодам разблокировки устройства. Они могут узнать Pin-коды и пароли пользователя. Получать информацию через сенсоры гораздо легче, чем через приложения, загружаемые на смартфон, утверждает профессор. Исследователи провели анализ данных, полученных акселерометром, и составили своеобразный «словарь» движений смартфона при введении пароля, после чего разработали программное обеспечение, позволяющее расшифровывать Pin-коды при помощи данных, полученных с акселерометра. В ходе исследований ученым удалось правильно определить Pin-код в 43% случаев, а пароль — в 73%. Система дает сбои, когда пользователь находится в движении во время использования устройства, так как движения создают дополнительные помехи, и получить от акселерометра точные данные весьма трудно.

Эксперты, занимающиеся мобильной безопасностью, также считают, что чем больше у смартфона сенсоров, тем больше данных они могут зафиксировать, а это значит, что проблема защиты устройства становится более острой. Сейчас исследователи разрабатывают методы для предотвращения утечки данных, собранных гироскопами, акселерометрами или другими сенсорами. Так что можно предположить, что с развитием технологий и расширением функционала датчиков ситуация в сфере безопасности будет только накаляться.

Перспективы

Недавно американский изобретатель Джейкоб Фрэйден основал компанию Fraden Corporation и запатентовал систему бесконтактного измерения температуры для мобильных устройств. На тыльной стороне смартфона размещается небольшой инфракрасный датчик, который всего за секунду может снять показания температуры тела пользователя. Таким образом, в будущем смартфоны вполне могут превратиться в наших персональных медицинских помощников. Фрэйден собирается создать также средства измерения ультрафиолетового излучения и электромагнитного загрязнения. А вот сотрудники из лаборатории Next Lab Массачусетского технологического института утверждают, что скоро датчики в смартфонах смогут обнаруживать аритмию и тахиакардию, что заставит пользователей своевременно обращаться за помощью к врачам.

По мнению специалистов из IBM, к 2017 году смартфоны получат обоняние. Крошечные датчики запаха могут быть встроены в смартфоны и другие мобильные устройства. Обнаруженные следы химических соединений будут передаваться на мощное облачное приложение, способное проанализировать все, начиная от угарного газа до вируса гриппа. В результате, если вы чихнули, телефон сможет рассказать вам о вашей болезни.

Все самое интересное только начинается, и сегодня работы идут по массе направлений. Например, не исключено, что в ближайшем будущем ваш смартфон с помощью определенного рода датчиков научится имитировать тактильные ощущения. Вы сможете различать ткани, текстуры и переплетения. А звуковые датчики в сочетании массивными облачными вычислительными системами получат сверхчеловеческие слуховые возможности. Эх, чего только нельзя предположить, тем более, что масса предположений, расчетов и даже фантазий в последние годы стала сбываться с удивительной скоростью.

Датчики представляют собою разнообразные устройства, состоящие из различных микроэлектромеханических компонентов, которые позволяют получать и считывать различные дополнительные данные. Это позволяет сделать более удобной работу с гаджетом и добавить ему функциональности.

Безусловно, общеизвестным является тот факт, что современные смартфоны напичканы множеством датчиков, но их применение и количество зачастую остается загадкой, потому как производители представляют общественности информацию только о самых основных из них, как, например, датчики приближения, гироскоп или же акселерометр.

Сегодня мы хотим вам рассказать, какие датчики могут быть в смартфоне и зачем они нужны.

Датчик ориентации или ускорения – акселерометр. Это самый обыкновенный вид датчика, который наблюдается чуть ли не в каждой модели смартфонов или планшетов. Необходим он для того, чтобы регистрировать пространственные повороты девайса из портретного положения в положение ландшафтное. Зачастую, конкретно акселерометр называется G-sensor. Обычно, существуют три оси, по которым датчиком регистрируется разница между ускорением самого объекта и гравитационным ускорением.

В последующем, процессор вычисляет значение разницы, анализирует, и направляет информацию в программное обеспечение. Согласно этой информации становится известно, в какой момент и куда поворачивать экран. Исходя из принципа работы, можно вывести главный недостаток датчика ориентации. Если значение ускорения крайне мало или его нет, то он останавливает процесс регистрации пространственного расположения девайса, или же погрешность в регистрировании достаточно высока. Это может оказывать отрицательное влияние на точности управления гаджетом в мобильных играх или в момент управления, к примеру, дроном. В таком случае помощь акселерометру оказывает следующий датчик.

Гироскоп. Необходим также для того, чтобы отмечать пространственное расположение девайса, но при этом свободно может осуществлять регистрацию угла наклона устройства по трем осям даже в том случае, если не происходит движение смартфона. Это повышает точность управления при игре на мобильном телефоне, так как разработчики благодаря гироскопу могут получать данные о том, насколько отклонилось устройство от каких-либо координат, и погрешность в таком случае равна примерно одному-двум градусам.

Датчик геомагнитного анализа. Он может реагировать на магнитные поля нашей планеты. Его еще частенько величают электронным компасом, потому что с его помощью девайс может отображать информацию о положении сторон света. Как пример, если есть геомагнитный датчик, смартфон может обходиться без GPS-модуля, определяя местоположение объекта. Это один из главных датчиков современных смартфонов и прочих устройств.

Зачастую для того, чтобы повысить точность, в смартфон устанавливаются еще датчики, работающие по схожему принципу, но обладающие более простым набором функций. Безусловно, пользователь может при помощи магнитометра выполнять его прямые функции – использовать его как металлоискатель, отыскивать проводку в стенах здания или как компас. В мобильных маркетах необходимо для этого искать нужное программное обеспечение.

Датчик приближения. Предоставляет возможность идентификации объекта и вычисления расстояния до него. В него входит излучатель инфракрасных лучей и их приемное устройство. Если приемное устройство не получает сигнал, это означает, что предмет отсутствует, а когда излучение попадает в приемник, то это свидетельствует о том, что существует предмет, отразивший собою луч. Широкое применение он находит, к примеру, отключая подсветку дисплея, когда смартфон поднесен к уху в момент звонка. Некоторые более прогрессивные варианты могут считывать некоторые жесты и в дальнейшем отвечать на это определенным действием. Порой датчик приближения может использоваться в случаях, когда при закрытии чехла необходимо погасить дисплей.

Датчик света или же датчик освещенности. Благодаря ему устройство может определять уровень освещенности окружающей соежы. Это позволяет автоматически изменять яркость подсветки дисплея. Это достаточно удобная функция – не приходится постоянно изменять уровень яркости экрана вручную. В более дорогих моделях смартфонов порой используется прогрессивная и расширенная версия датчика, которому под силу анализировать уровень интенсивности главных цветов (RGB), чтобы в последующем настроить цвета на дисплее или корректировать баланс белого в процессе фотографирования.

Промежуточный вывод

Если смартфон обладает только акселерометром, это говорит о том, что модель относится к самой бюджетной категории и обладает возможностью поворота экрана. Безусловно, порой производитель не предоставляет всеобъемлющую информацию о датчиках, которые есть в наличии, поэтому следует прочесть некоторые обзоры, где детально анализируется вся «начинка» мобильного устройства.

Если все датчики, что перечислены выше, имеются в смартфоне, а также в электронику устройства входят некоторые из тех, что будут рассмотрены ниже – это означает, что модель является довольно продвинутой.

Датчики, которые зачастую не встречаются в дешевых смартфонах

Датчик Hall. Позволяет улавливать и анализировать магнитные поля, но обладает весьма упрощенным механизмом работы. Реагирует на магнитное поле лишь в случае его усиления, а осевая напряженность не регистрируется. Будет удобен в случае, когда используются чехол SmartCover – дисплей гаснет в тот момент, когда улавливает приближение встроенного в чехол магнита. Стоит отметить, что если в числе поддерживаемых аксессуаров существует «умная обложка», то этот датчик в телефоне присутствует. Производитель не всегда могут указывать информацию о том, что сенсор встроен в устройство.

Барометр. Датчик, который позволяет определить значение атмосферного давления. Его можно использовать и по непосредственному предназначению, и в случаях, когда требуется определить уровень высоты над уровнем моря или выяснить расположение телефона.

Термометр. Предназначен для того, чтобы с высокой точностью определять температуру в окружающей его среде.

Гигрометр (или датчик влажности). Определяет уровень влажности. Как и предыдущий датчик, был представлен впервые в модели Galaxy S4, но теперь используется во многих смартфонах и прочих устройствах.

Педометр (или шагомер). По одному лишь названию данного сенсора можно догадаться, для чего он используется. Благодаря ему определяется, сделал ли человек шаг. Это автономный датчик, который с высокой точностью идентифицирует шаги, разгружая от работы акселерометр.

Датчик, сканирующий отпечатки пальцев. Конечно, было бы логичнее рассказывать про этот сенсор в статьях, где рассказывается про то, каким образом обеспечивается надлежащий уровень безопасности мобильного устройства. Но данный сенсор по достоинству может называться одним из наиболее необходимых и важных датчиков в современных смартфонах. Он позволяет не только повысить уровень безопасности устройства, но и открывать конкретные приложения, а также подтверждать транзакции.

Датчик, сканирующий сетчатку глаза. Позволяет считать и проанализировать уникальность сетчатки глаза. В моментах, когда необходимо обеспечивать безопасность смартфону. На слуху сенсор уже довольно-таки давно, но пока реализован он в немногих смартфонах.

Датчик, анализирующий биение сердца. Изначально был встроен в модели Galaxy S5 и применялся с той целью, чтобы телефон смог стать окончательно личным помощником и тренером. Приложение под названием S-Health умело получать гораздо больше информации о человеке на всех этапах тренировок, и это позволяло предоставлять пользователю лучшие индивидуальные рекомендации.

Датчик, регистрирующий насыщение крови кислородом. Не обладает аналогами, и также используется в вышеупомянутом приложении. Если подобные приложения появятся, то он сможет успешно работать и с ними.

Дозиметр. Позволяет получить и определить дозу или мощность ионизирующего излучения. Иначе говоря, при его использовании можно измерить фон радиоактивности.

Ряд вспомогательных датчиков смартфонов

Порой, для того, чтобы уровень точности был повышен, смартфоны обеспечиваются дополнительными сенсорами, которые обладают аналогичным, но более упрощенным набором функций.

• Вспомогательный датчик, позволяющий осуществлять пространственную ориентацию.
• Сенсор гравитации – указывает величину, а также направление силы тяжести.
• Указывающий значение ускорения вдоль всех трех осей, при этом не обращая внимания на уровень силы тяжести.
• Определяющий угол отклонения мобильного девайса в момент его вращения вокруг одной оси из трех.
• Датчик, который может определять ряд заранее установленных движений, как, например, потряхивание.
• Для определения жестов и движений.
• Позволяющий отслеживать и идентифицировать лицо.
• Датчик, который может получать лишь двойной клик по дисплею.
• Отслеживающий поворот не всего гаджета, а только его дисплея.

Конечно же, могут существовать и многие другие разнообразные датчики, но все секреты и тайны их использования известны только лишь разработчикам какого-либо программного обеспечения или же операционных мобильных систем.

Обзор смартфона Huawei Honor 9

7 августа 2017

Honor 9 – это оптимальное соотношение цены и качества. Смартфон отличается высокой производительностью, отличным качеством съемки и великолепным дизайном. Улучшенный сканер отпечатков пальца позволяет повысить скорость разблокировки телефона. В то же время эта усовершенствованная функция обеспечивает высокую степень защиты смартфона.

Дизайн и управление

Стильное изогнутое 3-D стекло подчеркивает изящность и эргономичность смартфона Huawei Honor 9. За счет изгибов задней стеклянной панели телефон удобно держать в руках. На стеклянной поверхности могут оставаться отпечатки пальцев, что отмечается потребителями как один из несущественных минусов. Уравновешивает этот недостаток матовая полоска металла по периметру корпуса: не скользкая, приятная на ощупь, не маркая.

Под экраном располагается сенсорная панель со сканером для отпечатка пальца. Датчик работает безупречно, сканирует практически мгновенно, вне зависимости от угла нажатия. Здесь же – две функциональные сенсорные клавиши, нажав на которые можно открыть меню или отменить действие («назад»). Кнопки питания и громкости расположены на правой боковой грани. В корпус встроены дополнительные датчики: цифровой компас, гироскоп для облегчения управлением игровыми функциями. За счет датчика Холла отключается экран смартфона при закрытии его чехлом.

Экран

Диагональ дисплея – 5.2 дюйма, что дает возможность просматривать не обрезанные изображения в высоком качестве. Разрешение в 1920*1080 (в формате Full HD) обеспечивает четкое естественное изображение. Отсутствует зернистость, зубчатость, отдельные пиксели незаметны, эффект усиливается за счет плотности пикселей в 423 PPI.

Качественную передачу переходов предоставляет широкий цветовой диапазон – 16000000 цветов заявлены в основном дисплее. Если ультра яркие цвета не устраивают пользователя, он может настроить баланс белого либо, для сохранения зрения, включить щадящий режим с фильтром синего цвета. Ночной режим поддерживает автоматическое отключение. Благодаря достаточной яркости текст на Honor 9 остается читаемым даже в самый солнечный летний день.

Камера: двойная основная и дополнительная

Основная камера Huawei Honor 9 представляет собой симбиоз двух отдельных камер. Одна – с монохромным сенсором, вторая – с цветным. Благодаря объединению информации, поступающей от обоих сенсоров, создается цветное изображение с высококачественным детализированным диапазоном и глубоким цветом, с максимальным количеством захваченного света.

Характеристики камер:

• монохромная камера – 20 Мп,

• цветная камера – 12 Мп,

• двухцветная светодиодная вспышка,

• F/2.2 – диафрагма основных камер,

• F/2.0 – диафрагма фронтальной камеры,

• оптический зум – двукратный,

• присутствует автофокусировка.

В условиях любой освещенности возможно получение качественных снимков с достаточным уровнем резкости. Любители селфи оценят портретный режим с бокэ (размытием фона). Единственное упущение – в смартфоне нет оптической стабилизации. Поэтому можно использовать только фазовую фокусировку.

Из-за недостатка оптической стабилизации не удастся снять видео, поворачивая камеру слишком быстро. Зато при плавной аккуратной съемке получаются видеоролики высокого качества с естественной детализацией. Режим профессиональной съемки позволяет адаптировать качество видео под уровень освещенности.

Коммуникации

Смартфон поддерживает работу двух nanoSIM. В Huawei Honor 9 встроен ИК-порт, Bluetooth стандарта v4.2. Подключение к сети – с помощью встроенного WiFi-адаптера. Поддерживается профиль A2DP, встроены модули GPS, Beidou, ГЛОНАСС.

Звук

Huawei позиционирует новый смартфон Honor 9 как мечту меломана. Объемное звучание обеспечивается технологией 3D-аудио. Идеально чистый звук музыки достигается за счет эквалайзера. Разъем для наушников стандартный, 3.5 мм. MP3-формат мелодии поддерживается и для вызова и для композиций плеера.

Батарея

Емкость аккумуляторной батареи – 3200 мAч. Смартфон работает как минимум сутки, если с него звонить и принимать звонки. Видео, просмотр фото, игры съедают больше энергии, особенно при максимальной яркости экрана. Поэтому зарядка требуется раньше, через 8-9 часов. Благодаря функции быстрой подзарядки восстановить полный заряд можно за 1,5 часа.

Производительность

Создатели смартфона заявляют, что Honor 9 отличается высочайшей производительностью. Это действительно так, 8-ми ядерный процессор Kirin 960 позволяет открыть сразу пять-десять вкладок в браузере, запустить приложения или играть в перегруженные графикой игры.

Корпус смартфона при значительной нагрузке греется, но скорость работы графической карты сохраняется на высоком уровне. Работа стандартных программ, серфинг интернет-пространства благодаря процессору происходит на комфортных скоростях.

Приложения быстро загружаются, снижение энергопотребления во время игр достигается за счет режима оптимизации и экономичного интерфейса EMUI 5.1 под управлением операционной системы Android 7.0 .

Huawei Honor 9 оснастили 4 Гб оперативной памяти. 64 Гб встроенной памяти предназначено для хранения фото, музыки, видео, сообщений и других файлов. При необходимости в слот для SIM вместо одной из карт можно вставить microSD с объемом до 256 Гб.

Слот для карт гибридный, поэтому пользователю нужно выбирать – либо используются две SIM-карты, либо увеличивается объем памяти. Если пользователь заинтересован в приобретении статусного телефона, способного по производительности и функциональности составить конкуренцию дорогим новомодным гаджетам – Huawei Honor 9 как раз для него. В этом смартфоне – двойная камера, которая поможет запечатлеть приятные мгновения как днем, так и ночью. Игроки оценят сочную игровую графику и высокую производительность. И ещё один плюс – привлекательная цена.

Смартфон Huawei Honor 9 представлен в электронном дискаунтере Ситилинк:

Приятных покупок в Ситилинк!

(PDF) Использование датчиков Холла для ввода трехмерного текста на смарт-часах

80 Раджкумар Дарбар и др. / Процедуры Computer Science 84 (2016) 79 — 85

Недавно исследователи вложили свои усилия в установку виртуальных клавиатур Qwerty либо напрямую, либо с небольшими модификациями

катионов на умных часах45

. Однако экранные клавиатуры требуют не только драгоценного места на экране, но и страдают от проблем с толстым пальцем и окклюзии.

В этой статье мы представляем механизм ввода текста на основе датчиков холла, который эффективно использует трехмерное пространство вокруг

умных часов для ввода буквенно-цифровых символов.В нашем подходе мы разместили четыре датчика Холла в четырех углах часов

, и пользователь рисует жесты персонажей (например, EdgeWrite 8) вокруг устройства, используя магнит правильной формы, закрепленный на пальце

. Преимущества нашей техники ввода текста: (а) не требуется места на экране (б) нет необходимости в визуальном поиске

для поиска символа и (в) нет проблем с жирным пальцем и загораживания. Предварительное исследование пользователей показывает, что пользователи

могут быстрее вводить текст с меньшим количеством ошибок.

2. Сопутствующие работы

В последнее время ввод текста на умных часах — это процветающая область исследований. Маленький сенсорный экран умных часов

страдает от визуальной окклюзии и проблемы с толстым пальцем. Как правило, во время взаимодействия пальцы закрывают экранное содержимое и элементы пользовательского интерфейса

, что мешает эффективному вводу текста на часах. Чтобы решить эти проблемы, исследователи

исследовали различные методы ввода текста для умных часов за последние два года.

В статье 4 S. Oney et al. предложил «ZoomBoard», который использует уменьшенную версию обычной клавиатуры Qwerty

. Пользователь должен сфокусироваться на определенной области клавиатуры, а затем нажать, чтобы увеличить эту область. Пользователь

может также увеличить масштаб в зависимости от количества установленных уровней масштабирования. После завершения масштабирования пользователь нажимает соответствующую кнопку

. Хотя этот механизм кажется пользователю удобным из-за знакомой схемы

, он по-прежнему требует двух или более осторожных касаний для масштабирования и выбора клавиши.Скорость ввода текста снижается из-за этих избыточных

заданий на нажатие. «Свайпборд» 7 делит традиционную клавиатуру Qwerty на девять областей, и для ввода любого символа пользователю

требуется два смахивания. Используя первое смахивание, пользователь указывает желаемую область символа, а второе смахивание выбирает

конкретного символа в этой области.

В статье 9 H. Cho et al. разработал прототип «DragKey» для ввода текста в наручных часах с крошечным сенсорным экраном.

Это круглая клавиатура, состоящая из 8 неоднозначных клавиш, расположенных вокруг текстового курсора.Каждой клавише назначено не более пяти букв

. Это позволяет пользователю вводить буквы, используя направления перетаскивания, независимо от того, где осторожно касались. Пользователю

нужно много времени, чтобы изучить этот макет. Кроме того, выполнение непрерывных жестов перетаскивания довольно сложно в ситуациях ходьбы

, а также медленнее, чем нажатие.

М. Данлоп и др. 6 предложили буквенный подход с неоднозначными клавишами для ввода текста. Они разделили экран часов на

семь зон, то есть шесть больших неоднозначных клавиш (три вверху экрана и три внизу) и центральную зону

для поля ввода ввода.OpenAdaptxt 12 используется для устранения неоднозначности ввода и методов ввода, таких как нажатие, и несколько жестов смахивания

используются для изменения режимов (алфавитный / числовой, нижний / верхний регистр, пунктуация), завершения слова или ввода

пробела. В целом это хорошо, но пользователь может столкнуться с трудностями при попытке ввести пароль и URL-адреса. Более того,

коммерчески доступных методов ввода текста на основе прогнозирования, таких как Minuum13, Swipe 14 и Fleksy15, также страдают от

подобных проблем.

Jonggi Hong и др. 5 разработали SplitBoard, которая является разновидностью клавиатуры Qwerty. Здесь раскладка Qwerty

разделена на несколько слоев. Пользователь видит один слой клавиш и должен проводить пальцем влево или вправо, чтобы нажимать клавиши, присутствующие на других уровнях

. Он интуитивно понятен в использовании, так как не требует сложного обучения. Но размер ключа SplitBoard не велик

, чтобы избежать проблемы с «толстым пальцем».

Ф.Пуарье и др. 11 разработали «UniWatch» на основе метода UniGlyph26 и поддерживают ввод текста на часах smart-

с использованием только трех клавиш i.е. диагональная клавиша (‘/’), петлеобразная клавиша (‘(‘) и прямая клавиша (‘|’). В

paper17 JM Cha предложил виртуальную скользящую клавиатуру Qwerty (VSQ), которая использует виртуальную клавиатуру QWERTY. макет и метод

‘Tap-N-Drag для перемещения qwerty-клавиатуры до тех пор, пока на экране не отобразится целевая буква.

Клавиатуры, которые обсуждались до сих пор, требуют значительного количества места на дисплее часов. В последнее время Funk et

al.10 исследовали новый метод ввода текста для умных часов с помощью сенсорного браслета.Для этого метода

не требуется места на экране, поэтому экран часов можно использовать для отображения фактического контента.

Однако датчик эффекта Холла и магнитометр для входа также были исследованы в контексте различных устройств.

Карунанаяка К. и др. 22 разработали инновационный интерфейс наведения для компьютеров, отслеживая трехмерное положение пальца

изношенного неодимового магнита над сеткой датчиков эффекта Холла. В статье 19 Ке-Ю Чен и др. представил uTrack, который превращает

пальцев в систему ввода 3D-указателей для носимых устройств с использованием считывания магнитного поля.Abracadabra 20

COLUMN Vol.4 Обнаружение движения с ИС переключателя на эффекте Холла

Эпоха Интернета вещей ── Были ли у вас проблемы с обнаружением движения вещей?

～ Почему ИС переключателя на эффекте Холла идеально подходят для решения таких проблем? ～

Теперь, когда мы вступили в эпоху Интернета вещей, важность точного определения положения и статуса вещей как никогда высока. Проблема в том, на какой технологии должен быть установлен механизм.Например, умные дома должны знать, открываются или закрываются окна и двери. Следовательно, электронный механизм для обнаружения этих условий должен быть очень маленьким, потреблять очень мало энергии и не должен выходить из строя в течение длительного периода времени.
Какой технологией должен быть такой механизм? Ответ — использование ИС переключателя на эффекте Холла.

Пределы физических переключателей и оптических датчиков

Обнаружение движения таких предметов, как окна и двери дома, а затем преобразование их в электрические сигналы традиционно выполнялось с помощью механических переключателей.

Однако для того, чтобы физический переключатель обнаруживал движение открытия и закрытия окна или двери, конструкция становится сложной, потому что переключатель требует движения нажатия или движения скольжения. Кроме того, если вокруг движущейся секции скапливается пыль или устройство подвергается воздействию влаги, оно может легко выйти из строя, и нет гарантии, что он будет стабильным в течение длительного периода времени.

Итак, что насчет бесконтактных переключателей, созданных на основе светоизлучающих диодов с оптическими датчиками? Этот механизм упростит физическую конструкцию и облегчит проектирование.Однако есть опасения, что окружающий свет и грязь могут снизить чувствительность датчиков. В этом случае также сложно снизить энергопотребление.

ИС переключателя на эффекте Холла в качестве опции

ИС переключателя на эффекте Холла — это технология, которая может решить все технологические проблемы, описанные выше. ИС переключателя на эффекте Холла — это ИС, в которой используются полупроводниковые датчики для преобразования магнитной силы в электрические сигналы. Существует три типа магнитного обнаружения: униполярное обнаружение, многополярное обнаружение и альтернативное обнаружение.ИС переключателя на эффекте Холла, в которых используются эти методы, имеют характеристики, описанные ниже.

(1) Однополярное обнаружение / многополярное обнаружение

Униполярное обнаружение / многополярное обнаружение ИС переключателя на эффекте Холла — это ИС переключательного типа, которые обнаруживают близость магнитов и выходных сигналов. Когда магниты удаляются, они возвращаются в исходное состояние. Униполярные блоки обнаружения реагируют либо на N, либо на S полюса, а многополярные блоки обнаружения реагируют на оба полюса.
Эти типы ИС переключателей на эффекте Холла могут использоваться вместе с магнитами в качестве бесконтактных переключателей.Поэтому они широко используются для обнаружения открытого или закрытого состояния раскладных телефонов и портативных компьютеров.
Например, небольшой магнит можно разместить на стороне экрана мобильного телефона, а ИС переключателя на эффекте Холла — на стороне клавиатуры. Когда пользователь закрывает телефон, ИС переключателя на эффекте Холла определяет близость магнита, затем выдает сигнал и переводит сотовый телефон в спящий режим.

(2) Альтернативное обнаружение

Альтернативное обнаружение ИС переключателя на эффекте Холла обнаруживают чередование полюсов N и S.Также известно как биполярное обнаружение.
Например, вращается круглый магнит, и рядом с ним размещается ИС переключателя на эффекте Холла альтернативного обнаружения. Это позволяет измерять скорость вращения круглого магнита. Этот тип переключателя на эффекте Холла используется для управления скоростью вращения двигателей и вентиляторов.

Широкий выбор ИС переключателей на эффекте Холла

Превращение желаний инженеров в нечто осязаемое

Как видно из приведенного выше описания, концепция ИС переключателей на эффекте Холла очень проста.Их можно применять ко многим различным переходам и функциям магнитного зондирования.

Таким образом, ABLIC предлагает множество различных типов ИС переключателей на эффекте Холла для решения инженерных задач. Сегодня мы расширяем ассортимент наших ИС переключателей на эффекте Холла для приложений в мире Интернета вещей, таких как ИС переключателей на эффекте Холла низковольтного типа, высокого напряжения пробоя, высокоскоростной работы и высокотемпературного режима работы.

ИС переключателя на эффекте Холла от ABLIC также обладают такими общими чертами, как компактность, низкое энергопотребление, высокая точность и высокое качество.Что касается энергопотребления, они являются одними из самых низких в отрасли. Плотность монтажа корпуса одна из лучших в отрасли. У нас есть много различных моделей, в основе которых лежит наш SNT-4A без вывода выводов (4-контактный, 1,6 x 1,2 x 0,5 мм), что упрощает визуальный осмотр. Наши универсальные блоки СОТ-23-3 и СОТ-23-3С и наш комплект для вставки ТО-92С.
Часто от устройств Интернета вещей требуется надежность, энергоэффективность и экономия места. Можно сказать, что микросхемы переключателей на эффекте Холла от ABLIC идеально подходят для использования в таких устройствах IoT.

ABLIC предоставляет широкий спектр услуг технической поддержки для ИС переключателей на эффекте Холла, включая нашу службу высокоточного магнитного моделирования. Эта услуга позволяет неопытному человеку, имеющему дело с магнетизмом, магнитами и ИС переключателя на эффекте Холла, создавать высокоточные магнитные конструкции.

Применение ИС переключателя на эффекте Холла

зависит от воображения пользователя!

С началом эпохи Интернета вещей разрабатывается широкий спектр приложений и услуг, в которых используются различные типы сенсорных устройств.Они не ограничиваются умными домами, но также включают бытовую технику, игрушки и носимые товары. Как один из типов сенсорных устройств, ИС переключателя на эффекте Холла очень удобны для обнаружения физического движения предметов, и их применение может быть широко расширено в зависимости от воображения пользователей.

Как мы уже упоминали, простым примером может быть использование ИС переключателей на эффекте Холла для обнаружения открытого и закрытого состояний дверей, окон, приборов или всего, что может управлять двумя состояниями, и связывания этой информации с облачной службой или смартфоном для удаленного мониторинга. через службу безопасности дома.Также должно быть легко создать систему, позволяющую дистанционно управлять двигателями игрушек с помощью смартфонов.

Для дальнейшего расширения возможностей ИС переключателей на эффекте Холла компания ABLIC разработала и начала поставлять новую ИС переключателя на эффекте Холла, S-5718. В нашей следующей колонке мы опишем инновационные функции S-5718 и диапазон возможных применений.

Магнитные датчики смартфонов в Physics Lab [v1]

Препринт Статья Версия 1 Сохранено в Portico. Эта версия не рецензировалась.

Версия 1 : Получено: 2 февраля 2018 г. / Утверждено: 5 февраля 2018 г. / Онлайн: 5 февраля 2018 г. (11:30:05 CET)

Эскобар, И.; Ramirez-Vazquez, R .; Gonzalez-Rubio, J .; Belendez, A .; Аррибас, Э. Магнитные датчики смартфонов в лаборатории физики. Препринты 2018 , 2018020031 (doi: 10.20944 / preprints201802.0031.v1). Эскобар, I .; Ramirez-Vazquez, R .; Gonzalez-Rubio, J .; Belendez, A .; Аррибас, Э. Магнитные датчики смартфонов в лаборатории физики. Препринты 2018, 2018020031 (doi: 10.20944 / preprints201802.0031.v1). Копировать

Цитируйте как:

Эскобар, I .; Ramirez-Vazquez, R .; Гонсалес-Рубио, Дж.; Belendez, A .; Аррибас, Э. Магнитные датчики смартфонов в лаборатории физики. Препринты 2018 , 2018020031 (doi: 10.20944 / preprints201802.0031.v1). Эскобар, I .; Ramirez-Vazquez, R .; Gonzalez-Rubio, J .; Belendez, A .; Аррибас, Э. Магнитные датчики смартфонов в лаборатории физики. Препринты 2018, 2018020031 (doi: 10.20944 / preprints201802.0031.v1). Копировать

ОТМЕНА КОПИРОВАТЬ ДЕТАЛИ ЦИТАТЫ

Абстрактный

Современные смартфоны включают в себя различные типы датчиков, которые позволяют нам знать наше пространственное положение, они дают нам информацию о давлении, скорости, ускорении, времени, акустическом уровне и других различных физических величинах.Эти смартфоны измеряют каждый компонент магнитного поля, имея в виду, что любой ток, перпендикулярный магнитному полю, создает небольшую разность потенциалов, поперечную упомянутому току, поскольку это напряжение легко измерить датчиками Холла. С помощью трех датчиков Холла и соответствующего приложения мы можем измерить три составляющие вектора магнитного поля, а также получить информацию и определить свойства рассматриваемых физических систем. В этой статье мы исследуем использование смартфонов в лаборатории физики для первокурсников.Для этого мы измерили с помощью датчиков Холла магнитное поле, создаваемое линейной квадратурой, и получили, прежде всего, его зависимость от расстояния между квадруполем и магнитным датчиком. Вторая цель этой работы — показать, что лаборатория является мощным инструментом, повышающим значимость обучения студентов-первокурсников с помощью передовых технологических инструментов.

Ключевые слова

смартфон; магнитный датчик Холла, магнитное поле; лабораторная физика; квадруполь

Тема

ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ, Прикладная физика

Это статья в открытом доступе, распространяемая по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Комментарии (0)

Мы приветствуем комментарии и отзывы широкого круга читателей. См. Критерии для комментариев и наше заявление о разнообразии.

что это?

Добавьте запись об этом обзоре в Publons, чтобы отслеживать и демонстрировать свой опыт рецензирования в мировых журналах.

×

Что такое датчик эффекта Холла

Привет, друзья, надеюсь, у вас все отлично. В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим Что такое датчик эффекта Холла и как его использовать для измерения электромагнетизма.Поскольку мы можем легко найти значение тока, протекающего через любые элементы, с помощью амперметра и гальванометра. Но нам очень сложно измерить силу магнитного поля. Если мы попросим кого-нибудь найти магнетизм и рассказать нам его ценность. У него не будет ответа на этот вопрос.

В 1879 году американский физик изобрел датчик Холла для измерения электромагнетизма. После изобретения датчика Холла почти двадцать лет ученые думали о том, как мы можем использовать эффект Холла на практике.С упрощением полупроводниковых материалов, таких как кремний, работа этого датчика стала обычным явлением. В сегодняшнем посте мы рассмотрим работу датчика Холла, приложения и некоторые другие связанные термины. Итак, давайте начнем с Что такое датчик Холла.

Что такое датчик эффекта Холла

• Такое чувствительное устройство, которое используется для определения напряженности поля и показывает это значение в виде напряжения, известно как датчик Холла . Значение напряжения на выходе датчика прямо пропорционально напряженности магнитного поля.
• Эти датчики могут определять близлежащий объект без физического соединения, они также используются для определения положения различных объектов в любых машинах или схемах.

• Эти датчики изготовлены из такого материала, через который ток может легко проходить, а их выходные клеммы сконструированы под углом девяноста градусов к направлению движения.
• Когда этот модуль помещается в поле, он преобразует поле в напряжение и отображает его на выходе. Но значение напряжения на выходе очень мало, почти несколько микровольт, для получения подходящего уровня напряжения к нему подключены специальные схемы усилителей.
• Основная функция этого датчика — определение значения магнитного поля, но его также можно использовать для измерения температуры, давления и силы тока.
  
• Преимущества датчика Холла, датчик эффекта Холла в смартфонах, что такое датчик эффекта Холла, работа датчика эффекта Холла, недостаток эффекта Холла, схема эффекта Холла, датчик эффекта Холла.

Работа датчика Холла

• Для понимания работы датчика Холла сначала мы обсудим эффект Холла.
• Согласно эффект Холла , если проводник помещен в магнитное поле под углом девяносто градусов к полю, и ток, протекающий через проводник, создает электрическое поле.
• Этот датчик состоит из полупроводникового вещества, такого как GaAs (арсенид галлия), InSb, через которое проходит ток.
• Когда мы помещаем этот полупроводниковый материал в магнитное поле, силовые линии действуют на электроны и дырку в полупроводнике.
• Из-за силовых линий магнитного поля электроны и дырки перемещаются, создавая напряжение на выводах полупроводникового материала.
• Создание напряжения на выводах полупроводникового вещества происходит из-за эффекта Холла.

• Для получения напряжения более высокого уровня на выводах полупроводникового прибора направление поля должно составлять девяносто градусов.

Датчик Холла в смартфонах

• Этот датчик используется в мобильном телефоне для блокировки и разблокировки экрана мобильного телефона.
• Датчик Холла следует приведенному ниже соотношению при работе в мобильных телефонах.

VH = IB / nte

• В этом уравнении VH — это напряжение Холла.
• Я — ток.
• B — магнитное поле.
• n — плотность зарядов.
• т — толщина мобильного экрана.
• e si заряд на электронах.
• Откидная крышка состоит из магнита, который создает магнитное поле, из-за которого начинает течь ток, и этот ток создает напряжение.
• Эти генерируемые напряжения используются в телефоне для управления различными цепями, а также для блокировки и разблокировки экрана.

Есть некоторые преимущества и недостатки эффекта Холла в телефонах, которые описаны здесь.

Достоинства:

• Этот датчик в телефоне экономит зарядку за счет автоматического отключения экрана.
• Надежен, дешевле, может работать в различном температурном диапазоне.

Недостатки:

• Одна вещь, которую вы заметили, с течением времени не работает должным образом. Это связано с тем, что магнитные поля со временем теряют свою магнитную силу и могут генерировать достаточно напряжения, чтобы вызвать эффект Холла.
• Поскольку напряжение, создаваемое датчиками Холла, очень мало, почти несколько милливольт, для усиления этих напряжений к нему должен быть подключен специальный усилитель, который делает телефон дорогим.

Преимущества датчика Холла

• Здесь описаны некоторые преимущества датчика Холла.
• Этот датчик может работать как электрический переключатель, он дешевле ручного переключателя и отличается высокой надежностью.
• Он работает на более высокой частоте, чем ручной переключатель.
• Может быть установлен в любых условиях окружающей среды, поскольку представляет собой герметичную упаковку в водонепроницаемом корпусе.
• Эти датчики могут использоваться для различных диапазонов измерения магнитного поля.
• Обнаружив поле, он также может найти северный и южный полюса магнита.

Применение датчика Холла

Определение положения

• Он может работать как датчик положения и сообщает о местоположении различных магнитных объектов в промышленности.
• Он также используется в бесщеточных двигателях постоянного тока для обнаружения ротора и автоматического переключения направления транзистора.
• Также используется в мобильных телефонах для автоматической блокировки и разблокировки экрана.

Трансформатор постоянного тока:

• Он также используется в трансформаторе для обнаружения постоянного тока в трансформаторе тока.
• Для этой цели он устанавливается между сердечником и обмотками трансформатора. Изменение магнитного потока в сердечнике и обмотки измеряются по этому магнитному потоку, который может быть вычислен.

Автоматический индикатор уровня топлива:

• Эти датчики используются в различных индикаторах уровня топлива. Основное назначение этих датчиков — обнаружение движения плавающего компонента в указателе уровня.
• Это измерение выполняется двумя способами: первый — с помощью вертикального поплавкового магнита, а второй — с помощью вращающегося датчика уровня.
• В первом типе это вертикальная поплавковая система, постоянная соединена с плавучим устройством.
• Проводящий материал, через который проходит ток, связан с резервуаром на одной линии с постоянным стержневым магнитом.
• При увеличении уровня топлива приращение значения поля будет отображаться на выходе датчика как напряжение.

Переключатель клавиатуры:

• В 1960 году Эверетт А. Вортманн сконструировал такой клавишный переключатель, который следует за явлением эффекта Холла.
• Они не получили популярности из-за своей дороговизны на рынке и остаются для определенных целей.

Это подробная статья о датчике Холла, если у вас есть какие-либо вопросы, задавайте их в комментариях. Спасибо за прочтение.

Автор: Захид Али

Я профессиональный писатель технического контента, мое хобби — узнавать что-то новое и делиться с ним новым учеником.Также имею опыт работы в различных отраслях в качестве инженера. Теперь я делюсь своими техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Пост-навигация

Смартфон отображает эффективные датчики загрязнения почвы или воды — ScienceDaily

Технология сенсорного экрана, используемая в миллиардах смартфонов и планшетов, также может использоваться в качестве мощного датчика без необходимости каких-либо модификаций.

Исследователи из Кембриджского университета продемонстрировали, как типичный сенсорный экран можно использовать для определения распространенных ионных загрязняющих веществ в почве или питьевой воде путем капания жидких образцов на экран, впервые это удалось.Чувствительность сенсорного экрана сравнима с чувствительностью типичного лабораторного оборудования, что делает его полезным в условиях ограниченных ресурсов.

Исследователи говорят, что в один прекрасный день их доказательство концепции может быть расширено для широкого спектра сенсорных приложений, в том числе для биодатчиков или медицинской диагностики, прямо с телефона в кармане. Результаты представлены в журнале «Датчики и приводы B ».

Технология сенсорного экрана

повсеместно используется в нашей повседневной жизни: экран обычного смартфона покрыт сеткой электродов, и когда палец нарушает локальное электрическое поле этих электродов, телефон интерпретирует сигнал.

Другие команды использовали вычислительную мощность смартфона для распознавания приложений, но они полагались на камеру или периферийные устройства или требовали внесения значительных изменений в экран.

«Мы хотели знать, можем ли мы взаимодействовать с этой технологией по-другому, без необходимости кардинально менять экран», — сказал д-р Ронан Дейли из Кембриджского института производства, который был одним из руководителей исследования. «Вместо того, чтобы интерпретировать сигнал от вашего пальца, что, если бы мы могли получить сенсорный экран для считывания электролитов, поскольку эти ионы также взаимодействуют с электрическими полями?»

Исследователи начали с компьютерного моделирования, а затем подтвердили свое моделирование с помощью урезанного автономного сенсорного экрана, предоставленного двумя британскими производителями, аналогичного тем, которые используются в телефонах и планшетах.

Исследователи наносили различные жидкости на экран, чтобы измерить изменение емкости, и записали измерения для каждой капли, используя стандартное программное обеспечение для тестирования сенсорных экранов. Все ионы в жидкостях по-разному взаимодействуют с электрическими полями экрана в зависимости от концентрации ионов и их заряда.

«Наше моделирование показало, где электрическое поле взаимодействует с каплей жидкости. Затем в наших экспериментах мы обнаружили линейную тенденцию для ряда электролитов, измеренных на сенсорном экране», — сказал первый автор Себастьян Хорстманн, кандидат наук в IfM.«Датчик насыщается при концентрации анионов около 500 микромоль, что может коррелировать с проводимостью, измеренной рядом. Это окно обнаружения идеально подходит для обнаружения ионного загрязнения в питьевой воде».

Одним из первых применений этой технологии может быть обнаружение загрязнения питьевой водой мышьяком. Мышьяк — еще один распространенный загрязнитель, обнаруживаемый в грунтовых водах во многих частях мира, но большинство муниципальных систем водоснабжения фильтруют его до того, как попадут в бытовой кран.Однако в тех частях мира, где нет водоочистных сооружений, загрязнение мышьяком представляет собой серьезную проблему.

«Теоретически вы можете добавить в телефон каплю воды перед тем, как его выпить, чтобы убедиться, что он безопасен», — сказал Дейли.

В настоящее время чувствительность экранов телефонов и планшетов настраивается для пальцев, но исследователи говорят, что чувствительность можно изменить в определенной части экрана, изменив конструкцию электродов, чтобы оптимизировать их для восприятия.

«Программное обеспечение телефона должно взаимодействовать с этой частью экрана, чтобы обеспечить оптимальное электрическое поле и быть более чувствительным к целевому иону, но это достижимо», — сказала профессор Лиза Холл из Кембриджского факультета химической инженерии и биотехнологии. со-руководил исследованием.«Мы стремимся сделать гораздо больше в этом направлении — это всего лишь первый шаг».

Хотя теперь возможно обнаруживать ионы с помощью сенсорного экрана, исследователи надеются и дальше развивать эту технологию, чтобы она могла обнаруживать широкий спектр молекул. Это может открыть огромный спектр потенциальных приложений для здоровья.

«Например, если бы мы могли получить чувствительность до точки, в которой сенсорный экран мог бы обнаруживать тяжелые металлы, его можно было бы использовать для проверки таких вещей, как свинец в питьевой воде. Мы также надеемся в будущем поставить датчики для мониторинга здоровья дома, «сказал Дейли.

«Это отправная точка для более широкого изучения использования сенсорных экранов в мобильных технологиях и создания инструментов, доступных для всех, позволяющих быстро измерять и передавать данные», — сказал Холл.

Компас в каждом смартфоне

Этот танец называется динамическое масштабирование напряжения и частоты (DVFS) постоянно происходит в процессоре, называемом системой на кристалле (SoC), который управляет вашим телефоном и вашим ноутбуком, а также на серверах, которые их поддерживают.Все это делается для того, чтобы сбалансировать вычислительную производительность и энергопотребление, что особенно сложно для смартфонов. Цепи, которые управляют DVFS, стремятся обеспечить стабильную тактовую частоту и стабильный уровень напряжения, несмотря на скачки тока, но они также являются одними из самых непростых в проектировании.

Это главным образом потому, что схемы генерации часов и регулирования напряжения являются аналоговыми, в отличие от почти всего остального на SoC вашего смартфона. Мы привыкли к почти ежегодному выпуску новых процессоров с существенно большей вычислительной мощностью благодаря достижениям в производстве полупроводников.«Перенос» цифровой конструкции из старого полупроводникового процесса в новый — это не пикник, это ничто по сравнению с попыткой перенести аналоговые схемы на новый процесс. Аналоговые компоненты, обеспечивающие DVFS, особенно схема, называемая стабилизатором напряжения с малым падением напряжения (LDO), не масштабируются, как цифровые схемы, и должны быть в основном перепроектированы с нуля с каждым новым поколением.

Если бы вместо этого мы могли строить LDO — и, возможно, другие аналоговые схемы — из цифровых компонентов, их было бы намного легче переносить, чем любую другую часть процессора, что значительно снизило бы затраты на разработку и освободило инженеров для решения других проблем, связанных с передовой конструкцией микросхем. есть в магазине.Более того, полученные цифровые LDO могут быть намного меньше своих аналоговых аналогов и работать лучше в некоторых отношениях. Исследовательские группы в промышленности и академических кругах протестировали не менее дюжины проектов за последние несколько лет, и, несмотря на некоторые недостатки, коммерчески полезный цифровой LDO вскоре может стать доступным.

Стабилизаторы напряжения с малым падением напряжения (LDO) позволяют нескольким ядрам процессора на одной шине входного напряжения (V _IN ) работать при разных напряжениях в соответствии с их рабочими нагрузками.В этом случае Core 1 предъявляет самые высокие требования к производительности. Его головной переключатель, на самом деле группа транзисторов, соединенных параллельно, замкнут, минуя LDO и напрямую подключающий Core 1 к V _IN , который получает питание от внешней ИС управления питанием. Однако ядра 2–4 имеют менее требовательные рабочие нагрузки. Их LDO используются для подачи на сердечники напряжения, позволяющего экономить электроэнергию.

Базовый аналоговый регулятор напряжения с малым падением напряжения [слева] управляет напряжением через контур обратной связи.Он пытается сделать выходное напряжение (V _DD ) равным опорному напряжению, управляя током через силовой PFET. В базовой цифровой схеме [справа] независимые часы запускают компаратор [треугольник], который сравнивает опорное напряжение с V _DD . Результат сообщает логике управления, сколько мощных полевых транзисторов нужно активировать.

ТИПИЧНАЯ СИСТЕМА НА ЧИПЕ для смартфона — чудо интеграции. На одной кремниевой пластине он объединяет несколько ядер ЦП, графический процессор, процессор цифровых сигналов, нейронный процессор, процессор сигналов изображения, а также модем и другие специализированные блоки логики.Естественно, повышение тактовой частоты, которая управляет этими логическими блоками, увеличивает скорость, с которой они выполняют свою работу. Но для работы на более высокой частоте им также требуется более высокое напряжение. Без этого транзисторы не могут включаться или выключаться до следующего такта тактовой частоты процессора. Конечно, более высокая частота и напряжение происходит за счет энергопотребления. Таким образом, эти ядра и логические блоки динамически изменяют свою тактовую частоту и напряжение питания — часто в диапазоне от 0,95 до 0,45 В — в зависимости от баланса энергоэффективности и производительности, необходимого им для любой назначенной им рабочей нагрузки — съемки видео, воспроизведения музыки. файл, передача речи во время разговора и т. д.

Как правило, внешняя ИС управления питанием генерирует несколько значений входного напряжения (V _IN ) для SoC телефона. Эти напряжения передаются в области микросхемы SoC по широким межсоединениям, называемым рельсами. Но количество соединений между микросхемой управления питанием и SoC ограничено. Таким образом, несколько ядер на SoC должны использовать одну и ту же шину V _IN .

Но они не обязательно должны получать одинаковое напряжение благодаря стабилизаторам напряжения с малым падением напряжения.LDO вместе с выделенными тактовыми генераторами позволяют каждому ядру на общей шине работать с уникальным напряжением питания и тактовой частотой. Ядро, которому требуется самое высокое напряжение питания, определяет общее значение V _IN . Микросхема управления питанием устанавливает V _IN на это значение, и это ядро ​​полностью обходит LDO через транзисторы, называемые головными переключателями.

Чтобы снизить энергопотребление до минимума, другие ядра могут работать при более низком напряжении питания. Программное обеспечение определяет, каким должно быть это напряжение, и аналоговые LDO-стабилизаторы довольно хорошо справляются с его подачей.Они компактны, дешевы в сборке и относительно просты в интеграции в микросхему, поскольку не требуют больших катушек индуктивности или конденсаторов.

Но эти LDO могут работать только в определенном диапазоне напряжений. На верхнем конце целевое напряжение должно быть ниже, чем разница между V _IN и падением напряжения на самом LDO (одноименное «падение» напряжения). Например, если напряжение питания, которое было бы наиболее эффективным для ядра, составляет 0,85 В, но V _IN равно 0.95 В, а падение напряжения LDO составляет 0,15 В, это ядро ​​не может использовать LDO для достижения 0,85 В и должно вместо этого работать при 0,95 В, тратя немного энергии. Точно так же, если V _IN уже был установлен ниже определенного предела напряжения, аналоговые компоненты LDO не будут работать должным образом, и цепь не может быть задействована для дальнейшего снижения напряжения питания ядра.

Основным препятствием, которое до сих пор ограничивало использование цифровых LDO, является медленная переходная характеристика.

Однако, если желаемое напряжение попадает в окно LDO, программное обеспечение включает схему и активирует опорное напряжение, равное целевому напряжению питания.

КАК LDO подает нужное напряжение? В базовой конструкции аналогового LDO-стабилизатора используется операционный усилитель, обратная связь и специализированный силовой p -канальный полевой транзистор (PFET). Последний представляет собой транзистор, который уменьшает свой ток с увеличением напряжения на затворе. Напряжение затвора этого силового PFET представляет собой аналоговый сигнал, поступающий от операционного усилителя, в диапазоне от 0 вольт до _{В, IN} . Операционный усилитель постоянно сравнивает выходное напряжение схемы — напряжение питания ядра или V _DD — с заданным опорным напряжением.Если выходное напряжение LDO падает ниже опорного напряжения — как это происходит, когда новая активная логическая схема внезапно требует большего тока — операционный усилитель снижает напряжение затвора силового PFET, увеличивая ток и поднимая V _DD до значения опорного напряжения. И наоборот, если выходное напряжение поднимается выше опорного напряжения — как это было бы, когда логика ядра менее активна — тогда операционный усилитель увеличивает напряжение затвора транзистора, чтобы уменьшить ток и снизить V _DD .

Базовый Цифровой LDO , с другой стороны, состоит из компаратора напряжения, управляющей логики и ряда параллельных силовых полевых транзисторов.(LDO также имеет свою собственную схему синхронизации, отдельную от схем, используемых ядром процессора.) В цифровом LDO напряжения затвора на силовых полевых транзисторах являются двоичными значениями, а не аналоговыми, либо 0 В, либо В _IN .

С каждым тактом тактового генератора компаратор измеряет, находится ли выходное напряжение ниже или выше целевого напряжения, обеспечиваемого опорным источником. Выход компаратора направляет логику управления при определении того, сколько силовых полевых транзисторов нужно активировать. Если выходной сигнал LDO ниже целевого, логика управления активирует больше мощных полевых транзисторов.Их объединенный ток поддерживает напряжение питания ядра, и это значение возвращается на компаратор, чтобы поддерживать его на заданном уровне. Если он выходит за пределы допустимого диапазона, компаратор подает сигнал управляющей логике, чтобы выключить некоторые из PFET.

НИ АНАЛОГОВЫЙ , ни цифровой LDO, конечно, не идеальны. Ключевым преимуществом аналоговой конструкции является то, что она может быстро реагировать на переходные спады и выбросы напряжения питания, что особенно важно, когда эти события связаны с резкими изменениями.Эти переходные процессы возникают из-за того, что потребность ядра в токе может сильно увеличиваться или уменьшаться за считанные наносекунды. В дополнение к быстрому отклику аналоговые LDO очень хорошо подавляют вариации V _IN , которые могут исходить от других ядер на рельсах. И, наконец, когда текущие требования не сильно меняются, он жестко контролирует выход, не превышая и не занижая цель, что вызывает колебания в V _DD .

Когда потребность ядра в токе внезапно изменяется, это может привести к скачку или падению выходного напряжения LDO [вверху].Базовые конструкции цифровых LDO не справляются с этой задачей [внизу слева]. Однако схема, называемая адаптивной выборкой с пониженной динамической стабильностью [внизу справа], может уменьшить величину скачка напряжения. Это достигается за счет увеличения частоты дискретизации LDO, когда спад становится слишком большим, что позволяет схеме реагировать быстрее. Источник: S.B. Насир и др., Международная конференция по твердотельным схемам IEEE (ISSCC), февраль 2015 г., стр. 98–99.

Эти атрибуты сделали аналоговые LDO привлекательными не только для питания процессорных ядер, но и практически для любой схемы, требующей тихого и стабильного напряжения питания.Однако есть некоторые серьезные проблемы, которые ограничивают эффективность этих проектов. Первые аналоговые компоненты намного сложнее цифровой логики, что требует длительного времени на разработку для их реализации в узлах с передовыми технологиями. Во-вторых, они не работают должным образом при низком уровне V _IN , что ограничивает уровень V _DD , который они могут передать ядру. И, наконец, падение напряжения у аналоговых LDO не так мало, как хотелось бы разработчикам.

Взяв эти последние моменты вместе, аналоговые LDO предлагают ограниченный диапазон напряжений, при котором они могут работать.Это означает, что есть упущенные возможности использовать LDO для экономии энергии — достаточно большие, чтобы заметно увеличить время автономной работы смартфона.

Цифровые LDO устраняют многие из этих недостатков: не имея сложных аналоговых компонентов, они позволяют дизайнерам использовать множество инструментов и других ресурсов для цифрового дизайна. Таким образом, уменьшение масштаба схемы для новой технологии процесса потребует гораздо меньше усилий. Цифровые LDO-стабилизаторы также будут работать в более широком диапазоне напряжений. На стороне низкого напряжения цифровые компоненты могут работать при значениях V _IN , которые недоступны для аналоговых компонентов.А в более высоком диапазоне падение напряжения цифрового LDO будет меньше, что приведет к значительной экономии энергии ядра.

Но ничего бесплатного, а у цифрового LDO есть серьезные недостатки. Большинство из них возникает из-за того, что схема измеряет и изменяет свой выходной сигнал только в дискретные моменты времени, а не постоянно. Это означает, что схема имеет сравнительно медленную реакцию на падения и выбросы напряжения питания. Он также более чувствителен к изменениям V _IN и имеет тенденцию создавать небольшие колебания выходного напряжения, которые могут ухудшить производительность ядра.

Из них основным препятствием, которое до сих пор ограничивало использование цифровых LDO, является их медленная переходная характеристика. Ядра испытывают провалы и выбросы, когда ток, который они потребляют, резко меняется в ответ на изменение их рабочей нагрузки. Время реакции LDO на события спада имеет решающее значение для ограничения того, насколько сильно падает напряжение и как долго это состояние длится. Обычные жилы добавляют запас прочности к напряжению питания, чтобы гарантировать правильную работу при падении напряжения. Большее ожидаемое падение означает, что маржа должна быть больше, что снижает преимущества энергоэффективности LDO.Таким образом, ускорение реакции цифрового LDO на спады и выбросы является основным направлением передовых исследований в этой области.

НЕКОТОРЫЕ ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ помог ускорить реакцию схемы на провалы и выбросы. Один из подходов использует тактовую частоту цифрового LDO в качестве ручки управления, чтобы заменить стабильность и энергоэффективность на время отклика.

Более низкая частота улучшает стабильность LDO просто потому, что выходной сигнал будет меняться не так часто. Это также снижает энергопотребление LDO, поскольку транзисторы, составляющие LDO, переключаются реже.Но это происходит за счет более медленной реакции ядра процессора на переходные текущие требования. Вы можете понять, почему это происходит, если учесть, что большая часть переходного события может произойти в течение одного тактового цикла, если частота слишком низкая.

И наоборот, высокая тактовая частота LDO уменьшает время отклика на переходный процесс, потому что компаратор производит выборку выходного сигнала достаточно часто, чтобы изменить выходной ток LDO раньше в переходном процессе. Однако эта постоянная выборка ухудшает стабильность выходного сигнала и потребляет больше энергии.

Суть этого подхода состоит в том, чтобы ввести тактовый генератор, частота которого адаптируется к ситуации, схема, называемая адаптивной частотой дискретизации с пониженной динамической стабильностью. Когда падение или выброс напряжения превышает определенный уровень, тактовая частота увеличивается для более быстрого уменьшения переходного эффекта. Затем он замедляется, чтобы потреблять меньше энергии и поддерживать стабильное выходное напряжение. Этот трюк достигается путем добавления пары дополнительных компараторов для определения условий перерегулирования и спада и запуска часов.При измерениях с тестовой микросхемы с использованием этого метода падение напряжения V _DD уменьшилось с 210 до 90 милливольт — на 57 процентов меньше, чем у стандартной цифровой конструкции LDO. Время, необходимое для стабилизации напряжения, сократилось с 5,8 мкс до 1,1 микросекунды, т.е. улучшение на 81 процент.

Альтернативный подход к уменьшению времени отклика на переходные процессы — сделать цифровой LDO немного аналоговым. Конструкция включает отдельный контур с аналоговым управлением, который мгновенно реагирует на переходные процессы тока нагрузки.Контур с аналоговой поддержкой передает выходное напряжение LDO на параллельные PFET LDO через конденсатор, создавая контур обратной связи, который включается только при резком изменении выходного напряжения. Таким образом, когда выходное напряжение падает, оно снижает напряжение на активированных затворах PFET и мгновенно увеличивает ток в сердечнике, чтобы уменьшить величину спада. Было показано, что такой контур с аналоговым управлением снижает спад с 300 до 106 мВ, улучшение на 65 процентов, и выброс с 80 до 70 мВ (13 процентов).

Альтернативный способ заставить цифровые LDO быстрее реагировать на падения напряжения — это добавить аналоговую петлю обратной связи к силовой части PFET схемы [вверху]. При падении или выбросе выходного напряжения аналоговый контур подключается, чтобы поддержать его [внизу], уменьшая величину отклонения. Источник: М. Хуанг и др., IEEE Journal of Solid-State Circuits, январь 2018 г., стр. 20–34.

Конечно, у обоих этих методов есть свои недостатки.Во-первых, ни один из них не может сравниться с временем отклика сегодняшних аналоговых LDO. Кроме того, для метода адаптивной частоты дискретизации требуются два дополнительных компаратора, а также генерация и калибровка опорных напряжений для спада и выброса, поэтому схема знает, когда задействовать более высокую частоту. Контур с аналоговым управлением включает в себя несколько аналоговых компонентов, что сокращает время разработки полностью цифровой системы.

Развитие коммерческих процессоров SoC может помочь сделать цифровые LDO более успешными, даже если они не могут полностью соответствовать аналоговым характеристикам.Сегодня коммерческие процессоры SoC объединяют полностью цифровые адаптивные схемы, предназначенные для смягчения проблем с производительностью при возникновении провалов. Эти схемы, например, временно увеличивают период тактовой частоты ядра, чтобы предотвратить ошибки синхронизации. Такие методы смягчения могут ослабить временные ограничения переходных процессов, позволяя использовать цифровые LDO и повышая эффективность процессора. Если это произойдет, мы можем ожидать более эффективных смартфонов и других компьютеров, при этом значительно упростив процесс их разработки.

Анимация принципа работы датчика Холла

Датчик Холла — это преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле. Датчики на эффекте Холла используются для бесконтактного переключения, позиционирования, определения скорости и измерения тока.

Рис. Колесо, содержащее два магнита, проходит мимо датчика Холла

В простейшей форме датчик работает как аналоговый преобразователь, напрямую возвращая напряжение.Зная магнитное поле, можно определить его расстояние от пластины Холла. Используя группы датчиков, можно определить относительное положение магнита.

Часто датчик Холла сочетается со схемой, которая позволяет устройству работать в цифровом (вкл. / Выкл.) Режиме, и в этой конфигурации его можно назвать переключателем.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Зонд Холла содержит кристалл полупроводника соединения индия, такого как антимонид индия, установленный на алюминиевой опорной пластине и заключенный в головку зонда.

Когда зонд Холла удерживается так, чтобы силовые линии магнитного поля проходили под прямым углом через сенсор зонда, сенсор показывает значение плотности магнитного потока (B). Через кристалл проходит ток, который при помещении в магнитное поле создает на нем напряжение «эффекта Холла». Эффект Холла наблюдается, когда проводник пропускается через однородное магнитное поле. Возникающее напряжение на эффекте Холла указывает на то, что магнитный объект прошел вокруг него.Следовательно, напряжение эффекта Холла является выходным сигналом и используется для обнаружения объекта рядом с ним.

Также читайте: Анимация бесконтактного переключателя

ПРЕИМУЩЕСТВА

Датчик на эффекте Холла может работать как электронный переключатель.

• Такой переключатель стоит дешевле механического переключателя и намного надежнее.
• Может работать на частоте до 100 кГц.
• Он не страдает от дребезга контактов, потому что используется твердотельный переключатель с гистерезисом, а не механический контакт.
• На него не повлияют загрязнения окружающей среды, так как датчик находится в герметичной упаковке. Поэтому его можно использовать в тяжелых условиях.

В случае линейного датчика (для измерения напряженности магнитного поля) датчик Холла:

• может измерять широкий диапазон магнитных полей
Модель
• может измерять магнитные поля северного или южного полюса
• может быть плоским

НЕДОСТАТКИ

Датчики

на эффекте Холла обеспечивают гораздо более низкую точность измерения, чем феррозондовые магнитометры или датчики на основе магнитосопротивления.Кроме того, датчики на эффекте Холла значительно дрейфуют, что требует компенсации.

ПРИМЕНЕНИЕ

Определение положения

Обнаружение присутствия магнитных объектов (связанное с определением положения) является наиболее распространенным промышленным применением датчиков Холла, особенно тех, которые работают в режиме переключения (режим включения / выключения). Датчики на эффекте Холла также используются в бесщеточном двигателе постоянного тока для определения положения ротора и переключения транзисторов в правильной последовательности.

Смартфоны

используют датчики Холла, чтобы определить, закрыта ли флип-крышка.

Трансформаторы постоянного тока

Датчики на эффекте Холла

могут использоваться для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока. В этом случае датчик на эффекте Холла устанавливается в зазоре магнитопровода вокруг токопровода. В результате можно измерить постоянный магнитный поток и рассчитать постоянный ток в проводнике. Эффект Холла также использовался для обнаружения постоянного тока в сверхпроводящем трансформаторе постоянного тока.

Автомобильный указатель уровня топлива

Датчик Холла используется в некоторых автомобильных индикаторах уровня топлива. Основной принцип работы такого индикатора — определение положения плавающего элемента. Это можно сделать либо с помощью вертикального поплавкового магнита, либо с помощью датчика с вращающимся рычагом.

• В вертикальной поплавковой системе постоянный магнит установлен на поверхности плавающего объекта. Токоведущий провод закреплен на верхней части резервуара на одной линии с магнитом.Когда уровень топлива повышается, к току прикладывается увеличивающееся магнитное поле, что приводит к более высокому напряжению Холла. По мере того, как уровень топлива уменьшается, напряжение Холла также будет уменьшаться. Уровень топлива отображается и отображается надлежащим сигналом напряжения Холла.
• В датчике с вращающимся рычагом диаметрально намагниченный кольцевой магнит вращается вокруг линейного датчика Холла. Датчик измеряет только перпендикулярную (вертикальную) составляющую поля. Измеренная сила поля напрямую зависит от угла поворота рычага и, следовательно, от уровня топливного бака.

.