第三章 智能手机专用器件

3.1 显示屏和触摸屏
3.1.2 触摸屏
2．电容式触摸屏
（3）电容式触摸屏外观结构
图3-15 iPhone手机的电容式触摸屏
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.2 触摸屏
3．触摸屏故障分析
（1）触摸功能错位 （2）触摸屏失灵 （3）触摸屏部分失灵
3.2 传感器
随着技术的进步，手机已经不再是一个简单的通信工 具，而是具有综合功能的便携式的电子设备，可以用手 机听音乐、看电影、拍照等，也可以使用手机导航、玩 游戏、处理邮件及文档。手机变得无所不能。在这种情 况下，各种传感器在手机中的应用应运而生。
3.2 传感器
3.2.1 霍尔元件
4．霍尔传感器电路符号
图3-17 霍尔传感器电路
3.2 传感器
3.2.1 霍尔元件
5．磁控传感器故障分析
霍尔传感器在智能手机中损坏引起的故障现象非常多，如果不注 意检查霍尔传感器，会使维修走入弯路。
霍尔传感器表现的故障有：出现部分或全部按键失灵、开机困难 、显示屏无显示。霍尔传感器出现故障的主要原因是：工作电压不 正常、控制信号不正常、元件本身损坏。
（2）四线电阻式触摸屏 在手机中使用电阻式触摸屏几乎全部都是四线触摸屏。四线触摸
屏包含两个阻性层。其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线 ，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线，如图3-11所示。
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.2 触摸屏
1．电阻式触摸屏
（2）四线电阻式触摸屏
图3-11 四线电阻式触摸屏工作原理
水的三态及液晶的三态如图3-1所示。
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.1 显示屏
1．LCD工作原理
图3-1 水的三态及液晶的三态
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.1 显示屏
1．LCD工作原理
（2）被动矩阵式LCD工作原理 LCD主要有三种，分别是TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD，其显示原
理基本相同，不同的是液晶分子的扭曲角度有些差别。下面以典型 的TN-LCD为例，向大家介绍被动矩阵式结构及工作原理。
夹层各涂有一层导电层，最外层是一薄层矽土玻璃保护层。当用手 指触摸在感应屏上时，人体的电场让手指和触摸屏表面形成一个耦 合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点 吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏4角上的电极中流出， 并且流经这4个电极的电流与手指到4角的距离成正比，控制器通过 对这4个电流比例的精确计算得出触摸点的位置。
本节主要介绍几种典型的传感器及其在智能手机中的 应用，这些传感器的应用为智能手机增加了感知能力， 使手机能够知道自己做什么，甚至做什么的动作，可以 将iPhone手机接一个传感器到鞋上，这样，在跑步的时 候，手机就会自动记录运动信息。
3.2 传感器
3.2.1 霍尔元件
霍尔传感器是一个使用非常广泛的电子器件，在录像 机、电动车、汽车、电脑散热风扇中都有应用。在手机 中主要应用在翻盖或滑盖的控制电路中，通过翻盖或滑 盖的动作来控制挂掉电话或接听电话、锁定键盘及解除 键盘锁等。 1．霍尔传感器的外形特征
3.2 传感器
3.2.2 环境光传感器
环境光传感器可以感知周围光线情况，并告知处理芯片自动调节 显示器背光亮度，降低产品的功耗。例如，在手机、笔记本、平板 电脑等移动应用中，显示器消耗的电量高达电池总电量的30%，采用 环境光传感器可以最大限度地延长电池的工作时间。另一方面，环 境光传感器有助于显示器提供柔和的画面。当环境亮度较高时，使 用环境光传感器的液晶显示器会自动调成高亮度。当外界环境较暗 时，显示器就会调成低亮度。环境光传感器需要在芯片上贴一个红 外截止膜，甚至直接在硅片上镀制图形化的红外截止膜。
有相同表面电阻的透明阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻 性层和一个导电层组成，通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。
触摸屏的结构如图3-9所示。
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.2 触摸屏
1．电阻式触摸屏
（1）电阻式触摸屏的工作原理
图3-9 触摸屏的结构
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.2 触摸屏
1．电阻式触摸屏
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.1 显示屏
3．智能手机LCD电路
（1）LCM模块 LCM（LCD Module）即LCD显示模组、液晶模块，是指将液晶显示
器件、连接件、控制与驱动等外围电路、PCB电路板、背光源、结构 件等装配在一起的组件。智能手机中LCM模块如图3-7所示。
3.1 显示屏和触摸屏
金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通 过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧 面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显 ，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。利用霍尔效 应可以设计制成多种传感器。
3．霍尔传感器
利用霍尔效应做成的半导体元件就是霍尔元件（霍尔传感器）。 霍尔传感器可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、 InAs、InAsP等。
霍尔传感器是一个磁控传感器，在磁场作用下直接产 生通与断的动作。霍尔传感器的外型封装很像三极管， 但看起来比三极管更胖一些。
3.2 传感器
3.2.1 霍尔元件
1．霍尔传感器的外形特征
图3-16 霍尔传感器的外形
3.2 传感器
3.2.1 霍尔元件
2．霍尔效应
霍尔效应是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时产 生横向电位差的物理现象。
3.2.3 摄像头
智能手机的摄像功能指的是手机可以通过内置或外接的摄像头进 行拍摄静态图片或短片，作为智能手机的一项新的附加功能，手机 的摄像功能得到了迅速的发展。
智能手机的摄像功能离不开摄像头，摄像头是组成数码相机功能 的重要部件，现在的智能手机中，没有摄像功能的可能寥寥无几。
3.2 传感器
3.2.3 摄像头
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.1 显示屏
2．智能手机LCD简介
（1）TFT显示屏 （2）OLED显示屏 （3）NOVA 显示屏 （4）AMOLED显示屏 （5）Super AMOLED显示屏 （6）Super AMOLED Plus显示屏 （7）IPS显示屏 （8）SLCD显示屏 （9）ASV显示屏
1．摄像头的工作原理和分类
（1）工作原理 手机进入摄像状态时，图像处理器对摄像头进行复位，同时输出
时钟信号（包括主时钟、水平扫描时钟、垂直扫描时钟）与摄像头 进行同步，此信号再经过CCD驱动器对感光头进行驱动扫描，扫描出 的信号返回送到模拟处理器进行模拟信号处理，处理后转为数字信 号再送至图像处理器内部进行放大、调整和控制等一系列的图像处 理，此时分为两路：一路是经过LCD控制器和公共端口控制器（注： 公共控制器在手机进入摄像状态时，LCD会显示切换至摄像图像浏览 ）至LCD显示；另一路是暂存在图像缓存器内，当拍照存储后转存至 FLASH中。
3.2 传感器
3.2.2 环境光传感器
4．环境光传感器电路符号
环境光传感器电路如图1-21所示，光敏三极管V6501将感应到的 光线变成电信号送到电源管理/音频IC中的检测电路中，然后输出控 制信号，控制LCD背光灯，使之能够随环境光线的强弱变换亮度，以 达到节省电量满足视觉需要的目的。
3.2 传感器
3.1.1 显示屏
3．智能手机LCD电路
（1）LCM模块
图3-7 LCM模块
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.1 显示屏
3．智能手机LCD电路
（2）智能手机LCD电路 智能手机中的LCD接收CPU发过来的显示指令和数据，经分析判断
、存储，按一定的时钟速度将显示的点阵信息输出至行和列驱动器 进行扫描，以大于75Hz每帧的速率更新并送至LCD。人眼在外界光的 反射下就能看到液晶屏幕上显示的内容。
在智能手机中使用的环境光传感器件一般是光敏三极管，也叫光 电三极管，光敏三极管有电流放大作用，所以比光敏电阻和光敏二 极管应用更广泛。
3.2 传感器
3.2.2 环境光传感器
1．光敏三极管的外形及符号
图3-18 光敏三极管及符号
3.2 传感器
3.2.2 环境光传感器
3．光敏三极管在手机中的应用
光敏三极管在手机上应用主要是根据环境光线明暗来判断用户的 使用条件的，从而对手机进行智能调节，达到节能和方便用户使用 的目的。
图3-3 TN-LCD液晶显示屏的工作原理
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.1 显示屏
1．LCD工作原理
（3）主动矩阵式LCD工作原理 TFT（Thin Film Transistor，薄膜场效应晶体管）显示屏是指液
晶显示器上的每一个液晶像素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来 驱动的，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。 TFT显示屏采用主动矩阵式LCD。
智能手机LCD电路主要由背光电路和显示电路两部分组成。
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.1 显屏
4．智能手机LCD故障分析 （1）黑屏 （2）LCD破裂 （3）显示花屏、倒屏、错位
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.2 触摸屏
触摸屏又叫触控屏（Touch panel），也称为触控面板，是个可 接收触摸输入信号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形 按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编写的程序驱动各种连 接装置，用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出 生动的影音效果。
从智能手机发展来看，智能手机的按键越来越少，已经逐步有被 触摸屏代替的趋势。在手机中使用的触摸传感器分为两类，第一类 是电阻式触摸传感器，被大部分国产手机采用；第二类是电容式触 摸传感器，被大部分智能手机采用。
3.1 显示屏和触摸屏
3.1.2 触摸屏
1．电阻式触摸屏
（1）电阻式触摸屏的工作原理 触摸屏包含上下叠合的两个透明层，四线和八线触摸屏由两层具