智能手机中，LCD面板背光的耗电约占设备总耗电量的40%，因而，假如能让背光亮度跟着环境光亮度而发作改动将带来许多优点。在相对较暗的环境中，可透过下降显示器亮度节约电力，一起还能缓解用户的视觉疲惫，改进用户的体会。
事实上，环境光传感器（Ambient light sensors，ALS）已被广泛运用于智能手机中，用来供给环境光亮度的相关信息，以支撑背光LED电源电路。可是，这个运用说起来简略，但实践做起来会遇到许多应战，那是由于一方面得让省电作用够显着，一方面又得让运用者看得舒畅。
ALS有必要被置于显示器屏幕的反面，这儿可以说是寸土寸金，且同一组件有必要可以一起完成挨近勘探功用（挨近用户脸部时可封闭显示屏）和环境光量测功用。这些以及其他条件严峻约束规划工程师，使其无法自由地进行优化规划。
本文介绍在智能手机中完成环境光感测遇到的首要应战，以及怎么战胜这些应战，以完成背光灯更高的反响灵敏度，并能准确地依据环境光来调整背光亮度。
亮堂视觉反响
首个难题便是光电二极管（photodiode）对光的反响办法并不同于人眼。人类的眼睛关于红外线（IR，波长大于780nm）及紫外线（UV，波长小于380nm）并不灵敏，另一方面，规范的硅光电二极管一般会感测到波长介于300nm和1，100nm的光线。
这就意味着规划师的第一个应战便是怎么移除传感器输出中的红外线和紫外线成分。ALS的功用是获取射入智能手机显示屏上的光线亮度（丈量单位是照度流明（lux）），假如该亮度丈量成果包括紫外线和红外线以及可见光，它呈现给显示屏背光操控器的并非是人眼实在所见，也便是说传感器对环境光的反响不同于人眼的“亮堂视觉（photopic）”反响。总归，传感器“感触”到环境光亮度会比人眼感触到的亮度更高。
这是由于天然光和人工光都会含有红外成分。例如，阳光（图1）及来自白炽灯的光线便是如此。去除红外线的一个有用办法便是在传感器上迭加光学红外线滤波器。可是在智能手机中，同一个传感器一般也会被用于挨近勘探（伴跟着红外线LED），当手机挨近运用者脸部时，用来封闭显示屏及触控操控器。
图1 太阳光的光谱功率散布，其间的强功率红外线成分对人眼而言是不行见的。
当然，智能手机规划师可以仅针对挨近感测另增一个独立的红外线光电二极管（IR photodiode），可是这是一个冗繁的处理方案：如此一来，这样的规划有必要承当ALS上的光学滤波器及独立的红外线光电二极管两者的本钱，红外线光电二极管还会占有额定的空间，且有必要在显示器的外表开孔，让红外线经过。
艾迈斯半导体已针对这个问题提出一个更好的处理方案：双二极管（dual-diode）模块。其间一个光电二极管（如图2中所示的Channel 0）用来感测全光谱，另一个（图中的Channel 1）则首要用来感测光谱中的红外线部分。从全光谱传感器的输出中减掉红外线光电二极管的输出，则可得到可见光的丈量成果。
图2 艾迈斯半导体双二极管模块系列之TMD2772的光谱灵敏度，其他产品还包括TMD27721及TMD27723系列。
这个传感器关于紫外线很不灵敏，并且在任何状况下的常见光源所发射的紫外线辐射皆很少。在大部分状况中，为了完成环境光感测而除掉紫外线只需选用能吸收紫外线的包装材料就满足。
在除掉ALS输出的红外线元素后，智能手机规划师现在得处理第二个问题：怎么约束ALS/挨近传感器模块的视角，并且不影响其功用。这关乎ALS和挨近传感器之间的平衡。
就环境光感测而言，抱负的视角是180度（这实践上是不行能的），由于这是环境光射至显示屏的视点，可是对挨近感测而言却是相反的：它需求的是窄视角，如此才干约束红外线LED和红外线传感器之间呈现串扰的或许性。比较抱负的是红外线传感器应该只感测运用者脸部反射的红外光，而LED不该直接照耀到传感器上，也不该该检测到来自触控面板顶部及底部反射回来的光线。因而，必需针对ALS和红外线传感器之间的需求抵触进行取舍。
透过试验，智能手机规划师发现90~110度的视角能供给高功用的挨近勘探，一起还能让环境光感测体系体现杰出；将视点缩窄至90度以下会显着危害ALS的功用。此外，若体系以90度的视角作业，则触控屏幕底部和感测模块顶部之间的空气空隙有必要要十分小。
视角并非是影响ALS功用的仅有机械规划问题。为了让光线经过屏幕到达传感器模块，规划师有必要在显示屏开一个孔隙，OEM业者期望这个孔隙愈小愈好，以防止损坏触控屏幕的圆润、滑润外型。他们也会在屏幕玻璃下外表增加油墨以掩盖这个开孔，这会让它变暗且让它的色彩和手机外壳色彩融和在一起。油墨和开孔都会下降入射至传感器模块的光线强度。
此外，OEM业者有必要在出产在线严格操控油墨的透射率改变。例如，假如运用透射率17%的油墨，只是±1%的油墨透射率改变就会形成ALS输出发生5.9%的额定差错。
第三个在智能手机中完成环境光感测会面对的严峻应战，在于需求处理十分高动态规模的光输出。智能手机制造商想要让显示屏背光的亮度能被恰当设定，不管手机是处于简直彻底漆黑（亮度低至0.1lux）仍是阳光直接照耀（亮度高至220klux）的环境中。
这需求传感器在极宽的动态规模具有高的灵敏度，一起还要能保持极低的本底噪声（noise floor）。此外，设备的增益也应能被操控然后可以适应环境光亮度的改变。
微调的施行
本文已阐明在智能手机中分配环境光感测的折中准则、双光电管处理方案的优点，以及OEM业者需求重视的 ALS模块特性，可是每一个设备的外观、机械规划及油墨都有所不同，这就需求各个表征特性，才干开宣布量身打造的亮度方程式。
这个方程式是用来准确地除掉环境光的红外成分，以及补偿受限的视角。
为了完成这样的表征特性，智能手机必需曝露于各种不同的光源中，这些光源会宣布不同份额的红外线及紫外线。然后在相同的照明条件下，透过高精度的lux表丈量环境的照度，一起用ALS模块丈量环境的照度，然后以lux表的输出为基准来校对ALS的输出。lux表的测光面应该用遮光罩罩住，以模仿光传感器受限的视角。
为表征传感器模块，例如像奥地利微电子的TMD27721或TMD27723，可运用以下的方程式：
CPL=（ATIME_ms&TImes;AGAINx）/20 Lux1=（C0DATA-a0&TImes;C1DATA）/CPL Lux2=（b0 &TImes; C0DATA-b1×C1DATA）/CPL Lux=MAX（Lux1， Lux2， 0）《、b》
在上述方程式中，CPL， a0， b0， b1是表征特性的参数。
CPL：每亮度计数（Counts per Lux）。 C0DATA：读取自Channel 0的数据。 C1DATA：读取自Channel 1的数据。 C0DATA-a0x C1DATA：加权计数红外线份额高的光源。 b0xC0DATA-b1x C1DATA：加权计数红外线份额低的光源。 MAX：Lux1， Lux2 及0中的最大值。
一般来说，在越多光源下搜集越多的材料组，则表征特性将越准确。
界说恰当的机械规划，在出产时严格操控油墨透射率，以及小心肠进行表征，则环境光感测的体系差错可以被约束在不超越±15%规模内。在某些状况下，差错可以小至±10%。关于调整背光亮度以下降功耗并改进运用者体会这个意图来说，这已够好了。
当然，OEM业者或许根据显示器背光操控之外的功用，而需求更高准确度的ALS，这需运用灵敏度极高的环境光传感器（例如不具有挨近勘探的单机型设备） 。针对此类运用，奥地利微电子的TSL25911便是抱负挑选。
总结
ALS已被广泛运用于智能手机中，用来供给环境光亮度的相关信息，以支撑背光LED电源电路。可是，这个运用说起来简略，但实践做起来却不易——那是由于一方面得让省电作用够显着，一方面又得让运用者看得舒畅。
ALS有必要被置于显示器屏幕的反面， 这儿可以说是寸土寸金—组件有必要可以完成挨近勘探（挨近运用者脸部时可封闭显示屏）和首要环境光丈量功用。这些及其他条件严峻约束了规划工程师，使其无法自由地针对规划进行优化。
