手机地磁传感器与常见问题

在手机中，存在不少传感器，例如光距感，陀螺仪，重力加速度，地磁等。关于各传感器，虽功能作用大家都有所了解，但是在研发设计debug过程中，却总是会遇到很多头疼的问题。关于传感器，今日主要讲一下地磁传感器。

一 地磁传感器

是将由磁场、应力、应变、温度、光等引起的磁特性变化，转换成电信号进行检测的装置。

二 分类

按照目前主流的技术主要分为以下四种：

1. AMR
2. HALL
3. GMR
4. TMR
   目前主要用到的是AMR技术。

三 关于干扰源

硬磁——其本身可产生磁场的物质。例如手机中的听筒，喇叭，带马达的摄像头模组，除此之外电流也属于硬磁。中学物理曾了解过奥斯特实验，揭示了电流周围存在磁场。这也说明了电流和前面几个物质一样的性质，所以归类为硬磁。可使空间中的磁场发生移位。

软磁，其本身不包含磁场，在外加磁场的磁化影响下，产生了磁性。手机中，软磁材料例如弹片，螺丝，NFC线圈中的隔磁材料等。如果你还不了解，可以想象童年时期，我们经常会使用吸铁石吸引硬币，此时硬币被磁化，如果选择将另一颗硬币放在被磁化的硬币附近，其可以被前者的硬币吸引。前者的硬币则属于软磁。当外加磁场撤去后，被磁化的器件去磁时间也是根据不同的材料所不同。即使其本身不存在磁场，但是可使空间中的磁场发生扭曲。

关于指南针，并非单指地磁传感器这个模块。在场景使用过程中，往往会存在一定角度的倾斜，此时会调用手机中的加速度的数据，二者进行融合，最终呈现出指南针指针的偏移。

四 常见问题

在手机debug测试中，往往会遇到以下几类问题：

1. 指南针卡死

关于指南针卡死，这里的指南针并非单指M sensor，A sensor也同样处理着指南针指针的变化情况。所以二者只要有一方工作异常，三轴数据中的某一轴或者几个轴卡死都会使得指南针在使用过程中出现卡死情况。如果想要加强这个理解，可以物理摘掉A sensor，观察指南针情况。

水平静置下，指南针角度偏移大——在项目前期调试过程中，这类问题是很常见的，因受周围软磁的影响，所以我们需要寄3-5PCS机器给到地磁厂商，用于做软磁补偿。补偿系数则需要软件合入代码中。加入补偿系数后的指南针在水平静止状态下偏移情况与标准指南针往往相差在3度以内。

2. 充电场景，指南针角度偏移大

关于这类问题，是很多项目经常遇到的。有时甚至我们从市面上买对比机对比充电指南针干扰时也同样遇到过。这类问题在有些时候简直无解，在现如今动不动二百瓦充电功率的时代，充电场景的指南针问题成为了很多开发者头疼的问题。这部分原因从硬件上分析，主要分为两部分：

地磁附近存在VBUS走线

因变化的电流会产生磁场，其必然会影响到地磁三轴的数据输出情况，进而影响到指南针的偏转情况。设计前期，应尽量避免地磁附近走VBUS线路。除此之外，建议地磁附近尽量不要放置大的地空，地磁摆放位置尽量处于主板靠近电池盖的一面。

充电回流影响

关于充电回流的影响，几乎是每个充电指南针干扰问题的原因。关于手机的地，不仅分为主板地还分为结构地。其通过弹片，螺丝融合为一个“地”。充电的回流路径往往无法预测，也就使得在遇到因回流引起的地磁干扰问题，debug方向往往是多方位的，需要增加多处整个措施，使得回流路径发生变化，减小地磁的干扰。关于整改，优先排查地磁附近的接地螺丝孔与接地弹片。弹片可选择通过电容下地，螺丝孔铺铜处可铺上绿油。关于任何接地的整改都需要与其他领域拉会对齐，评估对各领域的影响性。

在各家平台的代码逻辑中，本身已含有9D算法，其中高通有的算法较为成熟，MTK的算法较为弱些，所以在使用MTK平台时，往往是地磁厂商提供自己的一套9D算法方案。其主要还是依据陀螺仪的数据修正指南针偏移情况。然而此算法在大角度偏移情况下十分有效，在小角度缓慢偏移的情况下很难进行修正。
除此之外，软件还可通过在sensorhub中调用充电相关函数结合偏移情况进行补偿。其效果可改善，但是一致性无法保证。目前很少有项目用上，主要还是方案不是很成熟，同时厂商都有自己的一套代码逻辑，不会擅自加上第三方的代码。

五 关于原理图与Layout

地磁位于主板投影区的各层地建议挖空处理，不要有走线。按照厂商要求对周围各关键器件进行一定距离的远离。在位置确定下来后，提供各距离数据给与地磁厂商做硬磁仿真。因地磁在工作时，电流并非稳定的，往往会存在脉冲，所以地磁的电源线走线建议在0.2mm起步。主板的电源滤波电容选择在2.2UF-4.7UF,个别厂商还会建议串一颗3.3R电阻在其中。为的是更好的控制电源电压的波动。