如今的智能手機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)大，從最開(kāi)始打電話(huà)發(fā)短信，到現(xiàn)在的拍照上網(wǎng)打游戲，手機(jī)已經(jīng)成為“陪伴”人們時(shí)間最長(zhǎng)，交互最多的東西。手機(jī)中的那些人機(jī)交互都是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

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觸覺(jué)

取消鍵盤(pán)采用觸摸屏標(biāo)志著手機(jī)正式進(jìn)入智能時(shí)代。現(xiàn)在流行的電容屏原理很簡(jiǎn)單，利用導(dǎo)電透明的ITO（氧化銦錫）膜，驅(qū)動(dòng)做成M個(gè)發(fā)射通道，感應(yīng)做成N個(gè)接收通道，橫縱交錯(cuò)，就可以形成互電容，即為觸控感應(yīng)點(diǎn)。圖案可以做成條形，雙條形，雙面菱形，菱形+六邊形等。

當(dāng)有手指觸摸屏幕時(shí)，感應(yīng)電容Cx變小，給外部調(diào)制電容Cmod充電更快，當(dāng)Cmod電壓達(dá)到Vref后，觸發(fā)開(kāi)關(guān)，電阻RB接地放電，Cmod電壓低于Vref后開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，又開(kāi)始給Cmod充電，形成Sigma-Delta調(diào)制。有手指觸摸相比無(wú)觸摸時(shí)，充電時(shí)間變短而放電時(shí)間不變，因而占空比增加，相同時(shí)間內(nèi)的方波數(shù)量變多。輸出方波比特流與PWM信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算，即可計(jì)算脈沖掃描周期內(nèi)的方波數(shù)量，從而檢測(cè)出觸摸位置。

除了觸控之外，觸覺(jué)反饋也是現(xiàn)在手機(jī)的一大賣(mài)點(diǎn)。Home鍵解鎖的細(xì)膩振感，鬧鐘撥盤(pán)和滑桿的清脆觸感，游戲里摩擦碰撞的立體反饋，都是依靠線(xiàn)性馬達(dá)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)。低端機(jī)采用的轉(zhuǎn)子馬達(dá)通過(guò)磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，啟動(dòng)停止都慢，較為拖沓，聲音也是“嗡嗡嗡”的。中高端手機(jī)普遍采用線(xiàn)性馬達(dá)，特別是X軸線(xiàn)性馬達(dá)。通電后彈簧質(zhì)量塊可以在上下左右方向產(chǎn)生振動(dòng)，啟動(dòng)停止速度都很快，振感立體干脆，因而可以做到細(xì)膩的觸感，聲音也是“噠噠噠”的。

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視覺(jué)

作為最主要的信息交互渠道，視覺(jué)在人機(jī)交互中所占的分量越來(lái)越重。

我們?cè)谟|控屏上點(diǎn)開(kāi)某個(gè)圖標(biāo)后，顯示驅(qū)動(dòng)芯片迅速開(kāi)始工作，將對(duì)應(yīng)的畫(huà)面呈現(xiàn)在屏幕上。LCD屏的液晶層上下會(huì)有透明電極，行掃描線(xiàn)決定這一行的TFT晶體管是否開(kāi)啟，列信號(hào)線(xiàn)控制加在液晶的電壓大小，從而影響液晶層的透光率。從屏幕底部投射上來(lái)的背光源經(jīng)過(guò)這層被掃描線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)共同決定的液晶層后，就會(huì)產(chǎn)生明暗不同的光。投射上來(lái)的光向外輻射時(shí)經(jīng)過(guò)彩色濾光片就變成了明暗可控的紅綠藍(lán)三原色，從而可以顯示出任意配比的色彩。

LCD因?yàn)橛斜彻獯嬖谀芎妮^高，且LCD無(wú)法完全遮光，因此會(huì)出現(xiàn)不夠黑的情況，屏幕和邊框的縫隙也會(huì)出現(xiàn)漏光現(xiàn)象，現(xiàn)在高端手機(jī)都開(kāi)始采用AMOLED屏。

AMOLED采用LED自發(fā)光，無(wú)需再用背光模組，能耗大大降低。掃描線(xiàn)開(kāi)啟開(kāi)關(guān)MOS，信號(hào)線(xiàn)的電平通過(guò)開(kāi)關(guān)MOS給電容充電，打開(kāi)驅(qū)動(dòng)MOS，電容上的電壓和信號(hào)強(qiáng)度成正比。OLED Power通過(guò)驅(qū)動(dòng)MOS給LED的陽(yáng)極提供驅(qū)動(dòng)電流，發(fā)光強(qiáng)度和電流大小成正比，從而可以通過(guò)信號(hào)線(xiàn)控制光的明暗。在發(fā)光層，陽(yáng)極來(lái)的空穴和陰極來(lái)的電子匯合，在有機(jī)材料中釋放能量，使有機(jī)發(fā)光物質(zhì)進(jìn)入激發(fā)態(tài)，回落至基態(tài)時(shí)輻射躍遷，從而發(fā)出明暗可控的紅綠藍(lán)三原色的光。

另一個(gè)跟視覺(jué)強(qiáng)相關(guān)的是攝像頭，圖像傳感。

開(kāi)啟相機(jī)拍照時(shí)，VCM（音圈馬達(dá)）迅速開(kāi)始工作，加在線(xiàn)圈上的電流，在磁場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生Z軸方向的力，推動(dòng)鏡頭移動(dòng)，電磁力與彈簧力平衡，從而控制鏡頭的位置。一般低端機(jī)器會(huì)用中置或底置的馬達(dá)，而高端手機(jī)則會(huì)用OIS（光學(xué)防抖）馬達(dá)，控制鏡頭的平移或者整個(gè)鏡頭的偏轉(zhuǎn)，最高可以實(shí)現(xiàn)3°的抖動(dòng)補(bǔ)償。

遠(yuǎn)處的光通過(guò)攝像頭模組聚焦后，進(jìn)入Camera sensor，利用表層的IR膜濾掉紅外雜光，經(jīng)過(guò)微透鏡，進(jìn)入彩色濾光片，因?yàn)槿搜蹖?duì)綠光更敏感，會(huì)按照拜爾陣列設(shè)計(jì)，G:R:B=4:2:2分配。最后在光電二極管上產(chǎn)生對(duì)應(yīng)顏色的感應(yīng)電流，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)。而屏幕在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到RGB三原色的使用壽命，也會(huì)按照G:R:B=4:2:2分配，正好和CIS對(duì)應(yīng)了。

03

聽(tīng)覺(jué)

近年來(lái)TWS耳機(jī)的盛行使得手機(jī)揚(yáng)聲器頗為尷尬。作為最原始的手機(jī)功能之一，音頻從最開(kāi)始的打電話(huà)能響，到現(xiàn)在的立體聲高音質(zhì)，也是一路演進(jìn)。從Codec解碼的音頻信號(hào)在Class D類(lèi)功放里通過(guò)PWM調(diào)制被轉(zhuǎn)為方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)推挽結(jié)構(gòu)的放大器工作，現(xiàn)在為了獲得高音量，一般會(huì)在放大器內(nèi)部集成升壓電路。輸出的方波信號(hào)通過(guò)LC低通濾波就可以還原為模擬的正弦波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)8歐姆喇叭里的線(xiàn)圈帶動(dòng)振膜發(fā)出聲音。高端機(jī)的立體聲方案則會(huì)多加一個(gè)喇叭，利用兩個(gè)喇叭位置的不同產(chǎn)生聲音信號(hào)時(shí)間和相位的延遲，從而在人耳產(chǎn)生立體聲的效果。

除了直觀(guān)感受的觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)之外，手機(jī)上還有很多其他的交互方式。如實(shí)現(xiàn)屏幕靠近人體自動(dòng)息屏的距離傳感器（P Sensor），隨著環(huán)境光強(qiáng)度改變屏幕亮度的環(huán)境光傳感器（ALS），靠近人頭后自動(dòng)降低輻射的SAR Sensor，等等。