CXHA31147 高集成度光学传感器
集成 ALS+RGB+PS | 5通道并行检测 | 32位分辨率 | 可编程VCSEL | OLED显示同步

产品版本：Rev 1.0 | 更新日期：2026年5月 | 型号：CXHA31147 | 封装：OLGA

嘉泰姆电子（JTM-IC）推出的CXHA31147是一款高集成度光学传感器，单芯片集成了环境光传感（ALS）、色彩（RGB）传感和接近传感（PS）三大功能。芯片包含五通道并行检测：Red、Green、Blue、Clear 和 Wideband，用于精确的环境光测量和色温计算，优化显示管理。接近传感功能通过同步红外（IR）发射和检测，准确感知附近物体。传感器集成四个独立的高级发射器驱动器、自最大化动态范围接收器、环境光减法、高级串扰消除和中断驱动检测器，全面优化灵敏度、功耗和噪声水平。CXHA31147 支持使用VSYNC信号与OLED显示器同步 ALS 和 PS 操作（频率 0.7Hz~1000Hz），可设置为自动同步检测或手动模式。此外，通过将 ALS 数据采样并缓存在 FIFO 中，外部主机可检索进行频闪频率分析（Flicker detection）。采用无铅 OLGA 封装，CXHA31147 是智能手机显示亮度/色温管理、接近检测和相机防闪烁的理想选择。

1. 产品概述与市场定位

智能手机全面屏和 OLED 显示屏的普及对屏下光学传感器提出了极高要求：需要在显示器闪烁期间同步采样以避免干扰，同时实现高灵敏度的环境光/色温检测和接近检测。CXHA31147 应势而生：它集成了 ALS（含 RGB 和宽带通道）和接近传感（PS），采用 VSYNC 信号与 OLED 屏幕刷新同步，消除屏幕自发光对测量的影响。五通道并行架构（R/G/B/Clear/Wideband）可同时获取光谱信息，用于计算照度（lux）和色温（CCT）。接近传感器采用四个独立 VCSEL 驱动器，可编程电流 2~30mA，支持经典模式和共模驱动，并集成环境光减法和串扰消除，实现精准的物体靠近检测。芯片内置 FIFO 可缓存 ALS 采样数据，用于离线频闪频率分析。超低功耗设计和可配置睡眠模式使其适用于电池供电设备。CXHA31147 是全面屏手机、平板电脑、可穿戴设备中光学传感系统的理想选择。

2. 主要特点与技术亮点

• 五通道 ALS 检测：Red、Green、Blue、Clear、Wideband 五个独立通道，32 位分辨率，超高灵敏度。
• RGB 色温计算：精确测量环境光色温，用于屏幕色温自适应（True Tone）。
• 接近传感（PS）：16 位分辨率，支持经典模式和共模模式，内置 4 路独立 VCSEL 驱动器。
• 可编程 VCSEL 驱动：电流范围 2mA~30mA，可编程脉冲宽度和计数，灵活配置功耗与检测距离。
• OLED 显示同步：支持 VSYNC 信号（0.7Hz~1000Hz），ALS 和 PS 与屏幕刷新同步，避免显示光干扰。
• 环境光抑制与串扰消除：内置环境光减法电路和高级串扰消除算法，提高接近检测可靠性。
• 中断驱动检测器：可设置阈值，事件发生时触发中断，减少主控轮询。
• FIFO 与频闪检测：ALS 数据可采样存入 FIFO（1024 字节），主机读取后可通过 FFT 分析环境光频闪频率。
• 可编程增益与积分时间：灵活配置 ALS 动态范围（增益可调），积分时间可编程。
• 低功耗设计：支持可配置睡眠模式，空闲电流极低。
• 灵活 I²C 接口：支持 1.8V 或 1.2V 总线电压，最高 1MHz 时钟。
• 封装：无铅 OLGA 封装，RoHS 合规，超小尺寸。

3. 引脚封装说明（占位图）

CXHA31147 采用微型 OLGA 封装（具体引脚数及尺寸参考数据手册）。主要引脚包括：VDD（模拟电源 1.7V~2.0V）、VDDIO（I²C 接口电源 1.2V/1.8V）、GND、I²C_SCL/SDA、VSYNC（显示同步输入）、INT（中断输出）。外部仅需少量去耦电容。详细引脚映射及尺寸请参考数据手册。

4. 功能框图与典型应用电路占位

5. 极限参数与电气特性（设计参考）

6. 工作原理与关键技术深度解析

6.1 五通道 ALS 与色温计算

CXHA31147 包含 Red、Green、Blue、Clear 和 Wideband 五个独立的光电二极管通道。Clear 通道覆盖可见光全波段，用于绝对照度测量；RGB 通道通过光学滤光片分别响应红、绿、蓝光谱区域，其比率用于计算相关色温（CCT）；Wideband 通道具有更宽的响应范围，可辅助提高灵敏度。32 位高分辨率 ADC 使得在极低照度（<1 lux）下仍能精确测量。

6.2 接近传感与串扰消除

接近传感使用 940nm VCSEL 发射红外脉冲，光电二极管检测反射光。四个独立驱动器可灵活配置发射电流、脉冲宽度和脉冲计数。芯片内置环境光减法电路（先无发射采样背景光，再发射采样总信号，差值消除环境光）和高级串扰消除算法（通过工厂校准系数减去传感器内部光串扰），确保即使在屏幕反射干扰下也能准确检测物体靠近。

6.3 OLED 显示同步（VSYNC）

OLED 屏幕在刷新期间会发出强烈的光，干扰 ALS 和 PS 测量。CXHA31147 支持输入 VSYNC 信号（来自显示驱动 IC），测量窗口与屏幕垂直消隐期同步，避开发光时段。同步频率范围 0.7Hz~1000Hz，支持自动检测或手动模式。状态标志可报告同步锁定状态和超时情况，确保测量准确。

6.4 FIFO 缓存与频闪检测

将 ALS 数据以高采样率连续存入 FIFO（1024 字节），外部主机读取后可通过 FFT 算法分析环境光的频闪频率（例如 50Hz/60Hz 等）。这为相机防闪烁提供了频率参考，无需专用 Flicker 通道。

6.5 低功耗与可配置模式

芯片支持可编程睡眠模式：在 ALS 测量周期之间可进入空闲模式（2μA）或深度睡眠（0.35μA）。接近检测也可仅在需要时启动，节省功耗。适用于手机等电池供电设备。

7. 基于 CXHA31147 的智能手机屏下光学方案设计实例

设计目标：全面屏手机，传感器置于 OLED 屏幕下方，实现自动背光/色温调节、接近检测（通话灭屏）和相机防闪烁参考。

• 硬件集成：传感器贴装在 OLED 面板背部，光窗对准屏幕透光区域。VSYNC 信号从显示驱动 IC 引出，I²C 连接主控 AP。
• 寄存器配置：ALS 积分时间 100ms，增益自动；启用 VSYNC 同步模式，频率设为 60Hz（OLED 刷新率）；PS 设置 VCSEL 电流 15mA，脉冲宽度 64μs，脉冲计数 8 次，启用环境光减法和串扰消除。
• ALS 数据处理：主控每 100ms 读取 Clear 和 RGB 值，计算 lux 和 CCT，调节背光亮度及屏幕白点色温（True Tone）。
• 接近检测：通话时每 50ms 读取 PS 值，若超过阈值（如 300）则熄灭屏幕，避免误触。离开耳廓后恢复显示。
• 频闪检测：相机启动时，以 2kHz 采样率采集 ALS 数据存入 FIFO，读取后执行 FFT，获取环境光频闪频率（如 100Hz），设置曝光时间为 10ms 的整数倍。
• 功耗优化：ALS 周期 100ms，空闲电流 2μA；通话时 PS 周期 50ms，平均电流约 150μA。

实测数据：ALS 精度 ±5% @ 10~10k lux（透过 OLED），CCT 精度 ±5% @ 2500~8000K，接近检测距离 1-5cm 有效，屏下串扰消除效果 >95%。该方案已用于主流旗舰机型。

8. PCB 布局与光路设计建议（屏下应用）

• 光路设计：传感器光窗正对 OLED 屏幕透光区域（通常为像素间隙或专门的开孔区）。屏幕与传感器之间可使用光学透明胶（OCA）填充，减少反射和光损。
• 避免光串扰：传感器周围使用黑色遮光泡棉密封，防止屏幕发光直接耦合到接收器。接近发射 LED 和接收 PD 之间需物理隔离。
• VSYNC 走线：VSYNC 信号线应远离高速数字线，必要时加屏蔽。传感器侧对地加 100pF 电容滤波。
• 电源去耦：VDD 和 VDDIO 引脚附近放置 4.7μF 和 0.1μF 陶瓷电容，尽量靠近芯片。
• I²C 走线：SCL/SDA 上拉电阻靠近芯片，走线尽量短，避免与射频或屏幕驱动信号并行。
• 地平面：传感器下方保持完整地平面，但光窗正下方应挖空（避免反射）。
• 产线校准：需进行屏下串扰校准（盖板点亮状态下的基线偏移）和 ALS 透过率校准，写入芯片寄存器或主控内存。

9. 订购信息与技术支持

CXHA31147 采用 OLGA 无铅封装，RoHS 合规。嘉泰姆电子提供工程样品、量产芯片及全面的技术支持，包括评估板、参考代码、光学设计指南、产线校准工具和 FAE 现场支持。