關(guān)鍵詞： 環(huán)境光傳感器 , RGB傳感器

平板電腦和智能手機市場的發(fā)展表明，具有新穎獨到的工業(yè)設(shè)計能力有助于原始設(shè)備制造商（OEM）確立牢固的市場地位。隨著智能手表等可穿戴產(chǎn)品日益流行，時尚的創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計將倍受青睞。

創(chuàng)造新穎設(shè)計的難點在于需要在顯示屏上以用戶為重點下一番功夫：用戶界面本身。由于色彩豐富的液晶或有機LED顯示器與電容式觸摸屏結(jié)合非常強大，這使其理所當(dāng)然地成為了主流設(shè)計。但這并不意味著所有產(chǎn)品設(shè)計都需要采用透明和銀色玻璃。有色玻璃為產(chǎn)生與眾不同的用戶體驗提供了諸多可能。

圖1：RGB傳感器能形成差異化產(chǎn)品設(shè)計。

盡管玻璃色彩會改變用戶界面的外觀，但顯示面板本身可以對此進行補償——改變像素的色彩平衡，從而通過顯示屏玻璃產(chǎn)生清晰的顯示效果。不僅如此，顯示屏設(shè)計不但能夠?qū)Σ噬ＡнM行補償，而且可在不同環(huán)境光照條件下變化，如從陽光下的藍色光，變?yōu)槟承┦覂?nèi)照明條件下的黃色或紅色色調(diào)。

這種能力的關(guān)鍵要求是以準(zhǔn)確的紅、綠、藍（RGB）環(huán)境光傳感器，取代目前智能手機使用的簡單的白色環(huán)境光傳感器，幫助確定顯示屏所需的亮度。通過全面考慮色彩以及環(huán)境亮度，顯示器將更便于閱讀，更能使人在使用上感覺舒適(圖1)。

手機和平板電腦環(huán)境光RGB檢測的第二個優(yōu)點，體現(xiàn)在與內(nèi)置相機傳感器結(jié)合使用時。環(huán)境光傳感器為自動白平衡計算提供重要信息反饋，確保用戶拍攝圖片逼真的膚色和顏色一致性。利用精確的色彩反饋，運算甚至可以確定可能的光源，如熒光燈或多云的天空，幫助計算取得更好畫面效果的曝光度。此外，通過確定光源和光強，還可以優(yōu)化閃光燈輸出和驅(qū)動電流，從而延長電池續(xù)航時間。

這項技術(shù)還可有利于汽車應(yīng)用中的儀表盤設(shè)計，在迅速經(jīng)過黃色鈉燈與其他光源照明條件快速變化的夜間道路上，提高儀表盤的可讀性和醒目性。

高質(zhì)量RGB傳感器也可以用于其他應(yīng)用場合。集成到電視中，傳感器可用來提示顯示電子設(shè)備因器件老化導(dǎo)致的任何變化。例如，在有機發(fā)光二極管（OLED）顯示器中，隨著器件老化，藍色像素的色彩往往比紅色和綠色像素變化快。通過這種顏色的感應(yīng)，RGB傳感器有助于在電視的整個使用壽命期間保持更加一致的顯示效果。

圖2：色彩歸一到綠色的例子。

為感應(yīng)環(huán)境光和有色玻璃色彩過濾的效果，傳感器通常裝在玻璃面板下面。這樣可以提供各種光源照射條件下顯示的準(zhǔn)確色彩參考，供顯示驅(qū)動器用來調(diào)整RGB有效像素的平衡，補償濾光效果以及環(huán)境光照條件，如過紅或其他有色光。

為克服閃爍的影響，傳感器設(shè)計采用集成式ADC可濾掉50Hz或60Hz對人造光源的影響或相機閃光燈的影響。樣本數(shù)據(jù)可采用串行接口（如I2C）傳送到顯示驅(qū)動控制器。

安裝的傳感器應(yīng)能夠通過顯示屏接收光線，對整體像素輸出變化做出反應(yīng)。例如，固件可以利用給定輸出圖像接收光線與工廠校準(zhǔn)讀數(shù)的比較，增加或減少紅、綠或藍色，保持產(chǎn)品整個生命周期色彩輸出的一致性——例如，假定OLED面板在畫面上可以體現(xiàn)出一致的老化效果。

彩色打印機也需要精確的傳感器，用以確保校準(zhǔn)和打印期間，紙面上有準(zhǔn)確的油墨量——這是打印彩色圖片的基本要求。  
        
由于物理結(jié)構(gòu)設(shè)計對其中大量應(yīng)用非常重要，因此，RGB環(huán)境光傳感器需要體積小、精度高。如果器件邊長小于 2毫米，很容易封裝在圖像傳感器附近，或?qū)⑵溲b在顯示屏玻璃面板框架內(nèi)不顯眼的位置，而不會減小顯示屏的有效使用面積。

傳感器還需要能夠在許多不同情況下靈活安裝，如裝在電視機紅外（IR）遙控端口或移動設(shè)備感應(yīng)用戶觸控功能紅外信號的接近傳感器使用的專用暗色玻璃后面。與標(biāo)準(zhǔn)玻璃不同，這種材料紅外信號傳輸?shù)挠行Ь嚯x比大多數(shù)其他形式的玻璃更遠。紅外濾光或補償可以防止強紅外信號影響可見光測量。

一種方法是將紅外濾光片放在RGB傳感器自身上面，但這會增加成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。另一種方法不僅將可見光光電二極管，而且將紅外傳感器集成在設(shè)備上，使處理電子器件可以進行數(shù)字補償。這種方法優(yōu)于紅外濾光的一個主要優(yōu)點是，提高了光照檢測的智能水平。不同類型的可見光源產(chǎn)生的紅外光成分存在很大差別。例如，白熾燈光源生成大量紅外光，而熒光燈產(chǎn)生的紅外光非常弱，并且一般低于自然光中的紅外光。通過解讀這種數(shù)據(jù)，軟件可以根據(jù)不同照明條件進行圖像補償。

因為紅外玻璃濾除了大部分可見光，所以需要高靈敏度的RGB光電二極管陣列，確保這些條件下使用的傳感器準(zhǔn)確的顏色響應(yīng)。傳感器需要能夠在光照度低至0.005lux的黑暗環(huán)境中測量顏色（例如在紅外玻璃下面工作），但同時需要支持玻璃透光率非常高、光照度高達10,000lux的應(yīng)用。為便于使用，傳感器應(yīng)直接與該設(shè)備的核心處理器連接，根據(jù)當(dāng)前的照明條件不斷調(diào)整光亮度，保持顯示器顏色的一致性和理想亮度。

圖3：RGB傳感器典型應(yīng)用圖。

精度和可重復(fù)性對于確保產(chǎn)品有一致的用戶體驗，而生產(chǎn)過程中又不必耗費大量時間進行校準(zhǔn)至關(guān)重要。偏差小于 10%足以保證環(huán)境色度有效匹配。因為有許多RGB傳感器應(yīng)用在移動設(shè)備中，所以必須保證低功耗。不僅需要降低模擬前端的工作電流，而且在不使用時，傳感器電子器件能夠進入低功耗待機模式也十分重要。由于光照條件不太可能迅速變化，在接近傳感器的LED光電二極管出現(xiàn)閃爍等情況中，在短時間內(nèi)做幾次讀數(shù)是使用這類器件的有效策略。一旦取得了所需要的讀數(shù)，即可讓傳感器掉電等候，直至幾秒種后的下一個周期。該策略可使傳感器子系統(tǒng)的能耗降低幾個數(shù)量級。

能夠利用軟件工具驗證傳感器性能也十分重要。開發(fā)人員通過顯示，了解環(huán)境光讀數(shù)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CIE 1931色度圖的相符程度，可以更加方便地評估一塊特定玻璃對讀數(shù)的影響，并調(diào)整最終產(chǎn)品所需的色度補償。軟件還可以顯示，IC傳感器的精度能夠與專用手持色度儀的精度有多接近。

圖4：色度測試GUI圖示例。

Intersil ISL29125便是一款滿足這種快速增長市場需求的RGB傳感器。這款傳感器可在掉電模式下低功耗運行。它采用標(biāo)準(zhǔn)I2C接口向主機傳送數(shù)據(jù)。ISL29125還提供0.005lux至10,000lux的寬動態(tài)范圍，從而使設(shè)計人員能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到廣泛的工作環(huán)境和應(yīng)用中。在掉電模式下，Intersil RGB傳感器消耗的電流小于0.5μA；在工作模式下，其流耗約為85μA。

圖5：ISL29125 RGB傳感器方框圖。

除高精度和出色的性能之外，ISL29125傳感器還是業(yè)內(nèi)體積最小的6引腳RGB傳感器。設(shè)備設(shè)計中只需極小的孔徑，即可獲得足以準(zhǔn)確測量色溫所需的環(huán)境光，從而極大地改善了工業(yè)設(shè)計。評估板支持軟件按CIE色度圖解碼顯示器讀數(shù)，為開發(fā)提供幫助。

通過集成和高效的IC設(shè)計，新一代RGB傳感器可顯著改善消費、汽車和工業(yè)類應(yīng)用的用戶界面閱讀體驗。