ON Semiconductor AR0132AT：1/3 英寸 CMOS 数字图像传感器深度解析

在当今的电子设备领域，图像传感器的性能对于众多应用的成功至关重要。ON Semiconductor 的 AR0132AT 作为一款 1/3 英寸 CMOS 数字图像传感器，凭借其卓越的特性和广泛的应用范围，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入探讨一下这款传感器的各项特性、工作原理以及实际应用中的注意事项。

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产品概述

AR0132AT 具有 1280H x 960V 的有源像素阵列，能够以滚动快门读出方式在线性或高动态范围模式下捕获图像。它集成了诸如自动曝光控制、开窗和视频/单帧模式等复杂的相机功能，适用于低光和高动态范围场景。通过简单的两线串行接口即可进行编程，能产生极其清晰、锐利的数字图像，非常适合监控和高清视频等多种应用。

框图

关键特性剖析

低光性能与动态范围

该传感器具有出色的低光性能，能够在光线较暗的环境下捕捉到清晰的图像。同时，它支持线性或高动态范围捕获模式，在高动态范围模式下，可处理高达 120dB 的动态范围，确保在强光和弱光同时存在的场景中也能呈现出丰富的细节。

多种输出模式与帧率

提供并行和串行（HiSPi）输出端口，可根据实际需求灵活选择。在全分辨率下帧率可达 45fps，720p 分辨率下可达 60fps，能够满足不同应用对帧率的要求。

智能功能集成

• 自动曝光与统计引擎：自动曝光控制（AEC）可确保每两帧计算并更新最佳的曝光和增益设置，使图像始终保持合适的亮度。
• 自动黑电平校准：自动测量图像传感器中一组光学黑线像素的平均值，并进行数字低通滤波，以去除时间噪声和随机不稳定性，保证图像的黑电平稳定。
• 实时上下文切换：用户可通过写入 R0x30B0[13] 中的上下文切换位，在两个完整的寄存器集之间进行切换，新值将在下一次曝光和读出时立即生效。

温度传感器

内置基于 PTAT 的温度传感器，可通过寄存器访问测量芯片结温。通过简单的线性函数即可将传感器输出的 ADC 值转换为最终的摄氏温度值。

工作原理与数据输出

功能概述

AR0132AT 是一款逐行扫描传感器，使用片上锁相环（PLL）从 6 - 50 MHz 的单个主输入时钟生成所有内部时钟，最大输出像素速率为 74.25 Mp/s。用户通过两线串行总线与传感器进行交互，控制阵列、模拟信号链和数字信号链。

像素数据格式

像素阵列配置为 1412 列 x 1028 行，其中包含用于监测黑电平和行噪声校正的暗像素。默认情况下，传感器从物理像素地址 (112, 44) 开始读取，光学中心位于寄存器 x_addr_end(R0x3008)=643 和 y_addr_end(R0x3006)=485 处。

输出数据格式

图像数据以逐行扫描方式读出，有效图像数据被水平和垂直消隐包围。可通过寄存器设置水平行时间和垂直帧时间。在并行输出模式下，FRAME_VALID（FV）和 LINE_VALID（LV）信号指示帧和行的边界，PIXCLK 可用于锁存数据。

高动态范围模式

默认情况下，传感器上电后处于线性模式，但可配置为高动态范围（HDR）模式。HDR 模式采用多曝光方案，通过顺序捕获三次曝光并在片上组合，生成每个像素 20 位的线性化值，然后可选择压缩为 12 或 14 位输出。在 14 位模式下，压缩是无损的；在 12 位模式下，数据损失极小。

曝光设置限制

由于线缓冲器数量的限制，HDR 模式下最大粗积分时间为 42 × T1/T2 行，且最大粗积分时间还受 frame_length_lines 寄存器的限制，即 maximum coarse_integration_time = minimum (42 × T1/T2, frame_length_lines - 45)。此外，还存在最小曝光行数的限制。

运动补偿

为了减少多曝光 HDR 系统中因物体运动产生的伪影，AR0132AT 配备了 2D 运动补偿电路。可通过设置 R0x318C[14] 启用默认的 HDR 运动补偿功能，或通过设置 R0x3190[13] 启用 DLO 方法进行 HDR 组合。

电气特性与电源管理

电气规格

在特定条件下（如 VDD = 1.8V ± 0.15V，VDD_IO = VDD_PLL = VAA = VAA_PIX = 2.8V ± 0.3V 等），该传感器具有明确的电气特性。两线串行寄存器接口的电气特性符合相关标准，I/O 时序可通过寄存器 R0x3028 进行调整。

电源管理

支持硬待机和软待机两种模式，在两种模式下均可选择禁用外部时钟以进一步降低功耗。进入和退出待机模式需要遵循特定的序列，以确保传感器的正常工作。

应用场景与注意事项

应用场景

• 汽车成像：用于汽车的后视摄像头、环视系统等，提供清晰的图像以辅助驾驶安全。
• 视频监控：在低光和高动态范围场景下，能够准确捕捉监控区域的细节，确保安全监控的有效性。
• 720p60 视频应用：满足高清视频录制和传输的需求，适用于各种视频会议、直播等场景。

注意事项

• 电源供应：在电源上电和下电过程中，必须遵循推荐的序列，确保各电源之间的分离时间符合要求，以避免传感器出现功能问题和高电流消耗。
• 列校正：由于列并行读出架构可能导致不同列信号路径存在偏移，需要进行列校正。在启动和模式更改时，需要遵循特定的触发序列来确保列校正系数的正确计算。
• 测试模式：在启用测试模式时，需要关闭黑电平校准（BLC），以避免影响测试结果。

总结

ON Semiconductor 的 AR0132AT 图像传感器以其丰富的功能、出色的性能和广泛的应用范围，为电子工程师提供了一个强大的工具。在实际应用中，我们需要深入了解其特性和工作原理，遵循相关的操作规范，以充分发挥其优势，实现高质量的图像采集和处理。你在使用类似图像传感器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。