2020年11月04日 | ST ToF传感器成功三大因素：镜头、API以及低功耗

2020-11-04 来源：EEWORLD

ST（意法半导体）刚刚发布了VL53L5，这是第一款能够监测64个不同区域的ToF传感器。它与VL53L1X相似，因为它们都具有相同的量程，并采用了940 nm VCSEL。不过，新器件稍大一些，为6.4毫米x 3毫米x 1.5毫米。视野范围为61º（水平和垂直方向43º），而不是上一代的27º。

VL53L1X是2018年推出的ToF传感器，可达到4米测距范围，是市面上最小的ToF传感器。相比2016年推出的VL53L0X测距范围增加一倍。VL53LX的封装尺寸为4.9 mm x 2.5 mm x 1.56 mm，而VL53L0X的尺寸为4.4 mm x 2.4 mm x 1.0 mm。ST决定同时保留这两种器件，以帮助设计师为产品选择最合适的组件，那些不需要额外距离的人可以从更小、更实惠的解决方案中获益，而那些确实需要更高性能的工程师可基于此前的开发方案，选择新一代更强功能的ToF传感器。

自2016年上市以来，VL53L0X一直是世界上最小的飞行时间传感器，这得益于先进的内部封装技术，该技术使用定制VCSEL（垂直腔面发射激光器）及其驱动器、SPAD（单光子雪崩二极管）接收器和所有所需电路集成在一体模块。该产品成为ST 2017年开发者大会的亮点之一，VL53L1X在几周前的传感器博览会上获得了创新奖。实际上，新产品非常受欢迎，因为它保留了以前组件的许多原始特性，并在此基础上进行了构建，以显著提高性能。因此，由于有许多第三方公司销售集成了我们最新型号的器件，以及依赖于我们技术的第三方产品，我们认为深入研究VL53L1X成功的三个主要特性是很重要的。

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成功原因之一:镜头

ToF传感器的工作原理是从VCSEL发射光子，然后等待光线从物体上反弹回来。然后根据光子往返所用的时间来确定传感器和物体之间的距离。距离大幅增加背后的一个主要原因是集成在传感器接收端前面的透镜。这种透镜有助于准直返回传感器的光，这意味着接收器可以检测到激光发射的光子，并从更远的距离返回，从而增加了器件的量程。这也意味着VL53L1X受到明亮环境光的影响较小，因为透镜可以更好地滤除环境中的寄生射线，从而更好地检测返回的光子。

除了提高传感器对环境干扰的鲁棒性之外，透镜还允许设置可编程的感兴趣区域（ROI）。传统上，应用程序将通过读取接收器整个表面捕获的信息来计算一个或多个对象的距离，从而处理可用的整个视野（VL53L1X中为27°）。但是，有些应用并不需要传感器的整个视野，从整体上捕捉只是浪费资源、能量和计算吞吐量。因此，我们现在提供了限制接收器区域的能力，只有这些区域才可以传输他们捕获的信息，从而节约资源。

成功原因之二:强大的API

除了硬件特性之外，我们看到软件工程师想知道他们将如何处理所有的寄存器和指令，从而有效地利用这项技术。这就是为什么我们开发了STSW-IMG007，这是一组C函数，用作VL53L1X的API（应用程序编程接口），这将有助于开发人员利用传感器的特性。对于传感器的ROI，我们提供专用命令来编程视野的大小和位置。

这个API非常强大，因为它还让开发人员能够创建多个感兴趣的区域。例如，设计人员可以将传感器设置为先聚焦在视野的左侧，然后聚焦在右侧，从而扫描多个区域。通过这样做，系统可以检测到是否有手从一侧移动到另一侧，从而将VL53L1X ToF传感器转变为刷卡检测器，如果没有多个可编程ROI，这是不可能实现的。这一点特别有趣，因为它允许工程师超越ToF传感器的传统用例，提供新功能并改善用户体验。

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成功原因之三：低功耗自主模式

API在利用VL53L1X新的低功耗自治模式时也非常有用，因为开发人员只需调用VL53L1_setIntermeasurementPeriodMillises（）函数即可利用它。新的ToF传感器可以完全自主，这意味着可以让系统的其余部分进入睡眠状态，节约大量能量。程序员只需调用函数并定义传感器检查活动的频率（例如，每秒钟1次）。VL53L1X将根据指定的时间间隔自动唤醒，如果检测到活动，例如有人到达或离开，它将生成一个中断来唤醒主机微控制器。因此，低功耗的自主模式对个人电脑或智能手机尤其有用，例如当用户靠近机器时，才会打开显示器。

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开始评估VL53L1X最简单的方法是使用我们的扩展板X-NUCLEO–53L1A1。它可以放在NUCLEO开发板上，比如NUCLEO-F401RE或NUCLEO-L476RG，快速开始原型开发。开发人员只需下载X-CUBE–53L1A1软件包，该软件包包括VL53L1X API、驱动程序、硬件抽象层，甚至是上述两种NUCLEO板的预编译应用程序，这意味着工程师只需拖放一个二进制文件即可开始使用传感器。X-NUCLEO–53L1A1还配备了两个盖玻片，使用不同的间隔物帮助设计师在不同的气隙下测试ToF传感器，这将有助于模拟各种环境。对于那些还没有拥有NUCLEO板的人来说，P-NUCLEO-53L1A1套件包括了X-NUCLEO-53L1A1扩展板和NUCLEO-F401RE开发板。

ToF ST 意法半导体

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