STMicroelectronics VL53L8CX 8x8多區(qū)域飛行時(shí)間傳感器提高了環(huán)境光下的性能，降低了功耗。VL53L8CX基于ST的FlightSense技術(shù)，設(shè)計(jì)用于提供高達(dá)400cm的精確測距，具有65° 對角線FoV。VL53L8CX能夠測量絕對距離，不受目標(biāo)顏色和反射率的影響。VL53L8CX集成了功能強(qiáng)大的新一代VCSEL和兩個(gè)高級超表面透鏡。一體化模塊支持更廣泛的高性能用例，例如低功耗系統(tǒng)激活、手勢識別、機(jī)器人SLAM、液位監(jiān)測等。

數(shù)據(jù)手冊；*附件：STMicroelectronics VL53L8CX 8x8多區(qū)域飛行時(shí)間傳感器數(shù)據(jù)手冊.pdf

ST VL53L8CX ToF傳感器采用獲得專利的算法，通過64區(qū)深度測量檢測和跟蹤FoV內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)。直方圖可確保玻璃蓋串?dāng)_抑制超過60cm。該傳感器支持SPI和^I2C^接口，可實(shí)現(xiàn)高頻幀率和短啟動時(shí)間。VL53L8CX的VCSEL會發(fā)出完全不可見的940nm IR光，并通過了對眼睛安全的1級認(rèn)證。

特性

• 新一代多區(qū)域ToF（飛行時(shí)間）傳感器，具有低功耗和增強(qiáng)的測距性能
  • 多區(qū)域距離測量功能，具有4x4或8x8獨(dú)立區(qū)域
  • 自主低功耗模式，具有可編程中斷閾值，可喚醒主機(jī)
  • 測距高達(dá)400cm，在環(huán)境光下具有增強(qiáng)性能
  • 每個(gè)區(qū)域多目標(biāo)檢測和距離測量
  • 直方圖處理和算法補(bǔ)償可最大限度地減少或消除蓋玻片串?dāng)_的影響
  • 每個(gè)區(qū)域運(yùn)動指示燈，用于顯示目標(biāo)是否移動以及如何移動
  • 幀速率能力：60Hz
• 易于集成
  • 可回焊單元件
  • 需要1.8V內(nèi)核電源和3.3V AVDD電源
  • 可選1.2V或1.8V IOVDD接口電壓電平
  • ^I2C^ （高達(dá)1MHz）或SPI（高達(dá)20MHz）接口
  • 兼容各種蓋玻片材料
  • 可以隱藏在深色玻璃罩后
• 具有寬FoV（視場）的全集成微型模塊
  • 新一代、940nm大功率發(fā)射器、不可見光VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）和集成模擬驅(qū)動器
  • 65°對角線方形FoV，在發(fā)射器和接收器上皆使用了DOE（擴(kuò)散光學(xué)元件）
  • 接收SPAD陣列（單光子雪崩二極管）
  • 運(yùn)行固件的低功耗微控制器
  • 尺寸：6.4mm x 3.0mm x 1.75mm

系統(tǒng)框圖

基于ST VL53L8CX ToF傳感器的技術(shù)解析與應(yīng)用設(shè)計(jì)?

?一、核心特性與技術(shù)創(chuàng)新?

?1.1 多區(qū)域測距能力?

• 支持8x8（64區(qū)）和4x4（16區(qū)）兩種分辨率模式
• 每個(gè)獨(dú)立區(qū)域均可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)檢測與運(yùn)動跟蹤
• 直方圖算法有效消除蓋板串?dāng)_（防護(hù)距離＞60cm）

?1.2 性能突破?

• 最大測距距離：400cm（全區(qū)域覆蓋）
• 幀率：最高60Hz
• 功耗優(yōu)化：自主低功耗模式下電流僅55μA（典型值）

?1.3 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

• 940nm VCSEL激光發(fā)射器（無感光安全認(rèn)證）
• 雙超表面透鏡設(shè)計(jì)
• 65°對角線視場角（FoV）

?二、硬件架構(gòu)深度解析?

?2.1 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

?2.2 接口方案對比?

• ?I2C接口?
  • 設(shè)備地址：0x52
  • 最高速率：1MHz
  • 典型應(yīng)用：需外接2.2kΩ上拉電阻
• ?SPI接口?
  • 最高時(shí)鐘：20MHz
  • 支持模式：CPOL=1, CPHA=1
  • 數(shù)據(jù)傳輸：全雙工同步通信

?2.3 引腳關(guān)鍵功能?

• INT引腳：中斷輸出（開漏配置）
• LPn引腳：低功耗模式通信使能
• SYNC引腳：多設(shè)備同步觸發(fā)

?三、測距性能實(shí)測分析?

?3.1 連續(xù)測距模式性能?
4x4分辨率 @30Hz ：

• 白色目標(biāo)（88%反射率）：400cm（暗光）/285cm（5klux）
• 測量精度：近距離±10mm，遠(yuǎn)距離±3%（暗光條件下）

8x8分辨率 @15Hz ：

• 灰色目標(biāo)（17%反射率）：245cm（暗光）/115cm（5klux）

?3.2 自主測距模式優(yōu)化?
1Hz幀率 @5ms積分時(shí)間 ：

• 功耗表現(xiàn)：4x4模式僅1.6mW
• 溫度漂移：典型值0.1mm/°C

?四、典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)?

?4.1 電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)?

• 去耦電容必須貼近模塊引腳布置
• 熱焊盤需連接至地層確保散熱效果
• 蓋板開口尺寸必須大于接收器禁入?yún)^(qū)

?4.2 抗干擾設(shè)計(jì)?

• 采用RC緩沖電路抑制dV/dt
• 環(huán)境光免疫：在5kLux照度下保持穩(wěn)定測距
• 串?dāng)_防護(hù)：60cm以上有效消除光學(xué)串?dāng)_

?五、核心應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)?

?5.1 機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)?

• SLAM建圖與定位
• 懸崖檢測與避障
• 地面類型識別

?5.2 智能終端應(yīng)用?

• 用戶檢測喚醒設(shè)備
• 手勢識別交互
• 激光輔助對焦（LAF）

?5.3 工業(yè)檢測場景?

• 液位監(jiān)測
• 物料體積計(jì)算
• 集裝箱裝載狀態(tài)識別

?六、系統(tǒng)集成關(guān)鍵考量?

?6.1 熱設(shè)計(jì)管理?

• 最大結(jié)溫：125℃
• 熱阻特性：需通過熱焊盤有效散熱

?6.2 組裝工藝要求?

• 回流焊溫度曲線遵循JEDEC標(biāo)準(zhǔn)
• 壓縮負(fù)荷：最大25N
• 防潮等級：MSL3（168小時(shí)車間壽命）

?七、性能測試驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)?

?7.1 測試條件定義?

• 目標(biāo)反射率：17%/54%/88%三階標(biāo)準(zhǔn)
• 環(huán)境光照：5kLux等效測試條件
• 檢測率基準(zhǔn)：90%有效測量成功率

?7.2 關(guān)鍵指標(biāo)驗(yàn)證?

• 波形比對：示波器實(shí)測與手冊偏差＜5%
• EMC測試：滿足IEC 61000-4-2靜電放電標(biāo)準(zhǔn)