1 什么是ToF？

ToF是Time of Flight的縮寫(xiě)，它是一種通過(guò)利用照射波和反射波之間的時(shí)間差來(lái)測(cè)量到物體的距離的測(cè)距方法。

使用ToF的距離圖像傳感器可以通過(guò)照射諸如紅外光之類(lèi)的光，來(lái)測(cè)量每個(gè)像素的距離并記錄深度信息來(lái)獲知目標(biāo)的三維結(jié)構(gòu)。

ToF的使用

在用于智能電話等的面部認(rèn)證中，必須測(cè)量三維面部形狀，以防止通過(guò)掃描照片來(lái)回避認(rèn)證。

因此，智能手機(jī)越來(lái)越多地采用名為T(mén)oF的測(cè)距方法。

除ToF之外，還有其他一些測(cè)距方法，例如使用立體相機(jī)的方法和照射圖案化紅外線并觀察變形的Structured Light方法，但是ToF具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支持廣范圍距離、分辨率高等特征，因此被認(rèn)為更適合智能手機(jī)。

為了進(jìn)行長(zhǎng)距離的高精度測(cè)距，ToF需要照射陡峭的高脈沖，如下圖所示。

2 ToF發(fā)送接收框圖

ToF的發(fā)送接收框圖如下所示。

在發(fā)送側(cè)，通過(guò)向VCSEL（垂直諧振器表面發(fā)射激光器）施加陡峭且較大的脈沖電流，生成紅外線脈沖光，并將此脈沖光照射到測(cè)量目標(biāo)。

接收側(cè)接收從測(cè)量目標(biāo)返回的光并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

3 ToF中的噪音問(wèn)題

發(fā)出陡峭的高輸出脈沖時(shí)，如下圖所示，大電流突然在驅(qū)動(dòng)器電路中流動(dòng)，并且很可能在電源線上形成大電壓尖峰。

令人擔(dān)心的是由此產(chǎn)生的噪聲會(huì)干擾接收側(cè)，導(dǎo)致ToF傳感器的靈敏度降低。

屏蔽層可以防止大部分的噪聲發(fā)射，但是除此之外，還必須防止噪聲通過(guò)電源線傳播。

在此將介紹一種使用EMI濾波器抑制噪聲傳播的有效方法。

4 使用鐵氧體磁珠的電源噪聲對(duì)策

插入鐵氧體磁珠可有效地解決此類(lèi)噪聲問(wèn)題。

通過(guò)在VCSEL和Laser driver附近插入鐵氧體磁珠，可以減小泄漏到電源線側(cè)的尖峰噪聲的振幅。

此外，通過(guò)在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間的GND線中插入鐵氧體磁珠，可以防止噪聲通過(guò)GND傳播。

① 將鐵氧體磁珠插入發(fā)送側(cè)的電力流入部分，以抑制通過(guò)電源線進(jìn)行的噪聲傳播。

② 將鐵氧體磁珠插入接收側(cè)GND連接部分，以抑制通過(guò)GND線進(jìn)行的噪聲傳播

5 建議將鐵氧體磁珠用于噪聲對(duì)策

選擇時(shí)考慮容易引起問(wèn)題的噪聲頻率。

請(qǐng)根據(jù)安裝空間選擇最適合的型號(hào)。

6 確認(rèn)插入鐵氧體磁珠的效果

確認(rèn)了是否插入鐵氧體磁珠會(huì)導(dǎo)致噪聲抑制效果發(fā)生變化。

不僅確認(rèn)了噪聲消除效果，還確認(rèn)了其對(duì)電壓和電流波形沒(méi)有影響。

在下圖的發(fā)送側(cè)電源線①中，確認(rèn)了紋波噪聲的變化，以確認(rèn)流向電源側(cè)噪聲的降低效果；在VCSEL的電源輸入部分②中，確認(rèn)了瞬態(tài)響應(yīng)的變化，以確認(rèn)其對(duì)電壓波形是否沒(méi)有不良影響。

還確認(rèn)了流過(guò)VCSEL的電流波形的變化。

7 鐵氧體磁珠插入的效果確認(rèn)——紋波噪聲

如下圖所示，通過(guò)將鐵氧體磁珠BLE18PK100SN1插入電源線，可以看到①部分的紋波減少到了大約1/5。

確認(rèn)結(jié)果表明，通過(guò)插入鐵氧體磁珠，紋波噪聲大大降低。

8 鐵氧體磁珠插入的效果確認(rèn)——瞬態(tài)響應(yīng)

另一方面，插入鐵氧體磁珠不能對(duì)供給VCSEL的電壓產(chǎn)生不良影響。

確認(rèn)在插入鐵氧體磁珠之前和之后的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)，未發(fā)現(xiàn)由于插入鐵氧體磁珠而導(dǎo)致波高降低。

未發(fā)現(xiàn)插入鐵氧體磁珠會(huì)對(duì)電路的動(dòng)作產(chǎn)生不良影響。

9 鐵氧體磁珠插入的效果確認(rèn)——VCSEL的電流波形

接下來(lái)，確認(rèn)了流過(guò)VCSEL的電流的波形。

插入鐵氧體磁珠之前和之后的電流波形幾乎沒(méi)有看到差異。

結(jié)果是，即使插入鐵氧體磁珠也未發(fā)現(xiàn)波高降低等不良影響。

10 總結(jié)

陡峭的大脈沖電流流過(guò)ToF發(fā)送部分，該脈沖電流有在電源線中產(chǎn)生大紋波噪聲的傾向。

通過(guò)插入鐵氧體磁珠，可以降低噪聲，而不會(huì)對(duì)電壓、電流波形和瞬態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生不良影響。

從支持大電流和小尺寸的角度來(lái)看，建議采取以下使用鐵氧體磁珠的靜噪對(duì)策。

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