STMicroelectronics VL53L8CH飛行時(shí)間 (ToF) 傳感器是一款8x8多區(qū)域傳感器，可在環(huán)境光下提高性能。 該傳感器具有寬廣的65° 對(duì)角線視場(chǎng) (FoV) 和緊湊且標(biāo)準(zhǔn)化的直方圖 (CNH) 創(chuàng)新數(shù)據(jù)輸出，用于AI應(yīng)用。VL53L8CH ToF傳感器的每區(qū)域范圍為2cm至400cm，采樣率高達(dá)60Hz，工作溫度范圍為-30°C至85°C。該傳感器集成了垂直腔面發(fā)射激光器 (VCSEL)，可發(fā)射1級(jí)認(rèn)證且完全不可見(jiàn)的940nm紅外光。 VL53L8CH ToF傳感器采用光學(xué)LGA16封裝，尺寸為6.4mm x 3mm x 1.75mm。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：STMicroelectronics VL53L8CH飛行時(shí)間 (ToF) 傳感器數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

VL53L8CH ToF傳感器與VL53L7CH驅(qū)動(dòng)器兼容，與VL53L8CX引腳對(duì)引腳兼容。該傳感器用于需要多區(qū)域原始數(shù)據(jù)、咖啡機(jī)罩杯邊緣檢測(cè)、手勢(shì)運(yùn)動(dòng)、手勢(shì)識(shí)別以及機(jī)器人和真空吸塵器地面感測(cè)的AI應(yīng)用。

特性

• 用于人工智能的緊湊型歸一化直方圖 (CNH) 數(shù)據(jù)輸出：
  • 多區(qū)域數(shù)據(jù)輸出，多達(dá)64個(gè)獨(dú)立區(qū)域
  • 直方圖輸出，每個(gè)BIN均配有信號(hào)計(jì)數(shù)
  • 高達(dá)128 BIN直方圖可編程尺寸
  • 最小區(qū)間寬度低至37mm
  • 通過(guò)I^2^C或SPI實(shí)現(xiàn)高達(dá)30Hz的最大頻率
  • 每個(gè)區(qū)的報(bào)告環(huán)境IR光強(qiáng)度
  • 可提供所有飛行時(shí)間處理數(shù)據(jù)（距離、信號(hào)幅度和反射率）
• 具有65°寬FoV的ToF傳感器：
  • 45° x 45°方形FoV
  • 自主低功耗模式，具有可編程中斷閾值，可喚醒主機(jī)
  • 測(cè)距：高達(dá)400cm
  • 每個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)指示燈，用于檢測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)
• 高度可配置的CNH可滿(mǎn)足用戶(hù)期望：
  • 15Hz時(shí)64個(gè)區(qū)域分18個(gè)BIN
  • 15Hz時(shí)32個(gè)區(qū)域?yàn)?6個(gè)BIN
  • 25Hz時(shí)16個(gè)區(qū)域分48個(gè)BIN
• 完全集成的微型模塊：
  • 940nm不可見(jiàn)光垂直腔面發(fā)射激光器 (VCSEL)
  • 發(fā)射器和接收器上擴(kuò)散光學(xué)元件 (DOE)，支持方形FoV
  • 接收單光子雪崩二極管 (SPAD) 陣列
  • 運(yùn)行固件的低功耗微控制器
  • 尺寸：6.4mm x 3mm x 1.75mm
• 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
  • I^2^C（高達(dá)1MHz）或SPI（高達(dá)3MHz）接口
  • 兼容各種玻璃罩材料
  • 與VL53L7CH驅(qū)動(dòng)器兼容
  • 與VL53L8CX引腳對(duì)引腳兼容

系統(tǒng)框圖

應(yīng)用原理圖

VL53L8CH飛行時(shí)間傳感器技術(shù)解析與應(yīng)用指南?

一、核心特性與技術(shù)創(chuàng)新

1. AI原生架構(gòu)設(shè)計(jì)

VL53L8CH是首款專(zhuān)為人工智能應(yīng)用設(shè)計(jì)的8×8多區(qū)域飛行時(shí)間（ToF）傳感器，其創(chuàng)新的緊湊歸一化直方圖（CNH）數(shù)據(jù)輸出架構(gòu)具有以下突破：

• ?可配置直方圖系統(tǒng)?：支持最多128個(gè)直方圖箱，最小箱寬可達(dá)37.5mm，為機(jī)器學(xué)習(xí)算法提供原始光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)
• ?多區(qū)域同步處理?：在8×8模式下可實(shí)現(xiàn)64個(gè)獨(dú)立探測(cè)區(qū)域，最高幀率達(dá)30Hz（I2C/SPI接口）
• ?環(huán)境光抗干擾?：每個(gè)區(qū)域獨(dú)立報(bào)告環(huán)境紅外光強(qiáng)，確保在復(fù)雜光照環(huán)境下的測(cè)量穩(wěn)定性

2. 光學(xué)系統(tǒng)突破

• ?超寬視場(chǎng)角?：65°對(duì)角線視場(chǎng)（45°×45°方形視場(chǎng)），優(yōu)于傳統(tǒng)ToF傳感器
• ?雙超表面透鏡?：發(fā)射端和接收端均采用衍射光學(xué)元件（DOE），實(shí)現(xiàn)方形視場(chǎng)光學(xué)整形
• ?940nm VCSEL光源?：人眼安全Class 1認(rèn)證，完全不可見(jiàn)紅外照明

二、關(guān)鍵性能參數(shù)深度分析

1. 測(cè)距性能矩陣（見(jiàn)表1）

?表1 不同模式下的最大測(cè)距能力對(duì)比?

2. 精度特性解析

• ?連續(xù)模式精度?：20-200mm范圍內(nèi)±10mm，200-4000mm范圍內(nèi)±3%（白目標(biāo)，黑暗環(huán)境）
• ?溫度穩(wěn)定性?：通過(guò)周期性自動(dòng)校準(zhǔn)，典型漂移僅0.1mm/°C
• ?區(qū)域一致性?：邊角區(qū)域相對(duì)于中心4個(gè)區(qū)域的精度衰減不超過(guò)4%

三、硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源架構(gòu)設(shè)計(jì)

器件需要三個(gè)獨(dú)立電源：

• ?AVDD?：3.3V模擬和VCSEL電源
• ?CORE_1V8?：1.8V模擬核心電源
• ?IOVDD?：1.2V或1.8V I/O接口電壓

?關(guān)鍵設(shè)計(jì)約束?：

• 三路電源必須同時(shí)上電/下電
• 最小壓擺率要求：AVDD 0.001V/μs，CORE_1V8 0.012V/μs
• 電源去耦電容必須盡可能靠近模塊引腳

2. 接口選擇策略

?I2C接口優(yōu)勢(shì)?：

• 標(biāo)準(zhǔn)雙線接口，最大1MHz時(shí)鐘
• 設(shè)備地址：0x52（寫(xiě)入）/0x53（讀取）
• 支持自動(dòng)地址遞增，提升大數(shù)據(jù)塊傳輸效率

?SPI接口優(yōu)勢(shì)?：

• 最高3MHz時(shí)鐘頻率
• 支持全雙工通信，模式1（CPOL=1，CPHA=1）

四、CNH數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)

1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征

• ?最大數(shù)據(jù)量?：每幀最高6KB直方圖數(shù)據(jù)
• ?區(qū)域聚合?：支持從64區(qū)域到16區(qū)域的空間降采樣
• ?時(shí)間聚合?：最大直方圖分箱因子為8
• ?環(huán)境光隔離?：每個(gè)區(qū)域的背景光強(qiáng)數(shù)據(jù)獨(dú)立存儲(chǔ)

2. 配置靈活性示例

用戶(hù)可根據(jù)應(yīng)用需求在以下模式間靈活切換：

• ?高分辨率模式?：64區(qū)域×18箱@15Hz
• ?高幀率模式?：16區(qū)域×48箱@25Hz

五、典型應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)

1. 智能家電應(yīng)用

?咖啡機(jī)杯緣檢測(cè)?：

• 利用8×8多區(qū)域感知能力
• 通過(guò)CNH數(shù)據(jù)分析杯體材質(zhì)和位置
• 實(shí)現(xiàn)智能飲料分配控制

2. 機(jī)器人導(dǎo)航

?地面材質(zhì)感知?：

• 地毯、木材、玻璃、鏡面等固體材質(zhì)識(shí)別
• 水、油、化學(xué)液體檢測(cè)
• 實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)越障策略

3. 人機(jī)交互

?手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)?：

• 65°寬視場(chǎng)覆蓋自然人機(jī)交互距離
• 實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)矢量分析（每區(qū)域獨(dú)立運(yùn)動(dòng)指示器）