ST多區ToF：厲害的VL53L5，以及更厲害的L7、L8

VL53L5、VL53L7、VL53L8都是基于ST的FlightSense技術(shù)的多區飛行時(shí)間（ToF）傳感器。

所有ST多區飛行時(shí)間傳感器有以下共同特點(diǎn)：

? 都使用直方圖，并且擁有4X4或8X8個(gè)區域。

? 具備自主模式，無(wú)需與芯片進(jìn)行交互。一旦設置了開(kāi)始及中斷時(shí)間，它會(huì )在觸發(fā)事件出現時(shí)自動(dòng)中斷。

? 通過(guò)I2C接口，傳輸速率可達1兆赫。對于那些產(chǎn)生數據量巨大的應用就非常方便。

? 具備運動(dòng)指示器，能夠提醒您是否有動(dòng)作發(fā)生。

? 具有相同的軟件驅動(dòng)程序，在STM32CubeMX環(huán)境中得到充分支持。

? 芯片尺寸相似，L8稍高一些。

光線(xiàn)范圍廣是L7的獨特之處！我們將光線(xiàn)以60乘60度的錐形發(fā)射出去，形成了一個(gè)90度的視場(chǎng)角，從而獲得更寬泛的光線(xiàn)范圍。同時(shí)和L5一樣，我們還添加了一個(gè)手勢控制解決方案（STSW-IMG035軟件包）這對某些人來(lái)說(shuō)會(huì )非常有趣。

小知識——視場(chǎng)角

如果我在談?wù)撘晥?chǎng)角理論時(shí)讓你感到困惑，這里具體說(shuō)明一下兩個(gè)部分的區別。

在左邊的紅色圖紙上，L7L5和L8形成了一個(gè)45度的光金字塔，如果你將其對準墻壁，就會(huì )形成一個(gè)正方形，而L7的光發(fā)射角度為60度，當光線(xiàn)照射到墻壁上時(shí)，覆蓋的面積也就更大了。這60度光束照射的面積幾乎是兩倍。

從右邊的圖表可以看出，我們聲稱(chēng)L8可以到達4米，并且在尋找人時(shí)可以辨認出距離為4米的區域。由于L7的光線(xiàn)更分散，所以它無(wú)法看得那么遠，但是也能到3.5米左右的位置。

對于L8，我們對發(fā)射透鏡進(jìn)行了較大幅度的修改，采用了高效的光學(xué)衍射超構表面透鏡技術(shù)，使其光學(xué)效果比L5更清晰。有了這個(gè)新的鏡頭，我們能夠將VCSEL的功率提升三倍，同時(shí)仍然保證光安全，這不得不說(shuō)是一個(gè)巧思！

我們添加了一個(gè)SPI接口，比I2C接口快20倍。所以，如果您有一個(gè)對時(shí)間敏感的應用程序，L8將是一個(gè)很好的選擇。

我們還增加了一個(gè)自動(dòng)停止功能，方便您在某些條件下更快地停止傳感器并給出下一個(gè)命令。

小知識——超構表面（meta surface）

ST已經(jīng)完善打印透鏡的能力，用新興的行業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)就是超構表面（meta surface）。通過(guò)這項技術(shù)，基本上可以無(wú)需工具和模具、就可以輕松獲得到?jīng)]有任何瑕疵的透鏡。而且，使用1300毫米的晶圓就能生產(chǎn)數千個(gè)這樣的透鏡，價(jià)格已經(jīng)大大降低。在打印過(guò)程中，我們可以加入追溯性特征、對準特征，我們可以做很多事情。而對于購買(mǎi)飛行時(shí)間傳感器（VL53L8）的用戶(hù)而言，這意味著(zhù)透鏡更實(shí)惠，芯片更便宜，圖像更清晰?？胺Q(chēng)完美！

產(chǎn)品差異？

現在讓我們深入了解幾款產(chǎn)品的細節

VL53L5：它具有45° X 45°視場(chǎng)角。封裝尺寸：6.4mm x 3.0mm x1. 5mm。具有I ^2 C接口。

VL53L7與L5相比，驅動(dòng)程序100%兼容，尺寸100%兼容，但是L7稍微更高一些。同樣使用I ^2 C接口，由于光線(xiàn)能擴散更大的視場(chǎng)角，所以測距范圍沒(méi)有L5那么遠，功耗略高。如果您已經(jīng)為L(cháng)5編寫(xiě)了代碼，在L7上插入也可正常工作。

VL53L8型號與眾不同。它具有與L5相同的視場(chǎng)角但是添加自動(dòng)停止功能，并且具有一個(gè)外部同步引腳，添加了SPI接口——這些都是許多客戶(hù)呼聲很高的功能，芯片比L7更高一些，尺寸完全不同。所以，如果您需要從L5切換到L8，那硬件上的就需要一些修改，它的測距范圍比L5或L7更遠更有效，而且使用的功率更少，是不是很厲害！

那當L8的功耗配置為與L5相同時(shí)會(huì )發(fā)生什么呢？

看看下圖中的環(huán)境光條件，很明顯你能看得更遠，在某些條件下甚至可以看到的兩倍距離，看到4米以?xún)鹊娜恕?/p>

自主模式與連續模式不同之處在于，你可以告訴芯片你想每秒測量一次，每?jì)擅胍淮?，或者每周一次?/p>

而且您可以選擇集成時(shí)間。

但是，在一秒鐘的積分時(shí)間中，如果你選擇了5毫秒，你會(huì )發(fā)現無(wú)論是在暗處還是在亮處，L8比L5或L7能更遠。這是因為vcsel獲得了三倍的功率。但并不需要更多的功耗。L8是一款更出色的芯片。

功能細節

閾值功能

所有多區域飛行時(shí)間傳感器都具有閾值功能，你可以確定何時(shí)觸發(fā)和響應閾值距離、信號速率和運動(dòng)閾值，可以選擇大于閾值、在兩個(gè)閾值之間或者在窗口之外等等。

但關(guān)鍵是，當某個(gè)條件發(fā)生時(shí)，比如有人走過(guò)你的閾值時(shí)，它會(huì )觸發(fā)中斷。你的微控制器在觸發(fā)之前可以完全休眠。傳感器可以自行工作，并產(chǎn)生中斷，實(shí)際上你可以有64個(gè)不同的中斷，一個(gè)區域一個(gè)，或者將偶數區域用于距離閾值，奇數區域用于信號速率閾值，完全由你決定，非常靈活。

移動(dòng)指示器是所有閾值的特例。

它的功能是比較兩幀之間的差異。如果存在顯著(zhù)差異，它會(huì )觸發(fā)中斷。

如果它們基本相同，它只會(huì )進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待下一次范圍，無(wú)論是每秒、每分鐘還是每周一次。

您可以確定是否有任何有價(jià)值的內容發(fā)生了變化。它會(huì )喚醒您的MCU，您可以讀取數據，了解發(fā)生了什么，并進(jìn)行必要的操作。

自動(dòng)停止功能是VL53L8特有的功能。

但在某些應用中，當有人進(jìn)入視野范圍，您希望立即更改，重新配置傳感器以執行不同的操作，您需要盡快停止傳感器，以便它可以重新配置和設置。

我們找到了一個(gè)解決方法，那就是啟用自動(dòng)停止功能。用戶(hù)進(jìn)入傳感器的視野范圍，觸發(fā)中斷，傳感器立即停止工作。這使得MCU能夠重新配置傳感器，以執行您想要的任何不同操作，并重新開(kāi)始。

這是一種非常巧妙的節省時(shí)間的方式。雖然并不節省很多功耗，但它使系統能夠更快地重新配置。

簡(jiǎn)單總結一下，ST擁有領(lǐng)先的飛行時(shí)間技術(shù)。

現在有兩個(gè)新產(chǎn)品。

如果您的應用需要大視場(chǎng)角的支持，您可以選擇VL53L7。

如果您想在高環(huán)境光下以更低的功耗獲得更強的性能，您可以選擇VL53L8。

此外，不要局限于我們上篇所列舉的那些應用領(lǐng)域，您可以用這個(gè)芯片做更多的事情。