最新的距离感测采用ToF

　　飞行时间(Time of Flight，简称ToF)测距方法属于双向测距技术，主要利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离，如图1。

　　ToF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机(Transceiver)之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。传统的测距技术分为双向测距技术和单向测距技术。在信号电平比较好调制或在非视距视线环境下，基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示)测距方法估算的结果比较理想;在视距视线环境下，基于ToF距离估算方法能够弥补基于RSSI距离估算方法的不足。

　　ToF测距方法有两个关键的约束：一是发送设备和接收设备必须始终同步;二是接收设备提供信号的传输时间的长短。为了实现时钟同步，ToF测距方法采用了时钟偏移量来解决时钟同步问题。Intersil最新的ToF信号处理IC——ISL29501方案就是典型的ToF方案，可用于所有光照条件，并且实现了小型化和电池应用的低功耗。因为Intersil专利的信号处理器技术使用了基于相位的ToF来应对检测物体周围的环境光的影响(如图2)。

ISL29501方案克服了背景光限制

　　Intersil在美国半导体厂商云集的“euroasia PRESS 1:1”会议上，公司移动电源产品部高级副总裁Andrew Cowell登台，介绍了在2000勒克斯(lx)的高照度下也能高精度测量距离的接近传感器信号处理IC“ISL29501”。

　　在ISL29501上采用了根据射出光和反射光的相位差测量与对象物之间距离的技术。光源发出脉冲状红外光后，该红外光被对象物反射，在利用光电二极管检测的阶段，脉冲的相位会延迟，因此利用IC内的DSP处理射出光及接收光的脉冲信号，从而计算出距离。

　　“利用相位差测距的技术历史悠久，并不是只有英特矽尔利用该技术。但把该测距技术“以小封装尺寸和低耗电量实现的只有我们”。Intersil移动电源产品部高级副总裁Andrew Cowell称，他在美国半导体厂商云集的“euroasia PRESS 1:1”会议上指出： “ISL29501克服了基于振幅的传统接近传感器和其他ToF解决方案的缺点，这些缺点包括在照度高于2000勒克斯的照明条件下性能不佳，以及在目标物与传感器不垂直时无法提供距离信息。而之前传统的替代解决方案则对小型电池供电的应用显得过于昂贵、笨重或耗电厉害。”

　　据称在0.1～2m的范围内，该方案能以±20mm的精度测量距离。主要用于移动产品，适合用于智能手机摄像头功能的自动对焦及无人机躲避障碍物使用的传感器等。

　　Intersil的ToF感测系统的元件框图如图3所示。光源采用LED或VCSEL(垂直腔面发射激光器)。光传感器是光电二极管。光路采用玻璃盖、光圈和孔径等。驱动器电子方面，发射器采用固定频率和客户定义的电流。

　　工作原理可参考图1，感测和计算方面，探测发射脉冲和接收脉冲之间的相位差，校准串扰和其他系统错误源，计算距离。传感器工作在加权平均模式，这其中包括信号被接收到的是一个从所有观测点反射的信号的平均值;这不是一个基于时间延迟的ToF传感器——其弊端是会受到环境光的影响;它不是ToF多像素摄像头技术。

　　ISL29501测量观测目标的单个和多个目标的方法如图4所示。对于单个目标：当主要的目标被探测到时测量距离。多个目标时，距离将在多个目标之间平均。

　　这是高可配置发感测系统，可以提供应用优化。包括采样波形的优化;可编程性，能够控制采样和整合时间，定义系统的工作循环来达到合理的功耗和精确的目标探测，还有附加的工作模式，可以有连续模式，单个模式。再有，带来系统视野内的探测，包括在一个用户特殊范围内的已有/没有的目标，距离测量，测量目标距离，假定FoV中的一个主要目标。移动探测，FoV(Field of View，视野)物体现在和移动中。

　　“与本公司接近的A竞争公司的产品，测距范围为10～150cm，耗电量高达150mW，IC的外形尺寸也要22mm×8mm×7.2mm。B竞争公司的产品虽然IC外形尺寸只有4.8mm×2.8mm×1mm，但测距范围还不到30mm”Cowell称。

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第3期第78页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。