探索AFBR - S50LX85D：高精度飛行時間傳感器模塊的卓越性能

在當今的電子設備設計中，對于高精度、小尺寸且低功耗的距離和運動測量傳感器的需求日益增長。博通（Broadcom）的AFBR - S50LX85D飛行時間（ToF）傳感器模塊，憑借其獨特的技術優勢，在眾多應用場景中展現出了巨大的潛力。今天，我們就來深入了解一下這款傳感器模塊。

文件下載：Broadcom AFBR-S50LX85D飛行時間傳感器模塊.pdf

產品概述

AFBR - S50LX85D是一款基于光學飛行時間原理的多像素光學距離和運動測量傳感器模塊。它專為需要在較長距離范圍內實現高速、高精度測量的應用而設計，同時具備小尺寸和極低功耗的特點。即使在陽光直射的戶外環境中，由于其出色的環境光抑制能力，也能正常工作。該模塊能夠準確測量白色、黑色、彩色表面以及金屬和回射表面的距離。

規格與特性

規格參數

• 電源供應：采用單一5V電源供電，典型電流消耗為33mA。
• 光源：集成850 - nm紅外激光光源，典型光峰值輸出功率為80mW，典型光平均輸出功率小于0.6mW。
• 接收器：擁有32像素的接收器，每個像素的視場角為1.55°×1.55°，發射器光束寬度為2°×2°，可同時照亮1 - 3個像素。
• 測量范圍：最大測量距離可達50m及以上。
• 工作溫度：環境工作溫度范圍為 - 20°C至70°C。
• 接口：采用數字串行外設接口（SPI），時鐘頻率最高可達25MHz。
• 尺寸：無引腳尺寸為L×W×H = 12.4mm×7.6mm×7.9mm。

特性亮點

• 高環境光適應性：可在高達200klx的環境光下正常工作。
• 集成校準時鐘源：確保測量的高精度和穩定性。
• 高精度測量：典型精度誤差低于±2%。
• 寬無歧義測量范圍：在雙頻（2f）模式下，無歧義測量范圍可達200m。
• 系統健康監測：配備參考像素，用于系統健康監測。
• 激光安全：符合Class 1激光安全標準，對人眼安全。

功能描述

光學系統

模塊集成了850 - nm垂直腔面發射激光器（VCSEL）作為不可見紅外照明光源，接收器的集成透鏡直徑為6mm，每個像素的視場角為1.55°。發射器與接收器精確對準，可根據目標物體的距離、反射率以及軟件像素合并算法的設置，同時照亮1 - 3個像素。此外，系統還能補償近距離的視差誤差，確保在整個測量范圍內都能獲得良好的像素強度，并為系統提供運動、速度、傾斜角度等上下文信息。

測量范圍

在室內環境中，對于最小反射率為30%的目標，最大檢測距離可達50m。在強光直射的戶外惡劣條件下（如100klx的典型中午陽光光譜AM 1.5），最大檢測距離會減小至小于50m。模塊支持最高100Hz幀率的雙頻模式。

硬件與軟件配合

模塊本身沒有帶固件的處理器，所有硬件配置、校準和測量步驟都由外部微控制器通過ToF驅動軟件完成。驅動軟件以庫的形式提供，獨立于Arm Cortex - M系列的底層硬件平臺。軟件開發套件（SDK）中還提供了示例軟件應用，如距離和方向的提取與圖形顯示。

模塊引腳與操作

引腳設計

模塊外殼的引腳長4.3mm，頭部有1.0mm的導電環，適用于波峰焊，不允許回流焊。使用時需避免引腳頭部導電環短路，由于外殼不密封且有通風孔用于壓力平衡，因此不允許清洗或使用助焊劑清潔。

電源供應

模塊采用5.0V電源，分為激光和傳感器供電軌。建議進行單獨的局部阻塞和濾波，以避免激光產生的電氣串擾進入傳感器供電。

引腳配置

性能與應用

光學性能

AFBR - S50LX85D具有出色的光學性能，發射波長為840 - 865nm，光束發散角為1.5 - 2.5°。在不同的像素配置和積分時間下，支持最高3000Hz的幀率。測量范圍為5 - 50000mm，距離分辨率可達0.1mm，相對距離精度為±2%，環境光抑制能力可達100000 - 200000lx。

應用場景

該模塊的應用場景十分廣泛，包括但不限于距離測量、人機界面、機器人、自動化控制、安全監控、庫存監測和無人機導航等領域。

性能影響因素

測量精度與幀率、脈沖長度和環境光等因素密切相關。幀率越高，精度誤差越大；脈沖長度越短，精度誤差越小，但檢測極限會下降；環境光會降低檢測極限和測量重復性，但可通過軟件進行一定程度的補償。

軟件支持

驅動軟件

驅動軟件負責控制激光、評估距離和紅外振幅、調節積分時間、校準絕對距離和溫度影響，并根據應用選擇最佳像素。驅動軟件的預編譯核心嵌入到開源API層中，為用戶應用提供接口。

軟件架構

采用中斷驅動架構，可在后臺操作設備的同時，在前臺并發執行復雜的評估功能。設備測量周期可由周期性中斷定時器（PIT）或用戶調用相應的異步API函數觸發。測量完成后，通過回調函數通知用戶應用。

接口要求

為了實現軟件的可移植性，API需要用戶在所選平臺上實現一些外設接口，如SPI與GPIO、GPIO IRQ、定時器等。

總結

AFBR - S50LX85D飛行時間傳感器模塊以其高精度、小尺寸、低功耗和出色的環境適應性，為電子工程師在距離和運動測量應用中提供了一個優秀的解決方案。無論是在室內還是戶外環境，都能滿足各種復雜場景的需求。同時，豐富的軟件支持和可移植性，也為開發者提供了便利。你在實際應用中是否遇到過類似傳感器的使用問題？你認為AFBR - S50LX85D在哪些應用場景中會發揮最大的優勢呢？歡迎在評論區分享你的看法。