什么是ToF？如何去使用ToF？

1 什么是ToF？

ToF是Time of Flight的縮寫，它是一種通過利用照射波和反射波之間的時間差來測量到物體的距離的測距方法。

使用ToF的距離圖像傳感器可以通過照射諸如紅外光之類的光，來測量每個像素的距離并記錄深度信息來獲知目標(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，必須測量三維面部形狀，以防止通過掃描照片來回避認(rèn)證。

因此，智能手機越來越多地采用名為ToF的測距方法。

除ToF之外，還有其他一些測距方法，例如使用立體相機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。

為了進(jìn)行長距離的高精度測距，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量目標(biāo)。

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

3 ToF中的噪音問題

發(fā)出陡峭的高輸出脈沖時，如下圖所示，大電流突然在驅(qū)動器電路中流動，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策

插入鐵氧體磁珠可有效地解決此類噪聲問題。

通過在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GND線進(jìn)行的噪聲傳播

5 建議將鐵氧體磁珠用于噪聲對策

選擇時考慮容易引起問題的噪聲頻率。

請根據(jù)安裝空間選擇最適合的型號。

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)了其對電壓和電流波形沒有影響。

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)其對電壓波形是否沒有不良影響。

還確認(rèn)了流過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，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)插入鐵氧體磁珠會對電路的動作產(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，確認(rèn)了流過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。

通過插入鐵氧體磁珠，可以降低噪聲，而不會對電壓、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看，建議采取以下使用鐵氧體磁珠的靜噪對策。

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