探索AFBR - S50MX85I：高精度飞行时间传感器模块的技术解析与应用指南

在当今的电子技术领域，传感器技术的发展日新月异，尤其是在距离和运动测量方面，飞行时间（ToF）传感器模块展现出了巨大的潜力。今天，我们就来深入探讨一下博通公司的AFBR - S50MX85I ToF传感器模块，看看它在实际应用中能为我们带来哪些惊喜。

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一、AFBR - S50MX85I概述

AFBR - S50MX85I是一款基于光学飞行时间原理的多像素光学距离和运动测量传感器模块。它专为需要在中等距离范围内实现高速、高精度测量，同时又对尺寸和功耗有严格要求的应用而设计。该模块具有出色的环境光抑制能力，甚至可以在阳光直射的户外环境中使用。其发射器光束宽度为13° × 6°，通常可照亮32个像素，并且能够准确测量白色、黑色、彩色、金属和回射表面的距离。

关键特性

• 宽距离范围：测量距离可达6米甚至更远。
• 宽工作温度范围：工作温度范围为 - 20°C至70°C，能适应多种环境。
• 高速SPI接口：SPI数字接口最高可达25 MHz，数据传输快速高效。
• 低功耗设计：采用单5.0V电源供电，尺寸小巧（无引脚尺寸：12.4 × 7.6 × 7.9 mm），适合各种低功耗应用。

二、技术规格与性能

电气规格

• 电源：单5V电压供电，典型电流消耗为33 mA。
• 激光光源：集成850 - nm激光光源，典型光峰值输出功率为80 mW，典型光平均输出功率 < 0.6 mW。
• 接收器：接收器有32个像素，每个像素的视场角为1.55° × 1.55°。

光学性能

• 发射波长：发射波长范围为840 - 865 nm，中心波长为850 nm。
• 光束发散角：水平光束发散角为12.0 - 14.0°，垂直光束发散角为5.0 - 7.0°。
• 帧率：根据不同的像素数量和积分时间，帧率最高可达3 kHz。
• 测量范围：测量范围为50 - 8000 mm，距离分辨率可达0.1 mm，精度通常在±2%以内。

精度与准确性

精度和准确性是衡量传感器性能的重要指标。AFBR - S50MX85I的精度受多种因素影响，如帧率、脉冲长度和环境光等。一般来说，更高的数字积分和更低的帧率可以降低噪声，从而提高精度。而准确性则可以通过串扰校准和自适应调整来优化，并且不受反射率的影响。

三、功能原理与工作模式

功能原理

该模块集成了850 - nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）用于不可见红外照明，接收器的集成透镜直径为6 mm，每个像素的视场角为1.55°。发射器与接收器对齐，可同时照亮32个像素。用户可以根据实际应用需求配置像素合并算法，以实现3D应用或高精度1D距离测量。此外，系统还能补偿近距离的视差误差，为系统提供运动、速度、倾斜角度等上下文信息。

工作模式

• 短距离模式：适用于需要高精度和准确性的应用，原生无歧义范围为6.25 m。
• 长距离模式：以牺牲一定的距离噪声为代价，实现最大灵敏度，原生无歧义范围为25 m。
• 双频模式：支持帧率高达100 Hz，可将短距离模式和长距离模式的范围分别扩展到50 m和100 m。

四、应用领域

AFBR - S50MX85I的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：

• 障碍物和空洞检测：在机器人、自动驾驶等领域，用于检测前方障碍物和空洞，确保设备安全运行。
• 人机界面：实现手势识别、接近检测等功能，为用户提供更加自然和便捷的交互体验。
• 安全监控：用于监控区域内的人员和物体运动，实现入侵检测和安全预警。
• 库存监控：实时监测库存物品的数量和位置，提高库存管理效率。
• 增强现实：为增强现实设备提供准确的距离和运动信息，增强虚拟与现实的融合效果。

五、硬件设计与布局建议

引脚配置与操作

模块的引脚设计适用于波峰焊，不允许回流焊。引脚头部有1.0 - mm导电环，需避免短路。由于外壳不是密封的，使用通风孔进行压力平衡，因此不允许清洗或使用助焊剂清洗。模块采用5.0V电源，分为激光和传感器供电轨，建议进行单独的局部阻塞和滤波，以避免激光对传感器供电的电气串扰。

电源滤波

为了限制电压纹波，减少噪声耦合，需要对电源进行滤波处理。在VDDL和GNDL引脚附近放置100 - nF陶瓷电容，以缓冲短脉冲。同时，使用较大的电容和磁珠组成Pi滤波器，稳定电源并阻止噪声双向传播。

布局建议

除了微控制器单元（MCU）外，无需放置外部振荡器、线圈或其他有源组件。在PCB设计中，应将VDD和VDDL作为单5V供电轨进行合并，并对两个供电引脚进行噪声滤波。此外，GNDL应直接连接到高导电接地平面。

六、数字接口与软件支持

数字接口

模块采用标准的4线串行外设接口（SPI）进行寄存器访问，SPI时钟频率最高可达25 MHz。默认模式为SPI模式3，时钟极性CPOL = 1，时钟相位CPHA = 1，数据传输采用大端字节序。

软件支持

驱动软件是模块正常运行的关键。它包含了传感器操作所需的所有核心功能，如控制激光、评估距离和红外振幅、调节积分时间等。模块软件包提供免费的驱动软件核心二进制文件、API层和示例应用程序。驱动软件具有良好的可移植性，可在任何基于低功耗ARM - Cortex - M的32位无操作系统微控制器平台上运行。此外，还提供Windows GUI软件，用于评估和图形化显示测量结果，以及进行配置管理。

七、总结与展望

AFBR - S50MX85I作为一款高性能的ToF传感器模块，具有高精度、高速度、低功耗和小尺寸等优点，适用于多种应用场景。在实际设计中，我们需要根据具体需求合理选择工作模式和配置参数，同时注意硬件设计和布局的细节，以充分发挥模块的性能。随着传感器技术的不断发展，相信AFBR - S50MX85I在未来的电子领域将发挥更加重要的作用。各位工程师在使用过程中是否遇到过类似传感器的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。