　　当前AI边缘化趋势愈发明显，边端设备不仅需要看得见，还要看得准、反应快，因而环境感知能力成为智能设备核心竞争力。但传统感知技术如结构光、双目视觉在动态、弱光、强反射环境中容易失效……　　广告　　“ToF不仅是测距，更是一场关于‘时间’与‘空间’精准协同的系统工程。艾迈斯欧司朗所关注的，不只是激光与传感器的堆叠，而是如何让感知系统在高反光、强光干扰、结构遮挡等复杂场景下仍具备确定性输出、毫秒级响应与微型化封装的工程价值。”——陈忱，艾迈斯欧司朗中国区高级应用工程师。　　当前AI边缘化趋势愈发明显，边端设备不仅需要看得见，还要看得准、反应快，因而环境感知能力成为智能设备核心竞争力。但传统感知技术如结构光、双目视觉在动态、弱光、强反射环境中容易失效，飞行时间（Time-of-Flight，ToF）因其高精度、抗环境干扰、实时性和强适应性的优势，正加速成为实现三维感知和空间理解的关键技术。　　ToF核心原理与关键架构：一场关于“时间”的感知革命　　ToF是一种基于光脉冲传播时间差测距的传感技术，其核心测距原理，是通过测量光脉冲从发射器发出、到达物体后反射返回所经历的“往返时间”，再乘以光速并除以2，得到目标与传感器之间的距离。　　中心公式如下：　　　　举例来说，当一个光脉冲从VCSEL发出并在2纳秒内返回时，即表示该物体距离为约0.3米（2ns×0.3m/ns÷2=0.3m）　　在艾迈斯欧司朗的直接飞行时间（direct ToF，dToF）架构中，这一过程由三大核心器件协同完成：VCSEL（垂直腔面发射激光器）发出高一致性、窄角度的红外激光脉冲；SPAD（单光子雪崩二极管）以极高灵敏度捕捉返回的微弱光子信号，实现纳秒甚至皮秒级别的检测；TDC（时间-数字转换器）对返回时间进行数字量化，输出精确测距数据。　　　　ToF核心器件架构　　在实际应用中，单次激光发射可能因反射弱或环境噪声而难以判断距离，此外，真实使用环境中还存在一类典型干扰——盖板玻璃反射与污渍干扰，因此艾迈斯欧司朗的dToF方案采用了基于直方图的时间统计机制来增强系统抗干扰能力。　　具体原理方面，系统会以高重复率发射成千上万个光脉冲，并记录每次返回信号出现的时间。所有命中事件按照时间先后被统计成一个直方图，真实目标会在某个时间bin上形成明显“峰值”，代表目标反射光的集中命中；玻璃盖板反射、环境光干扰、信号串扰等其他回波会在不同位置形成次要峰值或噪声分布；系统通过内建直方图处理算法，能够准确识别主峰位置，实现可靠的距离输出。　　　　即便在玻璃上涂有污渍的极端条件下，系统依然能准确识别出目标物体的真实回波，并忽略干扰　　这种统计是多次测量＋高频迭代的机制，不仅大幅提高了测量精度与鲁棒性，还使得系统能够在存在多个反射源、复杂光学干扰或多路径效应的环境中，准确识别出主反射目标，有效解决传统ToF技术在复杂场景下易出现的“鬼影”或误判问题。　　单区与多区ToF双线并进　　基于成熟的dToF技术平台，为满足不同垂直行业对距离、分辨率、视场角、抗环境能力的多样化需求，艾迈斯欧司朗构建了全栈式dToF产品组合，划分为TMF880x（单区）与TMF882x（多区）两大产品族系，覆盖从1cm至5m的距离测量需求，满足消费级与工业级应用的多元场景。　　　　TMF880x系列是极致小型化的单点ToF传感器：支持1cm~5m测距，基于单区dToF结构；集成度高，是业界最小封装之一，适用于对体积、功耗敏感的终端；典型应用包括：手机激光自动对焦（LDAF）、液位监测、工业测距、停车／仓储管理等。　　TMF882x系列则是高灵活性多区ToF阵列方案：支持多区域测距与多目标识别（multi-object detection）；可动态调节视场角（FoV），最大可至63°；拓展应用包括：角度检测、空间识别、手势交互、存在感知、虚拟安全线、室内人数估算等。　　这两类产品所有芯片共享同一核心架构与算法平台，具备一致的数据接口和软件支持，便于OEM厂商在不同层级产品中快速部署并保持统一技术栈，降低二次开发成本。　　单区ToF产品TMF8806　　在单区dToF领域，艾迈斯欧司朗推出了多款针对不同测距需求的芯片，包括适用于近距检测的TMF8701（最大60cm）、中距的TMF8801（最大250cm），以及最新的远距产品——TMF8806，其测距范围高达5m，成为ToF模组中远距离应用的首选。　　　　TMF8806的核心优势特性如下：　　　　TMF8806的模组尺寸仅为2.2mm×3.6mm×1.0mm，Z方向容差高（±70~80μm），利于高密度封装或贴合设计。集成Class 1等级的940nm VCSEL激光器，具备眼安全认证（IEC 60825）；内置阳光抑制滤波器，提升强光背景下的测距稳定性。　　作为TMF8805的迭代升级版本，TMF8806保留了前代产品的尺寸与引脚兼容性，同时在多个关键技术指标上做出了全面优化，与前一代TMF8805相比，TMF8806一个最大的区别是支持1.2V I/O供电，增强对新一代SoC平台（如QCOM）的兼容性。　　另外一大提升是支持超低功耗模式，支持快速唤醒、低占空比与少迭代测量，极大降低工作功耗，适配电池供电场景。从下表中可见，TMF8806在10秒周期下全量程平均电流仅为5μA，相比前代芯片TMF8801/05的90μA降低了约95%功耗。　　　　除此之外，TMF8806提供了可配置的测量周期（measurement repetition period）参数设置，允许开发者根据具体场景调整测量频率，从而实现性能与能效的最优权衡。　　在实际产品设计中，ToF传感器的应用效果不仅取决于电学性能，还高度依赖其与结构件的耦合方式。TMF8806提供了三种可选的光学栈结构配置，可通过寄存器控制动态调整接收视场角（FoV），从而在不同物理结构下确保ToF信号路径的最优化。　　　　三种光学栈结构配置　　下图展示了TMF8806传感器在3.2mm厚盖板玻璃下的测量数据。从图表中可以看出，测量的距离与设定的距离呈现出近乎完美的线性关系，这表明在使用了3.2mm厚的盖板玻璃后，TMF8806传感器依然能够准确地测量物体的距离，且测量结果非常可靠。　　　　TMF8806-3.2mm盖板玻璃-物体中心距离的曲线图　　TMF8806适用于需要中远距离、低功耗、结构容错性强的ToF应用。TMF8806提供三类开发板，基于树莓派Zero的EVM开发板（Q65113A8263）、SHIELD（Q65113A8265）Arduino扩展板、使用与TMF8806通用GUI相同的通用GUI独立开发板。在软硬件集成架构与资源支持方面，艾迈斯欧司朗聚焦在驱动模型、通信接口、开发环境兼容性等内容，为产品落地提供了完整的技术支持链条。　　多区ToF产品TMF882X　　艾迈斯欧司朗新推出的三款多区dToF产品——TMF8820、TMF8821和TMF8828，为客户提供了根据分辨率和测量距离需求进行选择的丰富方案。这三款产品都支持5m的最大检测范围，但在分区配置上各有侧重。　　TMF8820：提供高达9个分区（3×3多区）配置，以较低的分辨率换取最远的测量距离，使其在需要远距离检测的应用中表现出色。　　TMF8821：可配置18个分区，在分辨率和距离之间取得了平衡，适用于多种中距离、中等分辨率的应用场景。　　TMF8828：最高可配置18个或64个分区，提供了最高的分辨率，尽管测量距离相对较近，但在需要高精度、细节丰富的近距离检测应用中具有显著优势。　　该系列传感器的核心特点在于其高灵敏度SPAD检测技术、多区和多物体检测能力，以及1cm至5m的宽广测量范围。它支持高达63°的动态可调视场角，并集成片上直方图处理，确保在各种光照条件下都能获得高精度数据。此外，940nm的VCSEL激光源符合1级人眼安全标准，结合其低功耗待机模式和4.6mm×2.0mm×1.4mm的紧凑封装，使其成为窄边框设计的理想选择。　　TMF882X多区ToF传感器可解决场景中部分区域存在高环境光条件、运动检测、视野部分被遮挡等具有挑战性的应用场景。TMF882X多区传感器不仅可以通过比较不同区域的距离信息来判断物体在空间中的角度或方向，实现复杂的环境感知；还可以通过追踪物体在预设分区中的移动轨迹，实现直观、非接触式的手势控制。　　　　TMF882X多区传感器的环境感知能力　　在数字投影仪的案例中，TMF882X可以实现自动对焦和梯形校正辅助功能：在自动对焦方面，TMF880x单区dToF设备能够快速而精确地测量投影仪与屏幕之间的距离，使投影仪能够实时调整焦距，确保图像始终保持清晰；在更复杂的梯形校正应用中，TMF882X的多区功能能够精确测量屏幕上不同区域（如顶部、中部和底部）的距离差异，通过这些多区数据，投影仪的图像处理系统便能对图像进行智能缩放和校正，有效消除梯形效应，还原出方正的投影画面。　　TMF882X系列传感器的优势在于，它能提供高信噪比、宽动态范围且无多径反射的可靠测量。用户可以根据应用场景自由配置分区数量和聚焦于感兴趣的区域。其强大的串扰和污垢去除功能保证了测量的高精度，而灵活的电源模式则有助于延长设备电池寿命。此外，内置的人眼安全电路在硬件故障时会自动关闭VCSEL驱动器，确保了产品的安全性。　　TMF8821传感器通过使用超短脉冲技术，能够在复杂的环境下实现高精度和高可靠性。同时，它也提供了灵活的性能调优选项：通过调整VCSEL脉冲的数量，用户可以在功耗和性能之间进行权衡，以满足不同的应用需求。脉冲数量越多，性能越好，但功耗也会相应增加。　　　　TMF8821传感器在3×3配置下，不同的VCSEL脉冲数量对测量时间和功耗的影响　　但传感器的功耗是可以通过调整帧率和每帧的迭代次数来灵活配置。高帧率和高迭代次数会带来更高的性能和功耗（如30Hz，550k迭代，功耗为141mW），而降低这些参数则能显著降低功耗，以满足对电池寿命有更高要求的应用场景。　　　　与TMF8801的对比，新一代8821多区产品在功耗优化方面的进步，尤其是在待机功耗上实现了大幅降低　　TMF882X传感器有四种工作模式。其中，Power Down模式是最低功耗但会丢失所有内存数据；而Standby模式是低功耗睡眠模式，能够保留内存状态，非常适合快速唤醒的应用。Wait和Ranging模式则分别用于配置和实际测距。　　　　TMF882X传感器的四种工作模式　　广泛的应用场景　　艾迈斯欧司朗的dToF传感器在非移动市场中有着广泛的应用，ToF正逐渐成为帮助设备理解空间、理解人的感知主力：　　PC：人体存在检测、手势识别　　投影仪：自动梯形校正、自动对焦　　陪伴机器人：障碍物检测　　直播秀相机／智能门禁相机：自动对焦　　智能电视：人体存在检测　　会议PAD：人体存在检测　　掌上支付：手部检测　　吹风机：用于自动测量的距离检测　　扫地机器人：障碍物检测　　智能门锁（E-lock）：人体存在检测　　智能杯：水位检测　　PAD：学生接近度检测　　结语　　在AI加速下沉、交互需求不断多元的今天，ToF技术正迈向更智能、更实用、更场景化的阶段。艾迈斯欧司朗的产品战略不仅回应了行业痛点，更为设备厂商提供了通用性强、集成度高、开发友好的ToF感知平台，加速实现“设备懂空间，交互更自然”的智能未来。　　阅读全文，请先　　PR　　本文为EET电子工程专辑原创文章，禁止转载。请尊重知识产权，违者本司保留追究责任的权利。　　分享到：　　　　　　　　　　返回列表　　上一篇：　　基于iGaN的300W高能效游戏适配器参考设计　　下一篇：　　返回列表　　科技头条　　行业快讯　　英伟达Nvidia以400亿美元收购ARM，达成半导体业历史最大交易　　英伟达Nvidia表示已同意以400亿美元的价格收购软银集团旗下的芯片制造商Arm 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