传感器资料思路整理 世界上最小的飞行时间测距和姿态探测传感器 特点： •完全集成的微型模块 – 940nm激光VCSEL – VCSEL驱动程序 –带有高级嵌入式测距传感器的微控制器 – 4.4 x 2.4 x 1.0mm •快速，准确的测距 –测量绝对距离达2m –测量的范围独立于目标反射率 –在高等级红外环境光下运行 –先进的嵌入式光学串扰补偿以简化盖玻片选择 •眼睛安全 –符合最新要求的1类激光设备标准IEC 60825-1：2014-第三版 •易于集成 –单个可回流焊组件 –没有额外的光学元件 –单电源 –用于设备控制和数据的I2C接口传递 – Xshutdown（重置）并中断GPIO –可编程的I2C地址
应用： •个人计算机的用户检测/笔记本电脑/平板电脑和物联网（节能）。 •机械手（障碍物检测）。 •白色家电（自动检测水龙头，皂液器等…） •一维手势识别。 •激光辅助自动对焦。 增强和加快相机自动对焦系统的性能，尤其是在困难的场景（弱光，低对比度）或快速移动的视频模式。
描述： VL53L0X是新一代的飞行时间（ToF）激光测距模块，是当今市场上最小的包装，可提供精确的距离测量目标反射率。 它可以测量绝对距离高达2m，在范围内设定了新的基准 性能水平，打开各种新的应用程序的大门。 VL53L0X集成了领先的SPAD阵列（单光子雪崩二极管）和嵌入了ST的第二代FlightSenseTM专利技术。 VL53L0X的940nm VCSEL发射器（垂直腔表面发射激光器）是完全人眼不可见的，再加上内部物理红外滤光片，可以实现更长的测距距离，对环境光的抵抗力更高，更好坚固耐用，可防止盖玻片发生光学串扰。
overview 1.1 technical specification 1.2 system block diagram 1.3 device pinout（设备引出线） 1.4 application schematic note： ~外部电源AVDD上的电容器应尽可能靠近AVDDVCSEL和AVSSVCSEL模块引脚。 ~外部上拉电阻的值可以在I2C-bus规范中找到。每台总线通常只在主机附近安装一次上拉。 AVDD为2.8V和400KHz的I2C时钟的上拉电阻推荐值为1.5k到2k欧姆。 ~关闭销必须始终驱动，以避免泄漏电流。如果主机状态未知，则需要上拉。 使用HW备用模式(没有I2C通信)需要XSHUT。 ~XSHUT和GPIO1上拉推荐值为10k欧姆 ~如果不使用，GPIO1将不连接
functional description 2.1 system functional description 应用程序使用API控制VL53L0X设备。 该API向客户应用程序提供了一组高级功能，这些功能允许VL53L0X固件（FW）的控制，例如初始化/校准，范围从开始/停止，选择精度，选择测距模式。 该API是一站式解决方案，它由一组C函数组成，可快速实现开发最终用户应用程序，而无需直接多重寄存器的复杂化访问。 该API的结构使其可以在任何平台上进行编译通过良好隔离的平台层。 该API软件包使用户可以充分利用VL53L0X的功能。有关该API的详细说明，请参见《 VL53L0X API用户手册》 VL53L0X FW完全管理硬件(HW)寄存器访问。 2.2 firmware state machine description 2.3 customer manufacturing calibration flow 2.3.1 SPAD and temperature calibration 为了优化系统的动态性，必须对参考SPAD进行校准。参考SPAD校准在初始制造校准期间仅需要执行一次，然后应将校准数据存储在主机上。温度校准是两个与温度相关的参数（VHV和相位校准）的校准。 这两个参数用于设置设备灵敏度。 校准应在初始制造校准过程中执行，当温度与初始校准温度相比变化超过8摄氏度时，必须再次执行校准。有关SPAD和温度校准的更多详细信息，请参考《 VL53L0X API用户手册》。 2.3.2 ranging offset calibration 测距偏移可以用平均偏移来表征，即平均偏移测量值与实际距离的比较。偏移校准应在工厂执行以获得最佳性能（建议在10厘米处）。 失调校准应考虑： •电源电压和温度 •VL53L0X模块上方的防护玻璃罩 2.3.3 cross-talk calibration 串扰定义为从防护玻璃返回的信号。 串扰的大小取决于玻璃的类型和气隙。 串扰会导致范围误差与串扰与目标信号返回的比率成正比。 2.4 ranging operating models API 中有三种ranging models： 1.单一范围 调用API函数后，测距仅执行一次。系统自动返回软件待机。 2.连续测距 调用API函数后，将以连续方式执行测距。 立刻测量完成后，立即开始另一个测量。用户必须停止测距才能返回软件待机状态。 最后一次测量是在停止之前完成。 3.定时测距 调用API函数后，将以连续方式执行测距。 当一个测量完成后，在用户定义的延迟后开始另一个测量。可以通过API定义此延迟（测量间隔时间）。
用户必须停止测距才能返回软件待机状态。 如果在范围测量期间停止请求到来，则测量完成在停止之前。 如果在一次测量期间发生，则范围测量立即停止。
2.5 ranging profiles 通过API示例代码可以使用4种不同的测距配置文件。 客户可以创建他们自己的范围配置文件取决于他们的用例性能要求。 1.默认模式 2.高速 3.精度高 4.射程远
2.6 ranging profile phases 每个范围配置文件包含3个连续的阶段： •初始化和负载校准数据 •测距 •数字管家 2.6.1 initialization and load calibration data phase 初始化和校准阶段在第一次测距之前或在设备之后执行重置，请参见图9。 然后，用户可能必须定期重复温度校准阶段，取决于用例。 2.6.2 ranging phase 测距阶段包括一个测距设置和测距。在测距操作期间，会发射几个VCSEL红外脉冲，然后反射返回目标对象，并由接收数组检测。 使用的光电探测器VL53L0X内部使用先进的超快速SPAD技术（单光子雪崩二极管），受多项专利保护。 一个范围的典型时序预算为33ms（初始化/范围/内务处理），请参见图12。实际范围的测量需要23ms，请参见图9。最小范围测量周期为8ms。 note:时间预算的最小范围是20ms。最多5秒。时间预算越长，测距精度和测距距离越高. 2.6.3 digital housekeeping 数字处理（客房整理）是测距序列中的最后一项操作，计算，验证或拒绝范围测量。 执行此处理的一部分内部，而另一部分由API在主机上执行。 在数字处理结束时，测距距离由VL53L0X自己计算。 如果无法测量距离（弱信号，无目标……），生成相应的错误代码。 在设备本身上执行以下功能： •信号值检查（弱信号） •偏移校正 •串扰校正（在盖玻片的情况下） •最终测距值计算 该API执行以下操作： •返回忽略阈值RIT检查（信号检查与串扰） •Sigma检查（精度条件） •最终测距状态计算 如果用户想提高测距精度，可以进行一些额外的处理（不是API）可以由主机执行，例如，滚动平均值，磁滞或任何类型的过滤。 2.7 getting the data:interrupt or polling 用户可以使用轮询或中断机制获取最终数据。 轮询模式：用户必须通过轮询API来检查正在进行的测量的状态功能。 中断模式：当新的中断引脚（GPIO1）发送中断至主机时测量可用。 2.8 device programming and control 设备物理控制接口为I2C;通过API控制设备。 2.9 power sequence 2.9.1 power up and boot sequence 有两种可选的顺序： option1：XSHUT引脚连接并控制主机。这个选项有助于优化功耗，因为VL53L0X可以在不使用时完全断电，然后通过主机GPIO(使用XSHUT pin)唤醒它。HW待机模式定义为AVDD存在、XSHUT低的时间段。 option2：XSHUT引脚不受主机控制，通过上拉电阻与AVDD连接。如果不控制xclosed引脚，则电源启动顺序如图11所示。在这种情况下，设备在FW启动后自动进入SW待机状态，不进入HW备用模式。 2.10 ranging sequence 3. control interface 控制接口
I2C接口使用两种信号：串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)。连接到总线的每个设备都使用唯一的地址，并且存在简单的主/从关系。SDA和SCL线路都使用位于主机上的上拉电阻连接到正电源电压。线只被主动压低。一个高电平的情况发生时，线是浮动的，而上拉电阻把线上拉。两线都是高电平时说明没有数据输送。时钟信号(SCL)的产生是由主设备完成的。主设备启动数据传输。VL53L0X上的I2C总线的最大速度为400 kbits/s，并使用一个设备地址0x52。 信息打包在8位数据包（字节）中，后面是一个确认位，Ac用于VL53L0X确认，Am用于主机确认（主机总线主机）。 内置的数据通过在SCL的上升沿对SDA采样来产生。外部数据必须稳定在SCL的高峰期。例外是 起始条件（S）或停止条件（P）【当SCL为高时，SDA分别下降或上升】
一条消息包含一系列字节，其后是开始条件，后跟一个停止或重复启动（另一个启动条件，但没有先前的停止条件）随后是另一条消息。 第一个字节包含设备地（0x52），还包含指定数据方向。 如果最低有效位为低（即0x52），则该消息为主机写入从机。如果设置了lsb（即0x53），则该消息是主机接收从机。 与摄像头模块的所有串行接口通信都必须以启动条件开始。 VL53L0X模块通过将SDA线驱动为低电平来确认收到有效地址。 存储了读/写位（地址字节的lsb）的状态，并且可以解释从SDA采样的下一个数据字节。 在写序列期间，接收到的第二个字节提供一个8位索引，该索引指向内部8位寄存器之一。 从机接收到数据后，会将其逐位写入串行/并行寄存器。 每次从机已接收到数据字节之后，生成确认，然后发送数据存储在当前索引寻址的内部寄存器中。
在读取消息期间，读取当前索引寻址的寄存器的内容，在设备地址字节之后的字节中输出。 该寄存器的内容是并行地加载到串行/并行寄存器中，并随SCL的下降沿，SCL移出设备。 在每个字节的末尾，在读取和写入消息序列中，接收设备都会发出一个确认（即，用于写入的VL53L0X和用于读取的主机）。
消息只能由总线主机通过发出停止条件或通过发出终止条件来终止。在读取操作期间读取一个完整的字节后，通过否定应答（即，不将SDA线拉低）来实现。
该界面还支持自动增量索引。 在第一个数据字节传输完成后，索引将自动增加1。因此，主机可以连续向从机发送数据字节，直到从机未能提供确认或主机以停止条件终止写通信为止。 如果使用了自动递增功能，则主机不必发送地址索引来伴随数据字节。 3.1 I2C接口——时序特征 timing characteristics 3.2 I2C接口——reference registers I2C的读/写可以是8位、16位或32位。多字节的读/写总是按升序处理，MSB优先，如表5所示。
