在去年四季度召開的IEEE Sensors 2021大會上，意法半導體在會上宣講了五篇論文（全部論文名錄見下文），涵蓋多個不同的專題，其中一個研究方向引起與會者的關(guān)注。Fabrice Martin宣講的題為“內(nèi)置光源的一體式 64 區(qū) SPAD 直接飛行時間測距傳感器”的論文揭開了 VL53L5的神秘面紗，披露了目前尚未公開的技術(shù)細節(jié)。

IEEE Sensors 2021:揭秘VL53L5

測距特性

The VL53L5

2020 年底發(fā)布的VL53L5 是意法半導體首款能夠測量64個區(qū)域的飛行時間 (ToF) 傳感器。在 IEEE Sensors 2021 大會結(jié)束后，公眾對該產(chǎn)品的技術(shù)細節(jié)有了更好的了解。例如，意法半導體證實，4 x 4 或 8 x 8 網(wǎng)格模式對測距性能的影響很小。兩種模式在黑暗環(huán)境中最大測量距離均達到 4 米，在 5,000 勒克斯的標準室內(nèi)亮度下的最大測量距離約 1 米。此外，4 x 4 網(wǎng)格測距模式每秒可捕獲 60 幀圖像，而在測量64 個區(qū)域時捕獲速度被限制在 15 Hz。因此，工程師可以更清楚地了解每種模式固有的參數(shù)優(yōu)化情況。

VL53L5橫截面圖

硅片結(jié)構(gòu)

距離標記與相機拍攝的照片重合的8 x 8 網(wǎng)格模式

我們還向與會者出示了 ToF 傳感器的橫截面圖和各種圖表，幫助他們了解傳感器的測距性能。無論過去是否熟悉這種產(chǎn)品，與會者都弄明白了其內(nèi)部工作原理。例如，橫截面圖描述了衍射透鏡在區(qū)域測距中的作用。我們的團隊還展示了 VL53L5芯片。意法半導體提供回路SPAD二極管陣列、32 位微控制器、VCSEL 驅(qū)動器等組件，因此，這是一個設計靈活性較高的測距系統(tǒng)。例如，MCU 執(zhí)行并行計算，滿足測距區(qū)數(shù)量增加對數(shù)據(jù)處理能力的要求。意法半導體還用圖示解釋了為什么 VL53L5 不用外部微控制器，本身就能計算信號數(shù)據(jù)。

IEEE Sensors 2021:窺探未來產(chǎn)品

自供電BLE藍牙傳感器

在意法半導體宣講的其他論文中，有一篇探討了一種無需安裝電池或外部電源即可工作的光感設備。此外，這個光傳感器還可以收集能量，驅(qū)動BLE藍牙低功耗模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。這個想法并不新鮮，但該論文使用了市面有售的元器件，使這種光傳感器具有商用可行性。為了實現(xiàn)這一個概念，該光傳感器采用了將光能轉(zhuǎn)換為電流的光伏換能器。此外，BLE射頻僅在信標模式下工作，以節(jié)省能源。

壓電顆粒物探測器

微粒物質(zhì)探測器小型化是另一個研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)上，此類設備體積龐大。意法半導體的論文打破傳統(tǒng)思路，研究使用壓電式微機電系統(tǒng) (MEMS)探測顆粒。簡而言之，把正面涂覆壓電層的圓形薄膜置于兩個電極之間，當顆粒掉落在壓電層上時，薄膜上就會出現(xiàn)較低的諧振頻率。這篇論文可以作為一項可行性研究，因而引起與會者的興趣。論文表明可以創(chuàng)建一個移動性更強的顆粒物檢測器。研究人員仍然需要優(yōu)化該探測系統(tǒng)，但目前的研究成果為可穿戴設備安裝顆粒傳感器打開了一扇門。

ST在IEEE Sensors 2021大會上宣講的全部論文

Piezoelectric MEMS For Microparticles Detection, Francesco Foncellino

Miniaturized Quadruple Mass Gyroscopes: Challenges and Implementation, Luca Falorni

Intrinsically Self-powered, Battery-free, and Sensor-free Ambient Light Control System, Roberto La Rosa

On Amplitude-Gain-Control Optimization for Lissajous Frequency Modulated MEMS Gyroscopes, Andrea Donadel

An all-in-one 64-zone SPAD-based Direct-Time-of-Flight Ranging Sensor with Embedded Illumination, Fabrice Martin