01
什么是ToF？
02
ToF中的噪音问题
03
如何轻松化解ToF电源电路噪声？
04
村田推荐
05
验证噪声对策效果
06
总结
01
什么是ToF？
ToF是Time of Flight的缩写，是一种通过利用照射波和反射波之间的时间差来测量到物体的距离的测距方法。使用ToF的距离图像传感器，通过照射诸如红外光之类的光，测量每个像素的距离，并记录深度信息来获知目标的三维结构。
ToF常用于智能电话等的面部认证中。因为ToF可测量三维面部形状，所以能够防止通过扫描照片来回避认证，因此，智能手机越来越多地采用ToF的测距方法。
除ToF之外，还有其他一些测距方法。例如，使用立体相机的方法，使用照射图案化红外线并观察变形的Structured Light方法，等等。但是，ToF具有结构简单、支持广范围距离、分辨率高等特征，因此被认为更适合智能手机。
ToF以及其它光学测距方法的适用范围
为了进行长距离的高精度测距，ToF需要照射陡峭的高脉冲，如下图所示。在电路设计中，产生该高脉冲波形，势必涉及到高脉冲的电流，为此，也需要针对性的电路噪声对策，特别是纹波噪声。下面，我们就来一探究竟，并给出村田的对策。
ToF脉冲波形与精度之间的关系
02
ToF中的噪音问题
ToF的发送接收框图如下所示。在发送侧，通过向VCSEL（垂直谐振器表面发射激光器）施加陡峭且较大的脉冲电流，生成红外线脉冲光，并将此脉冲光照射到测量目标。接收侧接收从测量目标返回的光并将其转换为电信号。
ToF发送接收框图
发出陡峭的高输出脉冲时（下图），大电流突然在驱动器电路中流动，并且很可能在电源线上形成大电压尖峰。
ToF中的噪声干扰模型
令人担心的是由此产生的噪声会干扰接收侧，导致ToF传感器的灵敏度降低。
屏蔽层可以防止大部分的噪声发射，但是除此之外，还必须防止噪声通过电源线传播。
本文即为您介绍一种使用EMI滤波器抑制噪声传播的有效方法。
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如何轻松化解
ToF电源电路噪声？
插入铁氧体磁珠可有效地解决此类ToF中的噪音问题。
通过铁氧体磁珠进行的电源线尖峰噪声对策
将铁氧体磁珠插入发送侧的电力流入部分，以抑制通过电源线进行的噪声传播。
将铁氧体磁珠插入接收侧GND连接部分，以抑制通过GND线进行的噪声传播。
适用于较大安装空间
BLE18PK100SN1
BLE18PS080SN1
注意，将铁氧体磁珠用于噪声对策，在选择时需考虑容易引起问题的噪声频率，另外，还请根据安装空间选择最适合的型号。
如果有足够的安装空间，可以选择村田的BLE18PK100SN1系列，该型号具有支持大电流（6000mA）、高阻抗、以及出色的直流叠加特性；也可以选择BLE18PS080SN1，该型号更薄（0.75mm max），支持大电流（8000mA），同样具有出色的直流叠加特性。
适用于较小安装空间
BLM15KD200SN1
如果没有足够的安装空间，推荐选择村田BLM15KD200SN1，该型号磁珠具有1005的小型尺寸和宽带支持。
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验证噪声对策效果
首先，我们来确认是否插入铁氧体磁珠会导致噪声抑制效果发生变化。
确认插入铁氧体磁珠的效果
噪音对策效果的确认方法：
Voltage① → 通过Ripple Noise确认
Voltage② → 通过Transient response确认
Current → 通过Current wave form确认
从上图可以看出，插入铁氧体磁珠不仅确认了噪声消除效果，还确认了其对电压和电流波形没有影响。在发送侧电源线①中，纹波噪声确实发生变化，流向电源侧噪声的降低；在VCSEL的电源输入部分②中，瞬态响应发生变化，对电压波形没有不良影响。另外，还可以确认流过VCSEL的电流波形的变化。
效果确认——纹波噪声
如下图所示，通过将铁氧体磁珠BLE18PK100SN1插入电源线，可以看到①部分的纹波减少到了大约1/5。确认结果表明，通过插入铁氧体磁珠，纹波噪声大大降低。
通过铁氧体磁珠产生的纹波噪声降低效果
效果确认——瞬态响应
另一方面，插入铁氧体磁珠不能对供给VCSEL的电压产生不良影响。确认在插入铁氧体磁珠之前和之后的瞬态响应时，未发现由于插入铁氧体磁珠而导致波高降低。未发现插入铁氧体磁珠会对电路的动作产生不良影响。
铁氧体磁珠插入对瞬态响应的影响
效果确认——VCSEL的电流波形
接下来，确认了流过VCSEL的电流的波形。插入铁氧体磁珠之前和之后的电流波形几乎没有看到差异。结果是，即使插入铁氧体磁珠也未发现波高降低等不良影响。
铁氧体磁珠插入对VCSEL电流波形的影响
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总 结
陡峭的大脉冲电流流过ToF发送部分，该脉冲电流有在电源线中产生大纹波噪声的倾向。
通过插入铁氧体磁珠，可以降低噪声，而不会对电压、电流波形和瞬态响应产生不良影响。
从支持大电流和小尺寸的角度来看，建议采取本文推荐的村田铁氧体磁珠的静噪对策。
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