CXHA31144 长距离直接飞行时间 (dToF) 传感器
4000mm 测距 | 120Hz 帧率 | 集成 VCSEL/SPAD/TDC | 直方图架构 | 环境光抑制

产品版本：Rev 1.0 | 更新日期：2026年5月 | 型号：CXHA31144 | 封装：OLGA12

嘉泰姆电子（JTM-IC）推出的CXHA31144是一款微型光学直接飞行时间（dToF）传感器，内部集成了940nm VCSEL（垂直腔面发射激光器）、单光子雪崩二极管（SPAD）、时间数字转换器（TDC）和直方图处理架构。该传感器能够测量最远4000mm的距离（比同类产品提升4倍），测距速度高达120Hz 帧率，且测量精度不受物体颜色、反射率和表面纹理的影响。内置基于直方图的算法，支持盖板玻璃校准和污渍补偿，确保高可靠性应用。通过窄带光学滤波器和内置阳光抑制算法，环境光噪声被有效抑制，可在户外强光环境下稳定工作。芯片内部完成所有数据处理，并通过 I²C 接口输出距离和置信度信息。符合 Class 1 眼安全标准，采用紧凑型 OLGA12 封装，CXHA31144 是激光自动对焦、一维手势识别、避障、节能检测、机器人等长距离测距应用的理想选择。

1. 产品概述与市场定位

传统 dToF 传感器测量距离通常限于 1000mm~2000mm，难以满足机器人避障、大屏手势控制、无人机定高等长距离应用需求。CXHA31144 采用高灵敏度 SPAD 阵列和优化的光学设计，将测量距离延伸至 4000mm，同时保持 120Hz 的高速测量能力。芯片内部集成 940nm VCSEL、SPAD、TDC、直方图处理器、Cortex-M0 MCU 和 EEPROM，可独立完成测距和校准，无需外部处理器介入。直方图架构能够区分多个反射信号（例如玻璃前后反射），有效抵抗多径干扰。独有的盖板玻璃校准和污渍补偿功能，使得传感器可安装在带有盖板的设备内，即使玻璃上有污渍也能保持测距精度。CXHA31144 为新一代长距离激光自动对焦、存在检测、避障和手势识别应用提供了理想的单芯片解决方案。

2. 主要特点与技术亮点

• 全集成 dToF 传感器：集成 940nm VCSEL、SPAD、TDC、直方图处理器、MCU 和 EEPROM，单芯片完成所有测距功能。
• 超长距离测量：最远测量距离 4000mm，适用于机器人避障、无人机定高等场景。
• 高速测距：最高 120Hz 帧率，可快速响应移动物体。
• 不受物体影响：测量精度与物体颜色、反射率、表面纹理无关，适用于深色或高反光物体。
• 直方图架构：可区分多个物体反射，抗多径干扰，支持玻璃盖板前后双反射检测。
• 环境光抑制：集成窄带光学滤光片和数字阳光抑制算法，可在 100k Lux 户外强光下正常工作。
• 盖板玻璃校准与污渍补偿：内置校准算法，可补偿盖板玻璃衰减和表面污渍影响，保证长期可靠性。
• Class 1 眼安全：符合 IEC/EN 60825-1 标准，对人眼安全，无需额外防护。
• 灵活的 I²C 接口：支持 400kHz ~ 1MHz 时钟频率，可编程设备地址，提供 XSHUT（复位）和中断 GPIO。
• 无需额外光学元件：片上集成滤光片和透镜，直接使用即可。
• 微型一体封装：OLGA12 紧凑封装，易于集成到空间受限产品中。
• 典型应用：激光自动对焦（手机/相机）、一维手势识别、机器人及无人机避障、节能检测（人体存在检测）、智能家居、安防监控。

3. 引脚封装说明（占位图）

CXHA31144 采用 OLGA12 封装（12 引脚），超小尺寸。主要引脚包括：VDD（电源）、GND、I²C_SCL/SDA、XSHUT（硬件复位）、INT（中断输出）。片内集成 VCSEL、SPAD、光学滤光片，外部仅需少量去耦电容。详细引脚映射及尺寸请参考数据手册。

4. 功能框图与典型应用电路占位

5. 极限参数与电气特性（设计参考）

6. 工作原理与关键技术深度解析

6.1 直接飞行时间（dToF）测量原理

CXHA31144 通过 VCSEL 发射短脉冲激光，激光遇到物体后反射回传感器，SPAD 阵列检测光子到达时间，TDC 记录发射与接收的时间差 Δt，距离 = c × Δt / 2（c 为光速）。由于采用单光子探测技术，可实现极高灵敏度和低功耗。

6.2 直方图架构与抗多径干扰

传统 dToF 仅记录首个返回信号，当存在玻璃、镜面等部分反射时会产生误差。CXHA31144 的直方图引擎将多次测量的光子到达时间累积成直方图，可区分多个峰值，从而准确识别真实目标距离，同时滤除玻璃前后表面的多次反射。这对于 4000mm 长距离测量尤其重要。

6.3 环境光抑制与室外性能

传感器集成了窄带光学滤光片（中心波长 940nm，半高宽 20nm），有效阻挡环境光中的非红外成分。此外，内置的阳光抑制算法通过动态调整 SPAD 偏压和阈值，在 100k Lux 阳光下仍能保持稳定测距，满足户外应用需求。

6.4 盖板玻璃校准与污渍补偿

当传感器安装在盖板玻璃下方时，玻璃会衰减发射和接收信号，且表面污渍会进一步降低信噪比。芯片内置盖板玻璃校准程序：在已知距离下（如 200mm）测量参考值，存储到 EEPROM。运行时自动进行信号补偿，即使玻璃上有水渍、油污仍能输出准确距离。

6.5 内置 MCU 和 EEPROM 的自主运行

集成的 Cortex-M0 MCU 运行直方图处理、距离计算、环境光补偿和校准算法，无需主控介入。EEPROM 存储配置参数和校准数据，上电后自动加载，简化系统设计。主控只需通过 I²C 读取距离和置信度值即可。

7. 基于 CXHA31144 的机器人避障设计实例

设计目标：扫地机器人避障，测量距离 100~3500mm，帧率 50Hz，适应各种家居环境（包括深色地毯、玻璃隔断）。

• 机械集成：传感器安装在机器人前方，光窗朝向地面斜前方，与水平面夹角约 30°，确保检测中远距离障碍物。
• 硬件连接：VDD 接 3.0V 电源，I²C 上拉电阻 2.2kΩ，XSHUT 接主控 GPIO，INT 接中断输入。
• 配置步骤：上电后通过 I²C 配置帧率 50Hz，使能盖板玻璃校准（如有）。可选输出滤波（中值滤波）平滑数据。
• 数据处理：主控循环读取距离值，当距离小于安全阈值（如 300mm）时触发减速或转向；当距离急剧变化时检测到动态障碍物。
• 功耗优化：正常运行时 50Hz 测距，电流约 30mA；待机时可降频至 5Hz 或 XSHUT 关机。
• 环境适应：深色地毯（反射率 5%）仍能可靠测距至 1500mm；玻璃茶几可正确输出玻璃后方物体距离（直方图区分反射峰）。

实测数据：在白色墙面下最大测距 3900mm，深色地毯 1500mm，帧率 50Hz 时电流 32mA。通过 IEC 60825-1 Class 1 认证，无安全风险。

8. PCB 布局与光路设计建议

• 光窗开孔：传感器正上方外壳必须开窗，开孔尺寸略大于光窗孔径，避免遮挡。盖板玻璃应选择高红外透过率材料（如红外油墨或透红外玻璃）。
• 电源去耦：VDD 引脚附近放置 4.7μF 和 0.1μF 陶瓷电容，尽量靠近芯片。
• I²C 走线：SCL/SDA 上拉电阻靠近芯片，走线尽量短，避免与射频或高速数字信号并行。
• 地平面：传感器下方保持完整地平面，但光窗区域内禁止铺铜（防止反射干扰）。
• 热设计：VCSEL 脉冲电流较大，但平均功耗低，通常无需特殊散热。需确保远离发热器件。
• 盖板玻璃校准：生产过程中建议执行盖板玻璃校准步骤，将校准数据写入 EEPROM，补偿个体差异。
• ESD 保护：外露开窗可能引入 ESD，可在 I²C 线路上串联 100Ω 电阻并加 TVS 管到地，XSHUT 和 INT 引脚同样加保护。

9. 订购信息与技术支持

CXHA31144 采用 OLGA12 封装，无铅，RoHS 合规。嘉泰姆电子提供工程样品、量产芯片及全面的技术支持，包括评估板、参考代码、盖板校准工具和 FAE 现场支持。