ADNS-9500激光传感器外文翻译资料

ADNS-9500 Laser Gaming Sensor

Description

The ADNS-9500 Laser gaming sensor comprises of sensor and VCSEL in a single chip-on-board (COB) package. ADNS-9500 provides enhanced features like programmable frame rate, programmable resolution, confi gurable sleep and wake up time to suit various PC gamersrsquo; preferences.

The advanced class of VCSEL was engineered by PixArt Imaging to provide a laser diode with a single longitudinal and a single transverse mode.

This Laser gaming sensor is in 16-pin integrated chip-on-board (COB) package. It is designed to be used with ADNS-6190-002 small form factor (SFF) gaming laser lens to achieve the optimum performance featured in this document. These parts provide a complete and compact navigation system without moving part and laser calibration process is NOT required in the complete mouse form, thus facilitating high volume assembly.

Theory of Operation

The sensor is based on Laser technology, which measures changes in position by optically acquiring sequential surface images (frames) and mathematically determining the direction and magnitude of movement. It contains an Image Acquisition System (IAS), a Digital Signal Processor (DSP), and a four wire serial port. The IAS acquires microscopic surface images via the lens and illumination system. These images are processed by the DSP to determine the direction and distance of motion. The DSP calculates the x and y relative displacement values. An external microcontroller reads the x and y information from the sensor serial port. The microcontroller then translates the data into PS2, USB, or RF signals before sending them to the host PC or game console.

Features

• Small form factor chip-on-board package
• Dual power supply selections, 3V or 5V
• VDDIO range: 1.65 – 3.3V
• 16-bits motion data registers
• High speed motion detection at 150ips and acceleration up to 30g
• Advanced technology 832-865nm wavelength VCSEL
• Single mode lasing
• No laser power calibration needed
• Compliance to IEC/EN 60825-1 Eye Safety
  • Class 1 laser power output level
  • On-chip laser fault detect circuitry
• Self-adjusting frame rate for optimum performance
• Motion detect pin output
• Internal oscillator – no external clock input needed
• Enhanced Programmability
  • Frame rate up to 11,750 fps
  • 1 to 5 mm lift detection
  • Resolution up to 5737.5cpi with ~22.5cpi step
  • X and Y axes independent resolution setting
  • Register enabled Rest Modes
  • Sleep and wake up times

Assembly Recommendation

1. Insert the COB sensor and all other electrical components into the application PCB.
2. This sensor package is only qualifi ed for wave-solder process.
3. Wave-solder the entire assembly in a no-wash soldering process utilizing a solder fi xture. The solder fi xture is needed to protect the sensor during the solder process. The fi xture should be designed to expose the sensor leads to solder while shielding the optical aperture from direct solder contact.
4. Place the lens onto the base plate. Care must be taken to avoid contamination on the optical surfaces.
5. Remove the protective kapton tapes from the optical aperture of the sensor and VCSEL respectively. Care must be taken to keep contaminants from entering the aperture.
6. Insert the PCB assembly over the lens onto the base plate. The sensor package should self-align to the lens. The optical position reference for the PCB is set by the base plate and lens. The alignment guide post of the lens locks the lens and integrated molded lead-frame DIP sensor together. Note that the PCB motion due to button presses must be minimized to maintain optical alignment.
7. Optional: The lens can be permanently locked to the sensor package by melting the lensrsquo; guide posts over the sensor with heat staking process.
8. Install the mouse top case. There must be a feature in the top case (or other area) to press down onto the sensor to ensure the sensor and lenses are interlocked to the correct vertical height.

Regulatory Requirements

• Passes FCC B and worldwide analogous emission limits when assembled into a mouse with shielded cable and following PixArt recommendations.
• Passes IEC-1000-4-3 radiated susceptibility level when assembled into a mouse with shielded cable and following PixArt recommendations.
• Passes EN61000-4-4/IEC801-4 EFT tests when assembled into a mouse with shielded cable and following PixArt recommendations.
• Passes IEC-61000-4-2 Electrostatic Discharge Immunity Test (ESD) and provides suffi cient ESD creepage/ clearance distance to withstand discharge up to 15KV when assembled into a mouse according to usage instructions above.
• Passes IEC/EN 60825-1 Eye Safety Class 1 when operating with the laser output power pre-calibrated by PixArt Imaging without external hardware and software control of laser current.

Design Considerations for Improving ESD Performance

For improved electrostatic discharge performance, typical creepage and clearance distance are shown in the table below. Assumption: base plate construction as per the PixArt supplied 3D model fi le when use with ADNS6190-002 lens. The lens fl ange can be sealed (i.e. glued) to the base plate. Note that the lens material is polycarbonate and therefore, cyanoacrylate based adhesives or other adhesives that may damage the lens should NOT be used.

Eye Safety

The ADNS-9500 sensor and the associated components in the schematic of Figure 6 are intended to comply with Class 1 Eye Safety Requirements of IEC 60825-1. PixArt

Imaging calibrates the sensorrsquo;s la

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ADNS-9500激光传感器

概述

ADNS-9500激光传感器主要由集成在单个COB(chip-on-board板芯片)的传感器和VCSEL(vertical-cavity surface-emitter laser 垂直腔面发射体激光器)构成。ADNS-9500为适应用户需求，提供了诸如可编程帧速率、可编程分辨率、可配置的睡眠和唤醒时间等复杂功能。

新一代VCSEL采用原相成像技术给激光二极管提供单纵和单横模组。

这种芯片采用16引脚集成COB形式封装，一般用于与ADNS-6190-002小型激光镜头配合使用已达到最佳性能。这些零部件组合成一款完整紧凑的导航系统，但没有运动部分，使用时该系统处于静止状态。

工作原理

该传感器基于激光技术，测量数据随连续表面图像（帧）和数学确定的方向及运动幅度而改变。它包含一个图像采集系统、一个数字信号处理器和一个四线串行端口。该系统通过透镜和照明系统获取微观表面图像，数字处理器处理这些图像来确定运动方向和位移。DSP处理这些图像来确定运动方向和唯一。DSP计算Delta;x和Delta;y相对位移值。一个外部控制器从传感器串行端口读取信息，然后单片机控制器将数据转换成PS2、USB或RF信号，再将它们发送给计算机或游戏控制台。

特点

• 小尺寸COB封装；
• 双电源可选，3V或5V；
• VDDIO范围：1.65-3.3V；
• 16位运动数据寄存器；
• 最大移动速度达150ips(英寸/秒)，加速度为30g；
• 采用波长为832-865纳米的VCSEL技术；
• 单模激光，无需激光校准；
• 严格遵循IEC/EN 60825-1眼睛安全标准；
• 可自我调节帧速率以获得最佳性能；
• 运动检测引脚输出；
• 有内部振荡器，无需外部时钟输入；
• 可编程性提高，振频率高达11750fps(英尺/秒)，线条检测1-5毫米，分辨率达5737.5cpi(次/英寸)即22.5cpi/步，X轴与Y轴独立分辨率设置，寄存器激活休眠模式，有睡眠和唤醒次数。

装配建议

1.将COB传感器和其他电子元件安装在应用PCB板上。

2.该传感器封装仅使用于波焊机流程。

3.波焊机使用一种焊接夹具完成整个无清洗焊接过程。这种焊接夹具用于在整个焊接过程中保护传感器，遮蔽光学孔径的同时对传感器直接焊接。

4.将透镜放置在基板上，尽可能小心以避免污染光学表面。

5.从传感器和VCSEL的光学孔径取下保护膜，需要格外小心以防止污染物进入光圈。

6.将组配光学透镜的PCB板装在基板上，传感器应对准透镜，PCB的光学位置参考由基座和透镜设定。对齐导柱锁紧透镜和集成模制引线框架DIP传感器。需要注意PCB移动，因为按键必须最小化以保持光对齐。

7.可选：该透镜可以通过使用热铆接工艺融化透镜上面的导柱固定在传感器上。

8.安装鼠标顶壳，顶壳或其他区域中必须有物体向下压迫传感器以确保传感器和透镜互正确的垂直高度。

规范要求

• 与屏蔽电缆一起装入鼠标并遵循PixArt建议时通过FCCB和世界各地类似的限值。
• 与屏蔽电缆一起装入鼠标并遵循PixArt建议时通过IEC-1000-4-3辐射敏感度水平。
• 通过EN61000-4-4/IEC801-4 EFT测试。
• 根据以上说明组装鼠标时通过IEC-6100-4-2静电放点干扰度测验并提供足够的ESD漏电/间隙距离以承受达15KV的放电。与被无需外部软硬件控制激光电流的PixArt图像预校准的激光输出功率一起运行时通过IEC/EN 60825-1眼安全1级。

提高ESD性能的设计考虑

为了改进静电放电性能，下面的图表展示了典型的爬电距离和电气间隙。假设与ADS-6190-002透镜配合使用时将底板制作成每份由3D模型文件提供的PixArt。镜头凸缘可以粘连到基板上，需要注意的是透镜材料是聚碳酸酯的，因此，不应使用可能会对透镜损坏的粘合剂。

眼安全

AND-S9500传感器及其他部件均遵循IEC60825-1(International Electrotechnical Commission国际电工委员会)1级眼安全要求。PixArt成像将传感器的激光输出功率校准到1级眼安全水平，并存储寄存器数，这些数值可对激光输出功率的优先输出进行控制。

ADNS-9500被设计成用来在1级眼安全要求中使用ANDS-6190-002透镜激光维持输出功率，各部件产生的误差均低于推荐运行状态和应用电路的值。在软硬件中使用其他方式增强激光输出功率可能会违反716mu;W的1级眼安全限制。

激光驱动模式

正常操作期间，激光处于脉冲模式。为实现测试目的，校准模式用于驱动激光连续操作。

激光的默认设置是Forced_Disabled模式，该模式下激光关闭。

禁用激光

LASER-NEN口与P沟道MOS晶体管的栅极相连，开启时将REFB连接到激光上。正常操作中，LASER_NEN的电平为低电平。一旦出现故障，LASER_NEN口电平抬升使晶体管断开，并断开REFB与激光的连接。

激光输出功率

用下列步骤可以对激光输出功率进行测量:

I．上电使系统复位；

II．通过将激光控制寄存器（地址为0x20）的电平设为0来启动激光；

III．通过向激光控制寄存器的[3，2，1]位写入010b来启动校准模式，从而设置激光为连续模式。

IV．在导航表平面上测量激光输出功率。

在典型工作电源电压和温度为25plusmn;5摄氏度的条件下，预校准激光输出功率应不超过506微瓦，否则绝对最大额定值中的激光输出功率最大限将适用。下列情形适用：

• 在推荐工作电源电压和温度范围内运行系统。
• 3V模式中，以3.0V的预校准电压为基础，VDD3值不大于300mV。5V模式下，REFB应当用于驱动PMOSFET（p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管）连接至VCSEL。
• 假设没有考虑光功率计精度。

单故障检测

ADNS-9500传感器能够检测到垂直腔面发射体激光器引脚上的电路短路或出错情况，这些故障可能会导致过度的激光输出功率。该节点上的接地漏损通道将触发故障检测电路，这将关闭激光驱动电流源并设置LASER_NEN输出为高电平。如下图所示，与外部部件组合使用时，系统通过关闭激光以防XY轴上电阻产生过多功率。除了上述接地路径故障检测，该检测电路通过从内部形成接地通路对操作进行周期性检查，同时，由LSER_NEN端口关闭激光。若垂直腔面发射体激光器引脚被VDD5、VDD3、REFA或REFB短路，则测试失败并被报告出错。

串行端口

同步串行端口通常用于设置和读取ADNS-9500传感器中的参数数值，并用于读出物体运动信息。同时，该端口也可用于向ADNS-95000传感器中加载PROM（可编程只读存储器）数据。

该端口为四线端口。主微控制器用于启动通信，而ADNS-9500芯片从不会启动数据传输。SCLK、MOSI和NCS可直接一个微控制器驱动，端口引脚也可与其他SPI从属设备共享。当NCS引脚为高电平时，忽略输入，输出为三态。

包含SPI端口的线路有以下几种：

SCLK-时钟输入，总是由主机或微控制器产生。

MOSI-输入数据（主机输出/从机输入）。

MOIS-输出数据（主从输入/从机输出）。

NCS-片选输入端（低电平有效）。

通常情况下，需要调整NCS至低电平以激活串行端口，否则MISO将变为高阻态，MOSI和SCLK会被忽略。出错情况下，也可用NCS重置串行端口。

运动引脚

运动发生时，该引脚处于低电平输出有效并向微控制器发信号。一旦运动位置位，只要Delta;XL、Delta;XH、Delta;YL和Delta;YH寄存器中有数据，运动引脚的电平就会被拉低。对运动位清零即通过读取Delta;XL、Delta;XH、Delta;YL和Delta;YH寄存器或向运动寄存器中写入数据，可将运动引脚设置为高电平。

芯片选择操作

NCS变为低电平后，串行端口激活。若处理过程中NCS电平被抬高，则重置串行端口。这适用于所有处理过程包括只读存储器下载。中断某一处理后，在下一个处理开始前仍然需要正常的地址到数据或者业务到业务的时间延迟。为了改善通信的可靠性，所有业务应由片选输入端构建。换句话说，因为ESD和EFT/B事件可被解释为串行通信并让芯片处于位置状态，所以在未使用阶段，端口不可保持开启状态。另外，片选输入端口电平必须在每次完成突发模式后抬高以终止连拍模式。端口需等待连拍模式终止后才能进行后续操作。

写操作

写操作被定义为从微处理器向ADNS-9500芯片传送数据的过程。通常由微控制器触发，两个字节。第一个字节后7位为地址位，最高位“1”表示数据方向；第二个字节包含数据。ADNS-9500在时钟输入信号上升沿处读取输入数据。

读操作

读操作被定义为从ANDS-9500传感器向微控制器传递数据的过程。通常由微控制器触发，两个字节。第一个字节包含地址，由微控制器通过输入数据发送，最高位“0”作为其MSB指引数据方向；第二个字节包含数据，由ANDS-9500通过输出数据驱动。传感器在SCLK的下降沿处输出输出数据位，并以时钟输入的每个上升沿上的输入数据位为样本。

连拍模式是一种特殊的串行端口操作模式，可用于减少3种预定义操作的串行交易时间：运动读取、可编程只读存储器下载和帧捕获。通过去或来自多个寄存器的连续数据可提升速度，而不需要指定寄存器地址，不需要数据字节之间的正常延迟周期。

突发模式

1)运动连拍读取

读取运动连拍寄存器可激活该模式。ADNS9500传感器将按次序与运动寄存器、观察寄存器、Delta;XL、Delta;XH、Delta;YL和Delta;YH寄存器、像素统计寄存器、快门寄存器和帧周期寄存器一起响应。发送完寄存器地址后，微控制器必须等待一帧后再开始读数。取完最后的地址位后，数据将被锁存进输出缓冲器。脉冲串传输完成后，微控制器必须延长片选输入端时长至少tBEXIT以终止连拍模式。串行端口不可用直到被NCS复位，即使是第二条脉冲传输。

2)启动运动连拍的步骤：

I．降低片选输入端的电平。

II.向运动连拍寄存器发送0x50。

III.等待一帧。（这仅适用于运行模式的唤醒，休眠模式则不需要）

IV.连续读取单个启动程序到14个字节，通过抬高片选输入端至少tBEXIT时长可终止运动连拍。

V.从步骤1重复读取新的运动连拍数据。

VI.向运动寄存器（地址为0x02）写入任意值可清除残留的活动。

3）运动连拍报告

字节[00]表示运动寄存器，

字节[01]表示观察寄存器，

字节[02]表示Delta;XL寄存器，

字节[03]表示Delta;XH寄存器，

字节[04]表示Delta;YL寄存器，

字节[05]表示Delta;YH寄存器，

字节[06]表示平方寄存器，

字节[07]表示像素总和寄存器，

字节[08]表示最大像素寄存器，

字节[09]表示最小像素寄存器，

字节[10]表示快门上方寄存器，

字节[11]表示快门下方寄存器，

字节[12]表示帧阶段上方寄存器，

字节[13]表示帧阶段下方寄存器。

在休眠模式中，运动连拍始终可用。换句话说，运动连拍数据可从运动连拍寄存器中甚至休眠模式下被读取。

帧捕获

这是一种从单个帧中下载全部像素值的快捷方法。这种模式禁用导航并覆盖所有下载固件。通常需要硬件复位来恢复导航，且SROM固件必须重新加载。

向帧捕获寄存器写入数据以触发捕获行为。下一个可用的完整1帧图像将会被保留在存储器中。一旦使用正常读取方法，数据将通过像素连拍寄存器进行检索。在此之后，以正常速度驱动时钟输入以记录剩余字节。如果在数据准备好之前读取寄存器，则返回值全为零。

帧捕获的一般流程：

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资料编号：[28741]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

• 通过向上电休眠寄存器（地址0x3a）写入0x5a对芯片进行复位。
• 通过将激光控制寄存器的强制无效位设为0来激动激光。
• 向帧捕获寄存器写入0x93。
• 向帧捕获寄存器写入0xc5。
• 通过读取运动寄存器0位以检查第一个像素。若值为1，则第一个像素可用。
• 等待两帧。
• 从像素连拍寄存器中连续读数直至900个像素均被传送。
• 重复第3-7步以获取另一帧。
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