ST/博世/Invensense最新6軸MEMS傳感器解決方案 - 全文

　　傳感器與傳感器中樞（sensor hub）在可穿戴設(shè)備乃至物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中扮演的角色越來(lái)越重要，MEMS傳感器的精確度決定了所收集信息的品質(zhì)，而傳感器中樞則是提取信息以開(kāi)拓不同應(yīng)用的關(guān)鍵。

　　Bosch Sensortec的Finkbeiner表示，目前傳感器中樞領(lǐng)域現(xiàn)在分成三個(gè)陣營(yíng)；在較高階方案的部分，例如ST正采用其微控制器提供更精密的解決方案，而在屬于入門(mén)方案的部分，有Invensense在傳感器中樞采用狀態(tài)機(jī)（state machine）。至于Bosch Sensortec 則是將自己界定在上述兩者之間。

　　下面是小編整理的ST、Bosch、 Invensense的最新6軸MEMS傳感器解決方案

　　意法半導(dǎo)體LSM6DSL和LSM6DSM

　　ST推出了高度微型化的新一代6軸MEMS慣性傳感器模塊（注：在一個(gè)模塊內(nèi)整合一個(gè)3軸加速度計(jì)和一個(gè)3軸陀螺儀）。LSM6DSL和LSM6DSM內(nèi)置創(chuàng)新的電源管理功能、增強(qiáng)的陀螺儀設(shè)計(jì)和高效數(shù)據(jù)分批處理功能，比現(xiàn)有的市場(chǎng)領(lǐng)先的LSM6DS3和 LSM6DS3H降低多達(dá)50%的功耗。兼容市場(chǎng)上人氣最高的創(chuàng)新的操作系統(tǒng)，新產(chǎn)品說(shuō)明開(kāi)發(fā)人員最大限度提升主流移動(dòng)平臺(tái)的人性化設(shè)置和節(jié)能功能。

　　此外，新一代傳感器還提高了陀螺儀的檢測(cè)精度，從而支持用戶體驗(yàn)更好的應(yīng)用，例如拍照防抖系統(tǒng)（OIS）、視覺(jué)定位偵測(cè)和手勢(shì)識(shí)別功能，同時(shí)新產(chǎn)品還集成加速度計(jì)驅(qū)動(dòng)的步伐偵測(cè)、步數(shù)計(jì)算和計(jì)步器，以及傾斜度和大幅運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，簡(jiǎn)化手機(jī)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員的工作。

　　在兩款新產(chǎn)品中，LSM6DSM增加一個(gè)拍照防抖系統(tǒng)專用處理電路和串行接口，將陀螺儀噪聲降低40%，配合可配置濾波器，使拍照防抖性能高于現(xiàn)有產(chǎn)品（LSM6DS3H）。與使用獨(dú)立OIS傳感器的解決方案相比，LSM6DSM不僅節(jié)省元器件數(shù)量和電路板空間，而且功耗不足競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的六分之一。

　　新產(chǎn)品將于2016年第二季度上市，采用14引腳LGA封裝，引腳和封裝大小均相容LSM6DS3/H。

　　主要技術(shù)特性：

• 　　3軸MEMS加速度計(jì)：滿量程±2/±4/±8/±16 g
• 　　3軸MEMS陀螺儀：滿量程±125/±245/±500/±1000/±2000 dps
• 　　工作電流：0.4 mA （模塊正常工作模式）; 0.65mA（模塊高性能模式）
• 　　2.5mm x 3.0mm x 0.83mm LGA-14封裝
• 　　模擬電源電壓范圍：1.71V至3.6V;
• 　　具有批數(shù)據(jù)采集功能的智能FIFO內(nèi)存，最高存儲(chǔ)容量4KB
• 　　磁傳感器可校正硬/軟鐵

　　博世 BHV250和BHV160

　　BHV250和BHV160是Bosch Sensortec推出的第一代具有優(yōu)化生命體征傳感功能的高智能傳感器解決方案。該解決方案融合光電容積脈搏波（PPG）信號(hào)與MEMS慣性傳感器信號(hào)，利用實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息補(bǔ)償心率測(cè)量，并通過(guò)Firstbeat專業(yè)的生命體征分析算法為用戶提供更有價(jià)值的專業(yè)級(jí)健康和運(yùn)動(dòng)狀況信息。

　　BHV250與BHV160整合了3個(gè)六軸MEMS慣性傳感器以及一個(gè)加速度計(jì)；BHV160還內(nèi)含一個(gè)陀螺儀。那些傳感器是圍繞著B(niǎo)osch Sensortec自家設(shè)計(jì)的DSPFuser Core所設(shè)計(jì)，執(zhí)行Firstbeat的生命體征分析軟件。

　　Bosch Sensortec 的新一代傳感器中樞平臺(tái)

　　Source：Bosch Sensortec

　　全新的BHV250和BHV160傳感器針對(duì)可穿戴設(shè)備市場(chǎng)，如智能手表、智能耳機(jī)、智能服裝等。作為完整的傳感器解決方案，其特點(diǎn)在于小尺寸、超低功耗，搭載集成軟件與針對(duì)不同PPG芯片的廣泛支持。Firstbeat集成軟件可處理原始傳感器數(shù)據(jù)，由此實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償生命體征監(jiān)控、行為識(shí)別，與以手勢(shì)為基礎(chǔ)的用戶界面。兩款設(shè)備均搭載加速計(jì)，且BHV160還具有陀螺儀。

　　Applications

• 　　 Heartrate Sensing and Vital Analytics
• 　　 Activity recognition， including pedestrian dead-reckoning and step-counting
• 　　 Full Android compliant sensor fusion， including gesture detection for motion based user interfaces“

　　Invensense MPU-6550/ ICM-20608
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　　Invensense（應(yīng)美盛）MPU-6050 集成3軸MEMS 陀螺儀，3 軸MEMS加速度計(jì)，以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口連接一個(gè)第三方的數(shù)字傳感器，比如磁力計(jì)。擴(kuò)展之后就可以通過(guò)其I2C 或SPI 接口輸出一個(gè)9 軸的信號(hào)（SPI 接口僅在MPU-6000 可用）。MPU6050 也可以通過(guò)其I2C 接口連接非慣性的數(shù)字傳感器，比如壓力傳感器。

　　MPU-6000 Family Block Diagram

　　MPU-6050 對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)分別用了三個(gè)16 位的ADC，將其測(cè)量的模擬量轉(zhuǎn)化為可輸出的數(shù)字量。為了精確跟蹤快速和慢速的運(yùn)動(dòng)，傳感器的測(cè)量范圍都是用戶可控的，陀螺儀可測(cè)范圍為±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps），加速度計(jì)可測(cè)范圍為±2，±4，±8，±16g。

　　一個(gè)片上1024 字節(jié)的FIFO，有助于降低系統(tǒng)功耗。和所有設(shè)備寄存器之間的通信采用400kHz 的I2C 接口或1MHz 的SPI 接口（SPI 僅MPU-6000 可用）。對(duì)于需要高速傳輸?shù)膽?yīng)用，對(duì)寄存器的讀取和中斷可用20MHz 的SPI。 另外，片上還內(nèi)嵌了一個(gè)溫度傳感器和在工作環(huán)境下僅有±1%變動(dòng)的振蕩器。芯片尺寸4×4×0.9mm，采用QFN 封裝（無(wú)引線方形封裝），可承受最大10000g 的沖擊，并有可編程的低通濾波器。

　　關(guān)于電源，MPU-6050 可支持VDD 范圍2.5V±5%，3.0V±5%，或3.3V±5%。另外MPU6050 還有一個(gè)VLOGIC 引腳，用來(lái)為I2C 輸出提供邏輯電平。VLOGIC 電壓可取1.8±5%或者VDD。

　　ICM-20608 是一款6軸運(yùn)動(dòng)跟蹤器件，也是 MPU-6500 的后續(xù)產(chǎn)品
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　　相比以前的 6 軸器件，Invensense（應(yīng)美盛） 的 ICM 20608 具有更低的功耗和噪聲并采用更薄的封裝。 該器件為陀螺儀提供了一種占空比工作模式，相比以前的 6 軸器件能將陀螺儀的功耗降低一半或一半以上（具體視 ODR 而定）。 此外，該器件的噪聲比以前的器件降低約 20%，封裝薄約 17%。

　　特性

• 　　x、y、z 軸數(shù)字式輸出角速率傳感器（陀螺儀），±250°/秒、±500°/秒、±1000°/秒 和 ±2000°/秒用戶可編程滿量程，16 位集成 ADC
• 　　x、y、z 軸數(shù)字式輸出加速計(jì)，具有 ±2 g、±4 g、±8 g、±16 g 可編程滿量程以及 16 位集成 ADC
• 　　運(yùn)動(dòng)喚醒中斷功能，可使應(yīng)用處理器在低功耗下運(yùn)行
• 　　陀螺儀和加速計(jì)自檢　

• 　　MPU-6050
• 　　MPU-6000
• 　　MPU-6555
• 　　MPU-6500
• 　　ICM-20608