慣性MEMS系列新成員的使用

ST 推出了新系列傳感器，可提供更高的每瓦性能比，從LSM6DSV16X開(kāi)始，這是我們慣性 MEMS 系列的最新成員，具有機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核。繼LSM6DSOX和LSM6DSRX之后，LSM6DSV16X比前者更準(zhǔn)確，并且比后者使用更少的能量。此外，這是此類設(shè)備首次提供 Qvar 感應(yīng)來(lái)測(cè)量準(zhǔn)靜電電位。我們還宣布推出業(yè)界首款雙全量程壓力傳感器。LPS22DF和LPS28DFW具有僅為 1.7 μA 的低功耗和 0.5 hPa 的絕對(duì)精度。最后，LIS2DU12是一個(gè)僅消耗 0.45 μA 的三軸加速度計(jì)。

LSM6DSV16X

需要更高效的慣性傳感器

手機(jī)攝像頭的圖像質(zhì)量不斷提高，但制造商仍然在圖像穩(wěn)定方面苦苦掙扎。許多人使用軟件來(lái)提高整體清晰度。但是，物理圖像穩(wěn)定器仍然可以產(chǎn)生最佳效果。在這種情況下，慣性 MEMS 感應(yīng)相機(jī)的運(yùn)動(dòng)，圖像傳感器向相反方向移動(dòng)以進(jìn)行補(bǔ)償。問(wèn)題在于智能手機(jī)的緊湊外殼和能源限制可能會(huì)限制慣性 MEMS 的功能。AR 和 VR 耳機(jī)也渴望更高效的傳感器。跟蹤頭部或手部運(yùn)動(dòng)時(shí)，準(zhǔn)確性至關(guān)重要。事實(shí)上，準(zhǔn)確快速的傳感器可以提供更真實(shí)的體驗(yàn)，甚至可以減輕 VR 不適。然而，電池供電模型的興起伴隨著巨大的能源限制。

嘗試設(shè)計(jì)節(jié)能慣性傳感器時(shí)的問(wèn)題是工程師遇到了物理困境。為了提高性能，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常嘗試使用濾波器和其他機(jī)制來(lái)降低信噪比，但這會(huì)自動(dòng)增加功耗。因此，由于智能手機(jī)的每一瓦特都很重要，因此設(shè)計(jì)人員經(jīng)常在更好的穩(wěn)定器或更長(zhǎng)的電池壽命之間掙扎。此外，MEMS 還必須使用小型封裝。設(shè)計(jì)人員無(wú)法以更大的占位面積為代價(jià)來(lái)提高準(zhǔn)確性。

低功耗模式下為 0.65 mA

LSM6DSV16X 憑借其機(jī)械部分的新彈簧解決了這個(gè)問(wèn)題。此外，ST 微調(diào)了放大器的增益以保持低功耗，盡管性能有所提高。因此，LSM6DSV16X 在高性能模式（陀螺儀和加速度計(jì)相結(jié)合）下使用 0.65 mA，而 LSM6DSRX 使用 1.2 mA，盡管這兩款器件在低功耗模式下具有相似的噪聲水平。為智能手機(jī)開(kāi)發(fā)光學(xué)圖像穩(wěn)定器的工程師不再需要在性能和功耗之間做出選擇。相比之下，競(jìng)爭(zhēng)設(shè)備的低功耗通常是其兩倍，甚至更多。

快 2 倍的 MLC 和自適應(yīng)自配置 （ASC）

另一個(gè)有助于節(jié)省能源的功能是機(jī)器學(xué)習(xí)核心 （MLC）。通過(guò)在決策樹(shù)中運(yùn)行傳感器的信息，開(kāi)發(fā)人員可以避免喚醒微控制器，從而顯著降低整體消耗。LSM6DSV16X 提供的 MLC 速度是其前代產(chǎn)品的兩倍，輸出數(shù)據(jù)速率 （ODR） 從 100 Hz 到 240 Hz。因此，工程師可以在給定時(shí)間段內(nèi)處理更多數(shù)據(jù)，從而節(jié)省更多能源。

用戶還可以獲得 16 個(gè)有限狀態(tài)機(jī) （FSM），它們有助于識(shí)別特定模式。此外，新器件使用自適應(yīng)自配置，允許 FSM 重新配置自身而無(wú)需喚醒 MCU。因此，開(kāi)發(fā)人員可以對(duì)觸發(fā)重新配置的各種條件和上下文進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)更大程度的靈活性。最后，MLC 和 FSM 還可以相互通知，以創(chuàng)建更智能的應(yīng)用程序，能夠更準(zhǔn)確地跟蹤身體活動(dòng)或智能手機(jī)是否面朝下放置等。

Qvar

LSM6DSV16X 將 Qvar 引入了 LSM6 系列器件。簡(jiǎn)而言之，工程師只需連接兩個(gè)電極即可測(cè)量準(zhǔn)靜電電位的變化并更改兩個(gè)寄存器以啟用該功能。Qvar 打開(kāi)了新應(yīng)用程序的大門，例如人數(shù)統(tǒng)計(jì)。工程師可以不使用 LED 和光電二極管，而是將電極放置在墻上并測(cè)量是否有人靠近它們。我們甚至編寫了一份應(yīng)用說(shuō)明來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)演示。此外，意法半導(dǎo)體將在今年年底推出新的用例。由于 Qvar 和測(cè)試引腳之間的引腳共享機(jī)制，LSM6DSV16X 與 LSM6DS 系列的其他成員保持引腳對(duì)引腳兼容。

LPS22DF 和 LPS28DFW

感知水體的問(wèn)題

隨著活動(dòng)跟蹤的出現(xiàn)，壓力傳感器必須適應(yīng)更廣泛的物理設(shè)置。從登山到游泳，傳感器必須可靠地跟蹤用戶，以提供有關(guān)其身體活動(dòng)的準(zhǔn)確信息。問(wèn)題是爬山或爬樓梯的規(guī)模與在游泳池里游泳完全不同，因?yàn)樗w施加的壓力非常不同。例如，在 10 米水下潛水會(huì)產(chǎn)生 14.5 PSI 的壓力，與海平面的大氣壓相同。因此，壓力傳感器必須在不增加功耗的情況下考慮非常不同的條件。

9.1 μA 和 7 μA

LPS22DF 和 LPS28DFW 通過(guò)成為第一個(gè)具有兩個(gè)滿量程的壓力傳感器解決了這個(gè)問(wèn)題。因此，該設(shè)備可以檢測(cè)用戶是在水上還是在水下，并切換到其兩個(gè)秤之一。LPS22DF 支持的最大壓力為 1，260 hPa，LPS28DFW 最高可達(dá) 4000 hPa，而兩者在高性能模式下的功耗分別為 9.1 μa 和 7 μA。相比之下，LPS22HB 需要 12 μA 才能達(dá)到最大 1260 hPa?？紤]到這些傳感器很可能最終出現(xiàn)在可穿戴設(shè)備中，效率的提升就顯得尤為重要。

LIS2DU12

LIS2DU12 是性能和能耗之間的新折衷方案。由于其新的 LC 通濾波器和抗混疊濾波器，它比上一代更準(zhǔn)確。前者將抑制電噪聲，而后者則防止采樣錯(cuò)誤。因此，兩者都極大地提高了信號(hào)質(zhì)量，但不會(huì)大幅增加功耗。上一代 LIS2DW12 在低功耗模式下僅需 380 nA，而更精確的新型 LIS2DU12 時(shí)鐘為 450 nA。相比之下，競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品往往徘徊在 1 μA。

審核編輯：郭婷