ST發(fā)布多款新型MEMS傳感器，突破性能功耗比，解鎖可穿戴應(yīng)用新場
來源：意法半導(dǎo)體博客
意法半導(dǎo)體即將發(fā)布一系列具有更高的性能功耗比的新型傳感器。LSM6DSV16X是具有機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核的MEMS慣性傳感器的最新成員，具有更高精確度和更低功耗。此外，Qvar靜電感測也首次集成于這類器件，能夠監(jiān)測環(huán)境靜電電荷的變化。我們同時(shí)還發(fā)布了首款雙滿量程壓力傳感器：LPS22DF和LPS28DFW，功耗低至1.7µA，絕對精度達(dá)到0.5 hPa；三軸加速度計(jì)LIS2DU12，功耗僅為0.45µA。LSM6DSV16X
便攜式設(shè)備呼喚更高效的慣性傳感器
盡管手機(jī)攝像頭的圖像質(zhì)量在不斷提升，制造商仍面臨圖像穩(wěn)定性方面的挑戰(zhàn)。許多人使用軟件來提高整體清晰度，但仍然無法達(dá)到物理圖像穩(wěn)定器的效果。在手機(jī)攝像場景中，由慣性MEMS感應(yīng)攝像頭的移動(dòng)，同時(shí)圖像傳感器沿相反方向移動(dòng)以進(jìn)行補(bǔ)償。但智能手機(jī)的緊密外殼和能耗限制會(huì)給慣性MEMS的使用帶來挑戰(zhàn)。AR和VR頭戴式設(shè)備也需要效率更高的傳感器。在追蹤頭部或手部運(yùn)動(dòng)時(shí)，精度至關(guān)重要。精確且快速的傳感器可提供更真實(shí)的體驗(yàn)，甚至能夠緩解VR暈動(dòng)癥。但由于這些設(shè)備大部分采用電池供電，對能耗要求也越來越高。
在設(shè)計(jì)高能效慣性傳感器時(shí)，工程師遇到了實(shí)際的困難。為提高性能，工程師會(huì)嘗試使用濾波器和其他機(jī)制來降低信噪比，但這也增加了功耗。工程師需要在穩(wěn)定性和電池壽命間做出取舍。此外，由于MEMS必須采用小封裝，工程師無法通過增大體積提高M(jìn)EMS精度。
低功耗模式僅消耗0.65 mALSM6DSV16X借助其機(jī)械結(jié)構(gòu)中的新型彈簧設(shè)計(jì)解決了這個(gè)問題。此外，意法半導(dǎo)體調(diào)整了放大器的增益，可在提高性能的同時(shí)保持低功耗。因此，LSM6DSV16X在高性能模式下（陀螺儀和加速度計(jì)功耗合計(jì)）僅消耗0.65 mA，相比之下，LSM6DSRX要消耗1.2 mA，盡管這兩種器件在低功耗模式下具有類似的噪聲水平。為智能手機(jī)開發(fā)光學(xué)圖像穩(wěn)定器的工程師不再需要面對性能與功耗之間的矛盾。相比之下，競爭對手的器件在低功耗模式下的功耗至少是意法半導(dǎo)體的兩倍。
▲LSM6DSV16X
MLC運(yùn)行速度提升2倍，支持自適應(yīng)配置(ASC)
機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核(MLC)是另一項(xiàng)有助于節(jié)能的特性。借助決策樹運(yùn)行傳感器的信息，無需喚醒微控制器，從而顯著降低總功耗。LSM6DSV16X中MLC的運(yùn)行速度是前代產(chǎn)品的兩倍，輸出數(shù)據(jù)率(ODR)提高到100 Hz～240 Hz。因此，工程師可在給定時(shí)間內(nèi)處理更多數(shù)據(jù)，節(jié)省更多能量。
用戶也可使用16個(gè)有限狀態(tài)機(jī)(FSM)，識(shí)別特定模式。此外，這個(gè)新器件支持自適應(yīng)配置，使FSM能夠重新進(jìn)行自我配置，而無需喚醒MCU。開發(fā)人員可對將觸發(fā)重新配置的各種條件和環(huán)境進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)更高的靈活性。最后，MLC和FSM均可以相互通知，實(shí)現(xiàn)更智能的應(yīng)用，更準(zhǔn)確地跟蹤物理活動(dòng)，如檢測智能手機(jī)是否朝下放置等功能。
Qvar為人數(shù)統(tǒng)計(jì)等新應(yīng)用開啟大門
LSM6DSV16X將Qvar引入了LSM6系列MEMS慣性傳感器。工程師只需連接兩個(gè)電極即可測量環(huán)境靜電荷的變化，并通過更改兩個(gè)寄存器來啟用此功能。Qvar為人數(shù)統(tǒng)計(jì)等新應(yīng)用開啟了大門。工程師可將電極置于墻壁，來測量是否有人靠近，而無需使用LED和光電二極管。我們還編寫了相應(yīng)的應(yīng)用筆記，幫助設(shè)計(jì)人員開發(fā)演示模型。此外，意法半導(dǎo)體將在年底前提供更多使用案例。LSM6DSV16X通過Qvar與測試引腳之間的引腳共享機(jī)制，與LSM6DS系列的其他成員引腳兼容。
▲Qvar
LPS22DF和LPS28DFW
水體感應(yīng)的難題隨著可穿戴設(shè)備的廣泛應(yīng)用，活動(dòng)跟蹤功能成為標(biāo)配，壓力傳感器必須適應(yīng)更廣泛的物理場景。從爬山到游泳，傳感器必須能夠可靠地跟蹤用戶，提供其物理活動(dòng)的準(zhǔn)確信息。而其中的挑戰(zhàn)在于，爬山或爬樓梯與在泳池中游泳完全不同，因?yàn)樗w會(huì)帶來不同的壓力。例如，潛入10米深的水中時(shí)會(huì)施加14.5 PSI的壓力，與海平面的大氣壓力相同。因此，壓力傳感器必須考慮到截然不同的物理?xiàng)l件，而不會(huì)產(chǎn)生過大的功耗。
▲LPS22DF
高性能模式下僅耗電9.1µA和7µA
首款支持雙滿量程的壓力傳感器LPS22DF和LPS28DFW可幫助解決這個(gè)問題。它們可以檢測用戶是位于水上還是水下，并切換到相應(yīng)的量程。LPS22DF最大支持1,260 hPa的壓力，而LPS28DFW則支持高達(dá)4000 hPa的壓力，兩者在高性能模式下消耗分別為9.1µA和7µA。相比之下，LPS22HB在1260 hPa的最大壓力下消耗12µA。
▲LPS28DFW
LIS2DU12
LIS2DU12在性能與能耗之間實(shí)現(xiàn)了新的平衡。由于配備了新型LC濾波器和抗混疊濾波器，該產(chǎn)品比前代更加精確。LC濾波器可以過濾電氣噪聲，抗混疊濾波器可以防止采樣誤差，兩者均可大幅提高信號質(zhì)量，而不會(huì)顯著增加功耗。上一代的LIS2DW12在低功耗模式下僅消耗380 nA，而更精確的新型LIS2DU12只消耗450 nA。相比之下，競爭對手的產(chǎn)品功耗往往在1µA左右徘徊。