ST發(fā)布多款新型MEMS傳感器，突破性能功耗比，解鎖可穿戴應用新場

　　ST發(fā)布多款新型MEMS傳感器，突破性能功耗比，解鎖可穿戴應用新場

　　來源：意法半導體博客

　　

　　意法半導體即將發(fā)布一系列具有更高的性能功耗比的新型傳感器。LSM6DSV16X是具有機器學習內(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，絕對精度達到0.5 hPa；三軸加速度計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，但仍然無法達到物理圖像穩(wěn)定器的效果。在手機攝像場景中，由慣性MEMS感應攝像頭的移動，同時圖像傳感器沿相反方向移動以進行補償。但智能手機的緊密外殼和能耗限制會給慣性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動時，精度至關(guān)重要。精確且快速的傳感器可提供更真實的體驗，甚至能夠緩解VR暈動癥。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)計高能效慣性傳感器時，工程師遇到了實際的困難。為提高性能，工程師會嘗試使用濾波器和其他機制來降低信噪比，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MEMS精度。

　　低功耗模式僅消耗0.65 mALSM6DSV16X借助其機械結(jié)構(gòu)中的新型彈簧設(shè)計解決了這個問題。此外，意法半導體調(diào)整了放大器的增益，可在提高性能的同時保持低功耗。因此，LSM6DSV16X在高性能模式下（陀螺儀和加速度計功耗合計）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。為智能手機開發(fā)光學圖像穩(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體的兩倍。

　　

　　▲LSM6DSV16X

　　MLC運行速度提升2倍，支持自適應配置(ASC)

　　機器學習內(nèi)核(MLC)是另一項有助于節(jié)能的特性。借助決策樹運行傳感器的信息，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個有限狀態(tài)機(FSM)，識別特定模式。此外，這個新器件支持自適應配置，使FSM能夠重新進行自我配置，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)境進行編程，實現(xiàn)更高的靈活性。最后，MLC和FSM均可以相互通知，實現(xiàn)更智能的應用，更準確地跟蹤物理活動，如檢測智能手機是否朝下放置等功能。

　　Qvar為人數(shù)統(tǒng)計等新應用開啟大門

　　LSM6DSV16X將Qvar引入了LSM6系列MEMS慣性傳感器。工程師只需連接兩個電極即可測量環(huán)境靜電荷的變化，并通過更改兩個寄存器來啟用此功能。Qvar為人數(shù)統(tǒng)計等新應用開啟了大門。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。我們還編寫了相應的應用筆記，幫助設(shè)計人員開發(fā)演示模型。此外，意法半導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制，與LSM6DS系列的其他成員引腳兼容。

　　

　　▲Qvar

　　LPS22DF和LPS28DFW

　　水體感應的難題隨著可穿戴設(shè)備的廣泛應用，活動跟蹤功能成為標配，壓力傳感器必須適應更廣泛的物理場景。從爬山到游泳，傳感器必須能夠可靠地跟蹤用戶，提供其物理活動的準確信息。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，因為水體會帶來不同的壓力。例如，潛入10米深的水中時會施加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條件，而不會產(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，并切換到相應的量程。LPS22DF最大支持1,260 hPa的壓力，而LPS28DFW則支持高達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。