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【传感器】LSM6DSV16X和3个新型MEMS极大地提高了性能功耗比

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ST-norah 发布时间:2022-4-18 21:30
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意法半导体即将发布一系列新型传感器,具有更高的性能功耗比。首先是LSM6DSV16X,具有机器学习内核的MEMS惯性传感器最新成员。紧随LSM6DSOXLSM6DSRX而来,并提供更高精确度和更低的功耗。此外,Qvar静电感测也首次集成于此类器件,从而能够监测环境静电电荷的变化。我们还发布了业界首款双满量程压力传感器。新发布的LPS22DFLPS28DFW,其功耗低至1.7 µA,绝对精度达到0.5 hPa。最后是功耗仅为0.45 µA的三轴加速度计LIS2DU12


LSM6DSV16X
对更高效的惯性传感器的需求

手机摄像头的图像质量在不断提升,但制造商在图像稳定方面仍困难重重。许多人使用软件来提高整体清晰度,可产生最佳结果的仍然是物理图像稳定器。在该场景中,由惯性MEMS感应摄像头的移动,同时图像传感器沿相反方向移动以进行补偿。其中的问题在于,智能手机的紧密外壳和能耗限制会限制惯性MEMS的使用,而AR和VR头戴式设备也需要效率更高的传感器。在追踪头部或手部运动时,精度至关重要。事实上,精确且快速的传感器可提供更真实的体验,甚至能够缓解VR晕动症。但是,随着电池供电模式的逐渐丰富,相关的能耗限制也日益严格。
在尝试设计高能效惯性传感器时,工程师遇到了实际的困难。为提高性能,设计人员通常尝试使用滤波器和其他机制来降低信噪比,但这也随之增加了功耗。因此,由于智能手机的能耗控制十分重要,设计师经常需要在更好的稳定性和更长的电池寿命之间做出取舍。此外,MEMS也必须采用小封装。设计人员不能以更大的体积来提高精度。


低功耗模式下仅消耗0.65 mA

LSM6DSV16X借助其机械结构中的新型弹簧设计解决了此问题。此外,意法半导体调整了放大器的增益,可在提高性能的同时保持低功耗。因此,LSM6DSV16X在高性能模式下(陀螺仪和加速度计功耗合计)仅消耗0.65 mA,相比之下,LSM6DSRX要消耗1.2 mA,尽管这两种设备在低功耗模式下具有类似的噪声水平。为智能手机开发光学图像稳定器的工程师不再需要性能与功耗之间的取舍。相比之下,竞争对手的设备在低功耗模式下的消耗至少是意法半导体的两倍。
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MLC的运行速度快2倍并支持自适应配置(ASC)
机器学习内核(MLC)是另一项有助于节能的功能。通过借助决策树运行传感器的信息,开发人员可避免唤醒微控制器,从而显著降低总功耗。LSM6DSV16X中的MLC的运行速度是前代产品的两倍,其输出数据率(ODR)提高到100 Hz240 Hz因此,工程师可在给定时间内处理更多数据,从而节省更多能量。
用户也可使用16个有限状态机(FSM),有助于识别特定模式。此外,新器件支持自适应配置,使FSM能够重新进行自我配置,而无需唤醒MCU。因此,开发人员可对将触发重新配置的各种条件和环境进行编程,从而实现更高的灵活性。最后,MLC和FSM均可以相互通知,以打造更智能的应用,进而更准确地跟踪物理活动,检测智能手机是否朝下放置,以及实现许多其他功能。


QVAR

LSM6DSV16X将Qvar引入了LSM6系列MEMS惯性传感器。简言之,工程师只需连接两个电极即可测量环境静电荷的变化,并通过更改两个寄存器来启用此功能。Qvar为人数统计等新应用开启了大门。工程师可将电极置于墙壁,来测量是否有人靠近,而无需使用LED和光电二极管。我们还编写了相应的应用笔记,以帮助设计人员开发演示模型。此外,意法半导体将在年底前提供更多使用案例。得益于Qvar与测试引脚之间的引脚共享机制,LSM6DSV16X可与LSM6DS系列的其他成员保持引脚兼容。
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LPS22DFLPS28DFW
水体感应的问题

随着活动跟踪的出现,压力传感器必须适应更广泛的物理场景。从爬山到游泳,传感器必须能够可靠地跟踪用户,以提供有关其物理活动的准确信息。其中的问题在于,爬山或爬楼梯与在泳池中游泳完全不同,因为水体会带来不同的压力。例如,潜入10米深的水中时会施加14.5 PSI的压力,与海平面的大气压力相同。因此,压力传感器必须考虑截然不同的条件,而不产生过大的功耗。
LPS22DF.jpg
9.1 µA7 µA

首款支持双满量程的压力传感器LPS22DF和LPS28DFW帮助解决此问题。此类器件可以检测用户是位于水上还是水下,并切换到相应的量程。LPS22DF最大支持1,260 hPa的压力,而LPS28DFW则支持高达4000 hPa的压力,两者在高性能模式下的消耗分别为9.1 µA和7 µA。相比之下,LPS22HB在1260 hPa的最大压力下消耗12 µA。考虑到此类传感器很有可能用于可穿戴设备,因而提高能效才是重中之重。
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LIS2DU12

LIS2DU12在性能与能耗之间实现了新的平衡。得益于其新型LC滤波器和抗混叠滤波器,该款产品比前代更加精确。LC滤波器可以过滤电气噪声,抗混叠滤波器可以防止采样误差。因此,两者均可以大幅提高信号质量,而不会显著增加功耗。上一代的LIS2DW12在低功耗模式下仅消耗380 nA,而更精确的新型LIS2DU12只消耗450 nA相比之下,竞争对手的产品往往在1µA左右徘徊。
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