МЭМС-датчик BMX160 - очередной шаг вперед от BOSCH

| Bosch Sensortec

Современные инерционные МЭМС-датчики должны обладать высокой точностью измерений, малой потребляемой мощностью и минимальными габаритами. При этом требования к их характеристикам постоянно ужесточаются. По этой причине производители вынуждены участвовать в «гонке вооружений» и постоянно совершенствовать свои датчики. В этом соревновании есть свои лидеры, одним из которых является компания Bosh Sensortec, которая недавно выпустила новый 9-осевой инерционный модуль BMX160. BMX160 по основным параметрам, а именно по габаритам, точности и минимальному потреблению, превосходит предыдущий флагманский инерционный сенсор BMX055 того же производителя.

Инерционный 9-осевой МЭМС-модуль BMX160 с рекордными габаритами от Bosch Sensortec

Рис. 1. Инерционный 9-осевой МЭМС-модуль BMX160 с рекордными габаритами от Bosch Sensortec

Распространение портативных приборов привело к мощному толчку в развитии инерционных датчиков. Умные часы, смартфоны, пульсомеры, шагомеры, игровые джойстики – это лишь часть приложений, которые в настоящее время немыслимы без МЭМС-датчиков. Вместе с тем большинство приложений использует сразу несколько различных сенсоров и предъявляет достаточно жесткие требования к их характеристикам. Это привело к созданию инерционных модулей, которые объединяют в своем составе различные датчики, например, гироскоп, акселерометр, магнитометр и т.д. Одним из лидеров в данном направлении является компания Bosch Sensortec.

Среди продуктов Bosch Sensortec можно выделить несколько классов датчиков:

  • Smart Sensors – комбинированные датчики со встроенным микроконтроллером. Например, 9-осевые сенсоры BMX055 и BNO055, о которых уже писали в одной из статей на Унитере, включают в себя 3-х осевой акселерометр, 3-х осевой гироскоп, 3-х осевой  магнитометр и 32-битный контроллер Cortex-M0.
  • Environmental sensors – датчики параметров окружающей среды (давление, влажность температура), например, BME680, BME280, BMP280.
  • Motion Sensors – датчики движения (акселерометры, гироскопы, магнитометры). Среди них наибольший интерес представляют абсолютные инерционные модули.

Абсолютные инерционные модули от Bosch Sensortec объединяют в одном корпусе 3-х осевой акселерометр, 3-х осевой гироскоп, 3-х осевой магнитометр. Это позволяет значительно снизить габариты и уменьшить потребление. Более того, встроенная аппаратная библиотека позволяет повышать тонность измерений каждого датчика за счет учета данных остальных сенсоров.

Ранее флагманским инерционным модулем от Bosch Sensortec был BMX055, сейчас компания анонсировала новую микросхему BMX160, которая превосходит предшественника практически по всем параметрам (рис. 2).

BMX160 – абсолютный инерционный модуль от Bosch Sensortec

Рис. 2. BMX160 – абсолютный инерционный модуль от Bosch Sensortec

Первое, что бросается в глаза, это, конечно же, уменьшение габаритов. Оба модуля используют LGA-корпуса. BMX055 выпускается в 20-выводном корпусе размером 3 x 4,5 x 0,95 мм, в то время как BMX160 использует 14-выводный корпус 2,5 x 3,0 x 0,95 мм. Таким образом, площадь, занимаемая микросхемой, сократилась в два раза.

Стоит отметить, что уменьшение количества выводов стало следствием уменьшения числа каналов прерываний. Отчасти это стало возможным за счет увеличения внутреннего буфера FIFO. У BMX055 внутренний буфер составлял 32 слота на каждую ось для акселерометра, 100 слотов на каждую ось для гироскопа. У  BMX160 FIFO увеличен до 1024 байт, то есть более чем в два раза. Это позволяет реже формировать прерывания и реже опрашивать датчик.

Также стоит отметить более рациональное распределение выводов коммуникационных интерфейсов. У BMX160 линии SPI и I2C полностью мультиплексированы, в то время как у BMX055 для них использовались различные выводы.

Может возникнуть подозрение, что уменьшение габаритов было достигнуто за счет ухудшения характеристик сенсоров, однако это не так. С точки зрения точности измерений BMX160 не уступает предшественнику, а по ряду показателей и превосходит его.

Основные метрологические параметры гироскопа и магнитометра остались без изменений. Гироскоп имеет разрешение 16 бит и диапазоны измерений 125, ±250, ±500, ±1000, ±2000 °/с. Магнитометр использует два диапазона ±1200 мкТл и ±2500 мкТл и максимальную чувствительность ± 40 мкТл.

В отличие от гироскопа и магнитометра, возможности акселерометра BMX160 значительно возросли по сравнению с  BMX055. На борту у BMX160 находится 16-битный акселерометр, в то время как BMX055 может похвастать только 12-битным разрешением. Стоит отметить, что диапазоны измерений остались без изменений: ±2, ±4, ±8, ±16 g. В итоге чувствительность BMX160 составляет 0,061 mg против 0,98 mg у BMX055.

При столь высокой чувствительности необходимо уделять внимание уровню шумов и значению различных погрешностей. Смещение точки нуля для акселерометра у BMX160 снизилось почти в два раза - до ± 40 mg (± 70 mg у BMX055). При этом аналогичные значения у гироскопа и магнитометра ухудшились до ± 3 °/с,± 40 мкТл, соответственно. Однако данный вид погрешности может быть нивелирован за счет калибровки. При этом шумовые характеристики BMX160 значительно улучшились. Уровень шумов акселерометра и магнитометра составили 0,008 °/с/√Гц и 0,3 мкТл, что ниже, чем у BMX055.

Большое значение для портативных устройств играет уровень потребления. В этом смысле у BMX160 есть чем похвастаться. Например, потребление гироскопа BMX160 составляет 0,85 мА, в то время как у предшественника было 5 мА! Характеристики потребления акселерометра, несмотря увеличение разрядности,  возросли незначительно – всего на 50 мкА. Потребление магнитометра осталось практически без изменения.

У BMX160 есть еще несколько преимуществ перед предшественником, позволяющих снизить потребление.

Во-первых, BMX160 отличается расширенным диапазоном напряжений питания. Ранее у BMX055 для питания цифровой части требовалось напряжение 2,4 – 3,6 В, а для портов ввода-вывода 1,2 – 3,6 В. В итоге для питания от одного источника требовалось использовать напряжение как минимум 2,4 В. У BMX160 диапазон питания цифровой части расширен до 1,71 – 3,6 В. Это значит, что для всей микросхемы возможно использовать единый источник 1,8 В!

Во-вторых, BMX160 отличается увеличенным объемом встроенного буфера FIFO. Очевидно, что рост объема буфера позволяет уменьшить время нахождения управляющего контроллера в активном состоянии. Теперь он может просыпаться для вычитки данных в два раза реже, а это значительно сокращает потребление системы в целом.

Возвращаясь к методам снижения потребления, стоит упомянуть, что BMX160 позволяет настраивать работу каждого из датчиков индивидуально, а также работать по прерыванию. Работа по прерыванию поддерживает такие действия современных устройств как: обнаружение движения, одиночное или двойное нажатие (для смартфонов), падение и т. д. При этом BMX160 поддерживает программные прерывания, реализованные в ОС Android Marshmallow, например, значительное ускорение (Significant Motion) и детектор шагов (Step Detector).

Говоря о перспективах использования данного инерциального модуля, можно полагать, что он станет идеальной заменой для 6-осевых датчиков предыдущих поколений. Он позволит обеспечить абсолютное измерение положения, более высокую точность, снижение габаритов при сохранении минимального потребления.

Типовыми приложениями для BMX160 станут: умные часы, треккеры, пульсомеры, смартфоны и планшеты, игровые контроллеры и манипуляторы, игрушки, роботы, квадрокоптеры и т.д.

Технические характеристики BMX160:

  • разрешение: акселерометр – 0,061 mg, гироскоп – 0,004 °/с, магнитометр – 0,3 мкТл;
  • диапазоны измерений: ±2, ±4, ±8, ±16 g; ±125, ±250, ±500, ±1000, ±2000 °/с;  ±1200 мкТл (оси x,y),±2500 мкТл (ось z);
  • смещение точки нуля: ± 40 mg; ± 3 °/с,± 40 мкТл;
  • плотность шума: 180 μg/√Гц; 0,008 °/с/√Гц; 0,3 мкТл;
  • потребление: гироскоп – 0,85 мА; акселерометр – 180 мкА, магнитометр – 0,66 мА при максимальной частоте опроса;
  • размер буфера FIFO: 1024;
  • напряжение питания: 1,71 – 3,6 В (VDD); 1,2 – 3,6 В (VDDIO);
  • диапазон рабочих температур:–40 … 85 °С;
  • корпус: 14-выводный LGA размером 2,5 x 3,0 x 0,95 мм.

Технические характеристики BMX055:

  • разрешение: акселерометр – 0,98 mg, гироскоп – 0,004 °/с, магнитометр – 0,3 мкТл;
  • диапазоны измерений: ±2, ±4, ±8, ±16 g; ±125, ±250, ±500, ±1000, ±2000 °/с;  ±1200 мкТл (оси x,y),±2500 мкТл (ось z);
  • смещение точки нуля:  ± 70mg; ± 1 °/с,± 10 мкТл;
  • плотность шума: 150 μg/√Гц; 0,014 °/с/√Гц; 0,5 мкТл;
  • потребление: гироскоп – 5 мА; акселерометр – 130 мкА, магнитометр ­0,5 мА при частоте опроса 10 Гц;
  • размер буфера FIFO: 3x32 для акселерометра, 3x100 для гироскопа;
  • напряжение питания: 2,4 – 3,6 В (VDD); 1,2 – 3,6 В (VDDIO);
  • диапазон рабочих температур:–40 … 85 °С;
  • корпус: 20-выводный LGA размером 3 x 4,5 x 0,95 мм.

О компании  

Компания Bosch Sensortec – подразделение консорциума Bosch, основанное в 2005 году и специализирующееся на МЭМС-сенсорах и решениях на их основе. В портфолио компании – трёх-, шести- и девятиосевые гироскопы, акселерометры и магнитометры, а также датчики температуры, влажности и т.д. С момента начала разработки МЭМС-сенсоров в 1995 году компания Bosch стала лидером на этом рынке, продав более трёх миллиардов микросхем.

Производитель: Bosch Gpoup
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
BMX055
BMX055
Bosch Gpoup
Арт.: 1332417 ИНФО PDF
Доступно: 259 шт. от: 493 руб.
BMX055 - 9-и осевой датчик ориентации в миниатюрном корпусе LGA 3х4.5х0.95 мм. Гироскоп: - Разрешение 16 бит - Диапазон измерений ±125°/S до ±2000°/S Акселерометр: - Разрешение 12 бит - Диапазон измерений ±2g/±4g/±8g/±16g Магнитометр: - Диапазон измерений 1300μT (x-, y-оси);±2500μT (z-ось) Ток потребления до 5 мА Каждый из датчиков может работать независимо.
BMX055 от 493,00 от 8 шт. 422,00 от 18 шт. 380,00 от 39 шт. 352,00 от 101 шт. 334,00
124 шт.
(на складе)
135 шт.
(под заказ)
BMX160
Bosch Gpoup
Арт.: 2122557 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Абсолютный инерционный модуль BMX160 в 14-выводном корпусе 2,5 x 3,0 x 0,95 мм. BMX160 отличается от BMX055: - расширенным диапазоном напряжений питания. У BMX160 диапазон питания цифровой части расширен до 1,71 – 3,6 В. Это значит, что для всей микросхемы возможно использовать единый источник 1,8 В! - увеличенным объемом встроенного буфера FIFO. Рост объема буфера позволяет уменьшить время нахождения управляющего контроллера в активном состоянии. - позволяет настраивать работу каждого из датчиков индивидуально, а также работать по прерыванию.
BMX160
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()