Как снизить энергопотребление портативной электроники. Часть I

Революцию в электронике массового потребления, начавшуюся с появлением смартфонов, продолжает новая волна инноваций, связанная с внедрением постоянно расширяющегося ассортимента портативных электронных устройств. Поддерживаемые во многом теми же самыми технологиями, что и в смартфонах, портативные устройства, тем не менее, отличаются уникальными особенностями использования и конструктивными ограничениями
1636
В избранное

Революцию в электронике массового потребления, начавшуюся с появлением смартфонов, продолжает новая волна инноваций, связанная с внедрением постоянно расширяющегося ассортимента портативных электронных устройств. Поддерживаемые во многом теми же самыми технологиями, что и в смартфонах, портативные устройства, тем не менее, отличаются уникальными особенностями использования и конструктивными ограничениями.

Разработчики в первую очередь отмечают три следующих особенности портативной электроники:

  • время автономной работы от батарей является основным ограничением для сегодняшних портативных устройств;
  • размеры и форма портативных устройств во многом определяются форм-фактором используемых батарей;
  • дополнительный функционал, обеспечивающий новые полезные функции, сегодня нелегко реализовать из-за ограничений по питанию.

Энергопотребление лежит в основе всех трех проблем.

Предшественником смартфона был телефон, который пользователи привыкли заряжать ежедневно или даже по нескольку раз за день, чтобы не остаться без связи. Время автономной работы устройств стало чем-то вроде продаваемой функции, хотя это более заметно по отзывам покупателей, чем в рекламных буклетах.

В сравнении со смартфонами, портативные устройства предъявляют к электропитанию более строгие требования. Насколько строгими они являются, во многом зависит от того, как устройство используется. Если ночью оно не нужно, то допустима ночная подзарядка аккумулятора. Но еще больших усилий требует создание внешней формы портативных устройств, чтобы сделать их наиболее удобными и привлекательными, даже если они не бросаются в глаза. Такое устройство должно потреблять намного меньше энергии, чем смартфон, чтобы заряжать его нужно было как можно реже.

Портативным устройствам все чаще будет требоваться функция, которую в будущем можно ожидать и в смартфонах - режим «постоянно включен». Подобно тому, как мы ожидаем от часов непрерывной работы независимо от того, используем мы их или нет, мы также ожидаем, что наша портативная электроника будет действовать непрерывно, независимо от того, обращаем мы на нее внимание или нет, без частой зарядки аккумулятора.

Существует еще одно важное различие между смартфоном и портативным устройством. Оно связано с использованием специализированного процессора (СП или Application Processor, AP). В смартфоне усилия по экономии энергии часто связаны с освобождением СП от задач, которые можно перенести на более энергоэкономичный процессор, и переводом СП в спящий режим. Но в большинстве портативных устройств нет специализированных процессоров. Это хорошо, поскольку устраняется один из главных потребителей энергии. Но также это означает, что в портативных устройствах не могут применяться присущие смартфонам стратегии энергосбережения.

Практически все современные портативные устройства имеют одинаковую обобщенную архитектуру. Их назначение состоит в том, чтобы измерять что-либо, делать некоторые вычисления в процессе измерений, а затем отправлять результат (обычно по беспроводной связи) на другое устройство, как правило, на смартфон (рис. 1).

Обобщенная схема портативного устройства

Рис. 1. Обобщенная схема портативного устройства

Возможно, в будущем они смогут также включать в себя этап исполнения действий, например, введение лекарства. Но в нынешнем поколении портативных устройств данной функции нет, поэтому в тексте она не обсуждается.

Остальная часть этого документа будет связана с отмеченной архитектурой. Вначале каждый блок будет оцениваться по влияющим на энергопотребление факторам, а затем будет рассмотрена оптимизация на уровне системы.

Важное замечание: ниже приведены актуальные значения тока для выбранных устройств. Цель здесь состоит только в том, чтобы привести несколько реальных примеров с действительными значениями (в данном случае нет намерений делать сравнительный анализ):

  • выбранные устройства не должны считаться лучшими в своем классе. Предположительно, образцы были выбраны случайным образом среди подходящих для применения устройств;
  • представленные далее значения взяты непосредственно из спецификаций. Если вы пытаетесь сравнивать устройства с целью выбора, тогда следует использовать полное техническое описание;
  • тот факт, что одно устройство может потреблять меньше тока, чем другое, не является основанием для вывода о том, какое устройство лучше. Существует множество других важных функций, к тому же, условия тестирования у разных изготовителей могут варьироваться. Представленные здесь таблицы не следует рассматривать в качестве руководства по выбору устройства;
  • условия измерения тока микроконтроллера у различных производителей настолько отличаются, что была проделана определенная работа по нормализации значений относительно одного и того же набора условий;
  • доступность устройства и технические данные предоставлены на момент написания материала. Убедитесь в отсутствии изменений по текущим спецификациям.

Датчики

Большинство портативных устройств сегодня ограничивается одним датчиком: акселерометром. Но в будущем предполагается задействовать и другие типы, поэтому последующие описания охватывают потенциально наиболее востребованные в портативных устройствах датчики.

Для соблюдения размеров и стоимости, требуемых сегодня от портативных устройств, типичные датчики потребительского класса выполняются на основе технологии микроэлектромеханических систем (MEMS). Все датчики MEMS будут включать специализированную ИС (ASIC) для фильтрации и оцифровки исходных показаний аналогового датчика, а также для управления датчиком. Для большинства датчиков этого типа элемент MEMS не требует питания, но оно необходимо для специализированных ИС. Таким образом, нет датчиков, которым вовсе не требуется питание.

У некоторых датчиков имеются аналоговые выходы, у некоторых - цифровые. Последние, как правило, потребляют больше энергии благодаря большему количеству используемых компонентов (но корректное сравнение по этому параметру возможно не всегда).

Датчики с цифровыми выходами обычно используют одну из шин: I²C или SPI, или обе. Тип шины не оказывает заметного влияния на энергопотребление.

Выходы разных датчиков можно комбинировать для создания потока данных более высокого уровня. Например, магнитометры и гироскопы могут быть объединены для получения более надежной информации об ориентации. Данные об ускорении и ориентации могут быть объединены для создания информации о положении в форме кватерниона. Такие алгоритмы сочетания датчиков более подробно рассматриваются ниже.

Система питания является важной составляющей для многих датчиков, поэтому в таблицах данных можно найти разделы, посвященные управлению питанием. В частности, большинство датчиков, предназначенных для энергоэкономичных устройств, имеет один или несколько режимов пониженного потребления энергии. Независимо от оцениваемого датчика, важны следующие принципы:

  • различные производители будут создавать собственные режимы питания. Часто это связано с конкуренцией, поэтому вы должны быть готовы к подобному выбору. Внимательно изучите режимы питания, поскольку у разных производителей идентично названные режимы могут существенно различаться;
  • режимы питания могут влиять на множество параметров, включая чувствительность, точность, соотношение «сигнал/шум», доступ к внутренним регистрам чтения и/ или записи, сохранение состояния регистра, а также время пробуждения или перехода в другое состояние. Режимы должны быть выбраны с учетом ограничений, которые они налагают;
  • потребляемая датчиком мощность будет зависеть от частоты дискретизации и скорости считывания данных;
  • для того чтобы уменьшить частоту операций считывания с выхода, многие датчики имеют буфер FIFO, в котором они могут накапливать несколько выборок данных для считывания пакетами;
  • в справочных данных часто приводятся только номинальные токи. При сравнении устройств важно отметить, являются ли величины номинальными или максимальными.

Качество доступной информации в справочных данных датчиков порой сильно различается, и бывает сложно сравнивать отдельные устройства. Но для того чтобы по-настоящему минимизировать энергопотребление, стоит потратить время на то, чтобы тщательно выбрать устройства, а затем оптимизировать их использование.

Не каждый поставщик предоставляет информацию, из которой очевидно, какие датчики или семейства имеют наименьшее энергопотребление. Потребляемая мощность часто не отображается в сравнительных таблицах выбора, поэтому вам, возможно, придется проверять каждое устройство в отдельности.

Некоторые дистрибьюторы предлагают в качестве альтернативы удобные таблицы выбора электронных компонентов с возможностями фильтрации, позволяющие ускорить поиск устройства в заданном диапазоне мощности.

Акселерометры

Акселерометры являются наиболее важными из датчиков движения. Благодаря использованию технологии MEMS они миниатюрны, потребляют мало энергии и имеют сравнительно невысокую стоимость про вполне приемлемых потребительских характеристиках.

Поскольку акселерометры потребляют мало энергии, их можно использовать для пробуждения находящихся в спящем режиме других датчиков движения. Обычно для этого нужно перевести остальные датчики в дежурный режим, а затем перевести акселерометр в режим с малым энергопотреблением, в котором он способен с низким разрешением обнаруживать базовое движение.

Как только движение обнаружено, активизация датчика должна происходить достаточно быстро, чтобы минимизировать потери деталей движения.

Большинство акселерометров потребительского уровня объединяет три оси измерения в едином сенсорном блоке (таблица 1). Таким образом экономится пространство, электроэнергия и затраты на сборку по сравнению с дискретными одноосевыми датчиками. Другие комбинации датчиков будут рассмотрены ниже.

Таблица 1. Примеры акселерометров

 Устройство Режим Ток Примечания
 ADXL362 (3 оси)
 Analog Devices
Измерение 1,5 мкА (тип.) Экономия энергии за счет чтения лишь 8 наиболее значимых разрядов
Пробуждение 270 нА (тип.) 6 опросов/с для обнаружения базового движения
Дежурный режим 10 нА (тип.) Опрашивание отключено
 LIS3DH (3 оси)
 STMicroelectronics
Стандартное энергопотребление 11 мкА (тип.) Полное разрешение
Пониженная мощность 6 мкА (тип.) Пониженное разрешение
Пониженное энергопотребление 500 нА (тип.) (Не все характеристики включены в техническое описание)

Советы по энергосбережению:

  • выберите акселерометр с пониженным энергопотреблением;
  • выберите режим питания;
  • используйте буферы FIFO для пакетного чтения;
  • используйте акселерометр для пробуждения других датчиков;
  • рассмотрите комбинированные модели (ниже), если в дополнение к акселерометру нужны другие датчики.

Гироскопы

Акселерометры измеряют линейное ускорение, а гироскопы - ускорение вращения. Совместно они предоставляют данные по всем шести степеням свободы движения. Однако проблема с гироскопами заключается в том, что для регистрации угловых изменений MEMS-элементы должны использовать нормальный режим питания. При этом они оказываются активными потребителями энергии.

На самом деле можно обойтись и без гироскопа. Если, например, вы предполагаете, что движется (причем, вперед) пешеход, то логично предположить, что он всегда смотрит в направлении движения. Это упрощенное предположение означает, что вы можете полагаться исключительно на акселерометр для обнаружения поворотов, без независимого контроля изменений ориентации в пространстве. Если путь повернул налево, то вы полагаете, что пешеход тоже повернул влево. С другой стороны, если вы хотите определить ориентацию независимо от направления движения, нужен гироскоп.

Гироскопы, как правило, обладают усовершенствованными режимами питания. Распространенным решением является перевод гироскопа в спящий режим, когда это возможно, и включение акселерометра в бодрствующее состояние с малой потребляемой мощностью. Когда акселерометр обнаруживает движение, он пробуждает гироскоп.

Гироскопы могут измерять очень быстрые малые изменения ориентации в пространстве (таблица 2), но они страдают от дрейфа. Существует несколько вариантов компоновки, в которых дрейф можно часто обнулять, например, в обуви, где по завершении каждого шага вы совершенно точно знаете, что обувь находится в покое. Однако в других местах гироскоп находится в постоянном движении, и погрешность дрейфа накапливается в считанные секунды (особенно в гироскопах потребительского класса и невысокой стоимости). Производители гироскопов стремятся понижать уровни дрейфа в своих датчиках. А магнитометр позволяет выполнять перекрестную проверку на объединенном датчике, корректируя дрейф. О магнитометрах читайте ниже.

Так же, как и акселерометры, гироскопы потребительского уровня объединяют три оси измерения в одном сенсорном блоке. Другие комбинации датчиков будут рассмотрены ниже.

Таблица 2. Примеры гироскопов

 Устройство Режим Ток Примечания
 BMG160 (3 оси)
 Bosch
Стандартное энергопотребление 5 мА (тип.) -
Быстрое пробуждение 2,5 мА (тип.) Нет выборки; аналоговый сигнал выкл.; цифровой выход вкл.
Приостановка 25 мкА (тип.) Аналоговые цепи выкл.; запись ограничена
Полная приостановка <5 мкА (тип.) Значения регистров потеряны
Расширенный Меняется Циклы между обычным и быстрым режимами включения питания; мощность зависит от регулируемого времени и рабочих циклов
 ITGP3701 (3 оси)
 InvenSense
Стандартное энергопотребление 3,3 мА (тип.) -
Пониженное энергопотребление 8 мкА (тип.) Каждая ось может иметь независимое управление питанием

Возможно использование «эмулированного» или «программного» гироскопа для приложений с пониженной точностью. Такое устройство вовсе не является гироскопом, а представляет собой комбинацию акселерометра и магнитометра в одном датчике. Мы вернемся к этой теме после обсуждения магнитометров.

Советы по энергосбережению:

  • выберите гироскоп с пониженным энергопотреблением;
  • выберите режим питания;
  • используйте буферы FIFO для пакетного чтения;
  • используйте акселерометр, чтобы вывести гироскоп из режима сна;

Магнитометры

Магнитометры воспринимают ориентацию устройства в магнитном поле Земли. Поэтому они могут измерять те же основные степени свободы, что и гироскоп (таблица 3). Но, действуя иным способом, они дополняют и помогают корректировать измерения гироскопа.

Проблема магнитометров - в том, что они должны иметь высокую чувствительность, поскольку магнитное поле Земли относительно слабое. Поэтому оно может быть легко подавлено так называемыми «магнитными аномалиями» – любым большим металлическим предметом, который сам может вызывать возмущение земляного поля. Массивная металлическая деталь или даже магнитная безделушка для настольного компьютера могут оказывать влияние на точность измерения. Некоторые из объектов при этом неподвижны, например, большой металлический резервуар, в то время как другие, например, большой грузовик, могут двигаться.

Способность устранять влияние аномалий имеет решающее значение для надежного использования магнитометра. Здесь гироскоп может выступать в качестве комбинированного датчика при перекрестной проверке магнитометра. Если магнитометр показывает изменение пространственной ориентации, а гироскоп не показывает, тогда, вероятно, перед нами аномалия. Хорошие алгоритмы фильтрации аномалий могут стать конкурентным преимуществом для производителей магнитометров.

Существует целый ряд технологий для создания магнитометров. Самыми распространенными для потребительских приборов являются датчики Холла, потому что они миниатюрные, недорогие и потребляют мало энергии. Датчики AMR (анизотропное магнитосопротивление) встречаются реже, но они хорошо конкурируют по стоимости и потребляемой энергии с датчиками Холла. Магнитометры на основе других технологий (GMR, MTJ, Lorentz Force), как правило, более дорогие или энергоемкие, и в меньшей степени соответствуют требованиям портативных устройств.

Таблица 3. Примеры магнитометров

 Устройство Режим Ток Примечания
 MMC3316xMT (3 оси)
 MEMSIC
Стандартное энергопотребление 160 мкА (макс.)  
Пониженное энергопотребление 1 мкА (макс.)  
 AK8963 (3 оси)
 AKM
Стандартное энергопотребление 10 мА (макс.)  
Пониженное энергопотребление 10 мкА (макс.) Датчик и цифровой интерфейс могут иметь независимо отключаемые системы питания

Советы по энергосбережению:

  • используйте магнитометр на основе эффекта Холла или AMR;
  • выберите режим питания;
  • используйте буферы FIFO для пакетного считывания, если доступно (для «чистых» магнитометров применимо в меньшей степени);
  • рассмотрите комбинированные модели (смотреть далее), если в дополнение нужны другие датчики.

Программный, или эмулируемый гироскоп

Когда не требуется высокой точности характеристик пространственной ориентации, более бюджетный программный гироскоп с малым значением энергопотребления может заменить реальный гироскоп (таблица 4). Это устройство представляет собой комбинацию магнитометра, который обеспечивает базовые показания ориентации в пространстве, и акселерометра, предназначенного здесь для коррекции магнитных аномалий.

Поскольку способ обнаружения аномалий с помощью акселерометра - более непрямой, качество работы таких комбинированных датчиков будет определяться качеством алгоритмов обработки. Выбирайте тот алгоритм, который демонстрирует хорошее подавление магнитной аномалии. Если в наличии нет хороших алгоритмов, их следует купить, а не пытаться создать самостоятельно.

Таблица 4. Примеры программных гироскопов

 Устройство Режим Ток Примечания
 Kionix KMX61G Рабочий 450 мкА (тип.)  
Сон 1 мкА (тип.)  
 mCube MC7010 Активный 260 мкА (тип.) Макс. пиковый ток ~2440 мкА
Дежурный режим 8 мкА Accel и Mag могут быть независимо переведены в дежурный режим. У Accel более сильное изменение с VDD.

Акселерометр и магнитометр также могут быть объединены в электронный компас и приобретены в одном комплекте. Но в приложении eCompass акселерометр используется в качестве компенсатора наклона для магнитометра. Алгоритмы этого объединенного датчика будут отличаться от алгоритмов, используемых для создания программного гироскопа. Несмотря на то, что они оба содержат одинаковые базовые датчики, они не могут быть взаимозаменяемыми.

Советы по энергосбережению:

  • выберите режим питания;
  • управляйте питанием акселерометра и магнитометра отдельно;
  • используйте буферы FIFO для пакетного чтения.

Шестиосевой комбинированный датчик IMU (акселерометр + гироскоп)

Многие производители объединяют акселерометры и гироскопы в одном корпусе. Такие устройства могут предоставлять полную информацию о местоположении (местоположение и ориентация могут быть выражены совместно в форме «кватернионов»), их иногда называют инерциальными измерительными блоками - IMU (таблица 5).

Некоторые из этих устройств могут не только считывать исходные данные с каждого датчика, но и включать процессор для объединения исходных данных в форму кватерниона, что упрощает последующие вычисления. Если вам не нужна эта функция, вы можете выбрать устройство без нее или отключить процессор для экономии энергии. Все это учитывается в процессе системной оптимизации.

Такие комбинированные датчики позволяют независимо управлять режимами питания для акселерометров и гироскопов (даже по осям). Это позволит использовать акселерометр для пробуждения гироскопа, как описано ниже.

Таблица 5. Примеры комбинированных датчиков

 Устройство Режим Ток Примечания

 MPUP6000
 InvenSense 

Акселерометр + гироскоп + обработка 3,9 мА (тип.)  
Акселерометр + гироскоп 3,8 мА (тип.)  
Гироскоп + обработка 3,7 мА (тип.)  
Только гироскоп 3,6 мА (тип.)  
Только акселерометр 500 мкА (тип.)  
Акселерометр, малое энергопотребление 10…140 мкА (тип.) Зависит от выходной скорости данных
 ST ASM330LXH Акселерометр, стандартное энергопотребление 245 мкА (тип.)  
Акселерометр, малое энергопотребление 65/115 мкА (тип.) Зависит от выходной скорости данных
Акселерометр + гироскоп, стандартное энергопотребление 4,3 мА (тип.)  
Акселерометр + гироскоп, малое энергопотребление 6 мкА (тип.) Разница между режимами “low power” и “power down” не совсем очевидна

Советы по энергосбережению:

  • выберите режим питания;
  • управляйте питанием акселерометра и гироскопа отдельно;
  • используйте буферы FIFO для пакетного чтения.

Девятиосевой комбинированный прибор IMU (акселерометр + гироскоп + магнитометр)

Очередным этапом комбинирования является объединение в одном корпусе акселерометра, гироскопа и магнитометра. Такие приборы относятся к девятиосевым, хотя применяются только шесть степеней свободы (гироскоп и магнитометр измеряют вращение). Их также относят к IMU (таблица 6).

С таким устройством вы можете получить доступ к любому из датчиков по отдельности, или их выходы могут быть объединены и доступны как кватернионы. Количество режимов может увеличиваться, поскольку каждый тип датчика может иметь свои собственные режимы питания.

Таблица 6. Примеры устройств

 Устройство Режим Ток Примечания
 Bosch BMX055 Суммируйте представленные ниже токи акселерометра, гироскопа и магнитометра для общего результата
Акселерометр
Стандартное энергопотребление 130 мкА (тип.)  
Приостановка 2,1 мкА (тип.)  
Полная приостановка 1 мкА (тип.)  
Малая мощность 1 6,5 мкА (тип.)  
Малая мощность 2 66 мкА (тип.)  
Дежурный режим 62 мкА (тип.)  
Гироскоп    
Стандартное энергопотребление  5 мА (тип.)  
Быстрое пробуждение 2,5 мА (тип.)  
Приостановка 25 мкА (тип.)  
Полная приостановка < 5 мкА (тип.)  
Магнитометр
Активная предустановка малой мощности 170 мкА (тип.) Пиковый ток 20 мА
Активная предустановка стандартной мощности 0,5 мА (тип.) Пиковый ток 20 мА
Активная расширенная предустановка стандартной мощности 0,8 мА (тип.) Пиковый ток 20 мА
Активная точная предустановка повышенной мощности 4,9 мА (тип.) Пиковый ток 20 мА
Приостановка 1 мкА (тип.)  
 ADIS16400
 Analog Devices
Стандартное энергопотребление 70 мА (тип.)  
Пониженная мощность 45 мА (тип.)  
Сон 600 мкА (тип.)  

Советы по энергосбережению:

  • выберите режим питания;
  • управляйте питанием акселерометра, гироскопа и магнитометра отдельно;
  • используйте буферы FIFO для пакетного чтения.

Микрофоны

Микрофоны представляют особый интерес для создания портативных устройств с голосовой активацией (таблица 7). Постоянно включенный микрофон должен быть способным к тому, чтобы зафиксировать команды, значимые для управления системой и режимом питания.

Микрофоны, предназначенные для решения такой задачи, как правило, имеют режим уменьшенной производительности с пониженным энергопотреблением. Идея состоит в том, чтобы микрофон можно было использовать только для обнаружения голосовой части общего спектра звукового сигнала. После обнаружения голосового сигнала микрофон может переключиться в стандартный режим с повышенным звуковым разрешением.

В отличие от многих других датчиков, у микрофонов есть два способа экономии потребляемой энергии. Очевидным потребителем энергии является сам микрофон. Но звуковой сигнал затем нужно еще обработать. Например, после пробуждения звуком потребуется обработка, чтобы определить, является ли этот звук голосом, и если это так - декодировать команду. Для повышенной степени защиты потребуется усиленная обработка, чтобы распознать голос авторизованного лица.

Микрофоны все чаще используются парами или даже массивами для лучшего шумоподавления и фокусировки звука. Каждый дополнительный микрофон требует дополнительного питания, а вычисления, необходимые для преобразования множества аудиопотоков от микрофонов в один аудиосигнал, требуют еще большей энергии для питания процессора.

Алгоритмы обработки аудиопотока могут потребовать значительных ресурсов, и поэтому необходимо выделить соответствующие вычислительные мощности, чтобы гарантировать заданный уровень качества аудиоподсистемы. Стоимость этой обработки будет сильно зависеть от алгоритма и процессора. В целях экономии, возможно, придется пойти на определенные компромиссы.

Таблица 7. Примеры микрофонов

 Устройство Режим Ток
 InvenSense INMP421 Стандартное энергопотребление 650 мкА (макс.)
Сон 50 мкА (макс.)
 Knowles SPH0641LM4HP1 Стандартное энергопотребление 700 мкА (макс.)
Сон 80 мкА (тип.)

Советы по энергосбережению:

  • выберите режим питания;
  • в режиме сна минимизируйте аудиообработку;
  • уровни пробуждения: звук – это минимальный уровень; голос имеет более высокий уровень; идентифицированный голос имеет еще более высокий уровень.

Датчики давления

Учитывая незначительные энергетические потребности, датчики давления также могут использоваться в портативных устройствах (таблица 8). Они могут действовать как высотомеры, чтобы помочь при корректировке погрешности повышения (по оси Z) в датчиках движения, также они востребованы для таких применений как измерение усилия в различных частях ступни ноги во время бега.

Подобные датчики широко используются в промышленном оборудовании, но менее распространены в потребительской технике, где, однако, могут использоваться в различных конфигурациях:

  • как дифференциальные датчики, которые имеют два порта для измерения разности давлений или как датчики с одним портом измерения;
  • результаты могут быть абсолютными или относительными к некоторому исходному уровню;
  • вариант исполнения корпуса зависит от среды эксплуатации датчика;

Датчики давления не отличаются повышенным энергопотреблением, но могут иметь режимы с отключением питания.

Таблица 8. Примеры датчиков давления

Устройство Режим Ток
Bosch BMP180 Повышенная точность 32 мкА (тип.)
Ультравысокая точность 12 мкА (тип.)
Высокая точность 7 мкА (тип.)
Стандарт 5 мкА (тип.)
Сверхмалое энергопотребление 3 мкА (тип.)
ST LPS25H Высокая точность 25 мкА (тип.)
Малая точность 4 мкА (тип.)
Пониженное энергопотребление 0,5 мкА (тип.)

Советы по энергосбережению:

  • выберите режим.

Объединенные датчики и алгоритмы, сенсорные концентраторы (хабы)

Мы отмечали выше примеры объединенных датчиков (sensor fusion), у которых управляющие алгоритмы объединяют выходы отдельных датчиков в один результирующий. Комбинация акселерометра и гироскопа позволяет выводить кватернионы, а гироскоп вместе с магнитометром помогут корректировать показания друг друга, создавать программные гироскопы и электронные компасы. Все это примеры объединенных (fusion) датчиков. Другие сочетания датчиков могут, например, включать датчики давления и движения, чтобы получить более точную привязку по высоте.

Чтобы избавиться от специализированных процессоров (СП) в смартфонах были разработаны так называемые «сенсорные хабы» – концентраторы. Идея состоит в том, что микроконтроллер (МК) с более низким энергопотреблением может использоваться для объединения выходных сигналов от датчиков, позволяя СП находиться в спящем режиме до тех пор, пока он действительно не потребуется.

Но в портативных устройствах нет СП, поэтому использование отдельного концентратора для датчиков в этом случае не имеет смысла. Тем не менее, процессорные элементы, которые мы рассмотрели выше в некоторых шестиосевых датчиках, на самом деле являются концентраторами (хабами) датчиков, размещенными совместно с самими датчиками и со входами для потоков данных от других внешних датчиков. Возникает резонный вопрос о том, насколько эффективны такие вычисления в сравнении с основным МК. К этому вопросу мы еще вернемся во второй части.

Однако вне зависимости от того, где выполняется объединение данных, важно удостовериться в том, что каждое считывание показаний имеет точную временную метку, особенно при пакетной обработке из FIFO. Это делается для того, чтобы показания с разных датчиков были точно согласованными по времени. Иначе говоря, чтобы, например, вы не могли объединить показания акселерометра в один момент времени с показаниями гироскопа для другого момента времени, что может привести к неадекватным выводам.

Журнал: https://ambiqmicro.com
Производитель: STMicroelectronics
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
LIS3DHTR
LIS3DHTR
STMicroelectronics
Арт.: 674257 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 2827 шт. от: 34.8 руб.
Accelerometers MEMS Ultra Low-Power 3-Axes "Nano"
LIS3DHTR 34,80 от 113 шт. 29,80 от 249 шт. 26,80 от 538 шт. 24,80 от 1415 шт. 23,60
2827 шт.
(на складе)
LIS3DHHTR
LIS3DHHTR
STMicroelectronics
Арт.: 2302647 PDF AN RD
Доступно: 76 шт. от: 748 руб.
IC, MEMS ACCELEROMETER
LIS3DHHTR 748,00 от 6 шт. 641,00 от 12 шт. 577,00 от 25 шт. 535,00 от 66 шт. 508,00
42 шт.
(на складе)
34 шт.
(под заказ)
Производитель: Analog Devices Inc.
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
ADXL362BCCZ-RL7
ADXL362BCCZ-RL7
Analog Devices Inc.
Арт.: 1135660 PDF RD
Доступно: 69 шт.
Выбрать
условия
поставки
ACCELEROMETER, 3 AXIS, 2G, 4G, 8G, LGA-16, FULL REEL
ADXL362BCCZ-RL7 от 1 шт. от 961,17
69 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ADXL362BCCZ-R2
ADXL362BCCZ-R2
Analog Devices Inc.
Арт.: 1135672 ИНФО PDF RD
Доступно: 65 шт.
Выбрать
условия
поставки
Accelerometers Micropower 3-Axis Digital Output MEMS
ADXL362BCCZ-R2 от 1 шт. от 1013,77
65 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ADIS16400BMLZ
ADIS16400BMLZ
Analog Devices Inc.
Арт.: 1228011 ИНФО PDF RD
Доступно: 1 шт.
Выбрать
условия
поставки
IMU ACCEL/GYRO/MAG SPI 24ML
ADIS16400BMLZ от 1 шт. от 51735,30
1 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
Производитель: Bosch Gpoup
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
BMM150
Bosch Gpoup
Арт.: 1332414 ИНФО PDF
Доступно: 248 шт.
Выбрать
условия
поставки
BMM150 - 3-х осевой геомагнитный датчик. Корпус - WLCSP-12 1.56×1.56 мм
BMM150 476,44
248 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
BMX055
BMX055
Bosch Gpoup
Арт.: 1332417 ИНФО PDF
Доступно: 153 шт. от: 467 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 467,00 от 9 шт. 400,00 от 19 шт. 360,00 от 40 шт. 334,00 от 106 шт. 317,00
98 шт.
(на складе)
55 шт.
(под заказ)
BNO055
BNO055
Bosch Gpoup
Арт.: 1928114 ИНФО PDF DT
Доступно: 135 шт. от: 725 руб.
9-ти осевой датчик положения со встроенным контроллером для обработки сырых данных гироскопов, акселерометров и магнитометров. Рабочие диапазоны акселерометра: ±2, ±4, ±8, ±16g; настраиваемая полоса ФНЧ акселерометра: 1 кГц – менее 8 Гц; рабочие диапазоны гироскопа: от ±125 до ±2000 °/с; настраиваемая полоса ФНЧ гироскопа: 523-12 Гц; рабочий диапазон магнетометра: ±1300 мкТл по осям х, у, ±2500 мкТл по оси z; разрешение магнетометра: ~0,3 мкТл; напряжение питания микросхемы: 2,4–3,6 В; корпус: 28-выводный LGA размером 3,8х5,2х1,13 мм; диапазон рабочих температур: от –40 до 85 °C.
BNO055 725,00 от 6 шт. 621,00 от 12 шт. 559,00 от 26 шт. 518,00 от 68 шт. 492,00
135 шт.
(на складе)
BMF055
BMF055
Bosch Gpoup
Арт.: 2082962 ИНФО PDF
Доступно: 13 шт. от: 960 руб.
Характеристики BMF055: • микроконтроллер: Atmel SAMD20 48 МГц Cortex-M0+, 256 кБайт FLASH, 32 кБайт ОЗУ; • гироскоп BMG160: диапазоны измерения ±125 / ±250 / ±500 / ±1000/ ±2000 °/с, диапазон частот 12…523 Гц, чувствительность 16 LSB/(°/с) или 900 рад/с; • акселерометр BMA280: диапазоны измерения ±2 / ±4 / ±8 / ±16g, диапазон частот 8…1000 Гц, чувствительность 1LSB/mg; • магнитометр BMM150: диапазоны измерения ±1300 мкТл по осям х, у, ±2500 мкТл по оси z, чувствительность 0,3 мкТл; • напряжение питания микросхемы: 2,4–3,6 В; • корпус: 28-выводный LGA размером 5,2 x 3,8 x 1,13 мм; • диапазон рабочих температур: от –40 до 85 °C.
BMF055 960,00 от 5 шт. 823,00 от 10 шт. 740,00 от 20 шт. 686,00 от 52 шт. 651,00
13 шт.
(на складе)
Производитель: Asahi Kasei Microdevices
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
AK8963N
AK8963N
Asahi Kasei Microdevices
Арт.: 2278195 ИНФО PDF
Доступно: 387 шт.
Выбрать
условия
поставки
SENSOR MAGMTR I2C/SPI 16QFN
AK8963N от 1 шт. от 1357,49
387 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()