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消费级设备在变得越来越好 需要更高的性能水平

模拟世界 2019-06-10 09:15 次阅读

工业级及汽车级MEMS技术是相对消费级器件而言的,前者成本更高,但远低于传统光纤或环形激光陀螺仪技术。这里将从消费级市场开始,说明我们所称的技术差别。

从多个角度看,这种技术差异都是值得关注的,正如前面所说的,目前市场上有很多应用,包括大量可穿戴技术和手机等,其动态角度估计能有几度的分辨率精度就够好了。对于手机而言,若想知道图片的哪个方向朝上,精度只要大约45度就可以了。在手机上查看不同的东西或玩游戏时,常常也只需要3到5度的精度。

再看偏向于工业应用的器件,您会要求其性能高出10倍以上,而且要能承受更恶劣的环境条件,这很重要。使用成本不到10美元的器件时,年使用量可能是10,000只;再看工业级陀螺仪,使用量可能是数百只左右,成本可能是100美元,理解这一点很重要。

谈论简单运动和复杂运动时,想想它涉及到多少个轴。我拿着手机,沿着一个方向转动,那么就是绕一个轴旋转。这是相对简单的运动。再想象有一辆无人驾驶汽车,沿着崎岖的路面高速行驶。很显然,它会沿着各个方向跳动,因此可以预期,所有三个轴方向上都有运动,不光是三个轴,还有线性和旋转信息。您会考虑需要什么样的精度,还有应用所处的条件。

从这里的说明可以看出,消费级设备在变得越来越好,但工业级设备也是如此。随着时间推移,某些应用空间会成熟起来。消费级设备可能跟上一些发展,并且帮助解决许多需求,但总是存在一系列不断发展的应用需要更高的性能水平,而且会有项目来证明为此付出额外的成本是值得的。

大量研究都发现了这样一个趋势:偏置和其他重要参数的长期稳定性与对传感器中的机械应力的管理好坏有关。封装已变得非常重要。往手机中添加东西时,需要把它做得尽可能小,成本尽可能低;不是任务需要的材料,每一微克都要从设备中去除。自然,它们会更容易受物理应力影响。甚至把手机放到口袋这样简单的事情也会导致封装弯曲,改变其特性。对于这些事情,工业级IMU至少会在一阶上进行处理。

下图右上方是一个四谐振器内核,ADXRS64X系列陀螺仪实际上就是采用这种内核。该四谐振器内核提供两种不同水平的线性抑制,我们称之为器件的共模抑制。这使它在振动抑制方面实现了大跨越。尤其是0.0001度/秒/g2这一数据,对许多传统上需要数万美元解决方案才能上市的应用而言,可谓关系重大。现在,不到1,000美元的解决方案就能实现此类性能。它在面市时是非常令人激动的,今天仍然很常用。

新一代传感器技术,即右下方的弹性碟方法,是当前产品的核心技术,ADXRS290和ADIS16460惯性测量单元均采用该技术。利用多方面的工艺改进和全新的机械架构,我们得以降低噪声和角向随机游动,这在前面的幻灯片中已予以说明,其性能比我们过去的工业级产品线所采用的各种陀螺仪技术要高出4倍。

核心传感器的典型性能差距在哪里?针对消费市场的MEMS IMU与针对工业市场的MEMS IMU进行比较时,又会显露出哪些重要特性?跨轴灵敏度和线性振动抑制是两个关键性能指标。

跨轴灵敏度

想象把一个IMU放在桌面上,并使它来回转动。理论上,该运动只应显示在一个陀螺仪上,假设是z轴。 x轴和y轴陀螺仪对此不应有所响应。然而,它们实际上会有所响应,跨轴灵敏度反映的就是这种响应的程度。跨轴灵敏度还与这些器件在内部的对齐程度有关。除物理对齐外,还有电子校准对齐。就跨轴灵敏度而言,一般器件的典型值为2%,而针对工业市场的MEMS器件则是不到0.1%。二者相差大约20倍,某些情况下您可以通过系统校准来弥补,但它仍有封装依赖性,当封装随着时间而松弛时,跨轴灵敏度又会降低。因此,针对要求终身保持高性能的应用进行设计时,必须考虑这一10到20倍的性能差距。

线性振动抑制

想象一下,让搭载IMU的印刷电路板在同一张桌子上沿线性方向来回运动。理论上,陀螺仪仅测量角向运动,因此其响应应为0。然而,由于器件制造的一些实际限制,所有MEMS陀螺仪对线性振动都有一定程度的响应。如何规定和说明这种响应,对制造商而言是一个重要判断点,很多时候根本不做规定。即使做了规定,也不是在全频率范围内进行测定或规定。一个器件可能有100 Hz的谐振频率,若用一个grms激励它,陀螺仪上可能显示一个10度/秒信号,这会扰乱所有需要一定精度水平的测量,因为它是一个非模式化的误差。对此需要进行非常细致的研究,这是非常重要的。

以典型方式把这些参数放在相关情形下进行分析,紫色线表示速率噪声密度。速率噪声密度代表器件完全静止时的输出噪声。橙色和红色虚线表示我刚才讨论的内容。这些是噪声源,可能来自我们所称的无关源,导航行业称之为非模式化的能量源。市场上可能有这样的器件:一个器件的紫色线比另一个器件要低,但机械谐振和线性振动响应却要高得多。

如果只看一个噪声参数,可能会轻信这只陀螺仪更好,但实际上,您需要关注所有三个参数和线性振动信息,甚至可能要估计轴上的旋转量。全面地看问题,而不要片面地看问题,确实非常重要。从频谱角度看,总噪声就是曲线下方的面积。在这一特定情形中,总能量显然是以线性振动响应为主,但不同应用会有不同的分析。重要的是,在作出关于使用何种产品的长期决策之前,务必注意这一点。

了解实际的测试信息非常重要。数据手册常常不提供此类信息,需要您去询问。多数公司开设了论坛,您可以在其中提问。如果不能在论坛中询问,请通过销售渠道查询,能否找到生产线人员并咨询。否则可能会出问题。这里给出了两个不同陀螺仪的响应曲线,左边是ADXRS290,右边是一款主要针对消费市场的器件。虽然工业级器件经受的振动要高出3倍,但其性能仍然要高出10倍左右。若把它放到上一张图片中,计算曲线下的总能量,滤波需求将很可怕,带宽会非常低,因为这会影响稳定性控制。所以,了解这些重要区别是极其重要的。

IMU机械设计如何避免设计陷阱

第一,根据现有的最佳建议开始机械设计。通过前面的介绍,已经可以看到,机械设计不当会引起长期漂移。需要强调的是,如果把IMU安装在不是针对它而设计的表面上,封装上就会有应力,进而影响器件的行为。对此您应有所考虑。

第二个需要考虑的事项是:如何连接该器件?一般IMU产品的数据接口就是标准的SPI总线。如果是嵌入式SPI产品,它本质上是一个从机,您需要4条IO线来管理SPI接口。您需要电源,需要接地,有时还需要时钟或数据就绪接口,但其实也就这么简单。您需要考虑长期系统的接口类型。

第三是注意通信协议。ADI包括其他大部分IMU供应商在数据手册都有简单的测试案例,您可以在环运行,调试信号完整度、代码、位序、时序等。另外,比如ADI,还提供示例代码,它可帮助您快速上手,但其在细节上有所不同。它提供测试码供您使用,您可以用示波器探头排除各类故障。这也是大家都感兴趣的一个方面。

第四起始代码。利用这些代码,您就能将器件连接到嵌入式处理器

原文标题:自动驾驶基础(六十九) --惯性测量单元(IMU)十五

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PA192 PA192PA192是用于在小的 硬币 的形式因子音频分析和特别适合于与传感器语音识别和语音asssistant应用程序 处理和无线产品加速器

发表于 05-20 11:05 38次 阅读
PA192 PA192PA192是用于在小的 硬币 的形式因子音频分析和特别适合于与传感器语音识别和语音asssistant应用程序 处理和无线产品加速器

SENSIBLE SensiBLE准备使用的BLE上系统模块填充有传感器 低功率的ARM 32位Cortex®-M4 CPU和硬币型电池 今天加快物联网产品的研发!

发表于 05-20 11:05 56次 阅读
SENSIBLE SensiBLE准备使用的BLE上系统模块填充有传感器 低功率的ARM 32位Cortex®-M4 CPU和硬币型电池 今天加快物联网产品的研发!

AR0237AT CMOS图像传感器 数字 2.1 MP /全高清 1 / 2.7英寸

美半导体的AR0237AT是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1928(H)×1088(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0237AT可以产生非常清晰,清晰的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 卓越的低光性能 采用安森美半导体DR-Pix技术的最新3.0米像素具有双转换增益 高达1080p 60 fps的全高清支持,实现卓越的视频性能 线性或高动态范围捕获 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持用于外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 ...
发表于 08-13 13:47 303次 阅读
AR0237AT CMOS图像传感器 数字 2.1 MP /全高清 1 / 2.7英寸

AR0230AT CMOS图像传感器 2 MP 1/3

AT是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1928Hx1088V。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0230AT可生成非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择。 特性 高动态范围 应用 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 08-13 11:03 393次 阅读
AR0230AT CMOS图像传感器 2 MP 1/3

AR0237SR CMOS图像传感器 2.1 MP 1 / 2.7 更低成本

是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1928(H)x 1088(V)。它采用滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如像素内合并,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围场景性能而设计,可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0237可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 具有双转换增益的DR-PIX™技术 全高清支持1080p 60 fps,提供卓越的视频性能 线性或高动态范围捕获 片上锁相环(PLL)振荡器 支持线路交错T1 / T2读出以在ISP芯片中启用HDR处理 基于位置的集成颜色和镜头阴影校正 用于精确帧率控制的从属模式 ...
发表于 08-13 11:01 270次 阅读
AR0237SR CMOS图像传感器 2.1 MP 1 / 2.7 更低成本

NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...
发表于 07-29 22:02 136次 阅读
NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...
发表于 07-29 22:02 87次 阅读
NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

是双模式LDO,在ActiveMode中提供高达80 mA的电流,在低功耗模式下低至50 nA的Iq。双模式功能可通过ECO引脚选择,允许动态和低功耗模式之间的动态切换,非常适用于长寿命电池供电的无线应用。低功耗模式下的输出电压可降低50 mV,100 mV,150的内部工厂编程值相对于活动模式下的标称输出电压,mVor为200 mV。此功能进一步降低了睡眠模式下的应用消耗.NCP171采用SLIQ(超低Iq)LDO系列,具有50nA的超低静态电流,可用于小XDFN4 1.2 x 1.2包。 特性 优势 超低水平50nA 非常适合电池供电的应用 双模式功能针对主动模式和待机模式操作进行了优化 系统灵活地在两种不同的操作模式之间切换,优化性能和延长电池寿命 工作模式,高达80mA,具有出色的PSRR和噪声性能 非常适用于射频电源和高精度传感器 低功耗模式(SLIQ),50nA Iq 当系统处于扩展待机(低功耗)模式时延长电池寿命 模式选择,ECO Pin 灵活选择主动和低功率模式 XDFN 1.2x1.2包 空间受限应用程序的小尺寸 应用 终端产品 无线电池供电的物联网传感器 电池供电的医疗...
发表于 07-29 22:02 261次 阅读
NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

是一款采用SuperPD™PDAF技术的13万像素CMOS成像传感器。这款先进的传感器具有独特的PDAF微透镜和PDAF图案技术,在低光照条件下具有出色的自动对焦性能。采用1.1μm像素构建,提供符合行业标准的1 / 3.2“光学格式,使AR1337具有适合大批量设计的尺寸。图像质量由领先的量子效率和灵敏度驱动,同时保持低读取噪声。这种组合可在明亮的日光或低室内照明条件下提供出色的图像。 AR1337以每秒30帧的速度运行在13 MP,并支持每秒30帧的4k2k视频和高达每秒60帧的全高清1080P视频。 特性 优势 SuperPD™PDAF技术 领先的低光自动对焦性能 独特的PDAF图案和微透镜技术 高精度相位检测自动聚焦(PDAF)功能 片上坏像素校正和AF计算 简化的相机模块积分校准和与后端应用处理器的集成 具有低读取噪声的高量子效率和灵敏度 卓越的图像质量,尤其是在光线不足 应用 终端产品 智能手机相机 平板电脑相机 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 195次 阅读
AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

HS是一款1080万像素,1英寸光学格式图像传感器,结合了高分辨率成像和3.4微米DR-Pix(动态响应像素),可动态调整以提供卓越的低光性能。在全分辨率下,AR1011HS提供60帧/秒(fps)视频;同时跳至120 fps的1080p高清模式。该传感器非常适合需要高分辨率的高端监控摄像系统,如电子平移,倾斜,变焦(ePTZ)等具有惊人的低光能力的功能。 4K超高清(3840 x 2190)分辨率为每秒60帧的模式,使传感器也成为专业消费类广播相机的理想选择。 应用 相机 安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 123次 阅读
AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

美半导体的AR0239是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1936(H)×1188(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0239可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 以90 fps的速度拍摄2.3Mp以获得出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.7英寸 1080p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 3.0um大背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2 / T3读数以启用HDR处理ISP芯片处于1080P和30fps 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口: - HiSPi(SLVS) - 4个车道 - MIPI CSI-2 - 4车道 - 平行 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 多相机同步支持 高速可配置上下文切换 具有灵...
发表于 07-29 16:02 282次 阅读
AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

美半导体专注于卓越的像素性能,为该传感器的卓越图像质量奠定了基础,具有卓越的色彩精度,低光灵敏度和低噪声水平.AR0542是一款1/4英寸CMOS有源像素数字图像传感器集成了复杂的片上相机功能,如窗口,镜像,列和行跳过模式以及快照模式。它可通过简单的双线串行接口进行编程,功耗非常低。 应用 移动 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 16:02 152次 阅读
AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 381次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

图像传感器是一款1 / 3.2“光学格式1.4微米像素传感器,能够以每秒42帧的速度捕获其完整的8 MP传感器分辨率,以60fps的速度捕获1080P视频.A-PixHS(tm )技术将安森美半导体的第二代背照式(BSI)像素技术和先进的高速传感器架构结合在一起,实现了许多创新功能。它旨在实现低z高度相机模块,以满足OEM和移动设备制造商的需求。 特性 高动态范围 应用 移动 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 16:02 144次 阅读
AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5 近红外增强

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0522可生成非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择。 特性 5 Mp,60 fps,优异的视频性能 小光学格式(1 / 2.5英寸) 彩色滤光片阵列:RGB和单色 1440p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4条车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 近红外线增强 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 机器视觉...
发表于 07-29 16:02 286次 阅读
AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5  近红外增强