Nové IMU míří výš. LGA sluší MLC

Potřebujete zpětně analyzovat nehody, krizové situace, příp. jen monitorovat provoz? Zde všude se v praxi používají nejrůznější zapisovače údajů. S trochou nadsázky lze říct, že na ně narazíme všude tam, kde může doslova narazit i naše zařízení, člověk nebo jakýkoli další systém. Jak cenné jsou pro vás takové informace? A jakou váhu přiřadíte měřicímu systému, který zůstává neustále ve střehu?

Učení robotů i analýza sportovních výkonů

Nositelná elektronika, digitální kamery, sledovací zařízení či chytré přívěsky, ale také robotika, drony, UAV, automatizace výroby, pracovní přilby nebo např. černé skříňky. Pole působnosti je pro nové šestiosé senzory typu IMU (Inertial Measurement Unit) od společnosti STMicroelectronics [1] skutečně široké, zatímco s klesajícími rozměry čipu se bude dále rozrůstat. Miniaturní snímače pohybu, představené minulý měsíc (na stránkách DPS Elektronika od A do Z jsme již informovali v [2]), cílí jak na spotřební záležitosti, tak i průmyslovou sféru. V prvním případě proto sáhneme po verzi na přiložených obrázcích s označením LSM6DSK320X, zatímco varianta ISM6HGK256X nám pomůže odhalit pravdu také za náročnějších podmínek. Zapouzdření typu LGA slibuje pokaždé čtrnáct vývodů a také rozměry 2,5 × 3,0 × 0,83 mm.

Vnitřní strukturu zde logicky tvoří spojení akcelerometru a gyroskopu, i když u zrychlení bude na místě spíše množné číslo. Výrobce chce totiž předejít výpadkům a dva samostatné tříosé akcelerometry mu proto umožňují současně sledovat jak běžný pohyb či chvění až do ±16 g, tak i prudké nárazy, dosahující třeba ±320 g, takže již nehrozí, že by zmíněné jednotky IMU přehlédly nějakou událost. V tom se také novinky liší od obvodů s jediným akcelerometrem, u kterých při přepínání mezi nízkým a vysokým rozsahem hrozí přechodná „slepota“ systému.

K tomu si u tříosého digitálního gyroskopu s rozsahem do ±4000 dps dále přičtěte supersymetrickou architekturu, zahrnující dvě zrcadlové mikroelektromechanické struktury, pracující v protifázi. Ve výsledku proto efektivně potlačujeme působení vnějších vibrací či nárazů – to vše v návaznosti na plně rozdílový signálový řetězec. Nízkopříkonové novinky s přehledem využijeme ke stabilizaci letu dronů, při sledování stavu různých konstrukcí či staveb, ve světě herních ovladačů apod. Hlavně chytře a s pochopením širších souvislostí. Samozřejmě maximálně přesně, ale často také s detailním pohledem zpátky do minulosti. Bonusem pak budou nejpřísnější normy pro udržitelné materiály, což výrobce na svém blogu rozebírá v [3].

MLC s ASC

Synchronizované senzory „2+1“ LSM6DSK320X pro spotřební elektroniku, stejně jako průmyslová řešení s označením ISM6HGK256X, jejichž cena při odběru jednoho tisíce kusů začíná zhruba na pěti dolarech, obsahují jádro strojového učení MLC od stejného výrobce. Edge AI tak běží rovnou na čipu, což ve výsledku snižuje spotřebu energie a šetří systémové prostředky. V režii firmy STMicroelectronics přitom nejde o nic nového – již dříve jste na stránkách DPS mohli podrobněji číst např. v [4]. A v čem se obě novinky, komunikující cestou SPI, I²C nebo též I3C, vzájemně liší? V prvé řadě jde o teplotní rozsah, kdy průmyslovému systému místo horních +85 °C svědčí spíše dalších dvacet stupňů k dobru. Duální provedení akcelerometru samozřejmě zůstává, senzory nicméně uvažují odlišný plný rozsah, završený buď „spotřebními“ ±320 g nebo vyhodnocením ±256 g. A zapomenout nesmíme ani na garantovanou dlouhodobou dostupnost průmyslové součástky po dobu deseti let, což v našem případě odkazuje na září 2036.

Průmyslový čip v režimu HP o vysokém výkonu definuje v základním přiblížení hustotu šumu na typické úrovni 65 μg/√Hz, resp. 4,5 mdps/√Hz (Low-g), to vše výměnou za proudový odběr 670 μA. Za předpokladu plného rozsahu až do ±256 g pak výrobce dále stanoví 1 mg/√Hz a spotřebu 800 μA. S obvody LSM6DSK320X si jinak polepšíme o jednotky μg/√Hz, resp. desetiny mdps/√Hz, přičemž odběry se nemění. Vývojářům se budou pokaždé hodit chytré digitální funkce (pokročilý krokoměr, zaznamenání výrazného pohybu, detekce náklonu) a samozřejmě standardní přerušení, pokud jde o probouzení prudkými pohyby či silné nárazy, volný pád, aktivitu, 6D/4D orientaci nebo klepnutí či dvojité poklepání. Za zmínku stojí rovněž adaptivní automatická konfigurace ASC [5],[6].

Odkazy:

[1] Tisková zpráva, https://newsroom.st.com/media-center/press-item.html/stmicroelectronics-delivers-advanced-context-aware-sensors-in-st-sustainable-technology-framework-n4791.html

[2] Pravda ukrytá v šesti osách? Čidla ST ji odhalí, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:105820/pravda-ukryta-v-sesti-osach-cidla-st-ji-odhali

[3] Sustainable MEMS: high-performance motion sensing designed with responsibility in mind, https://blog.st.com/sustainable-mems-high-performance-motion-sensing/

[4] Zpracování dat uvnitř MEMS senzoru pomocí vestavěných programovatelných funkcí, https://www.dps-az.cz/clanky/id:98155/zpracovani-dat-uvnitr-mems-senzoru-pomoci-vestavenych-programovatelnych-funkci

[5] Obvody LSM6DSK320X, https://www.st.com/en/mems-and-sensors/lsm6dsk320x.html

[6] Obvody ISM6HGK256X, https://www.st.com/en/mems-and-sensors/ism6hgk256x.html

robenek@dps-az.cz