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Fairchild MEMS采用九軸傳感器融合的智能IMU實現高精度低功耗

2015-07-11 20:13:57 未知

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去年三月，在上海慕尼黑電子展上Fairchild宣布推出全新品牌進行重大轉型，將公司全部資源集中在創新產品和優質服務開發方面，幫助工程師縮短移動設備、穿戴式技術等在能源管理方面有高要求產品的上市時間。承諾向客戶提供獨特全面的解決方案，包括電源管理方案和最優化的器件、專業的產品設計和制造經驗，縮短客戶設計和交付新產品的時間。Fairchild最終目標是提供全新技術和服務水平，幫助工程師利用最先進、高能效的產品開發出超越客戶期望的解決方案。時過一年，Fairchild以行動兌現了承諾，近日，Fairchild宣布推出FIS1100六軸MEMS慣性測量裝置（IMU），這是對MEMS和運動跟蹤控制進行戰略投資的第一款MEMS產品。這款技術產品瞄準突破實現低功耗，高精度，并為用戶提供系統級解決方案。

FIS1100 IMU集成了專有的AttitudeEngine運動處理器和九軸傳感器融合算法，將處理功率降低至原來的十分之一，是具有完整制定定位精度的消費電子IMU。Xsens提供傳感器融合和系統級的整體解決方案。20億件目標市場，跨越多個細分應用市場。廣泛應用于支持運動、采用電池供電的應用中。

圖1 FIS1100封裝

Fairchild董事長和首席執行官Mark Thompson表示：“Fairchild推出首款MEMS產品，這是個關鍵的里程碑，意味著公司將獨特設計和制造專長應用到除電源以外的系統級解決方案。憑借因收購Xsens獲得的先進算法和深度應用技術，我們支持客戶開發針對各類快速增長的細分市場（如消費電子、工業和健康）的先進運動解決方案。”

借助內置AttitudeEngine運動處理器與XKF3傳感器的融合，FIS1100 IMU是一個低功耗、高準確度系統解決方案，為開發人員提供永不斷線傳感器技術，可用于運動、健身和保健用的可穿戴傳感器、行人導航、自主機器人，以及虛擬和增強實境。

IHS的MEMS傳感器總監即高級首席分析師JérémieBouchaud談道：“消費電子設備運動跟蹤已經從游戲接口和智能手機快速擴展到很多新型移動事物互聯網應用。由于設計人員期待通過運動來實現其產品的差異化，在IMU中集成運動處理器和完整軟件解決方案能夠加速產品上市時間，同時確保實現競爭目標如小型化、較長的電池壽命和運動跟蹤準確度等之間的最佳平衡。”

FIS1100 IMU是如何實現在低功耗的情況下同時保證高精度呢？AttitudeEngine在內部以高速率處理六軸慣性數據，并以與應用需要匹配的低速率輸出給主機處理器，因此無需高頻率中斷。這樣，在保證功耗和精確度的前提下，系統處理器處于休眠模式的時間延長，從而提供更長的電池使用時間。綁定的XKF3高性能九軸傳感器融合算法綜合了來自芯片上的陀螺儀和加速計的慣性傳感器數據和來自外部磁力計的數據。傳感器融合還包括背景自動校準，在準確度、一致性和流動性方面提供卓越的性能。結合 XKF3傳感器融合算法后，FIS1100成為全球首款符合定位（四元素）規范的完整消費電子慣性測量裝置，具有±3°的俯仰和側滾準確度，以及±5°的偏航準確度。

圖2 低功耗高精度實現架構與傳統架構對比

圖3 通過采用FIS1100AttitudeEngine功率降低至原十分之一

FIS1100采用Fairchild的專有MEMS工藝，專門針對慣性傳感器而設計。該工藝具有多個設計元素，能夠實現最佳性能、尺寸和魯棒性。這些包括60μm器件層，具有高縱橫比、硅通孔(TSV)互聯和垂直電極，以及具有雙真空設計的獨特單芯片陀螺儀和加速計。

FIS1100關鍵設計規格

采用 3.3×3.3×1mm LGA封裝的單裸片MEMS六軸陀螺儀＋加速計

包含九軸傳感器融合庫和內嵌式運動處理器

標定±3o的縱橫定位精度和±5o的偏航/航向定位精度

從±32 dps至±2560 dps以及從±2g至±8g的較大動態范圍

低噪音50 μg/√Hz加速計和10 mdps/√Hz陀螺儀

低延遲、高分辨率OIS模式

1536字節的較大FIFO，支持較低的系統功耗

主機串連接口支持I²C或SPI

I²C主模式，用于與外部磁力計接口