Эволюция МЭМС-продуктов компании Analog Devices и современные инерциальные измерительные модули iSensor

PDF версия
В статье представлен обзор МЭМС-датчиков компании Analog Devices, эволюционировавших от самых первых продуктов для систем автомобильной безопасности до современного поколения инерциальных модулей iSensor.

Введение

Разработку технологий производства интегральных датчиков ускорения на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС) компания Analog Devices (ADI) начала в конце 80‑х годов прошлого века, для чего было сформировано отделение MEMS Division of Analog Devices в городе Уилмингтон (штат Массачусетс). Под руководством доктора Ричарда Пэйна (Dr. Richard Payne) группа инженеров отделения создавала технологию емкостных датчиков ускорения поверхностного типа, формируемых в едином технологическом процессе с узлами обработки сигналов полупроводниковых микросхем.

Поверхностными называют датчики, позволяющие детектировать ускорение в плоскости, параллельной поверхности кристалла микросхем, на которых они расположены. Датчики ускорения этого типа, в отличие от объемного травления, получаются методом поверхностной микрообработки, поэтому они позволяют детектировать ускорение по двум осям на поверхности. Первый интегральный датчик ускорения ADXL50 (цифра 50 означает диапазон измеряемых ускорений ±50 g), чей прототип был продемонстрирован компанией в 1989 году, представлял собой конденсаторную систему, обкладки которой сформированы на подложке кристалла интегральной микросхемы в едином технологическом процессе с компонентами самой микросхемы.

Структура кристалла микросхемы ADXL50

Рис. 1. Структура кристалла микросхемы ADXL50

На рис. 1 показана структура кристалла микросхемы ADXL50, размеры кристалла 3×3 мм, размеры датчика ускорения в центре кристалла 500×625 мкм, микросхема выполнена в металлическом корпусе ТО‑100, ось чувствительности лежит в плоскости, параллельной основанию микросхемы в направлении ключа (рис. 2).

Микросхема ADXL50 без крышки

Рис. 2. Микросхема ADXL50 без крышки

На рис. 3 схематично показано устройство одной ячейки датчика (всего 42 ячейки), при возникновении ускорения в направлении оси чувствительности подвижная инерциальная масса датчика, связанная с подвижными обкладками конденсаторной системы, отклоняется от исходного положения, в результате чего изменяются значения емкостей CS1, CS2. Изменения этих емкостей регистрируются дифференциальной измерительной схемой, преобразующей величину ускорения в изменения выходного напряжения.

Устройство ячейки емкостного датчика

Рис. 3. Устройство ячейки емкостного датчика

Массовое производство акселерометра ADXL50 началось в 1991 году, его широко применяли в системах управления подушками безопасности автомобилей, защищающими водителя при авариях. Стоимость существовавших прежде систем активации подушек безопасности находилась в пределах $400–600 (до 1990 года), использование ADXL50 снижало цену до $50–80, благодаря чему этот акселерометр стал первым массовым прибором, изготовлявшимся многомиллионными тиражами (отпускная цена микросхем в больших партиях не превышала $10–12) [1].

В 1995 году компания представила более чувствительный акселерометр ADXL05, сферы применения которого были значительно расширены. Прибор мог измерять не только ускорения, но и угол наклона относительно плоскости земной поверхности, скорость, расстояния, вибрацию и ударную нагрузку. Все измерения косвенные и возможны после проведения калибровки в исходном состоянии. Микросхема выполнена в таком же корпусе и совместима по выводам с ADXL50, выбираемый пользователем диапазон измерений может находиться в пределах от ±1 до ±5 g, а чувствительность от 200 мВ/g до 1 В/g.

Функциональная схема измерителя ускорений на основе ADXL05 и ряда других акселерометров компании приведена на рис. 4. Противофазные импульсы генератора несущей с частотой 1 МГц (Carrier Generator на рис. 1) поступают на неподвижные обкладки конденсаторной системы поверхностного датчика ускорения. При отсутствии ускорения и в горизонтальном положении микросхемы на подвижных обкладках конденсаторной системы импульсы несущей отсутствуют, при отклонении инерциальной массы под воздействием ускорения или силы тяжести на выходе буферного усилителя появляются положительные или отрицательные импульсы в зависимости от направления ускорения. Сигнал с выхода усилителя подается на фазочувствительный демодулятор, преобразующий ВЧ-импульсы в низкочастотные сигналы с полосой до 10 кГц (определяется полосой пропускания ФНЧ). Для снижения влияния внешних воздействий и отклонений параметров элементов в схему введена отрицательная обратная связь через резистор сопротивлением 3 МОм на подвижные обкладки датчика [2].

Функциональная схема измерителя ускорения

Рис. 4. Функциональная схема измерителя ускорения

В 1996 году компания выпустила первые акселерометры с торговой маркой iMEMS (Integrated MEMS) — ADXL150 (одноосевой) и ADXL250 (двухосевой). Одним из основных отличий приборов iMEMS является более высокая степень интеграции, в связи с чем для их работы нужен только один внешний конденсатор фильтра по цепи питания. Двухосевой прибор ADXL250 характеризуется наличием дополнительного датчика ускорения, расположенного перпендикулярно к другому, в результате чего у него имеется дополнительная ось чувствительности AY (рис. 5) [3].

Микросхемы ADXL150/250

Рис. 5. Микросхемы ADXL150/250

Для работы в цифровых измерительных системах выходные сигналы аналоговых акселерометров обычно преобразовываются в цифровую форму с помощью АЦП, устанавливаемых рядом с ними, что в случае их удаленного расположения негативно сказывается на эффективности из-за повышенного энергопотребления. В 1998 году ADI выпустила первый в мире коммерческий двухосевой акселерометр ADXL202 с током потребления 0,6 мА и возможностью непосредственного подключения к микропроцессорам измерительных систем. В приборе используется косвенный метод измерения при помощи модуляции DCM (Duty Cycle Modulation). Выходные сигналы микросхемы представляют собой импульсную последовательность, коэффициент заполнения импульсов D которой пропорционален ускорению. D = 50% (скважность S = 2) соответствует нулевому ускорению, чувствительность прибора 12,5%/g, возможно измерение ускорения с разрешением 5 мg, а также углов наклона с точностью ±1° [4].

В 2005 году компания выпустила первый трехосевой акселерометр ADXL330, выполненный в миниатюрном корпусе LFCSP‑16 размерами 4×4×1,5 мм на основе датчика ускорения iMEMS (вид на плате на рис. 6). Прибор отличается малым токопотреблением (200 мкА) при низком напряжении питания (1,8–3,6 В), диапазон измерения ускорений ±3 g, чувствительность 300 мВ/g. Микросхема характеризуется высокой стойкостью к внешним воздействиям: диапазон рабочих температур –55…+125 °C; допустимые ударные нагрузки до 10 000 g, это позволяет использовать приборы в аппаратуре специального назначения с жесткими условиями эксплуатации.

Микросхема ADXL330 на плате

Рис. 6. Микросхема ADXL330 на плате

В 2002 году ADI выпустила первый в мире интегральный МЭМС-гироскоп ADXRS150, выполненный по технологии iMEMS. В качестве чувствительного элемента в микросхеме применен емкостный вибрационный датчик угловой скорости с чувствительностью ±150 °/с. Микросхема выполнена в корпусе CSPBGA‑32 размерами 7×7×3,2 мм, при горизонтальном положении корпуса прибор может регистрировать углы рыскания (Yaw Rate) при поворотах вокруг вертикальной оси Z (рис. 7). Прибор отличается низким уровнем шума (0,05 °/с/Гц) и высоким подавлением вибраций [5].

Микросхема ADXRS150

Рис. 7. Микросхема ADXRS150

В 2006 году компания выпустила программируемый одноосевой Yaw Rate гироскоп ADIS16250 семейства iSensor, в корпус LGA‑20 прибора размерами 11×11×5,5 мм интегрированы емкостные датчики iMEMS, системы аналоговой и аналого-цифровой обработки сигналов, а также датчик температуры. Выходные данные угловой скорости передаются через последовательный 14‑разрядный интерфейс SPI (данные о температуре — через 12‑разрядный).

 

Актуальные продукты

В последующие годы номенклатура МЭМС-продуктов компании продолжала интенсивно расширяться. При этом многие инерциальные приборы разработки 2004–2009 годов по-прежнему были популярны у потребителей и включались в продуктовые каталоги вплоть до 2015 года. По мере усложнения выпускаемых инерциальных МЭМС-продуктов их во многих случаях уже некорректно называть просто датчиками ускорения и гироскопами. По терминологии компании многофункциональные МЭМС-приборы получили названия подсистем акселерометров, гироскопов и инерциальных измерительных модулей семейства iSensor с общим обозначением ADIS. Подробно рассмотреть в одной статье приборы этих категорий нереально, поэтому здесь приведены основные данные и особенности наиболее сложных и многофункциональных продуктов компании — инерциальных измерительных модулей. Аналоговые и цифровые акселерометры, гироскопы и подсистемы iSensor требуют отдельного описания. МЭМС-продукты, представленные в различных категориях каталога компании за 2015 год, перечислены далее [6].

МЭМС-акселерометры

В эту категорию включено 27 типов аналоговых и цифровых акселерометров, как широкого применения, так и специального назначения с рабочим диапазоном температур от –40/–55 до +105/+125 °C. А микросхема ADXL206 обеспечивает гарантированную наработку 1000 ч в диапазоне температур от –40 до +175 °C.

МЭМС-гироскопы

Представлено 13 типов одно- и двухосевых аналоговых и цифровых гироскопов с диапазоном измерения угловых скоростей от 100 до 20 000 °C/с широкого применения (Тр = –40…+85 °C) и специального назначения (Тр = –40/–55…+105/+125 °C). Микросхема ADXRS645 обеспечивает гарантированную наработку 1000 ч при температуре в диапазоне от –40 до +175 °C.

Подсистемы МЭМС-акселерометров iSensor

В данную категорию входят 12 типов приборов, предназначенных для измерения ускорений, углов наклона, вибрации и ударных нагрузок. Кроме собственно измерительных датчиков и схем обработки сигналов, в приборы включены дополнительные цифровые и комбинированные устройства для решения конкретных задач.

Трехосевой инклинометр и акселерометр ADIS16210 (рис. 8) обеспечивает измерение углов наклона в пределах ±180° в плоскостях крена (Х) и тангажа (Y) и ±90° в плоскости гравитации (Z). На рис. 9 показано положение прибора при наклоне +30° по оси Y, в этом положении по оси Х нулевой наклон, по оси Z — положительное значение угла наклона. Относительная точность измерения углов наклона ±0,1°, возможно также измерение ускорений в трех плоскостях в диапазоне ±1,7 g и температуры. Прибор отличается большим набором программируемых пользователем функций, что позволяет применять его для точного управления и стабилизации платформ, измерения угловых перемещений и уровней, параметров движения объектов и навигации.

Прибор ADIS16210

Рис. 8. Прибор ADIS16210

Наклон прибора ADIS16210

Рис. 9. Наклон прибора ADIS16210

Датчик вибраций ADIS16228 (рис. 10) построен на основе комбинации трехосевого акселерометра и средств обработки сигнала во временной и частотной областях. Обработка в частотной области осуществляется с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ) на 512 точках, выполняемых по каждой оси измерения с усреднением результатов БПФ. Функции обработки сигнала во временной области включают программируемый децимирующий фильтр и возможность выбора пользователем оконной функции.

Прибор ADIS16228

Рис. 10. Прибор ADIS16228

Подсистемы МЭМС-гироскопов iSensor

Представлено 9 типов приборов, обеспечивающих измерение угловых скоростей и сбор данных в автономном режиме и не требующих внешних команд конфигурирования. Как правило, возможно автоматическое и ручное управление коррекцией смещения. Последовательный периферийный интерфейс SPI и набор внутренних регистров упрощают доступ к настройкам конфигурации и откалиброванным изменениям датчика во встраиваемых процессорных платформах. Приборы ADIS16133/135/136/137 конструктивно выполнены в виде модулей размерами 44×35,6×13,8 мм (рис. 11) и характеризуются низкой плотностью шумов, широкой полосой пропускания и высокой стабильностью смещения нуля в установившихся рабочих условиях. Приборы могут быть успешно использованы в задачах управления платформами, навигации, робототехнике и медицинской измерительной технике.

Корпус гироскопов ADIS16133/135/136/137

Рис. 11. Корпус гироскопов ADIS16133/135/136/137

МЭМС инерциальные измерительные модули iSensor (iSensor MEMS IMU)

В данную категорию входит 15 типов наиболее сложных приборов, представляющих собой многофункциональные и дорогостоящие (сотни долларов) измерительные системы на основе комбинаций многоосевых высокостабильных гироскопов, акселерометров, а также в ряде модулей, магнетометров, датчиков давления и температуры. Приборы этой категории способны измерять параметры движения по углам рыскания (Yaw Rate), крена (Roll Axis) и тангажа (Pitch Axis) и представляют собой готовые к использованию решения с высокой степенью интеграции, обладающие простым программируемым интерфейсом и полностью откалиброванные при изготовлении. Инерциальные измерительные модули iSensor обеспечивают надежное детектирование и измерение параметров движения с несколькими степенями свободы в задачах повышенной сложности и динамически меняющихся условиях.

Особенности перспективных измерительных модулей ADI, разработанных в 2010–2015 годах [7]:

  • ADIS16488A (первая редакция спецификации 2015 года) — инерциальный датчик тактического класса с десятью степенями свободы. Модуль, выполненный в металлическом корпусе ML‑24-6 габаритами 44×47×14 мм (рис. 12), является полнофункциональной инерциальной измерительной подсистемой, содержащей трехосевые гироскоп, акселерометр и магнитометр, а также датчики давления и температуры, структура прибора приведена на рис. 13. Каждый из датчиков основан на комбинации технологий iMEMS и схем аналогового преобразования сигналов. При производстве модулей все датчики подвергаются калибровке чувствительности, смещения, взаимной ориентации осей и линейного ускорения. В результате каждому датчику соответствует индивидуальная формула динамической компенсации, обеспечивающая высокую точность измерений.

Прибор ADIS16488A в корпусе ML 24-6

Рис. 12. Прибор ADIS16488A в корпусе ML 24-6

Структура прибора ADIS16488A

Рис. 13. Структура прибора ADIS16488A

Применение модуля в промышленных системах обеспечивает экономически более эффективный инструмент для интеграции многоосевых инерциальных измерений с малой погрешностью, чем применение отдельных датчиков. Порт SPI и набор внутренних регистров обеспечивают простой интерфейс для сбора данных и конфигурирования. Заводские калибровки параметров модулей ускоряют и упрощают их интеграцию в промышленные системы. Модули могут быть эффективно использованы в системах управления и стабилизации платформ, навигации, контроля за перемещением персонала, в измерительной технике и робототехнике. Основные особенности и параметры модуля:

    • гироскоп: диапазон угловых скоростей ±450 °/с по каждой оси; чувствительность 3,052×10–7 °/с/LSB (LSB — единица младшего разряда); угловое отклонение ±0,05° (относительно других осей), ±1° (относительно корпуса); плотность шума 0,0059 °/с/Гц в диапазоне 10–40 Гц; полоса пропускания 330 Гц;
    • акселерометр: диапазон ускорений ±18 g; чувствительность 1,221×10–8g/LSB; плотность шума 0,063 мg/Гц в диапазоне 10–40 Гц, полоса пропускания 330 Гц;
    • магнетометр: диапазон магнитных индукций ±2,5 Гс; чувствительность 0,1 мГс/LSB; плотность шума 0,042 мГс/Гц в диапазоне 2–5 Гц, полоса пропускания 330 Гц;
    • барометр: диапазон давлений 300–1100 мбар (расширенный 10–1200 мбар); чувствительность 6,1×10–7мбар/LSB; уровень шума 0,025 мбар (rms);
    • датчик температуры: масштабный коэффициент (Scale Factor) 0,00565 °C/LSB;
    • скорость преобразования данных 2,46 kSPS;
    • параметры питания: напряжение 3–3,6 В, ток потребления 245 мА (рабочий режим), 12,2 мА (спящий режим), 45 мкА (глубокий сон);
    • эксплуатационные параметры: диапазон рабочих температур от –55 до +105 °C (исполнение ADIS16488CMLZ), удары до 2000 g, давление до 2 бар.
  • ADIS16445 (редакции спецификаций 2012–2014 гг.) — инерциальный измерительный модуль, включающий трехосевой гироскоп и трехосевой акселерометр, а также датчик температуры. Структура прибора, выполненного в корпусе ML‑20-3 размерами 24×37×11 мм, приведена на рис. 14, на рис. 15а показан внешний вид модуля с измерительными шлейфами (комплект ADIS16445/PCBZ), на рис. 15б — присоединительные размеры комплекта. Основные области применения модуля: управление и стабилизация платформ, навигационные системы, робототехника. Основные особенности и параметры прибора:

Структура прибора ADIS16445

Рис. 14. Структура прибора ADIS16445

Приборы

Рис. 15. Приборы:
а) ADIS16445 со шлейфами;
б) присоединительные размеры прибора ADIS16445AMLZ

    • гироскоп: диапазон угловых скоростей до ±250 °/с по каждой оси; чувствительность 0,0025–0,01 °/с/LSB; угловое отклонение ±0,05° (относительно других осей), ±0,5° (относительно корпуса); плотность шума 0,011 °/с/√Гц на частоте 25 Гц, полоса пропускания 330 Гц;
    • акселерометр: диапазон ускорений ±5 g; чувствительность 0,25 мg/LSB; плотность шума 0,105 мg/√Гц, полоса пропускания 330 Гц;
    • датчик температуры: чувствительность 0,07386 °C/LSB;
    • параметры питания: напряжение 3,15–3,45 В, ток потребления в рабочем режиме 74 мА;
    • эксплуатационные параметры: диапазон рабочих температур –40…+85 °C, удары до 2000 g.
  • ADIS16448 (2012–2014 гг.) — полнофункциональная инерциальная измерительная подсистема, аналогичная прибору ADIS16488A, выполненная в корпусе ML‑20-3, аналогичном корпусу прибора ADIS16445, структура прибора соответствует приведенной на рис. 13. Рассмотрим отличающиеся от ADIS16488A особенности и параметры прибора:
    • гироскоп: диапазон угловых скоростей ±1200 °/с; чувствительность 0,01–0,04 °/с/LSB, плотность шума 0,0135 °/с/Гц;
    • акселерометр: диапазон ускорений ±18 g; чувствительность 0,833 мg/LSB; плотность шума 0,23 мg/Гц;
    • магнетометр: диапазон магнитной индукции ±1,9 Гс, чувствительность 140–145 мкГс/LSB;
    • барометр: диапазон давлений 300–1100 мбар; чувствительность 0,02 мбар/LSB;
    • датчик температуры: чувствительность 0,07386 °C/LSB;
    • питание: 3,15–3,45 В/76 мА;
    • эксплуатационные характеристики: диапазон рабочих температур –40…+85 °C, удары до 2000 g, давление до 2 бар.
  • ADIS16485 (2012–2015 гг.) — инерциальная измерительная система с шестью степенями свободы. Структура прибора, выполненного в корпусе ML‑24-6, такая же, как у ADIS16445 (рис. 14). Основные особенности и параметры модуля:
    • гироскоп: диапазон угловых скоростей ±(450–480) °/с; чувствительность 3,052×10–7 °/с/LSB, плотность шума 0,0066 °/с/Гц;
    • акселерометр: диапазон ускорений ±5 g; чувствительность 3,815×10–9g/LSB; плотность шума 0,055 мg/Гц;
    • питание: 3–3,6 В, ток потребления 197 мА (рабочий режим), 12,2 мА (спящий режим), 37 мкА (глубокий сон);
    • эксплуатационные характеристики: диапазон рабочих температур –40…+105 °C, удары до 2000 g.
    • ADIS16480 (2012–2015 гг.) — инерциальная измерительная система с десятью степенями свободы и блоком цифровой обработки на основе фильтра Калмана. Структура прибора, выполненного в корпусе ML‑24-6, приведена на рис. 16. Присоединительные размеры и основные функциональные возможности модуля такие же, как у ADIS16488A, но с дополнительными возможностями, реализованными за счет применения расширенного фильтра Калмана (EKF — Extended Kalman Filter). Эти возможности обеспечивают высокую точность определения параметров ориентации: 0,3° по углу рыскания и 0,1° по углам тангажа (дифферента) и крена, основные характеристики прибора приведены в [8].
Структура прибора ADIS16480

Рис. 16. Структура прибора ADIS16480

  • ADIS16407 (2011 г.) — инерциальная измерительная система с десятью степенями свободы, структура модуля, выполненного в корпусе ML‑24-2 размерами 23×23×23 мм (внешний вид на рис. 17), соответствует приведенной на рис. 13. Основные особенности и параметры прибора:
    • гироскоп: диапазон угловых скоростей ±350 °/с; чувствительность 0,05 °/с/LSB; плотность шума 0,044 °/с/Гц;
    • акселерометр: диапазон ускорений ±18 g; чувствительность 3,33 мg/LSB; плотность шума 0,5 мg/Гц;
    • магнитометр: диапазон магнитной индукции ±3,5 Гс, чувствительность 0,5 мГс/LSB;
    • барометр: диапазон давлений 300–1100 мбар (расширенный 10–1200 мбар), чувствительность 0,3125 мкбар/LSB;
    • датчик температуры: чувствительность 0,14 °C/LSB;
    • питание: напряжение 4,75–5,25 В, ток потребления 70 мА в рабочем режиме, 1,4 мкА в спящем режиме;
    • эксплуатационные параметры: диапазон рабочих температур –40…+105 °C, удары до 2000 g, давление до 6 бар.
Прибор ADIS16407

Рис. 17. Прибор ADIS16407

  • ADIS16334 (2011–2013 гг.) — инерциальная измерительная подсистема с шестью степенями свободы (внешний вид соответствует рис. 15а), структура прибора, выполненного в корпусе ML‑20-1 размерами 24×33×11 мм, приведена на рис. 18. Основные особенности и параметры модуля:
    • гироскоп: диапазон угловых скоростей ±350 °/с; чувствительность 0,0125–0,05 °/с/LSB; плотность шума 0,04 °/с/Гц;
    • акселерометр: диапазон ускорений ±5,25 g; чувствительность 1 мg/LSB; плотность шума 221 мкg/Гц;
    • датчик температуры: масштабный коэффициент 0,0678 °C/LSB;
    • питание: напряжение 4,75–5,25 В, ток потребления 47 мА в рабочем режиме;
    • эксплуатационные параметры: диапазон рабочих температур –40…+105 °C, удары до 2000 g.
Структура прибора ADIS16334

Рис. 18. Структура прибора ADIS16334

  • ADIS16375 (2010–2012 гг.) — инерциальная измерительная подсистема с шестью степенями свободы. Структура прибора, выполненного в корпусе ML‑24-6 (как и ADIS16488A), приведена на рис. 19. Параметры, отличающиеся от соответствующих параметров прибора ADIS16334: чувствительность гироскопа 0,01311 °/с/LSB; плотность шума гироскопа 0,02 °/с/Гц; диапазон ускорений ±18 g; чувствительность акселерометра 0,8192 мg/LSB; плотность шума акселерометра 0,06 мg/Гц; масштабный коэффициент датчика температуры 0,00565 °C/LSB; питание 3–3,6 В/137 мА.
Структура прибора ADIS16375

Рис. 19. Структура прибора ADIS16375

  • ADIS16305 (2010–2014 гг.) — инерциальная измерительная система с четырьмя степенями свободы. В отличие от прибора ADIS16375 в данном модуле, выполненном в корпусе ML‑24-4 размерами 31×23×8 мм (внешний вид на рис. 20), применен одно-осевой гироскоп для определения углов рыскания в диапазоне ±350 °/с (чувствительность 0,05 °/с/LSB). Диапазон измеряемых ускорений ±3,6 g, чувствительность акселерометра 0,594–0,606 мg/LSB, плотность шума 340 мкg/Гц. Напряжение питания 5 В, ток потребления 42 мА (в спящем режиме 0,5 мА). Диапазон рабочих температур –40…+85 °C.
Прибор ADIS16305

Рис. 20. Прибор ADIS16305

  • ADIS16367 (2010–2012 гг.) — инерциальная измерительная подсистема с шестью степенями свободы. Структура прибора, выполненного в корпусе ML‑24-2 (как ADIS16407), соответствует рис. 19 (как у ADIS16375). Основные особенности и параметры прибора:
    • гироскоп: диапазон угловых скоростей до ±1400 °/с; чувствительность 0,198–0,202 °/с/LSB; плотность шума 0,044 °/с/Гц;
    • акселерометр: диапазон ускорений ±18 g; чувствительность 3,33 мg/LSB; плотность шума 0,5 мg/Гц;
    • датчик температуры: масштабный коэффициент 0,136 °C/LSB;
    • питание: напряжение 4,75–5,25 В, ток потребления 49 мА в рабочем режиме, 0,5 мА в спящем режиме;
    • эксплуатационные характеристики: диапазон рабочих температур –40…+105 °C, удары до 2000 g.

В каталоге компании 2015 года представлены и более ранние (2008, 2009 гг.) подсистемы:

  • ADIS16362, ADIS16364, ADIS16365 — шестиосевые инерциальные измерительные подсистемы в корпусе ML‑24-2.
  • ADIS16405 — девятиосевая инерциальная измерительная подсистема в корпусе ML‑24-2.
  • ADIS16300 — четырехосевая инерциальная измерительная подсистема в корпусе ML‑24-4.

 

Заключение

При выборе инерциальных измерительных МЭМС-модулей iSensor, рассмотренных в статье, кроме основных параметров, точностных и функциональных характеристик приборов, разработчикам систем на их основе также важны конструктивные особенности, цена и наличие исполнений для жестких условий эксплуатации. Конструктивные особенности приборов в основном определяются типами корпусов, всего предлагается пять типов корпусов, имеющих одинаковые габариты и присоединительные параметры:

  • ML‑24-6 (рис. 12) используется в модулях ADIS16488A/16485/16480/16375. На рис. 21 показан внешний вид модуля, установленного на печатную плату, в качестве ответного соединителя используется розетка CLM‑112-02 компании Samtec (24 контакта). К плате модули крепятся четырьмя винтами М2×0,4 мм.
Внешний вид модуля, установленную на печатную плату

Рис. 21. Внешний вид модуля, установленную на печатную плату

  • ML‑20-3 (рис. 15) — ADIS16445/16448, ответный соединитель CLM‑110-02 (20 контактов).
  • ML‑24-2 (рис. 17) — ADIS16407/16367/16362/16364/16365/16405. На рис. 22 показан модуль, установленный на отладочной плате ADISUSBZ с интерфейсом USB, ответный соединитель CLM‑112-02 (24 контакта).
Модуль, установленный на отладочной плате ADISUSBZ с интерфейсом USB

Рис. 22. Модуль, установленный на отладочной плате ADISUSBZ с интерфейсом USB

  • ML‑24-1 (рис. 15) — ADIS16334, ответный соединитель CLM‑110-02 (20 контактов).
  • ML‑24-4 (рис. 20) — ADIS16305/16300, ответный соединитель Samtec FTSH‑112-03 (24 контакта).

Ориентировочные цены модулей приведены на сайте компании [7] и находятся в пределах от $74 (ADIS16300) до $1545 (ADIS16480). Большинство исполнений модулей рассчитано на промышленный диапазон рабочих температур –40…+85 °C и «автомобильный» — –40…+105 °C, расширенный диапазон рабочих температур имеет исполнение ADIS16488BLMZ (–55…+105 °C).

Литература
  1. Riedel B. A Surface-Micromachined, Monolithic Accelerometer. Analog Dialogue, Vol. 27, Number 2, 1993. 
  2. Kitchin C. Micromachine Complete-on-a‑Chip Sensor Measures ±5‑g Accelerations. Analog Dialogue, Vol. 29, Number 1, 1995.
  3. Samuels H. Single-and-Dual-Axis Micromachined Accelerometers. Analog Dialogue, Vol. 30, Number 4, 1996. 
  4. Weinberg H. Dual Axis, Low g, Fully Integrated Accelerometers. Analog Dialogue, Vol. 33, 1999.
  5. Geen J., Krakauer D. New iMEMS Angular-Rate-Sensing Gyroscope. Analog Dialogue, Vol. 37, Number 1, 2003. 
  6. www.analog.com/ru/index.html
  7. www.analog.com/ru/products/mems/isensor-mems-inertial-measurement-units.html
  8. Сысоева С. Мобильные МЭМС-датчики инерции. Стандарты де-факто и новые шаги производителей // Компоненты и технологии. 2013. № 1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *