MEMS ivmeölçer kullanarak düşük güçlü uygulama tasarımı
Düşük güç tüketimi, pil ömrünü uzatmak için MEMS ivmeölçer (İvmeölçer) sensörünü kullanabilir. Sensörler giderek daha fazla enerji verimli hale geliyor ve çeşitli yerleşik işlevler de genel sistem enerji tüketimini azaltmaya yardımcı oluyor. Örneğin, kullanıcı cihazı kullanmadığında, harekete duyarlı uyandırma işlevi tüm sistemi hareketsiz tutar. Ancak genel güç tüketimini azaltmak için MEMS ivmeölçerleri kullanmanın başka birçok olasılığı vardır.
MEMS ivme ölçer sensöründen başlayarak, çalışma modu esnek olmalıdır. Şekil 1'de gösterildiği gibi, sensörün çözünürlüğünü ve çıktı veri hızını biliyoruz Diğer yandan, akım tüketimi ile karşılaştırıldığında, ikisi arasında bir uzlaşma olmalıdır - çözünürlük veya veri hızı ne kadar yüksekse, akım tüketimi o kadar büyük olur. ,tersine. Neyse ki, piyasadaki bazı sensörler çok küçük bir mikroamper ortamında çalışabilir ve güç kapatıldığında veya bekleme modundayken yalnızca birkaç nanoamper elektrik tüketebilir.
Şekil 1: Sensör parametreleri pil ömrünü etkiler
Bazı yüksek talepli uygulamalar için, sensörün çalışma modu hızlı bir şekilde değiştirilebilir ve çözünürlük ve veri aktarım hızı yalnızca gerçek bir ihtiyaç olduğunda artırılacaktır. Hatta bazı sensörler modları otomatik olarak değiştirebilir. Müşteriler, aktif durumda gerekli olan çözünürlüğü ve veri aktarım hızını kendileri yapılandırabilir ve başlangıç koşullarını özelleştirebilir. Bu sırada sensör statik bir duruma girecek, ancak verileri ölçmeye devam edecek ve çok düşük bir veri aktarım hızı ve çözünürlüğünde ilerleyecek ve yalnızca belirli bir koşul (eylem olayı) meydana geldiğinde etkin duruma geri dönecektir.
Bir başka iyi tasarım ilkesi, düşük güç kaynağı seviyeleri kullanmaktır, çünkü daha düşük güç kaynağı seviyeleri aynı zamanda daha düşük akım tüketimi anlamına gelir. Bu nedenle düşük güç uygulamaları için 1,8 V güç kaynağı ilk tercihtir.
Bazı tasarımlarda sensörün güç çevrimi kullanılabilir. Sensörün güç kaynağı yalnızca ölçülmesi gerektiğinde etkinleştirilecektir, aksi takdirde sensör kapanacaktır. Bunu mikrodenetleyicinin pinlerinden sensöre güç sağlayarak yapabiliriz. resim 2'de gösterildiği gibi. Bu teknolojiyi uygularken, güç bütçesini doğru hesaplamanız gerekir çünkü her sensörün yapılandırılması ve çıktı onaylanana ve doğru veriler sağlanana kadar beklenmesi gerekir.
Şekil 2: Mikro denetleyicinin pimlerini kontrol ederek sensör güç kaynağını kontrol etme
Çoğu MEMS ivmeölçer dijital sensörlerdir, yani ölçülen analog sinyalleri dijital verilere dönüştürebilirler. Sinyal bozulmasına karşı düşük hassasiyetle birleştirilmiş entegre analog sinyal dönüştürücü sayesinde, malzeme listesi kalemleri azaltılabilir, ancak bu tek avantaj değildir. Yerleşik kesinti üreteci MEMS ivmeölçer, kullanıcı tarafından ayarlanan parametre koşulları karşılandığında bir tetikleme sinyali üretebilir.Bu, hareketle uyandırma fonksiyonunu indüklemenin bir yoludur. Mikrodenetleyici (MCU), sensörü uyandırma tetikleyicisi oluşturacak şekilde yapılandırır ve son derece düşük güç tüketimiyle uyku moduna girer. Bir eylem algılandığında, sensör bir kesinti sinyali üretecek ve MCU sinyali aldıktan sonra uygun bir çalışma moduna geçecek ve daha sonra meydana gelen durumla ilgilenecektir.
Dijital sensörler, mikro denetleyici tarafından gerçekleştirilen hareket işleme ile ilgili görevleri de üstlenebilir. MCU elbette aynı işi yapabilir, ancak güç verimliliği çok daha düşüktür - MCU'nun güç tüketimi miliamper hesaplamasıdır ve sensör mikroamperdir. Serbest düşüş, tek nokta, çift tıklama (kullanıcı eylemleri fare tıklamalarına benzer), portre / manzara yön tespiti vb. Algılaması sensörün dahili mantığı ile gerçekleştirilir. MCU'nun herhangi bir hesaplama yapması gerekmez, yalnızca bir kesintinin tetiklenmesini beklemesi ve yalnızca gerçekleştiğinde eylemlere tepki vermesi gerekir.
Dijital sensörler genellikle hızlanma verilerini ölçmek için kullanılan yapılandırılabilir filtreleri entegre eder. Düşük geçişli (düşük geçişli), yüksek geçişli (yüksek geçişli) ve hatta örtüşme filtreleri MCU'daki verileri önceden işlemek ve boşaltmayı artırmak için kullanılabilir. .
Sensörlere gömülü veri tamponlarının çoğu, ilk giren ilk çıkar (FIFO) türüne aittir, çünkü MCU'nun veri okuma sıklığını azaltmasına ve böylece akım tüketimini azaltmasına izin verir. Bu şekilde, mikro denetleyici diğer görevleri gerçekleştirebilir, uyku süresini uzatabilir ve ayrıca sensörle seri iletişim için gereken zamandan tasarruf edebilir.
Sensör ve mikro denetleyici arasındaki seri iletişim de genel güç tüketimini artırır. Ultra düşük güçlü uygulamalar için, seri iletişim, bir mikroamper her işlendiğinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Çoğu MEMS ivmeölçer, seri çevresel arabirim (SPI) ve I2C arabirimi aracılığıyla iletişim kurar. SPI arabirimi güç tüketimi açısından daha verimlidir.Üç neden vardır: Birincisi, iletişim hattında ek akım tüketimine neden olacak bir kurşun olmaması; ikincisi daha yüksek bir veri hızını desteklemek; üçüncüsü, seri protokolün ek yükünü azaltmaktır.
Hangi arayüz kullanılırsa kullanılsın, uygulamaların sensörleri sorgulamak yerine veriye hazır kesintileri kullanmasına izin vererek, yani sürekli olarak yeni verilerin kullanılabilirlik durumunu talep ederek seri iletişimi önemli ölçüde azaltabiliriz. Sensör veri ölçümünü ve dönüştürmeyi tamamladığında, veri hazırlama kesintisi otomatik olarak oluşturulur ve yeni veri seti MCU tarafından okunur. Bu kesinti etkinleştirildiğinde, MCU, tek bir okuma eylemiyle sensörden çıkış verilerini hemen okuyacaktır.
Daha önce bahsedildiği gibi, sensör çıktısının daha düşük veri hızı, mevcut güç tüketiminin daha düşük olduğu anlamına gelir Bu nedenle, sözde tek veri dönüştürme mekanizması, Şekil 3'te gösterildiği gibi, sensör ve uygulamanın gerektirdiği veriler arasında mükemmel bir eşleşme olabilir. Bu mekanizmayı kullanarak, sensör pini üzerindeki harici bir tetikleme sinyali veya bir seri komut kullanılarak MCU'dan başlatılan bir yazmaç yazma ile. Bu şekilde elde edilen veriler sensörde saklanacaktır. Sensör ayrıca, veri dönüştürmenin tamamlandığını MCU'ya bildirmek için bir veri hazırlama kesinti sinyali başlatabilir ve veriler artık uygulama programı aracılığıyla okunabilir. Bu fonksiyonla, 1Hz'den düşük olursa olsun veya önceden tanımlanmış aralığın dışındaki herhangi bir veri hızı gerçekleştirilebilir.
Şekil 3: Tek veri dönüştürme mekanizması
Bu makale, düşük güç uygulamaları için önemli olan MEMS ivmeölçer sensör işlevini ve bunun sistem tasarımında nasıl kullanılacağını tartışmaktadır. ST'nin en yeni LIS2DW12 ultra düşük güçlü 3 eksenli MEMS ivmeölçeri, yeni uygulamaların tasarımına esneklik getirmek için ivmeölçer sensörünü kullanabilir, çünkü akım tüketimi 1Ua kadar düşük olabilir, ayrıca birden fazla işletim modülü ve çıkışı olabilir. Veri hızı aralığı, son derece geniş, zengin gömülü, yüksek sıcaklık kararlılığı ve dijital filtreler ve ilk giren ilk çıkar arabellekleri gibi çeşitli gelişmiş işlevlerdir. Birçok düşük güç uygulamasının LIS2DW12'nin avantajlarından yararlanabileceğine inanıyoruz. Bu sensör, kullanıcılara özellikle aşağıdaki alanlarda avantajlar sağlayacaktır: hareket algılama işlevleri ve kullanıcı arayüzleri, elde tutulan ekipman akıllı enerji tasarrufu işlevleri, elektrikle ilgili hareket izleme ve kablosuz sensör düğümü etki tanıma kaydı (etki tanıma kaydı).
