اطلاعات عمومی
- نام چیپ: MPU-9250
- تولیدکننده: TDK InvenSense
- مهمترین ویژگی کلیدی: MPU-9250 – دستگاه 9-محوره MEMS MotionTracking™، با ژیروسکوپ 3-محوره، شتابسنج 3-محوره و مغناطیسسنج 3-محوره، ارائه دهنده محدودههای قابل تنظیم و مصرف توان پایین.
- دسته عملکردی: دستگاه 9-محوره MEMS MotionTracking™ / سنسور IMU
- یک توضیح فنی کوتاه: MPU-9250 یک دستگاه 9-محوره MEMS MotionTracking™ است که یک ژیروسکوپ 3-محوره، یک شتابسنج 3-محوره و یک مغناطیسسنج 3-محوره را به همراه یک پردازنده حرکت دیجیتال (DMP) یکپارچه میکند. این دستگاه محدودههای اندازهگیری قابل تنظیم و عملکرد کممصرف را برای کاربردهای حسگر حرکت فراهم میکند. MPU-9250 دادههای سنسور فیلتر شده، کالیبره شده و خام را از طریق رابط دیجیتال خود خروجی میدهد.
فلسفه طراحی
MPU-9250 به منظور ارائه یک راه حل 9-محوره MotionTracking™ با یکپارچگی بالا، فشرده و کمتوان طراحی شده است. این سنسور به نیاز فنی به سنسورهای گسسته متعدد برای ردیابی حرکت پاسخ میدهد و با ترکیب ژیروسکوپ، شتابسنج و مغناطیسسنج به همراه یک پردازنده حرکت دیجیتال، آنها را در یک پکیج واحد جای میدهد. این یکپارچگی با هدف سادهسازی طراحی، کاهش فضای بورد و کاهش مصرف توان کلی سیستم برای کاربردهای حسگر حرکت دشوار صورت گرفته است.
شرح عمومی
MPU-9250 یک دستگاه 9-محوره MEMS MotionTracking™ با یکپارچگی بالا است که به عنوان یک راه حل حسگر جامع برای جمعآوری دادههای حرکت پیچیده عمل میکند. این دستگاه یک ژیروسکوپ 3-محوره، یک شتابسنج 3-محوره و یک مغناطیسسنج 3-محوره را بر روی یک تراشه سیلیکونی واحد، به همراه یک پردازنده حرکت دیجیتال (DMP) اختصاصی، ترکیب میکند.
این قطعه برای ارائه اندازهگیری دقیق و بلادرنگ سرعت زاویهای، شتاب خطی و قدرت میدان مغناطیسی مهندسی شده است. معماری داخلی آن از جمعآوری، پردازش و خروجی اطلاعات حرکت پشتیبانی میکند، بدون اینکه نیاز به دخالت قابل توجهی از سوی میکروکنترلر میزبان داشته باشد.
در یک سیستم الکترونیکی، MPU-9250 به عنوان یک دستگاه ورودی اصلی برای حسگر حرکت عمل میکند و دادههای سنسور کالیبره شده و خام را به پردازنده سیستم ارائه میدهد. این سنسور نقش حیاتی در کاربردهایی ایفا میکند که نیازمند درک دقیق موقعیت، جهتگیری و حرکت یک شیء در فضای سهبعدی هستند.
کاربردها
- گوشیهای هوشمند و تبلتها
- حسگرهای پوشیدنی (Wearable Sensors)
- پهپادها (Drones)
- رباتیک
- اینترنت اشیا (IoT)
ویژگیهای کلیدی
- ژیروسکوپ 3-محوره یکپارچه با محدودههای تماممقیاس قابل برنامهریزی (±250 dps تا ±2000 dps)
- شتابسنج 3-محوره یکپارچه با محدودههای تماممقیاس قابل برنامهریزی (±2g تا ±16g)
- مغناطیسسنج 3-محوره یکپارچه با محدوده اندازهگیری تماممقیاس ±4800 µT
- پردازنده حرکت دیجیتال (DMP) داخلی برای الگوریتمهای پردازش حرکت روی تراشه
- رابطهای سریال دیجیتال I²C و SPI برای ارتباط با میزبان
- مصرف توان پایین (ژیروسکوپ: 3.2 میلیآمپر، شتابسنج: 450 میکروآمپر در حالت عملیاتی)
- مبدلهای آنالوگ به دیجیتال (ADCs) 16-بیتی روی تراشه
- فیلترهای دیجیتال قابل برنامهریزی برای کاهش نویز
- رابط master I²C کمکی برای یکپارچهسازی سنسورهای خارجی
- پکیج فشرده 3 میلیمتر × 3 میلیمتر × 1 میلیمتر QFN
مزایا
- ارائه یک راه حل یکپارچه حسگر حرکت 9-محوره، کاهش تعداد قطعات و فضای بورد.
- دارای پکیج فشرده 3 میلیمتر × 3 میلیمتر × 1 میلیمتر، مناسب برای طراحیهای با فرم فاکتور کوچک.
- ارائه مصرف توان پایین، افزایش عمر باتری در کاربردهای قابل حمل.
- شامل پردازنده حرکت دیجیتال (DMP) داخلی برای انتقال محاسبات پیچیده از MCU میزبان.
- امکان اتصال مستقیم یک سنسور فشار خارجی از طریق باس سنسور I²C اختصاصی.
- سادهسازی یکپارچهسازی در سطح سیستم در مقایسه با استفاده از قطعات سنسور گسسته.
محدودیتها
- برای کنترل کامل سیستم و تفسیر دادههای خاص برنامه فراتر از خروجیهای DMP، به یک میکروکنترلر (MCU) خارجی نیاز دارد.
- عملکرد بهینه اغلب مستلزم کالیبراسیون اولیه و دورهای برای Bias ژیروسکوپ، Bias شتابسنج و مغناطیسسنج است.
- جزء مغناطیسسنج (AK8963) دارای ویژگیها و محدودیتهای خاص خود است که با سنسورهای اینرسی MEMS متفاوت است.
- فقط دارای رابط دیجیتال است و فاقد خروجیهای آنالوگ مستقیم برای دادههای خام سنسور است.
Key Technical Specifications
| Specification | Value |
|---|---|
| Supply Voltage (VDD) | 2.4 V to 3.6 V |
| I/O Supply Voltage (VDDIO) | 1.71 V to 3.6 V |
| Gyroscope Operating Current | 3.2 mA |
| Accelerometer Operating Current | 450 µA |
| Magnetometer Operating Current | 280 µA (8 Hz ODR), 1.3 mA (100 Hz ODR) |
| ADC Resolution | 16-bit |
| Gyroscope Sampling Rate | Up to 32 kHz |
| Accelerometer Sampling Rate | Up to 4 kHz |
| Operating Temperature Range | -40°C to +85°C |
| Package Type | 24-pin QFN (3 mm x 3 mm x 1 mm) |
معماری داخلی
MPU-9250 دارای یک معماری سنسور سهگانه است که شامل یک ژیروسکوپ MEMS 3-محوره، یک شتابسنج MEMS 3-محوره و یک مغناطیسسنج 3-محوره یکپارچه (AK8963) میشود. خروجی هر یک از این سنسورها به مبدلهای آنالوگ به دیجیتال (ADCs) 16-بیتی اختصاصی برای دیجیتالی شدن تغذیه میشود. پس از ADCها، فیلترهای دیجیتال قابل برنامهریزی برای کاهش نویز بر روی دادههای سنسور اعمال میشوند.
دادههای دیجیتال فیلتر شده سپس به پردازنده حرکت دیجیتال (DMP) داخلی هدایت میشوند. DMP مسئول الگوریتمهای پیچیده پردازش حرکت، ترکیب سنسور (sensor fusion) است و همچنین میتواند یک سنسور خارجی را از طریق رابط I²C کمکی خود مدیریت کند. دادههای پردازش شده یا خوانشهای خام سنسور را میتوان به طور موقت در یک بافر FIFO روی تراشه ذخیره کرد.
ارتباط با یک میکروکنترلر میزبان از طریق رابط سریال I²C یا SPI با سرعت بالا تسهیل میشود. این دستگاه همچنین شامل یک سنسور دما روی تراشه برای جبران حرارتی و منطق تولید اینتراپت (interrupt) قوی برای اطلاعرسانی رویدادهای سیستمی به میزبان است.
سوالات فنی متداول
س1: MPU-9250 چگونه ردیابی حرکت 9-محوره را فراهم میکند؟
ج1: MPU-9250 یک ژیروسکوپ 3-محوره و یک شتابسنج 3-محوره (بخشی از MPU-6500) را با یک مغناطیسسنج 3-محوره جداگانه (AK8963) در یک System-in-Package (SiP) واحد یکپارچه میکند. سپس یک پردازنده حرکت دیجیتال (DMP) داخلی، دادههای هر سه سنسور را پردازش میکند تا خروجیهای حرکت 9-محوره را ارائه دهد.س2: MPU-9250 از چه رابطهای ارتباطی دیجیتالی پشتیبانی میکند؟
ج2: MPU-9250 از هر دو رابط سریال I²C و SPI برای ارتباط با یک پردازنده میزبان پشتیبانی میکند. رابط I²C با فرکانس حداکثر 400 کیلوهرتز و رابط SPI با سرعت کلاک حداکثر 20 مگاهرتز کار میکند.س3: آیا میتوان یک سنسور خارجی را مستقیماً به MPU-9250 متصل کرد؟
ج3: بله، MPU-9250 شامل یک رابط master I²C کمکی اختصاصی است. این رابط به دستگاه اجازه میدهد تا به یک سنسور دیجیتال خارجی، مانند سنسور فشار، متصل شده و دادههای آن را بخواند، بدون اینکه نیاز به دخالت مستقیم از پردازنده اصلی سیستم باشد.س4: محدودههای اندازهگیری تماممقیاس قابل تنظیم برای شتابسنج و ژیروسکوپ کداماند؟
ج4: شتابسنج 3-محوره محدودههای تماممقیاس قابل برنامهریزی ±2g، ±4g، ±8g و ±16g را ارائه میدهد. ژیروسکوپ 3-محوره نیز محدودههای تماممقیاس قابل برنامهریزی ±250 dps، ±500 dps، ±1000 dps و ±2000 dps را فراهم میکند.
قطعات مشابه / جایگزین
- MPU-9150, TDK InvenSense, دستگاه 9-محوره MEMS MotionTracking™ نسل قبلی.
- MPU-6500, TDK InvenSense, IMU 6-محوره (ژیروسکوپ + شتابسنج) MEMS یکپارچه.
- ICM-20948, TDK InvenSense, دستگاه 9-محوره MEMS MotionTracking™ نسل بعدی.
جدول مراجع
| Resource Type | Official Manufacturer Link |
|---|---|
| Datasheet | MPU-9250 Product Specification Revision 1.1 |
| Product Brief | MPU-9250 Product Page |
| Application Notes | AN-MPU-9250-C: AK8963 Magnetometer Data Consistency Application Note |
این بخش برای معرفی ICهای مهم و پرکاربرد تهیه شده است و هدف آن آشنایی بیشتر طراحان و علاقهمندان به الکترونیک میباشد. لطفاً توجه داشته باشید که همه قطعات ارائه شده در اینجا لزوماً بخشی از سبد محصولات ما نیستند؛ با این حال، در صورت نیاز، میتوانید درخواست تأمین خود را با تماس با ما در orders@gebrabit.com ارسال نمایید.