اطلاعات عمومی
- نام تراشه: BMI160
- تولید کننده: Bosch Sensortec
- مهمترین ویژگی کلیدی: BMI160 – حسگر IMU شش محوره، شتابسنج تا ±16g، ژیروسکوپ تا ±2000 dps، و نویز کم (180 µg/√Hz شتابسنج، 8 mdps/√Hz ژیروسکوپ).
- دسته بندی عملکردی: حسگر IMU
- توضیحات فنی کوتاه: BMI160 یک واحد اندازهگیری اینرسی (IMU) دیجیتال، کممصرف و 6 محوره است. این تراشه یک شتابسنج 3 محوره و یک ژیروسکوپ 3 محوره را برای ارائه دادههای حرکتی دقیق با قابلیتهای اندازهگیری جامع و نویز ذاتی پایین ادغام میکند. این دستگاه جریانهای داده اینرسی دیجیتالی شده را از طریق رابطهای سریال استاندارد برای پردازش سیستم بعدی ارائه میدهد.
فلسفه طراحی
BMI160 برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای حسگرهای حرکتی دقیق و کممصرف در کاربردهای "همیشه روشن" (always-on) با ابعاد فشرده طراحی شد. این تراشه یک شکاف فنی را در نیاز به یک راهحل بسیار یکپارچه که یک شتابسنج MEMS و یک ژیروسکوپ MEMS قابل اعتماد را در یک بسته کوچک ترکیب میکند، برطرف میسازد، در حالی که مصرف برق را به حداقل میرساند. این امر عمر باتری طولانیتری را برای دستگاههای قابل حمل و پوشیدنی بدون به خطر انداختن عملکرد امکانپذیر میسازد.
توضیحات عمومی
BMI160 یک واحد اندازهگیری اینرسی (IMU) دیجیتال و 6 محوره با یکپارچگی بالا است که توسط Bosch Sensortec توسعه یافته است. این تراشه یک شتابسنج 3 محوره و یک ژیروسکوپ 3 محوره را در یک بسته فشرده واحد ترکیب میکند و آن را برای طیف وسیعی از کاربردها با محدودیت فضا مناسب میسازد. این قطعه برای ارائه قابلیتهای جامع جمعآوری دادههای حرکتی طراحی شده است.
این IMU به طور دقیق شتاب خطی و سرعت زاویهای را در امتداد سه محور متعامد اندازهگیری میکند. معماری داخلی آن دادههای خام حسگر را پردازش کرده و فیلترها و جبرانسازیهای لازم را برای اطمینان از خروجی پایدار و قابل اعتماد در سراسر محدودههای اندازهگیری مشخص شده اعمال میکند. این دستگاه برای ارائه دقت بالا در دینامیکهای حرکتی مختلف مهندسی شده است.
در یک سیستم الکترونیکی، BMI160 به عنوان منبع اصلی دادههای حرکت اینرسی عمل میکند. این تراشه اندازهگیریهای شتاب و نرخ زاویهای دیجیتالی شده را خروجی میدهد که سپس توسط یک میکروکنترلر یا پردازنده میزبان برای الگوریتمهای مختلف حسگر حرکت، ردیابی جهتگیری و پایداری استفاده میشود و به هوش و پاسخگویی کلی سیستم کمک میکند.
کاربردها
- تلفنهای هوشمند، تبلتها، فبلتها
- دستگاههای پوشیدنی، ساعتهای هوشمند، ردیابهای تناسب اندام
- واقعیت افزوده، واقعیت مجازی
- بازی، کنترل از راه دور
- پهپادها، رباتیک
- سیستمهای ناوبری شخصی
- ناوبری داخلی، Dead Reckoning عابر پیاده
ویژگیهای کلیدی
- مصرف برق بسیار پایین: 950 µA در حالت عملکرد کامل
- کوچکترین IMU شش محوره در بستهبندی LGA با ابعاد 2.5 x 3.0 x 0.83 میلیمتر مکعب
- شتابسنج دیجیتال 3 محوره با محدودههای قابل انتخاب ±2g، ±4g، ±8g، ±16g
- ژیروسکوپ دیجیتال 3 محوره با محدودههای قابل انتخاب ±125، ±250، ±500، ±1000، ±2000 dps
- عملکرد نویز پایین: 180 µg/√Hz (شتابسنج)، 8 mdps/√Hz (ژیروسکوپ)
- مبدلهای آنالوگ به دیجیتال (ADC) 16 بیتی یکپارچه
- رابط دیجیتال انعطافپذیر: SPI (3-wire/4-wire) و I²C
- بافر FIFO یکپارچه تا 1024 بایت برای مدیریت کارآمد دادهها
- موتور وقفه قابل برنامهریزی برای تشخیص حرکت و رویدادهای دیگر
- پشتیبانی از نرخ داده خروجی (ODR) تا 3.2 kHz
- ویژگیهای پیشرفته مدیریت توان شامل راهاندازی سریع و حالتهای کممصرف
- قابلیت رابط کمکی برای اتصال یک مغناطیسسنج خارجی
مزایا
- قابلیتهای حسگر حرکتی با دقت بالا که توسط مشخصات نویز کم و وضوح داده 16 بیتی امکانپذیر شده است.
- افزایش عمر باتری در کاربردهای قابل حمل و پوشیدنی به دلیل مصرف برق بسیار پایین آن.
- طراحی صرفهجویی در فضا که توسط بستهبندی فشرده 2.5 x 3.0 x 0.83 میلیمتر مکعبی ارائه شده است.
- کاهش بار پردازنده میزبان و بهبود کارایی سیستم از طریق FIFO یکپارچه و موتور وقفه هوشمند آن.
- ادغام سیستم چندمنظوره که با پشتیبانی از هر دو رابط دیجیتال SPI و I²C تسهیل میشود.
- عملکرد قوی و قابل اعتماد در طیف گستردهای از دینامیکهای حرکتی و شرایط عملیاتی.
محدودیتها
- برای پردازش دادههای پیشرفته، الگوریتمهای همجوشی حسگر و منطق خاص کاربرد، به یک میکروکنترلر خارجی نیاز دارد.
- رانش ذاتی در اندازهگیریهای ژیروسکوپ، فیلتر خارجی یا همجوشی حسگر با حسگرهای دیگر (مانند مغناطیسسنجها) را برای دقت مطلق جهتگیری درازمدت ضروری میسازد.
- عملکرد بهینه ممکن است به کالیبراسیون اولیه برای جبران بایاس و ضریب مقیاس نیاز داشته باشد.
- در حالی که از یک مغناطیسسنج خارجی پشتیبانی میکند، خود IMU اندازهگیری میدان مغناطیسی را ارائه نمیدهد.
Key Technical Specifications
| Parameter | Value | Unit |
|---|---|---|
| Supply Voltage (VDD) | 1.71 to 3.6 | V |
| I/O Supply Voltage (VDDIO) | 1.71 to 3.6 | V |
| Current Consumption (Normal mode, 200 Hz ODR, Accel+Gyro) | 950 (Typical) | µA |
| Accelerometer Measurement Range | ±2, ±4, ±8, ±16 | g |
| Gyroscope Full-Scale Angular Rate | ±125, ±250, ±500, ±1000, ±2000 | dps |
| Accelerometer Noise Density | 180 (Typical) | µg/√Hz |
| Gyroscope Noise Density | 8 (Typical) | mdps/√Hz |
| Resolution | 16 | bit |
| Maximum Output Data Rate (ODR) | 3.2 | kHz |
| Operating Temperature Range | -40 to +85 | °C |
| Package Type | LGA | N/A |
| Package Dimensions | 2.5 x 3.0 x 0.83 (Typical) | mm³ |
معماری داخلی
معماری داخلی BMI160 شامل عناصر حسگر MEMS جداگانه برای شتاب سه محوره و نرخ زاویهای سه محوره است. سیگنالهای آنالوگ تولید شده توسط این مبدلهای MEMS در بخشهای آنالوگ جلویی (analog front-end) اختصاصی، تحت تهویه اولیه شامل تقویت و فیلتر قرار میگیرند. متعاقباً، این سیگنالهای آنالوگ تهویه شده توسط مبدلهای آنالوگ به دیجیتال (ADC) 16 بیتی یکپارچه به دادههای دیجیتال تبدیل میشوند. خروجیهای دیجیتال سپس از طریق بلوکهای مختلف پردازش سیگنال دیجیتال برای فیلتر کردن بیشتر، جبران افست و پردازش اولیه همجوشی حسگر احتمالی هدایت میشوند. یک بافر FIFO (First-In, First-Out) داخلی 1024 بایتی دادههای حسگر را ذخیره میکند و کارایی انتقال داده را بهینه میسازد. دادههای پردازش شده از طریق رابطهای ارتباطی دیجیتال استاندارد صنعتی، به طور خاص SPI (با پشتیبانی از پیکربندیهای 3 سیم یا 4 سیم) و I²C، برای یک سیستم میزبان در دسترس قرار میگیرد. همچنین یک موتور وقفه یکپارچه امکان رویدادهای تحریک شده با حرکت را فراهم میکند و نیاز به نظرسنجی مداوم میکروکنترلر میزبان را کاهش میدهد.
سوالات فنی متداول
- س1: BMI160 از چه رابطهای دیجیتالی برای ارتباط با پردازنده میزبان پشتیبانی میکند؟
- ج1: BMI160 از هر دو پروتکل ارتباطی دیجیتال SPI (Serial Peripheral Interface) و I²C (Inter-Integrated Circuit) پشتیبانی میکند و انعطافپذیری را برای ادغام در معماریهای مختلف سیستم بر اساس الزامات طراحی فراهم میآورد.
- س2: چگونه میتوان مصرف برق BMI160 را در کاربردهای "همیشه روشن" بهینه کرد؟
- ج2: مصرف برق را میتوان با استفاده از حالتهای توان قابل تنظیم BMI160 (مانند حالت عادی، کممصرف، تعلیق) و تنظیم نرخ داده خروجی (ODR) شتابسنج و ژیروسکوپ برای مطابقت با حداقل الزامات برنامه، بهینه کرد. FIFO یکپارچه نیز با کاهش فرکانس خواندن میکروکنترلر میزبان، در کل توان سیستم صرفهجویی میکند.
- س3: مزیت اصلی بافر FIFO یکپارچه در BMI160 چیست؟
- ج3: بافر FIFO با ظرفیت 1024 بایت به BMI160 اجازه میدهد تا به طور خودکار دادههای حسگر را ذخیره کند. این امر نیاز به نظرسنجی یا وقفه مداوم میکروکنترلر میزبان برای دادههای جدید را به طور قابل توجهی کاهش میدهد و در نتیجه سربار CPU کمتر و صرفهجویی قابل توجه در مصرف برق برای کل سیستم را به همراه دارد.
- س4: آیا میتوان BMI160 را برای ادغام یک مغناطیسسنج خارجی جهت همجوشی حسگر 9 محوره استفاده کرد؟
- ج4: بله، BMI160 دارای یک رابط کمکی اختصاصی است که اتصال و همگامسازی بیدرنگ دادهها را با یک مغناطیسسنج خارجی تسهیل میکند. این امر یک سیستم همجوشی حسگر 9 محوره را امکانپذیر میسازد که دادههای شتاب، نرخ زاویهای و میدان مغناطیسی را برای ردیابی جهتگیری مطلق قوی ترکیب میکند.
قطعات مشابه / جایگزین
- BMI088، Bosch Sensortec، یک IMU شش محوره با عملکرد بالاتر برای کاربردهای خاص.
- BMI270، Bosch Sensortec، یک IMU هوشمند با ویژگیهای مبتنی بر هوش مصنوعی که برای دستگاههای پوشیدنی طراحی شده است.
- BMI055، Bosch Sensortec، یک IMU شش محوره نسل قبلی در بستهبندی فشرده.
- BMX160، Bosch Sensortec، یک IMU نه محوره که یک شتابسنج، ژیروسکوپ و مغناطیسسنج را یکپارچه میکند.
جدول مرجع
| نوع منبع | لینک رسمی تولید کننده |
|---|---|
| Datasheet | BMI160 digital low-power 6-axis IMU Sensor Data Sheet |
| Product Brief | BMI160 Product Flyer |
| Application Notes | BMI160 Integration Guide |
این بخش برای معرفی آیسیهای مهم و پرکاربرد تهیه شده است تا آشنایی بیشتری برای طراحان و علاقهمندان به الکترونیک فراهم آورد. لطفاً توجه داشته باشید که لزوماً همه قطعات ارائه شده در اینجا بخشی از سبد محصولات ما نیستند؛ با این حال، در صورت نیاز میتوانید با ما از طریق orders@gebrabit.com تماس گرفته و درخواست تأمین خود را ارسال نمایید.