MEMS加速計(jì)讓電池壽命更持久

1、mems加速計(jì)讓電池壽命更持久低功耗可利用加速計(jì)(accelerometer)來(lái)增強(qiáng)電池壽命。傳感器變得越來(lái)越省電，所嵌入的各種功能也有助于削減整體系統(tǒng)能耗。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)用戶(hù)不用法該裝置時(shí)，動(dòng)作感應(yīng)喚醒功能讓囫圇系統(tǒng)保持休眠狀態(tài)。不過(guò)還有無(wú)數(shù)其他的可能性，利用mems加速計(jì)來(lái)削減整體功耗。從mems加速度傳感器本身動(dòng)身，其操作模式就應(yīng)當(dāng)具有靈便性。1所示，我們知道傳感器的辨別率以及輸出數(shù)據(jù)速率，相對(duì)于另一方面的消耗，兩者之間必需有所折中辨別率或數(shù)據(jù)速率越高，電流消耗就越大，反之亦然。所幸市面上的一些傳感器只需在很少的微安環(huán)境下就能運(yùn)行，在關(guān)閉電源或待機(jī)模式下也只會(huì)消耗幾納米安的電力。圖1：傳感

2、器參數(shù)影響了電池壽命針對(duì)一些高要求的應(yīng)用程序，傳感器的運(yùn)行模式可以快速更換，只在真正有需要時(shí),才會(huì)提高辨別率和數(shù)據(jù)傳輸速率。有些傳感器甚至能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式?？蛻?hù)可自行配置活動(dòng)狀態(tài)下所需要的辨別率和數(shù)據(jù)傳輸速率，并自定義啟動(dòng)它的條件。這時(shí)傳感器會(huì)進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)，但仍會(huì)繼續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)，并以極低的數(shù)據(jù)傳輸速率和辨別率舉行，等浮現(xiàn)設(shè)定條件(動(dòng)作大事)才切換回到啟動(dòng)狀態(tài)。另一個(gè)不錯(cuò)的設(shè)計(jì)原則是利用低供電水平，由于較低的供電水平也意味著更低的電流消耗。這就是為什么對(duì)于低功率的應(yīng)用，1.8v電源是首選。據(jù)羿戓設(shè)計(jì)所了解，在某些設(shè)計(jì)中，可以用法傳感器的功率循環(huán)。傳感器的電源惟獨(dú)在需要測(cè)量時(shí)才會(huì)被激活，否則傳感器就

3、會(huì)處于關(guān)閉狀態(tài)。我們可以通過(guò)從微控制器的引腳上提供傳感器的電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。2所示。在應(yīng)用這種技術(shù)時(shí)，需要正確的計(jì)算功耗預(yù)算，由于每個(gè)傳感器的啟動(dòng)都需要對(duì)其舉行配置和等待，直到輸出被確定，并提供正確的數(shù)據(jù)。圖2：透過(guò)為控制微控制器針腳控制傳感器電源供給大多數(shù)mems加速計(jì)都是數(shù)字傳感器，這代表它們可以將測(cè)量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。由于有集成的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器，加上對(duì)信號(hào)失真的敏感度較低，物料清單項(xiàng)目得以削減，但這并不是唯一的優(yōu)點(diǎn)。嵌入的中斷生成器mems加速計(jì)可以在滿(mǎn)足用戶(hù)設(shè)定的參數(shù)條件發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，這就是用動(dòng)作感應(yīng)喚醒功能的方式。微控制器()配置傳感器來(lái)產(chǎn)生一個(gè)喚醒觸發(fā)器，并進(jìn)入功耗極低的

4、睡眠模式。當(dāng)一個(gè)動(dòng)作被檢測(cè)到是，傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，mcu接到信號(hào)后會(huì)切換到一個(gè)合適的操作模式，然后處理剛剛發(fā)生的狀況。數(shù)字傳感器也可以接管有微控制器執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)處理有關(guān)的任務(wù)。mcu固然可以執(zhí)行相同的工作，但是功率效率要低得多mcu的耗電是一毫安計(jì)算，傳感器則是微安。檢測(cè)自由落體、單點(diǎn)、雙擊(用戶(hù)動(dòng)作類(lèi)似鼠標(biāo)點(diǎn)擊)、人像/景觀(guān)方向檢測(cè)等，是通過(guò)傳感器內(nèi)部規(guī)律實(shí)現(xiàn)的。mcu不需要舉行任何計(jì)算，只需要等待一個(gè)中斷觸發(fā)，并且只在它發(fā)生時(shí)對(duì)動(dòng)作作出反應(yīng)。數(shù)字傳感器常常集成可配置的過(guò)濾器，這些過(guò)濾器是用來(lái)測(cè)量加速度數(shù)據(jù)的?？捎梅ǖ屯?low-pass)、高通(high-pass)甚至是犯混疊過(guò)濾器

5、，用于mcu預(yù)處理數(shù)據(jù)，并增強(qiáng)卸載分流。嵌入傳感器的數(shù)據(jù)緩沖器大多屬于先進(jìn)先出(fifo)的類(lèi)型，由于它可以讓mcu削減讀取數(shù)據(jù)的頻率，因此降低當(dāng)前電流消耗。這樣微控制器就可以執(zhí)行其他任務(wù)、延伸休眠時(shí)光，同時(shí)也節(jié)約了與傳感器串口通訊所需的時(shí)光。傳感器與微控制器之間的串行通信也會(huì)增強(qiáng)整體功耗。對(duì)超低功耗的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，每處理一個(gè)微安倍，串行通信都有可能產(chǎn)生重大影響。大多數(shù)mems加速計(jì)都是通過(guò)串行外設(shè)接口(spi)和i2c接口舉行通信的。spi接口在功耗方面效率更高，緣由有三：一是通信線(xiàn)路上沒(méi)有會(huì)造成額外電流消耗的引線(xiàn);二是支持更高的數(shù)據(jù)率;三是串行協(xié)議的開(kāi)銷(xiāo)削減。無(wú)論用法哪種接口，我們還是可以大幅

6、削減串行通信，辦法是讓?xiě)?yīng)用程序利用數(shù)據(jù)預(yù)備中斷(data ready interrupt)，而不舉行傳感器輪詢(xún)(polling)，也就是持續(xù)哀求新數(shù)據(jù)的可用性狀態(tài)。當(dāng)傳感器完成數(shù)據(jù)測(cè)量和轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)預(yù)備中斷自動(dòng)生成，新的數(shù)據(jù)集將由mcu讀取。當(dāng)這個(gè)中斷被激活時(shí)，mcu會(huì)馬上通過(guò)單一的讀取動(dòng)作，讀取來(lái)自傳感器的輸出數(shù)據(jù)。如前文所述，傳感器輸出的數(shù)據(jù)率較低，意味著當(dāng)前的耗電量較低，因此，所謂的單數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制可以是傳感器與應(yīng)用程序所需的數(shù)據(jù)完善匹配，三所示。用法這種機(jī)制，要么是由傳感器引腳上的外部觸發(fā)信號(hào)，要么是由用法串行命令從mcu發(fā)起的寄存器寫(xiě)入。這樣獲得的數(shù)據(jù)就會(huì)存儲(chǔ)在傳感器中。傳感器還可以啟動(dòng)一個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)備中斷信號(hào)，通知mcu數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，現(xiàn)在可以通過(guò)應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)。有了這個(gè)功能，無(wú)論是低于1hz，還是任何預(yù)先定義范圍以外的數(shù)據(jù)速率都可以實(shí)現(xiàn)。圖3：?jiǎn)我粩?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制本文研究了對(duì)低功耗應(yīng)用相當(dāng)重要的mems加速儀傳感器功能，以及如何將之利用在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上。最新推出的lis2dw12超低功耗3軸mems加速儀，能利用加速儀傳感器為新型應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)帶來(lái)靈便性，由于它電流消耗最低可達(dá)1ua，加上多個(gè)運(yùn)行模塊、輸出數(shù)據(jù)速率范圍極廣、豐盛的、高溫穩(wěn)定度和各種強(qiáng)化功能，例如數(shù)位過(guò)濾器和先進(jìn)先出緩沖器。我們信任許多低功耗應(yīng)用都能享受lis2dw12的優(yōu)點(diǎn)。這款傳