Современные МЭМС-датчики – это лучшая демонстрация достижений в области развития МЭМС-технологий. Самые развитые сенсоры объединяют в одном корпусе множество различных компонентов: гироскопы, акселерометры, магнитометры, альтиметры и т.д. Один из лидеров отрасли компания Bosch Sensortec пошла еще дальше, и представила новый 9-осевой датчик BMF055 со встроенным 32-битным Cortex-M0+ микроконтроллером.
 |
|
| Рис. 1. | BMF055 со встроенным 32-битным Cortex-M0+ микроконтроллером. |
Сегмент МЭМС-датчиков – один из лидеров по темпам роста среди всех сегментов на рынке электроники. За последние десять лет МЭМС-датчики прошли путь от одноосевых акселерометров и гироскопов до сложных многоосевых систем. Самые продвинутые производители умудряются в одном корпусе разместить сразу несколько различных сенсоров: акселерометры, гироскопы, магнитометры, датчики давления и т.д.
Очевидно, что цифровые данные, полученные с помощью датчиков, требуют обработки. По этой причине очень часто вместе с сенсорами в одном корпусе размещают дополнительные вычислительные блоки. Они нужны для первичной цифровой обработки сигналов (ЦОС).
К сожалению, в большинстве случаев эти узкоспециализированные блоки кроме ЦОС ничего делать не умеют. В итоге разработчики вынуждены применять дополнительные внешние управляющие микроконтроллеры. Такое решение, с большим количеством корпусных компонентов, часто оказывается не таким уж компактным. Кроме того, оно приводит к расширению перечня элементов, что так же не очень хорошо.
Естественно, что у производителей давно появилось желание разместить датчики и полноценный микроконтроллер в одном корпусе. Однако для реализации такого решения требовалось решить сразу несколько серьезных задач: сохранить малые габариты, обеспечить максимальную электромагнитную совместимость датчиков и микроконтроллера, не потерять в точности измерений и разрешающей способности, не допустить значительного роста потребления и стоимости.
И вот недавно стали появляться МЭМС-системы, в которых перечисленные проблемы были решены. Одним из лидеров в этом направлении стала компания Bosch Sensortec. Первой «ласточкой» для нее стал 9-осевой датчик BNO055, о котором рассказывалось в одной из предыдущих статей на Унитере. В одном корпусе он объединял гироскоп, акселерометр, магнитометр и 32-битный Cortex-M0+ микроконтроллер. Однако этот микроконтроллер не был доступен для загрузки пользовательского кода. Он работал под управлением специализированного ПО Sensor Fusion Algorithms, которое «зашивалось» на этапе изготовления.
С тех пор был сделан еще один шаг вперед. И вот теперь к услугам разработчиков предлагается новый 9-осевой датчик BMF055 со встроенным 32-битным Cortex-M0+ микроконтроллером, программируемым пользователем (Рис. 2). Функционал BMF055 практически целиком и полностью определяется разработчиком. В данном случае, более правильным будет говорить даже не о датчике с контроллером, а о контроллере с датчиками!
 |
|
| Рис. 2. | Использование BMF055 в различных приложениях. |
BMF055 – интеллектуальная система (SiP, Systemin Package), объединяющая в одном корпусе сразу несколько различных элементов: 3-хосевой 16-битный гироскоп, 3-хосевой 14-битный акселерометр, 3-хосевой магнитометр, а также программируемый пользователем 32-битный Cortex-M0+ микроконтроллер Atmel SAMD20.
Особенности встроенного контроллера. Ключевой особенностью BMF055 является Atmel SAMD20. Это 32-битный Cortex-M0+ микроконтроллер, работающий на частотах до 48 МГц. В данном случае речь идет о топовой модели линейки SAMD20 с максимальным объемом памяти: 256 Кбайт FLASH, 32 Кбайт ОЗУ;
Работа с контроллером практически ничем не отличается от применения отдельного Atmel SAMD20. Программирование ведется через интерфейс SWD, а для разработки ПО можно использовать Atmel Studio.
Ядро Cortex-M0+ выбрано не случайно. С одной стороны оно отличается высокой производительностью 2.14 Coremark/МГц. С другой стороны, это идеальный выбор для малопотребляющей электроники, так как для него удельное потребление в активном режиме начинается всего лишь от 70 мкА/МГц.
Особенности датчиков. В составе BMF055 используются трехосевые датчики Bosch Sensortec, которые знакомы постоянным читателям Унитеры по предыдущим публикациям:
- гироскоп BMG160 с настраиваемым диапазоном измерений ±125/±250/±500/±1000/±2000 °/c;
- акселерометр BMA280 с диапазонами измерения ±2/±4/±8/±16 g;
- магнитометр BMM150 с диапазонами измерения ±1300 мкТл по осям х, у, ±2500 мкТл по оси z.
Датчики и микроконтроллер используют для связи SPI (Рис. 3). Этот интерфейс и линии прерываний доступны и для внешних устройств.
 |
|
| Рис. 3. | Архитектура BMF055. |
Несмотря на большое количество интегрированных блоков, BMF055 умещается в миниатюрном 28-выводный LGA-корпусе размером 5.2 × 3.8 × 1.13 мм!
Как было сказано выше, программирование BMF055 мало чем отличается от программирования отдельного Atmel SAMD20. Для этой цели могут использоваться стандартные программаторы и среда Atmel Studio. В дополнение к этому Bosch Sensortec предоставляет пользователям набор ПО Software Development Package, который включает API для каждого из датчиков, примеры проектов, библиотеки и плагины для Atmel Studio.
Генеральный директор и главный менеджер Bosch Sensortec Штефан Финкбайнер (Dr. Stefan Finkbeiner) рассчитывает, что основными областями применения новых датчиков BMF055 станут роботы и дроны, системы навигации, игровые приложения и геймпады, различные HMI-интерфейсы для IoT и т.д.
Характеристики BMF055:
- микроконтроллер: Atmel SAMD20 48 МГц Cortex-M0+, 256 Кбайт FLASH, 32 Кбайт ОЗУ;
- гироскоп BMG160: диапазоны измерения ±125/±250/±500/±1000/±2000 °/с, диапазон частот 12…523 Гц, чувствительность 16 LSB/(°/с) или 900 рад/с;
- акселерометр BMA280: диапазоны измерения ±2/±4/±8/±16g, диапазон частот 8…1000 Гц, чувствительность 1 LSB/mg;
- магнитометр BMM150: диапазоны измерения ±1300 мкТл по осям х, у, ±2500 мкТл по оси z, чувствительность 0.3 мкТл;
- напряжение питания микросхемы: 2.4–3.6 В;
- корпус: 28-выводный LGA размером 5.2 × 3.8 × 1.13 мм;
- диапазон рабочих температур: от –40 до 85 °C.
О компании
Компания Bosch Sensortec – подразделение консорциума Bosch, основанное в 2005 году и специализирующееся на МЭМС-сенсорах и решениях на их основе. В портфолио компании – трёх-, шести- и девятиосевые гироскопы, акселерометры и магнитометры, а также датчики температуры, влажности и т.д. С момента начала разработки МЭМС-сенсоров в 1995 году компания Bosch стала лидером на этом рынке, продав более трёх миллиардов микросхем.
Посмотреть подробные характеристики МЭМС-датчиков компании Bosch Sensortec
Купить BMF055 на РадиоЛоцман.Цены
