Żyroskopy

Firma STMicroelectronics szybko rozwinęła rodzinę produkowanych przez siebie żyroskopów MEMS, obecnie liczy ona 21 typów sensorów, zarówno 1-/2- jak i 3-osiowych. Producent oferuje żyroskopy o zakresach pomiarowych od +/–30^o/s do +/–2000^o/s, w zależności od typu mogą być wyposażone w wyjścia analogowe lub mają zintegrowane „pokładowe” przetworniki A/C. Tak wyposażone żyroskopy oferują rozdzielczość konwersji każdego kanału wynoszącą 16 bitów, podobnie do wcześniej przedstawionych akcelerometrów dostęp do danych można uzyskać za pomocą interfejsu I2C lub SPI (do wyboru, w zależności od preferencji użytkownika – rysunek 6).

Rys. 6. Schemat blokowy 3-osiowego żyroskopu L3GD20

Tendencje rozwojowe w rodzinie żyroskopów oferowanych przez STMicroelectronics są podobne do wspomnianych przy okazji akcelerometrów: zmniejszane są ich wymiary (domyślny trend to wymiary 4x4x1 mm oraz 3x3x1 mm), zwiększa się także liczba funkcji pomocniczych integrowanych w obudowach sensorów (jak na przykład czujnik temperatury, konfigurowalny bufor FIFO dla danych), a także minimalizacja poboru energii – zarówno poprzez zabiegi technologiczne zmniejszające prądy upływu jak i rozwiązania układowe zmniejszające pobór prądu podczas normalnej pracy sensora.

e-kompasy

W skład rodziny kompasowych czujników MEMS oferowanych przez STMicroelectronics wchodzą obecnie dwa rodzaje elementów:

• 3-osiowe czujniki pola magnetycznego zintegrowane z 3-osiowymi akcelerometrami – tworzące rodzinę LSM303xxx, charakteryzujące się zakresem pomiarowym pola magnetycznego od +/–1,3 do +/–16 Gs i zakresem pomiaru przyspieszenia od +/-2g do +/-16g, w zależności od typu sensora. Schemat blokowy czujnika tego typu (LSM303DLHC) pokazano na rysunku 7,
• 3-osiowy czujnik pola magnetycznego bez żadnych dodatkowych funkcji, czego przykładem jest jedyny tego typu sensor oznaczony symbolem LIS3MDL.

Rys. 7. Schemat blokowy czujnika kompasowego zintegrowanego z akcelerometrem (obydwa 3D) – LSM303DLHC

Wszystkie prezentowane czujniki kompasowe mają cyfrowy interfejs SPI/I2C lub wyłącznie I2C (LSM303DLHC), są oferowane w ultra miniaturowych obudowach o wymiarach 2x2x1 mm (LIS3MDL oraz LSM303C), 3x3x1 mm (LSM303D) lub 3x5x1 mm (LSM303DLHC). Rozdzielczość konwersji wyników pomiarów wynosi do 16 bitów.

Czujniki ciśnienia

Gorącą nowością w ofercie STMicroelectronics są MEMS-owe czujniki ciśnienia. Obecnie produkowany jest jeden typ takiego sensora – LPS331 – pozwalający dokonywać pomiarów ciśnienia powietrza w zakresie 260-1260 mbar z maksymalną rozdzielczością 24 bitów (co daje wartość kwantu 20mbar).

Rys. 8. Schemat blokowy czujnika ciśnienia LPS331AP

Schemat blokowy ilustrujący budowę LPS331 pokazano na rysunku 8. Jak widać jest to układ zaawansowany konstrukcyjnie, bowiem wynik odczytywany poprzez interfejs SPI/I2C jest poddawany obróbce obliczeniowej, w skład której wchodzi nie tylko eliminacja błędów wynikających z warunków pomiarów, ale także składowa temperatury, która wpływa na parametry mostka pomiarowego Wheatstone’a. Maksymalna częstotliwość odczytu danych wynosi 25 Hz, a płytka czujnikowa jest w stanie wytrzymać przeciążenia ciśnieniowe o wartości do 20-krotności zakresu pomiarowego. Wymiary obudowy LPS331AP wynoszą 3x3x1 mm, pobór prądu w trybie o niskiej rozdzielczości konwersji (kwant pomiaru 160mbar) przy częstotliwości powtarzania pomiarów 1 Hz wynosi zaledwie 5,5 mA.

Producent planuje wdrożenie w najbliższym czasie drugiego sensora oznaczonego symbolem LPS25H, którego parametry i cechy funkcjonalne są bardzo podobne do LPS331AP, ale wymiary mniejsze: wynoszą zaledwie 2,5×2,5×1 mm.

Mikrofony

Wykorzystując opracowane przez siebie zaawansowane technologie MEMS producent wdrożył do produkcji rodzinę mikrofonów dla aplikacji audio, w której są dostępne elementy z wyjściem analogowym (napięciowym) lub cyfrowym (PDM). Mikrofony z wyjściami cyfrowymi (np. MP34Dx01 lub MP45DT02) mogą pracować w konfiguracji stereofonicznej (rysunek 9), mikrofony z wyjściami analogowymi są aplikacyjnymi odpowiednikami mikrofonów pojemnościowych zintegrowanych z przedwzmacniaczami (rysunek 10).

Rys. 9. Mikrofony z wyjściami cyfrowymi mogą pracować w konfiguracjach stereofonicznych

Rys. 10. Schemat aplikacyjny analogowego mikrofonu MEMS

Charakterystyki częstotliwościowe mikrofonów zależą od typu: są dostępne modele o paśmie analogowym od 100 Hz do 10 kHz (MP33AB01) oraz od 20 Hz do 20 kHz (MP34DT01/DB01) i czułości od –38 dB_FS do –26 –38 dB_FS. W standardowej ofercie są dostępne mikrofony z otworami powietrznymi od spodu obudowy (bottom port) lub w jej górnej części (top port), co znajduje odzwierciedlenie w środkowej części oznaczenia typu (np. MP34DT oznacza mikrofon MEMS w obudowie 3×4 mm, z wyjściem cyfrowym i otworem od góry).