MPU9255 — уникальный продукт, включающий в себя 3-осевой гироскоп, 3-осевой акселерометр, 3-осевой компас и цифровой процессор Digital Motion Processor (DMP™). MPU9255 создан на базе платформы MotionApps (рис. 1). Большинство датчиков InvenSense — продукты этой платформы.
Рис. 1. Платформа для создания различных датчиков InvenSense
При построении MPU9255 компания InvenSense использует гибридную технологию. Это значит, что несколько кристаллов размещаются на одной подложке и соединяются с помощью микросварки (рис. 2). MPU9255 включает два кристалла. На одном из них реализованы 3-осевой гироскоп и 3-осевой акселерометр, на другом — 3-осевой магнитометр производства компании Asahi Kasei Microdevices Corporation. Для взаимодействия с внешним управляющим процессором используются стандартные интерфейсы: I²C и SPI.
Рис. 2. Технология создания MPU9255
Также в состав MPU9255 входят различные аналоговые и цифровые блоки (рис.3):
- Цепи нормирования
- 16-битные АЦП на каждом измерительном тракте
- Система питания
- Регистры
- Коммуникационные интерфейсы
- Буфер FIFO
- 9 основных сенсоров
- Датчик температуры
Рис. 3. Структурная схема MPU9255
Одним из достоинств MPU9255 является низкое потребление. Это достигается благодаря нескольким факторам: за счет низких питающих токов функциональных узлов микросхемы, за счет возможности настройки частоты опроса и за счет использования режимов пониженного потребления.
В качестве демонстрации низких токов потребления можно привести следующие характеристики:
- потребление гироскопа в нормальном режиме составляет 3,2 мА, в спящем режиме — 8 мкА;
- акселерометр в нормальном режиме потребляет всего 450 мкА, в режимах со сниженной частотой еще меньше — 8,4 мкА при 0,98 Гц, 19,8 мкА при 31,25 Гц, а в глубоком сне и вовсе 8 мкА;
- магнитометр потребляет всего 280 мкА при частоте опроса 8 Гц.
Эффект от наличия режимов пониженного потребления усиливается за счет присутствия прерываний и встроенного буфера FIFO. MPU9255 поддерживает пять режимов прерываний: обнаружение движения, переполнение FIFO, окончание преобразования, ошибка шины I²C, сообщение по I²C. Самым интересным является прерывание при обнаружении движения. MPU9255 позволяет настраивать каждый канал как источник прерывания с программированным уровнем срабатывания. Кроме того, MPU9255 имеет аппаратную поддержку таких функций как ориентация Android-устройств, касания экрана, педометр, резкие движения.
Развитая система питания MPU9255 включает в себя основные цепи питания (в частности — LDO), цепи смещения и источники опорного напряжения, а также повышающий преобразователь.
Характеристики MPU9255:
| 3-хосевой гироскоп | Имеет четыре диапазона измерений ±250, ±500, ±1000, и ±2000 °/с, 16-битный АЦП, программируемый ФНЧ, встроенную систему калибровки |
| 3-хосевой акселерометр | Имеет четыре диапазона измерений ±2 g, ±4 g, ±8 g и ±16 g, 16-битный АЦП, встроенную систему калибровки, систему векторов прерывания |
| 3-хосевой компас на базе датчиков Холла | Имеет точность измерений 14 бит (0,6 мкТл/LSB) или 16 бит (15 мкТл/LSB), диапазон измерений ±4800 мкТл, 16-битный АЦП, встроенную систему калибровки |
| Цифровой процессор | Digital Motion Processing™ (DMP™) с поддержкой режимов пониженного потребления, системы прерываний и буфера FIFO; |
| FIFO, байт | 512 |
| Интерфейсы | 400 кГц I²C, 1 МГц SPI; |
| Напряжение питания | Основное 2,4...3,6 В VDD, входов/выходов 1,7... VDD; |
| Диапазон рабочих температур, °C | 0...85 |
MPU9255 выпускается в 24-выводном QFN с габаритами 3×3x1 мм. Также одним из самых миниатюрных 9-осевых сенсоров в мире считается MPU9250 с корпусом QFN 3×3x1 мм производства компании InvenSense. Для применения MPU9250 идеально подойдет макетная плата EVB-MPU-9250, созданная специально для него, которая предназначена для быстрого создания коммерческих решений в области фитнеса, спорта и здоровья. Плата является сенсорной платформой с 10-ю степенями свободы, сочетая в себе 9-осевой MEMS-датчик, разъем для подключения внешнего датчика, микроконтроллер, Bluetooth-радиомодуль, последовательную Flash-память, аккумулятор и зарядный модуль для него.
Перспективные области применения датчика MPU9255:
- портативные устройства (смартфоны, планшеты);
- устройства управления (пульты ДУ, игровые геймпады, 3D-манипуляторы);
- спортивная электроника (педометры, тренажеры).
