1. 前语
选用微机电体系 (MEMS) 的惯性丈量单元 (IMU) ，其界说便是一种体系级封装芯片 (SiP) 。 其间包含一个加快仪机械感测组件、一个陀螺仪机械感测组件，还有一个能把加快和角速度转换成可读取格局的电子电路体系(也便是所谓的「脑部」)。 MEMS惯性丈量单元现已开展了几十年，已运用于部分利基商场。 不过一向要到MEMS技能到达必定成熟度，能支撑低成本小型设备，这类惯性丈量单元广泛建置在各种运用的情况才得以大幅添加。
尽管关于简略动作侦测、计步以及直式/横式屏幕等需求没那么高的运用来说，这类惯性丈量单元的效能体现已适当令人满意，传感器运用在可携式、穿戴式与物联网设备兴起后，商场急切需求进一步提高效能并下降电流耗费。 最新一代的MEMS惯性丈量单元能满意这些需求。
接下来咱们将评论 MEMS 惯性丈量单元的最新技能发展，介绍这类产品怎么帮忙硬件与软件工程师缩短开发时程，战胜长期以来所面对的应战。
2. 现代惯性丈量单元怎么满意新式运用充溢应战性的需求?
新式 MEMS 传感器运用的要求极高。 这代体现代的惯性丈量单元有必要尽量削减体积和耗电，一起还要供给高敏感度、杰出的准确度、高分辨率和超低噪声位准。 下图为一款2.5x3x0.8微型封装现代惯性丈量单元的结构图。
图 1 ：一款现代惯性丈量单元的结构图(体系级封装);尺度： 2.5x3x0.86 mm ;封装： LGA-14
除了上述要求，最新款惯性丈量单元还供给嵌入式运算法以帮忙工程人员缩短规划与开发时刻。 表1列出一款现代惯性丈量单元的首要参数及功用。
表1：现代惯性丈量单元的首要标准; mdps 指每秒毫度
咱们将评论以上表格里的部分功用，解说它们怎么帮忙工程人员规划出合适他们产品的惯性丈量单元，加快开宣布各种运用。
2.1 设备接口
有两种接口 ( SPI 和 I2C ) 可供给规划人员更多弹性来读取传感器数据。 此外惯性丈量单元也一起运用陀螺仪和加快仪，来支撑光学防抖(OIS)和电子防抖(EIS)运用。 因而，还有一个专用的辅佐SPI接口来输出光学防手震数据。
2.2印象安稳意：电子防抖和光学防抖
MEMS 惯性丈量单元最首要的长处之一，便是它的效能体现合适用在应战度高的光学防抖和电子防抖运用。 图2a和2b解说了光学防手震联机是怎么效果。
图2a：透过专用 SPI 接口输出光学防抖数据
在图 2a 里边，设备可透过专用的 SPI 接口输出光学防抖数据。 它能为光学防抖运用供给专用的可装备信号处理途径。 用户接口(UI)信号处理途径彻底独立于光学防抖的部分之外，可透过嵌入设备内部的FIFO功用加以读取。
图2b：光学防抖数据可直接或通过嵌入式 FIFO ，传送到运用程序处理器
图2b说明晰惯性丈量单元所供给的第二种处理方案。 光学防手震运用的传感器数据，可直接传送到主板上的运用程序处理器(AP)。 它也能够将数据贮存在嵌入式FIFO，然后从FIFO读取一切数据表单再供给给运用程序处理器。
2.3 惯性丈量单元供给低噪声，可改进杂乱运用程序的准确度
对许多运用来说，传感器数据的噪声位准有必要十分低。 但是以下两种极受欢迎运用所需求的惯性丈量单元，则有必要供给极低噪声位准和高度的零偏安稳性(bias stability)。
增强实际( AR )： 因为近年来 MEMS 惯性丈量单元技能有所发展，便携设备开端对增强实际功用发生浓厚兴趣。 增强实际功用，是将图画、音频和其他感测强化功用重迭在实际环境上以进行互动，并实时显现在屏幕上以便互动与操作。
室内定位： 想在 GPS 数据缺少或缺少，无法供给正确及牢靠定位数据的当地树立室内定位功用，这时 MEMS 惯性丈量单元就会扮演重要人物。 行人航位核算(PDR)是室内定位功用的首要构件，首要是靠传感器供给正确数据，才干核算新的方位和方位。 惯性丈量单元的效能和准确度，对行人航位核算处理方案的准确度来说是适当要害的。
最新式的惯性丈量单元供给低噪声陀螺仪与加快仪，以此处理这方面的问题。 早年面的表1可看出加快仪和陀螺仪的低噪声位准。
2.4 嵌入式运算法有助于缩短规划开发时刻
MEMS 惯性丈量单元的嵌入式特性，让部分运用能够革除程序代码开发的必要。 有了这些功用，软件工程师便不用为了嵌入运用编撰程序代码，有助于缩短运用程序开发周期。 举例来说，曩昔计步器运用程序需求硬件和软件工程师花上好几个月、乃至数年开发程序代码并进行测验。 但是现在只需运用嵌入了计步器运算法的MEMS惯性丈量单元就能大幅削减这方面的作业，工程师只需在设备缓存器中设定计步器运用程序相关参数即可。
现代 MEMS 惯性丈量单元的规划，已彻底适用于 Android 体系并供给以下晶载功用：
2.4.1事情侦测中止(彻底可组态)
惯性丈量单元供给事情侦测中止功用，可帮忙工程师建置各种运用而无需开发任何程序代码。 嵌入的事情侦测中止如下：
自在坠落： 只运用加快仪数据。 假如一切三个轴的加快都低于预先设定的临界值，就会发生中止。
唤醒： 当至少一个轴的加快超越预先设定的临界值，就会发生中止。
6D 与 4D 定向侦测： 只运用加快仪数据，并且有才能侦测设备在空间中的方位，让节能程序施行起来更为简易，手持设备也能主动进行印象旋转。 当设备从一个方位换到不同方位，就会发生中止。 为了辨识方位的改动，有必要契合以下情况：
· 有一轴高于临界值，两轴低于临界值(已知区域)
· 已知区域和从前不同。
可通过嵌入惯性丈量单元的专用缓存器来装备临界值。
单击与双击： 设备通过装备后，只需任何方向遭到敲击(单次或双次)就会在专用针脚上输出中止信号。 开发人员可自行装备临界值和用来辨识双击的两个事情间隔时刻。 主张的单击和双击输出速率(ODR)为400Hz和800Hz。
唤醒到休眠： 运用状况的改动辨识活动/休眠(又称作活动/无活动)。 用户设定输出速率后，假如特定时刻内一切三轴的加快数据都低于特定临界值，设备就会进入唤醒到休眠(Wake-to-Sleep)形式(设备最低输出速率12Hz )。 假如设备进入休眠(无活动)形式，且至少有一轴的加快超越临界值，那么设备就会进入休眠到唤醒形式(又称为唤醒)。
以上一切功用均可在低于 1600Hz 的输出速率下并行且正确运作。 每个事情都可透过设备的两个中止针脚(INT1和INT2)发生中止信号。
2.4.2 能耗可疏忽且效能极高的特定 IP 区块
为了近一步下降体系现有全体能耗，一起大幅节约开发人员所需时刻，新款的惯性丈量单元还包含部分嵌入式 IP 区块。 以下为两种广为运用的功用：
计步器功用：脚步侦测器和脚步核算器： 嵌入的计步器只运用加快仪数据。 它能在侦测到脚步时发生中止。 还会核算脚步事情，最多能贮存65535步(16位)。 脚步数目的重设和运算法重设是各自独立的。 最低临界值和操作全规划规模均可自行装备。
歪斜： 歪斜功用已置于硬件中，只运用加快仪数据以一起到达超低能耗和稳健度的方针。 它的依据是，每次设备歪斜度改动就会触发事情。 若要客制化用户体会，可透过下列方法装备歪斜功用：
· 可程序的均匀窗口/事情时刻。
· 可程序的中止事情发生视点临界值(默以为 35° )。
当设备发动至少两秒后，歪斜度改动 35 度以上，事情就会发生中止。 歪斜功用可用在不同情境。 举例来说，当手机放在口袋里，且用户由坐姿改为站姿，或从站姿改为坐姿时，就会牵动中止功用。 不过当手机放在口袋中而用户正在行走、跑步或爬楼梯，则不致牵动中止功用。
2.5 以惯性丈量单元做为传感器中枢
最新式惯性丈量单元最首要的长处之一，便是嵌入式的传感器中枢功用。 惯性丈量单元供给硬件弹性空间，能以不同形式链接针脚和外部传感器，以此扩大惯性丈量单元的功用性。 传感器中枢最多可供给6个传感器运用：2个内部传感器(加快仪和陀螺仪)和4个外部传感器。 下图是以惯性丈量单位做为传感器中枢的图解。 惯性丈量单元供给首要的I2C组态，以链接外部传感器并搜集数据。 两个内部传感器所搜集到的数据，可一起贮存在嵌入式FIFO里。 有两种选项可牵动首要的I2C，从外部传感器搜集数据：
1) 和内部数据备妥(data-ready)信号(加快仪或陀螺仪)达到同步。
2) 跟来自其间一个传感器的外部信号达到同步(专用PAD)。
这种传感器中枢的长处包含数据连接、数据同步、布局与选路更为简易，并且能下降全体体系能耗。
3. 定论
选用 MEMS 的最新式惯性丈量单元，不光功用大为提高，还能帮忙体系规划和运用程序开发人员大幅缩短规划和开发时刻。 这类惯性丈量单元的价格已大幅下降，效能和嵌入式功用却大大提高。 新式的惯性丈量单元已帮忙硬件和软件工程师完成新的运用概念。 新一代的MEMS惯性丈量单元将持续供给新增功用并提高效能，以满意体系工程师和运用程序开发人员越来越高的等待。
