Fairchild MEMS采用九轴传感器融合的智能IMU实现高精度低功耗

去年三月，在上海慕尼黑电子展上Fairchild宣布推出全新品牌进行重大转型，将公司全部资源集中在创新产品和优质服务开发方面，帮助工程师缩短移动设备、穿戴式技术等在能源管理方面有高要求产品的上市时间。承诺向客户提供独特全面的解决方案，包括电源管理方案和最优化的器件、专业的产品设计和制造经验，缩短客户设计和交付新产品的时间。Fairchild最终目标是提供全新技术和服务水平，帮助工程师利用最先进、高能效的产品开发出超越客户期望的解决方案。时过一年，Fairchild以行动兑现了承诺，近日，Fairchild宣布推出FIS1100六轴MEMS惯性测量装置（IMU），这是对MEMS和运动跟踪控制进行战略投资的第一款MEMS产品。这款技术产品瞄准突破实现低功耗，高精度，并为用户提供系统级解决方案。

FIS1100 IMU集成了专有的AttitudeEngine运动处理器和九轴传感器融合算法，将处理功率降低至原来的十分之一，是具有完整制定定位精度的消费电子IMU。Xsens提供传感器融合和系统级的整体解决方案。20亿件目标市场，跨越多个细分应用市场。广泛应用于支持运动、采用电池供电的应用中。
 

图1  FIS1100封装

Fairchild董事长和首席执行官Mark Thompson表示：“Fairchild推出首款MEMS产品，这是个关键的里程碑，意味着公司将独特设计和制造专长应用到除电源以外的系统级解决方案。凭借因收购Xsens获得的先进算法和深度应用技术，我们支持客户开发针对各类快速增长的细分市场（如消费电子、工业和健康）的先进运动解决方案。”

借助内置AttitudeEngine运动处理器与XKF3传感器的融合，FIS1100 IMU是一个低功耗、高准确度系统解决方案，为开发人员提供永不断线传感器技术，可用于运动、健身和保健用的可穿戴传感器、行人导航、自主机器人，以及虚拟和增强实境。

IHS的MEMS传感器总监即高级首席分析师JérémieBouchaud谈道：“消费电子设备运动跟踪已经从游戏接口和智能手机快速扩展到很多新型移动事物互联网应用。由于设计人员期待通过运动来实现其产品的差异化，在IMU中集成运动处理器和完整软件解决方案能够加速产品上市时间，同时确保实现竞争目标如小型化、较长的电池寿命和运动跟踪准确度等之间的最佳平衡。”

FIS1100 IMU是如何实现在低功耗的情况下同时保证高精度呢？AttitudeEngine在内部以高速率处理六轴惯性数据，并以与应用需要匹配的低速率输出给主机处理器，因此无需高频率中断。这样，在保证功耗和精确度的前提下，系统处理器处于休眠模式的时间延长，从而提供更长的电池使用时间。绑定的XKF3高性能九轴传感器融合算法综合了来自芯片上的陀螺仪和加速计的惯性传感器数据和来自外部磁力计的数据。传感器融合还包括背景自动校准，在准确度、一致性和流动性方面提供卓越的性能。结合 XKF3传感器融合算法后，FIS1100成为全球首款符合定位（四元素）规范的完整消费电子惯性测量装置，具有±3°的俯仰和侧滚准确度，以及±5°的偏航准确度。

图2  低功耗高精度实现架构与传统架构对比

图3  通过采用FIS1100AttitudeEngine功率降低至原十分之一

FIS1100采用Fairchild的专有MEMS工艺，专门针对惯性传感器而设计。该工艺具有多个设计元素，能够实现最佳性能、尺寸和鲁棒性。这些包括60µm器件层，具有高纵横比、硅通孔(TSV)互联和垂直电极，以及具有双真空设计的独特单芯片陀螺仪和加速计。

FIS1100关键设计规格

采用 3.3×3.3×1mm LGA封装的单裸片MEMS六轴陀螺仪＋加速计

包含九轴传感器融合库和内嵌式运动处理器

 标定±3º的纵横定位精度和±5º的偏航/航向定位精度

从±32 dps至±2560 dps以及从±2g至±8g的较大动态范围

低噪音50 µg/√Hz加速计和10 mdps/√Hz陀螺仪

 低延迟、高分辨率OIS模式

1536字节的较大FIFO，支持较低的系统功耗

主机串连接口支持I²C或SPI

I²C主模式，用于与外部磁力计接口