拓展智能系统市场 ST剑指联网智能感知(一)

2013-11-19 09:48:40来源: 互联网

第一代消费电子MEMS传感器驱动的运动感知应用最初只用于消费电子产品,如游戏控制台和首批智能手机。现在,智能感知应用被广泛用于所有的电子应用领域:定位导航、工业控制、楼宇自动化以及医疗保健。 智能传感器是现实“模拟”世界与电子数字世界之间的交互界面。意法半导体提供用户开发智能感知整体解决方案所需的各种器件。智能感知方案由下列模块组成:运动识别、环境传感器低功耗微控制器、用户界面和通信接口。

  消费电子、工业控制、能源计量及医疗仪器,所有电子产品都在提高本身的智能化程度,这归功于电子系统大规模引入嵌入式智能感知、数字管理和联网功能。因此,今后几年,传感器特别是MEMS产品将是半导体市场上最有前景的技术,据IHS iSuppli预测,2016年销售收入预计达到125亿美元,复合年增长率CAGR达到9.7%,而整个半导体市场的CAGR预计仅为4.5%。

  智能感知平台

  本文所述智能感知平台由五个主要模块组成,如图1所示:该智能感知平台是一个先进智能感知应用的完整解决方案。

  (1)运动MEMS:加速度计、磁强计、陀螺仪(或iNEMO惯性传感器模块和数字罗盘模块)

  (2)环境传感器:温度传感器和湿度传感器

  (3)系统数据管理:低功耗8/32位微控制器

  (4)数据接口:ZigBee、低功耗蓝牙( BLE)、低于1GHz的射频以太网

  (5)用户界面:触摸屏、触控键和近距离检测传感器

  运动MEMS模块是一个9自由度的运动感知级,由3轴数字陀螺仪(L3GD20)、系统级封装数字罗盘(LSM303DLHC)模块和3轴数字磁强传感器组成。陀螺仪用于测量角速度,最大量程±2000°/s ;数字罗盘模块集成3轴数字线性加速度传感器,能够测量线性加速度,最大量程±16g;3轴数字磁强传感器的量程为8.1 Gauss。意法半导体的产品组合还包括单封装3轴数字或模拟加速度计(LIS3DH),最大量程±24g。

 图1:典型的智能感知平台框图

  图1:典型的智能感知平台框图

  在环境传感器模块内,MEMS压力代表运动识别的第10个自由度。事实上,因为260-1260mbar的绝对量程和0.020 mbar分辨率,压力传感器(LPS331AP)能够识别海拔高度,例如,室内导航的楼层位置。压力湿度二合一传感器(开发中)的绝对量程0-100%RH,分辨率 》 0.05% RH,以及模拟或数字温度传感器(STTS751, STLM20),是环境监测智能感知解决方案的重要组件。

  数据接口模块有四个不同的解决方案:功耗蓝牙(BLE)(控制器开发中),兼容Bluetooth 4.0标准,工作频率2.45 GHz,传输速率大约200kbit/s。

  ZigBee产品(STM32W)兼容IEEE 802.15.4无线个人区域网络标准(WPAN),美国和澳大利亚的工作频率为915 MHz,欧洲为868 MHz,世界其它地区为2.4 GHz。数据传输速率为20-900 Kbs/s。

  另一个射频产品是功耗极低的无线收发器,工作频率低于1 GHz,(SPIRIT1)能够工作在不同的频带,支持不同的调制方法:2-FSK、GFSK、OOK、ASK和MSK。

  线缆接口采用快速以太网,这是业界最广泛使用的局域网标准。意法半导体产品(STE100P)是一个10/100 Mbps收发器,兼容IEEE802.3u 100Base-TX 和 IEEE802.3 10Base-T标准。该平台的数字管理方案可选用8位或32位低功耗微控制器。

  微控制器的功耗特性以及整个系统器件的功耗,是便携消费电子以及停电时备用电池供电的24小时监测系统的基本要求 。

  触感产品(触摸屏, 触控键和近距离检测传感器)用户界面代表直观的输入输出工具,可简化很多应用的设置修改,例如,家庭耗源显示器。

意法半导体为智能感知平台带来差异化产品组合

  (1)运动MEMS

  凭借先进的技术和创新的设计,意法半导体一举成为全球最大的便携和消费电子MEMS厂商。加速度计和陀螺仪产量逾20亿件,意法半导体颠覆了用户界面设计方式,运用技术简化了使用体验方式。意法半导体提供各种3轴线性加速度计以及单轴或3轴陀螺仪、6轴数字罗盘和6轴或9轴iNEMO惯性传感模块。运动MEMS的目标应用为:移动设备的智能界面,自由落体检测和硬盘保护,工业运动跟踪和振动监测,导航,运动健身器材和3D标签等。

  a.加速度计

  意法半导体提供先进的3轴模拟和数字加速度计,产品主要特性包括±24g满量程、高分辨率、嵌入式智能功能和先进的省电功能。

  b.陀螺仪

  意法半导体陀螺仪产品线也十分广泛,包括1轴、2轴和3轴陀螺仪。满量程宽广(30-2000 °/s),航向、横滚和俯仰三轴共用一个质量块,测量精度十分出色。意法半导体的陀螺仪具有出色的时间稳定性和温度稳定性,适用于消费电子和工业市场。

  c.数字罗盘

  意法半导体的数字罗盘在一个封装内集成一个3轴数字磁强传感器和一个3轴数字加速度计。 LSM303DLx系列数字罗盘的加速度量程为±2至±16g,磁强量程为±1.3到±8.1gauss。数字罗盘包括智能功率功能,可实现低电流消耗和嵌入式自检。这些特性使数字罗盘成为先进导航和智能位置服务的理想选择。

  d.iNEMO惯性传感器模块

  iNEMO是意法半导体为先进应用开发的6轴或9轴惯性传感器模块,可满足3D运动识别的多个自由度需求。iNEMO系列包括:LSM320/330/333系统封装(SiP)。意法半导体的系统封装和板载系统iNEMO惯性传感器模块可与意法半导体新开发的传感器融合软件(iNEMO Engine Lite&Pro)配合使用,设计可靠且可自定义的多轴MEMS软硬件解决方案。

  (2)SPIRIT1 - 低数据速率、低功耗且低于1GHz的收发器

  SPIRIT1芯片是意法半导体独有的灵活且低功耗的的收发器,工作频率低于1GHz,集成包处理器。 这款器件的工作频段为150-174 MHz、300-348MHz、387-470 MHz、779-956 MHz,支持多个调制方法:2-FSK, GMSK, GFSK, MSK, OOK和ASK。数据速率从1-500 kbps,本身集成一个开关电源,可实现极低的功耗,优于所有竞争产品。

图2:SPIRIT1描述_评估板的结构

  图2:SPIRIT1描述_评估板的结构

  (3)低功耗蓝牙

  意法半导体正在开发一个功耗极低的Bluetooth Low Energy (BLE)蓝牙控制器,新产品兼容蓝牙标准4.0,集成低功耗的物理层、内嵌安全引擎的链路层、主控制器接口(HCI)和电源管理。该器件的评估工具是由该芯片模块和充当该系统的微控制器STM32L组成。评估工具还配备一个GUI应用软件,用于配置控制器,执行部分低功耗蓝牙通信。

图3:BLE控制器评估板

  图3:BLE控制器评估板

  (4)低功耗微控制器

  通过不同的省电模式,意法半导体找到了高性能与低功耗之间的最佳平衡点,以优化用户应用的电能消耗。为更好地服务这个市场,意法半导体正在研发超低功耗微控制器平台。8位STM8L和32位STM32L微控制器采用意法半导体独有的130纳米超低泄漏电流制程,该超低功耗微控制器平台叫作EnergyLite。凭借EnergyLite平台,STM8L和STM32L微控制器取得业界最低功耗,在SRAM数据保存且RTC正常运行时,功耗仅1.3µA,待机功耗300nA。

图4:STM8和STM32的市场定位

  图4:STM8和STM32的市场定位

关键字:智能系统  ST剑  联网  智能感知

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1119/article_20918.html
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