Sisteme integrate inteligente pe baza de dispozitive MEMS

 

Autor:J. Esfandyari, F.Pasolini, G. Xu, traducere si adaptare de Iulian Radu

Procesoarele din sistemele inteligente (telefoane mobile si tablete) au resurse interne limitate pentru achizitia si procesarea in timp real a datelor culese de senzorul MEMS. Prin urmare, sa remarcat nevoia de a include mai multa putere de calcul in dispozitivul MEMS insusi pentru a reduce incarcarea cu date si sarcini a procesorului principal dintr-un sistem inteligent.

Orice senzor MEMS este constituit din trei parti: sensorul MEMS, o aplicatie de tipul circuitului integrat (ASIC) si capsula dispozitivului.
Elementul senzitiv are rolul de detectare capacitiva sau rezistiva a parametrilor vizati atunci cand elementul de referinta are o abatere in raport cu pozitia centrala sub influenta factorilor externi (miscarilor, fortelor sau altor factori de interes).

A doua componenta, ASIC, are rolul de amplificator care transforma semnalul de tip mecanic al elementului senzitiv intr-un semnal electric care ulterior poate fi digitalizat printr-un convertor analog/digital pentru a-l face mai intuitiv pentru utilizator. Capsula dispozitivului are rolul de a proteja deopotriva elementul de detective (senzorul) si pe cel de procesarea semnalelor din mediul exterior.

Majoritatea senzorilor MEMS au caracteristici de auto-configurare incluse constructive. Auto-testarea poate fi utila pentru pentru a verifica daca senzorul este functional dupa alimentarea ansamblului PCB. Acest test functional nu necesita miscare sau rotirea PCB pentru a fi detecta de senzorul inertial.
Inside a MEMS accelerometer and gyroscope Majoritatea senzorilor MEMS sunt dotati cu unul sau doi pini de iesire pentru conectarea la porturile de tip GPIO (General Purpose Input/Output) ale procesorului de baza. Prin urmare, procesorul de baza nu este nevoie sa fie permanent alimentat cu date de la senzor pentru a determina starea in care se afla sistemul la un moment dat. In schimb, senzorul ruleaza in fundal. Cand sunt realizate criteriile presetate, senzorul va transite un semnal de intrerupere la pini de iesire semnaland procesorului de baza activarea sa. Procesorul de baza prioritizeaza semnalul venit de la senzor si va genera o comanda in consecinta.

Regula First-in-First-out (FIFO) este o alta caracteristica care permite eficientizarea consumului de energie care va fi implementata in ASIC din cadrul dispozitivului MEMS. Procesorul de baza nu este nevoie sa fie accesat in regim permanent cu datele de la senzor, ci mai curand senzorul colecteaza datele si le memoreaza in fundal.
Cand este generata o intrerupere prin protocol FIFO procesorul de baza poate sa se activeze si citeste in respectiva sesiune intregul sir de date FIFO colectate de senzor si stocate de ASIC. Apoi, procesorul poate incepe procesarea datelor citite pentru a comanda o eventuala actiune necesara.

Deoarece unele semnale de intrerupere generate de un MEMS de tip accelerometru, pot fi emise fara a face distinctie intre miscari false de cele reale inregistrate, procesorul de baza are nevoie sa culeaga date noi prin care sa determine natura miscarii percepute. Viitorii senzori inteligenti vor trebui sa aiba mai multa putere de calcul de tipul Finite State Machine (FSM) pentru a genera doar intreruperi justificate. O solutie vizeaza integrarea unui microcontroller de mica putere intr-un senzor inertial controland dynamic si corect modul in care senzorul aduna datele si lanseaza intreruperile catre procesorul de baza.

Astfel de MEMS cu controlere incluse sunt esentiale pentru jocurile 3D, benzile rulante pentru spatii interioare, controlarea dispozitivelor mecanice cu 9 sau 10 axe de deplasare. In viitor, senzori MEMS si microcontrolere programabile pot fi combinati intr-un singur dispozitiv. Legatura wireless si alte tipuri de senzori pot fi atasate in aceasi carcasa. Senzori multipli cu un consum redus de energie si microcontrolere cu pret redus in acelasi ambalaj, sunt cele care se astepta sa apara curand pe piata.

Domeniul: Mecatronica, dispozitive MEMS,