МЭМС-гироскопы и акселерометры Silicon Sensing: английские традиции, японские технологии
История
Компания Silicon Sensing Systems Ltd. была образована в 1999 году в Плимуте, Великобритания, как совместное предприятие BAE Systems UK и Sumitomo Precision Products (SPP, Амагасаки, Япония).
К тому времени британский партнер имел весьма внушительное генеалогическое древо. История компании началась в 1913 году, когда в лондонском районе Пимлико на мощностях фабрики Sperry Gyroscope Company Limited было налажено производство гироскопических приборов для нужд Британского королевского флота (рис. 1). Одной из первых серийных моделей, поставленных на поток в преддверии Первой мировой войны, стал гирокомпас MK1 конструкции инженера и изобретателя Элмера Сперри. Гирокомпасы и «механические рулевые» — автопилоты Metal Mike фирмы Sperry в ощутимых количествах применялись и на кораблях Российского императорского флота.
Другие «прародители», обеспечившие компании значимое положение среди разработчиков и поставщиков оборудования для морских и авиационных систем навигации, — Kearfott, Singer, Plessey, GEC Marconi, British Aerospace. В настоящее время половиной активов совместного предприятия владеет UTC Aerospace Systems, в состав которой последовательно вошли Atlantic Inertial Systems и Goodrich.
Японский партнер SPP с начала 1960-х гг. также является одним из ключевых поставщиков национальной авиационной индустрии, владеет современными технологическими процессами и оборудованием для разработки и производства МЭМС-компонентов. Его собственные производственные мощности приближаются к 130 000 м2, а штат сотрудников достигает почти 1500 человек.
Эволюция технологий
Silicon Sensing традиционно применяет для своих гироскопов кольцевые чувствительные элементы вибрационного типа. Первоначально это были сравнительно крупные и массивные цилиндрические керамические роторы с металлизацией на внешней поверхности — поколение VSG1, 1985 год. Тем не менее для своей эпохи микромеханическая конструкция была довольно прогрессивной. В 1995 году на смену керамике пришло металлическое кольцо поколения VSG2.
Настоящий прорыв случился после того, как в 1998-м появился первый достаточно стабильный чувствительный элемент индукционного типа, выполненный по технологии МЭМС, — VSG3. Диаметр кольца — 6 мм, толщина кремниевой структуры — 100 мкм, ширина каждого подвеса Z-образной ножки — 60 мкм, на подвесе умещается три токоведущие дорожки (рис. 2).
У поколения VSG3 оказался значительный потенциал для модернизации. Несмотря на то, что с 2001 года на базе этой технологии выпущено более 20 млн высокостабильных гироскопов семейства CRS с чувствительными головками SGH01 и SGH02, новейшие модели, такие как SGH03, используют ту же базовую технологию, но обеспечивают в несколько раз более высокую стабильность и устойчивость к температурным воздействиям. Минимальный размер такого гироскопа в плане — 22×22 мм, герметичный металлический корпус, в котором кроме чувствительного элемента содержится контур возбуждения и формирования выходного аналогового сигнала, позволяет применять прибор в условиях различных внешних воздействий в расширенном диапазоне температур (рис. 3).
В 2006 году потребители получили гироскопы очередного поколения — VSG4, на этот раз c вибрирующим кольцом емкостного типа. Элемент теперь помещался в 36-выводном металлокерамическом корпусе, предназначенном для автоматизированного поверхностного монтажа. Так, наиболее известный гироскоп данного семейства CRG20 (рис. 4) занимал уже в 20 раз меньший объем в приборном отсеке по сравнению с самыми компактными гироскопами CRS.
Повысилась вибрационная стойкость, расширился диапазон измеряемых угловых скоростей, благодаря встроенному специализированному микроконтроллеру (рис. 5а) и формирователю шины у пользователя появилась возможность получать не только аналоговый, но цифровой сигнал SPI.
Новейшее поколение VSG5 представлено в 2010 году. Пьезокерамический чувствительный элемент диаметром 3 мм и схему управления и формирования сигнала удалось уместить в более компактном металлокерамическом корпусе, в очередной раз увеличилась вибрационная и ударная стойкость, расширилась полоса пропускания, уменьшились собственные шумы, появилась возможность измерять угловые скорости до 1200-2700°/с. Существенным новшеством стало наличие в семействе PinPoint CRM (рис. 6) и Orion CMS нескольких типов корпусов с различным положением чувствительного элемента — с поворотом на 90° или 30°, что позволило потребителю легко формировать прямо на печатной плате многокомпонентные сборки без применения дополнительных адаптеров. Немаловажное преимущество новых моделей — снижение в несколько раз цены гироскопа по сравнению с предыдущим поколением. К настоящему времени потребителям отгружено около 1 млн штук гироскопов поколения VSG5.
На рис. 7 приведены сравнительные размеры чувствительных элементов поколений VSG1-VSG5 и гироскопов на их основе.
Продукция и рынки
Гироскопы
Опыт показывает, что для решения конкретной технической задачи основными критериями при выборе гироскопа являются следующие параметры: диапазон измеряемых угловых скоростей, ширина полосы пропускания и уровень собственных шумов, тип интерфейса — аналоговый или цифровой, цена с учетом совокупных технических характеристик. Анализ линейки продукции и статистика продаж подтверждают, что Silicon Sensing успешно конкурирует на многих рынках благодаря грамотной технической и ценовой политике.
Недорогие массовые изделия
Это рынок, на который идеально «настроены» гироскопы PinPoint CRM100/CRM200, CRM120, их вибростойкие версии CRM102/CRM202, а также гибридные сборки Orion CMS300/CMS390. Внешний вид гироскопов CRM100, CRM102, CRM200, CRM202 показан на рис. 8.
Характеристики | PinPoint CRM100, CRM102 | PinPoint CRM200, CRM202 | |
Тип корпуса/Размер, мм | LCC17/5,7×4,8×1,2 | LCC18/6×5×2,7 | |
Способ подключения | пайка | ||
Дрейф нуля (систематическая ошибка), °/ч | 24–40; 80 | ||
Диапазон измерений, °/с | SPI |
±75; ±150; ±300; ±900; ±1200; ±2700 |
|
аналоговый | |||
Дрейф нуля на температурном диапазоне, °/c | SPI |
±3 |
|
аналоговый | |||
Случайный угловой уход, °/√ч | 0,28 | ||
Чувствительность (масштабный коэффициент) | SPI, LSB/Ус | 96; 48; 24;8 | |
аналоговый, мВ/°/с | [0,012; 0,006; 0,003; 0,001] ×Vdd/3 В/°/с | ||
Температурное смещение чувствительности, % | SPI |
±1-3; 36 |
|
аналоговый | |||
Нелинейность чувствительности, % | SPI | 0,16–0,2 | |
аналоговый | 0,06–0,2 | ||
Собственный шум (СКЗ), °/с | SPI | 0,018–0,025 | |
Полоса пропускания, Гц | 5-160 | ||
Диапазон рабочих температур, °С | –40…+105; –20…+85 | ||
Стойкость к ударам, g | 500 (1 мс)/10 000 (0,1 мс) | ||
Стойкость к вибрации (СКЗ), g | 12 (в полосе 10–5000 Гц) | ||
Время включения, с | 0,25–1 | ||
Напряжение питания, В | 2,7–3,6 | ||
Потребляемый ток, мА | 5 | ||
Вес, г | 0,1 | ||
Макетные платы |
400046-0100 (CRM100), 400046-0200 (CRM200), 400046-0300 (CRM100 и 2→RM200) |
Особенности гироскопов: миниатюрные, малопотребляющие, имеют невысокие собственные шумы, наличие двух типов корпусов для создания ортогональных трехосевых комплектов, устанавливаемые пользователем полоса пропускания и диапазон угловых скоростей, возможность конфигурации для работы с аналоговым или цифровым выходным сигналом, высокая устойчивость к ударам и вибрации.
Основные области применения:
- курсовертикали для малой авиации;
- автомобильные системы стабилизации и курсовой устойчивости;
- дистанционно управляемые модели вертолетов;
- автономные напольные транспортные тележки;
- измерительное оборудование;
- ручной и стационарный электроинструмент;
- системы распознавания жестов;
- персональные системы навигации и ориентирования в сочетании с глобальными навигационными спутниковыми системами (ГНСС);
- системы стабилизации антенн, камер и подвесов.
Гироскопы PinPoint на протяжении многих лет применяются в системах управления знаменитых электросамокатов Segway, а также в некоторых серийных изделиях российских предприятий.
Для ускорения ОКР и интеграции гироскопов в новые изделия Silicon Sensing выпускает макетные платы 400046-0100, 400046-0200, 400046-0300 (рис. 9) с установленными гироскопами, электронными компонентами, перемычками для формирования различных режимов работы и готовыми контактными площадками для подключения к внешним интерфейсам. Очень часто потребители используют такие платы в качестве OEM-компонентов для встраивания в собственные изделия.
Средний ценовой диапазон, серийные изделия
Здесь безусловным лидером является семейство гироскопов CRG20 (рис. 10) и инерциальный измерительный модуль на их основе DMU02.
Основные параметры: миниатюрные, сравнительно недорогие, оснащенные аналоговыми и цифровыми интерфейсами, высокостабильные, прошедшие индивидуальную калибровку в заводских условиях для работы в расширенном диапазоне температур.
Области применения:
- недорогая авионика — курсовертикали и пр.;
- автомобильные регистраторы параметров движения и системы навигации;
- дистанционно управляемые модели вертолетов;
- беспилотные летательные и подводные аппараты;
- телеуправляемые наземные транспортные механизмы;
- измерительное и указательное оборудование;
- ручной и стационарный электроинструмент;
- системы распознавания жестов;
- персональные системы навигации и ориентирования в сочетании с ГНСС;
- системы стабилизации антенн, камер и подвесов;
- управление кранами, погрузчиками, сельскохозяйственной техникой и навесными приспособлениями для нее;
- полигонное оборудование для испытания транспортных средств;
- траекторные регистраторы, автопилоты;
- биомеханические исследования.
Для гироскопов семейства CRG20 доступны не только макетные платы CRG20-xx-0300 (рис. 11а), но и полноценные отладочные наборы USB01-00-0100 (рис. 11б) c преобразователем интерфейса и программным обеспечением для комфортной работы в среде Windows.
Различные модификации CRG20 (табл. 2), как и инерциальный модуль DMU02, имеют стабильный сбыт на территории России.
Характеристики | CRG20-01 CRG20-02 CRG20-22 |
CRG20-12 | |
Тип корпуса/Размеры, мм | LCC36/9,5x9x3,4 | ||
Способ подключения | пайка | ||
Дрейф нуля (систематическая ошибка), °/ч | 5 | ||
Диапазон измерений, °/с | SPI | ±300 | ±800 |
аналоговый | ±75; ±300 | ||
Дрейф нуля на температурном диапазоне, °/c | SPI | <±0,4 | ±2,5 |
аналоговый | <±1 | — | |
Случайный угловой уход, °/√ч | 0,3 | 0,5-1 | |
Чувствительность (масштабный коэффициент) | SPI, LSB/°/с | 32 | |
аналоговый, мВ/°/с | 26,67; 6,67 | 2,5 | |
Температурное смещение чувствительности, % | SPI | <±0,7 | ±2 |
аналоговый | ±0,9 | — | |
Нелинейность чувствительности, % | SPI | <±0,06 | ±0,15 |
аналоговый | <±0,1 | ||
Собственный шум (СКЗ), °/c | SPI | 0,2 | 0,2 |
аналоговый | 0,3 | ||
Полоса пропускания, Гц | 40; 75; 90 | 40 | |
Диапазон рабочих температур, °С | –40…+105 | –40…+130 | |
Стойкость к ударам, g | 95 (полусинусоидальный, 2/20 мс) | ||
Стойкость к вибрации (СКЗ), g | 9 (в полосе 20-2000 Гц) | ||
Время включения, с | 0,5 | ||
Напряжение питания, В | +4,75…+5,25 | ||
Потребляемый ток, мА | 60 | ||
Вес, г | 0,8 | ||
Средства поддержки разработчиков | |||
макетная плата | отладочный набор | ||
CRG20-xx-0300 | USB01-00-0100 |
Особо ответственные применения
Таким задачам в наибольшей степени соответствуют гироскопы с наивысшими среди продукции Silicon Sensing техническими характеристиками, максимально близкими к уровню волоконно-оптических гироскопов (ВОГ): CRS09, CRS39, CRH01, SiRRS01 (рис. 12).
Основные параметры: высокие эксплуатационные характеристики, высокая точность, высокая стабильность, только аналоговый выход, встроенные температурные датчики, дополнительные порты для коррекции извне.
Основные области применения:
- высокоточное навигационное оборудование — курсовертикали;
- системы контроля и управления;
- прецизионные измерения;
- высокоточные системы стабилизации антенн, камер и подвесов;
- беспилотные летательные и подводные аппараты;
- геодезические системы;
- системы контроля состояния рельсовых путей и стабилизации положения рельсовых транспортных средств.
Специальные версии SiRRS01 успешно применяются в проектах Европейского космического агентства и имеют подтвержденный уровень радиационной стойкости, заявленный средний срок службы до отказа для этой модели составляет 300 000 часов по методике MIL-HDBK-217F.
Один из первых образцов новейшего гироскопа CRS39-01, созданного для геофизических работ, сразу после мировой премьеры был опробован отечественными специалистами и вскоре применен в измерительном оборудовании для нефтегазодобывающей отрасли.
Кольцевые вибрационные гироскопы индукционного типа прежних серий — CRS03 (рис. 13, табл. 3) и CRS07 (рис. 14, табл. 3) ощутимо дешевле своих новых собратьев, но, даже уступая им по эксплуатационным характеристикам, по-прежнему пользуются стабильным спросом и массово применяются в системах стабилизации спутниковых антенн и промышленном, технологическом оборудовании.
Характеристики | CRS03-01S CRS03-05S |
CRS03-02S CRS03-04S |
CRS03-11S (бескорпусный) | CRS07-11S CRS07-13S (бескорпусный) |
CRS07-02S | CRS09-01 CRS09-11 |
CRS09-02 CRS09-12 |
SiRRS01-01 SiRRS01-03 SiRRS01-05 SiRRS01-09 |
CRS39-01 (бескорпусный) |
CRS39-02 | CRH01 |
Тип корпуса/Размер, мм | защищенный корпус/ 29×29×18,4 | печатная плата/ 27×27×9 | печатная плата/ 22×22×13,2 | защищенный корпус/ 24,5×24,2×18,3 | защищенный корпус/ 63×63×19 | металлический корпус/ 31,8×31,8×17,3 | печатная плата/ 75×24,5×21,5 | металлический корпус/ 96×28(42,5)×23 | пластиковый корпус/ 47(33)×33,5×25,4 | ||
Способ подключения | штыревые выводы | кабель с розеткой | распайка кабеля на плату | кабель с розеткой | розетка | штыревые выводы | распайка кабеля на плату | кабель | розетка | ||
Дрейф нуля (систематическая ошибка), °/ч | — | — | — | — | — | — | — | 0,2 | 0,2-0,4; 0,4; 0,5; 1 |
||
Точность установки нуля, °/c | <±3; <±4 | <±3; <±6 | <±30 | <±30; <±3 | <±3 | <±1 | <±0,3 | — | — | ||
Диапазон измерений, °/c | ±100; ±80 | ±100; ±200 | ±573 | ±573; ±100 | ±100 | ±200 | ±100 | ±110; ±300; ±50; ±200 |
±25 | ±25; ±100; ±200; ±400 |
|
Дрейф нуля на температурном диапазоне, °/c | <±3; <±4 | <±3; <±6 | <±30 | <±30; <±3 | <±3 | <±3; <±1 | <±3; <±1 | <±3 | — | ±0,2; ±0,2; ±0,25; ±0,5 |
|
Случайный угловой уход, °/√ч | дрейф ±0,55°/с в любой период длительностью 30 с | 0,1 | <0,2 | 0,017 | 0,02…0,04 | ||||||
Чувствительность, мВ/°/с | 20; 25 | 20; 10 | 3,49 | 3,49; 20 | 20 | 10 20 | 18,18 | 80 | — | ||
Температурное смещение чувствительности, % | ±3 | <±5 | <±1 | <±3 | ±0,035 | <±1 | |||||
Нелинейность чувствительности, % | <±0,5 | 0,1 | ±1 | 0,006 | — | ||||||
Собственный шум (СКЗ), °/c | <1 мВ в полосе 3-10 Гц | 0,03 | <0,35 | 0,006 | 0,2 | ||||||
Полоса пропускания, Гц | 10 | 55 | 30; 10 | 10 | 55 | >50 | 25 | 90 | |||
Диапазон рабочих температур, °С | –40…+85 | -30…+60 -40…+85 |
–40…+85 | –40…+85 | –40…+75 | –10…+110 | –40…+85 | ||||
Стойкость к ударам, g | 200 (полусинус., 1 мс) | — | 60 (полусинус. 30 мс) | 250 | 95 (6 мс) | ||||||
Стойкость к вибрации (СКЗ), g | 2 (в полосе 20-2000 Гц) | 10 (в полосе 20-2000 Гц) | — | — | |||||||
Время включения, с | <0,2 | <0,5 | 0,3 | <120 | <0,5 | ||||||
Напряжение питания, В | +4,75…+5,25 | +4,75…+5,25 | ±5; 0 | +4,90…+5,25 | +4,75…+5,25 | ||||||
Потребляемый ток, мА | <35 | 100 | <50 | 60 | 50 | ||||||
Вес, г | <18 | 10 | 60 | <35 | <50 | — | 40 |
Для гироскопов семейств CRS03, CRS07, CRS09 (табл. 3) выпускаются отладочные комплекты CG9230 и СВ0026 (рис. 15).
Акселерометры
Стремясь быть лидером на рынке инерциальных датчиков и систем, компания Silicon Sensing не могла оставить без внимания компоненты для измерения параметров линейного движения, тем более что до недавнего времени была вынуждена в собственном инерциальном измерительном модуле применять акселерометры стороннего производителя.
Итогом целенаправленной научной разработки и совершенствования собственной технологии МЭМС-компонентов стал выпуск семейства 2-компонентных сборок прецизионных акселерометров емкостного типа Gemini CAS200 в компактных металлокерамических корпусах.
Каждый чувствительный элемент представляет собой подпружиненную массу в виде гребенки, которая может совершать ограниченные перемещения внутри другой, неподвижной гребенки. Изменение емкости вследствие увеличения и уменьшения расстояния между «пальцами» гребенок пропорционально линейному ускорению (рис. 16).
Чувствительный элемент изготовлен по технологии «кремний-на-стекле», структура из кристаллического кремния расположена в полости между двух стеклянных пластин. Блок из двух ортогональных акселерометров вместе со специализированным управляющим контроллером помещен в наполненный азотом частично вакуумированный металлокерамический корпус размером 10,4×6×2,2 мм — такая конструкция лучше противостоит конденсации влаги в корпусе в сравнении с пластиковыми корпусами, применяемыми другими производителями (рис. 17).
Линейка акселерометров в настоящее время состоит из пяти моделей CAS211-CAS215 (рис. 18а), перекрывающих диапазон измерений от 0,85 до 96g. По аналогии с апробированным на миниатюрных гироскопах семейства CRM решением, для каждой из базовых моделей предусмотрена комплементарная пара с ортогональным расположением блока чувствительных элементов CAS291-CAS295 (рис. 18б). Этот набор компонентов позволяет не только создавать компактные измерительно-управляющие системы на плате, но и обеспечивать горячее резервирование или взаимную коррекцию показаний.
Основные показатели: наличие аналогового и цифрового выхода, высокие линейность и стабильность, незначительные собственные шумы, широкая полоса пропускания, встроенный температурный датчик, расширенный диапазон рабочих температур, малая потребляемая мощность, низкая удельная стоимость.
Основные области применения:
- навигационное оборудование — курсовертикали и пр.;
- системы курсоуказания;
- геофизическое и буровое оборудование;
- системы стабилизации камер, платформ и подвесов;
- транспортное оборудование, беспилотные системы.
Следуя концепции поддержки пользовательских разработок, для каждой из моделей семейства производитель предлагает макетную плату CAS2xx-02-0300 размером 24×36 мм с краевым многоконтактным разъемом для подключения к аппаратуре управления и сбора данных (рис. 19, табл. 4). Цена платы с компонентами весьма незначительно превышает стоимость самого датчика, что оказывается приятным сюрпризом для разработчика.
Характеристики | Gemini CAS200 (CAS211/291, 212/292, 213/293, 214/294, 215/295) | |
Тип корпуса/Размер, мм | LCC14/10,4×6×2,2 | |
Способ подключения | пайка | |
Интерфейс | аналоговый; SPI | |
Диапазон измерений, g | ±0,85; ±2,5; ±10; ±30; ±96 | |
Дрейф нуля на температурном диапазоне, мg | ±50; ±50; ±50; ±150; ±500 | |
Чувствительность (масштабный коэффициент) | LSB/g | 33 500; 11 000; 2800; 1050; 300 |
мВ/g | 1150; 375; 96; 36; 10 | |
Температурное смещение чувствительности, % | 1,2 | |
Нелинейность чувствительности (от полной шкалы), % | 0,5; 0,5; 2; 2; 2 | |
Собственный шум (СКЗ), мкg√Гц | 50; 150; 150; 350; 1200 | |
Полоса пропускания, Гц | 170/250 | |
Диапазон рабочих температур, °С | -40…+125 | |
Стойкость к ударам, g | 1000 (полусинусоидальный, 1 мс) | |
Коэффициент сглаживания вибраций, мg/g2 | 0,15; 0,15; 0,15; 0,1; 0,1 (случайный в полосе 20-20 000 Гц) | |
Время включения, с | 0,15 | |
Напряжение питания, В | +2,7…+3,6 | |
Потребляемый ток, мА | 3-5 | |
Вес, г | 0,4 | |
Макетная плата | CAS2xx-02-0302 |
Инерциальные измерительные модули
Успехи в развитии технологий МЭМС привели к миниатюризации и радикальному удешевлению инерциальных датчиков, что, в свою очередь, вызвало лавинообразный рост спроса на них во множестве отраслей — от промышленности, транспорта и военной техники до бытовых приборов и индустрии развлечений. Многие производители, следуя потребностям рынка, начали предлагать комплексные решения — инерциальные измерительные модули, содержащие три оси гироскопа, три оси акселерометра, а также имеющие возможность интеграции в этот же блок электронного компаса — магнитометра, барометра и даже приемника ГНСС. В подавляющем большинстве приложений заказчику достаточно информации о линейной и угловой скорости в трехмерном пространстве.
Решению таких задач в наибольшей степени соответствует концепция измерительного модуля с 6 степенями свободы, реализованная фирмой Silicon Sensing в модели DMU02 (рис. 20). Эта относительно недорогая сборка в защищенном корпусе размером 25×25×25 мм построена на трех гироскопах CRG20 и 3-осевом акселерометре, имеет цифровой интерфейс SPI и диапазон измерений ±300°/с для канала гироскопа и ±6g для канала акселерометра. Для обмена данными с модулем на этапе разработки системы производитель предлагает использовать отладочный набор USB01-00-0100.
Основная область применения DMU02 — системы со средними ценовыми и техническими показателями, например системы стабилизации камер на БПЛА, системы контроля курса в дистанционно управляемых или беспилотных транспортных средствах.
В 2012 году фирма представила комплементарную пару комбинированных датчиков семейства Orion CMS300/CMS390 (рис. 21). Удачно сочетая собственные ранее отработанные технические решения, производитель разместил в металлокерамическом корпусе размером 10,4×6×2,2 мм гироскоп с осью чувствительности Z и два акселерометра с осями чувствительности X и Y. Таким образом получился функционально законченный гибридный блок, способный выполнять функции системы курсовой устойчивости для наземного транспорта. Логичным продолжением этой концепции стал парный модуль — с ортогональным расположением аналогичного блока датчиков. Применение этой пары сделало возможным создание весьма недорогих многоосевых систем управления движением с горячим резервированием внутри блока. Компоновка чувствительных элементов в корпусе CMS300 показана на рис. 22.
Основные показатели: только цифровой выход, высокая точность и стабильность, широкая полоса пропускания, высокая стойкость к влиянию ударов и вибраций, расширенный диапазон рабочих температур, возможность индивидуально конфигурировать диапазон измерений и полосу пропускания для каждого канала гироскопа и акселерометра, малая потребляемая мощность, низкая удельная стоимость.
Основные области применения:
- экономичное навигационное оборудование;
- измерительные системы;
- роботизированное оборудование;
- инклинометры для тяжелых условий эксплуатации.
Макетные платы CMS300-02-0302 и CMS390-02-0302 (рис. 23, табл. 5) имеют уже привычный размер 24×36 мм и позволяют транслировать сигнал датчика сразу после извлечения платы из заводской упаковки.
Характеристики | Orion CMS300 | Orion CMS390 | DMU02 | |
Состав | гироскоп + 2-осевой акселерометр | 3-осевой гироскоп + 3-осевой акселерометр |
||
Тип корпуса/Размер, мм | LCC12/10,4×6×2,2 | LCC12/10,4×6,7×2,7 | защищенный корпус/25×25×25 | |
Способ подключения | пайка | штыревые выводы | ||
Интерфейс | SPI | SPI | ||
Диапазон измерений | акселерометр, g | ±2,5; ±10 | ±6 | |
гироскоп, °/с | ±150; ±300 | ±300 | ||
Дрейф нуля на температурном диапазоне | акселерометр, мg | ±30; ±75 | ±5,5 | |
гироскоп, °/c | ±1,75; ±1 | ±2,5 | ||
Чувствительность (масштабный коэффициент) | акселерометр, LSB/g | 12 800; 3200 | 273 | |
гироскоп, LSB/° /с | 204,8; 102,4 | 32 | ||
Температурное смещение чувствительности, % | акселерометр | <±2,5; ±1 | ±2 | |
гироскоп | <±2; ±1 | ±2,5 | ||
Нелинейность чувствительности, % | акселерометр | <±0,5; <±0,12 | 0,5 | |
гироскоп | <±0,17; <±0,10 | 0,15 | ||
Собственный шум (СКЗ) | акселерометр, мg | 2; 1 | 15 | |
гироскоп, °/c | 0,1; 0,06 | <0,5 | ||
Полоса пропускания, Гц | акселерометр | 45; 62; 95; 190 | 400 | |
гироскоп | 45; 55; 90; 117 | >40 | ||
Диапазон рабочих температур, °С | -40…+125 | -40…+85 | ||
Стойкость к ударам, g | 95 (полусинусоид., 6 мс) | 95 (полусинусоид., 6 мс) | ||
Стойкость к вибрации (СКЗ), g | 8,85 (в полосе 10-5000 Гц) | 8,8 (в полосе 10-2000 Гц) | ||
Время включения, с | 0,15-0,3 | <0,5 | ||
Напряжение питания, В | +3,15…+3,45 | +4,75…+5,25 | ||
Потребляемый ток, мА | 8 | < 200 | ||
Вес, г | 0,4; 0,6 | 17 | ||
Средства поддержки разработчиков |
макетная плата | отладочный набор | ||
CMS300-02-0302 | CMS390-02-0302 | USB01-00-0100 |
Новые изделия
Особенностью команды Silicon Sensing является поддержание обратной связи с клиентами, это позволяет оперативно разрешать возникающие у потребителей технические проблемы, а сама компания приобретает глубокое понимание потребностей рынка, что помогает концентрировать усилия на прорывных направлениях.
В настоящий момент наиболее ожидаемое событие — анонс коммерческих изделий на основе самого современного чувствительного элемента индукционного типа SGH03 с увеличенной добротностью (поколение VSG3QMAX). Предполагается, что гироскоп CRS39-03 c SGH03 «на борту» сможет обеспечить дрейф нуля не более 0,08-0,1°/ч, уже позволяющий реализовать функцию указания на Северный полюс; показатель случайного ухода не более 0,0083-0,015°/√ч (дисперсия Аллана) и собственный шум в состоянии покоя не более 0,01°/с, что вполне сопоставимо с характеристиками ВОГ (рис. 24).
Еще одно событие, запланированное на 2014 год, — начало серийного выпуска нового семейства 6-компонентных инерциальных измерительных модулей DMU10, которые призваны заместить «долгожителя» DMU02. В новом модуле применено три комбинированных датчика семейства Orion, три оси гироскопа имеют диапазон измерения по ±300°/с, три оси акселерометра обеспечивают измерения в диапазоне ±10g. Заявленная точность гироскопов ±0,1-0,25°/с, акселерометров ±0,01g, полоса пропускания 117-190 Гц. Дополнительно в модуле установлено два независимых датчика температуры, отградуированных для измерений в диапазоне –55…+ 100 °C. Впервые в изделиях Silicon Sensing обмен данными организован по интерфейсу RS-422. Благодаря новой компонентной базе, DMU10 будет отличаться низким уровнем энергопотребления — до 60 мА при напряжении питания 3,3–5 В. Модуль доступен в двух вариантах: бескорпусный DMU10-01 — OEM-плата с габаритными размерами 22×37×11 мм и DMU10-02 — в прочном анодированном алюминиевом корпусе с габаритами 25×45×16 мм (рис. 25).
Кроме того, фирма сообщила о начале работ по созданию малогабаритного дешевого 11-компонентного модуля для измерения параметров движения, в котором планируется использовать компоненты семейств PinPoint, Orion и Gemini. Этот модуль также будет содержать электронный магнитный компас и барометрический датчик.
Производство заказных полупроводниковых кристаллов — foundry
В 2013 году компания Silicon Sensing впервые объявила об открытии доступа к своим мощностям для желающих разместить в производство МЭМС-компоненты собственной разработки, такие как акселерометры, головки струйных принтеров, микрофоны, микронасосы, гироскопы, зеркала, ультразвуковые датчики, радиочастотные компоненты, а также «сборщики энергии» — узлы преобразования различных видов энергии в электрическую.
Разработчикам предоставляется набор для проектирования с технологическими нормами и библиотеками стандартных элементов. Размещение в производство производится как на мультипроектных полупроводниковых пластинах диаметром 4″, 5″, 6″ (кремний, КНИ), так и в составе малосерийного «инженерного» запуска. В одной из будущих публикаций мы постараемся осветить эту тему подробнее.